王孔龍， 馮程， 姜志豪， 鄭丹， 陳音

(北京市北汽股份有限公司 汽車研究院， 北京 101300)

汽車毫米波雷達(dá)在接收到ADC采樣數(shù)據(jù)后，通過雷達(dá)信號(hào)處理，得到距離、速度和角度等原始點(diǎn)跡，對(duì)這些原始點(diǎn)跡數(shù)據(jù)使用目標(biāo)跟蹤算法進(jìn)行處理，即可得到目標(biāo)的估計(jì)位置和速度，形成目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)根據(jù)該運(yùn)動(dòng)軌跡決策主車的下一步動(dòng)作。由于現(xiàn)實(shí)道路上狀況復(fù)雜多變，常規(guī)測(cè)試難以涵蓋所有場(chǎng)景，要讓智能駕駛的安全性適應(yīng)于所有現(xiàn)實(shí)道路，需不斷完善自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的硬件性能和軟件算法。

在自適應(yīng)巡航控制(ACC)對(duì)前方目標(biāo)物的識(shí)別方面，文獻(xiàn)[1]對(duì)如何選擇安全合理的跟蹤目標(biāo)開展研究，針對(duì)城市擁堵工況，提出以系統(tǒng)整體架構(gòu)為基礎(chǔ)的分層式控制策略及基于道路傳感數(shù)據(jù)的彎道限速模型，制定了兩車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)線性相關(guān)的安全距離模型；文獻(xiàn)[2]基于目標(biāo)跟蹤開展前方有效目標(biāo)識(shí)別算法研究，通過多目標(biāo)直道和多目標(biāo)定曲率彎道2種工況下初步場(chǎng)地試驗(yàn)，探索自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)對(duì)于前方有效目標(biāo)的識(shí)別方法；文獻(xiàn)[3]為提高自適應(yīng)巡航系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)識(shí)別的連續(xù)性和穩(wěn)定性，根據(jù)目標(biāo)識(shí)別和目標(biāo)跟蹤的不同特點(diǎn)，在對(duì)毫米波雷達(dá)信號(hào)初步濾波的基礎(chǔ)上，開發(fā)了具備目標(biāo)識(shí)別、跟蹤及功能切換的算法；文獻(xiàn)[4]針對(duì)工程應(yīng)用中汽車毫米波雷達(dá)的目標(biāo)追蹤問題，對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中的滑窗法、最近鄰域法和最優(yōu)匹配法進(jìn)行了研究。這些研究對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡識(shí)別后如何反應(yīng)才是合理的未作分析，且只是針對(duì)道路上常見場(chǎng)景，未涉及偶發(fā)的特殊場(chǎng)景。而如何在常見場(chǎng)景的基礎(chǔ)上進(jìn)一步涵蓋特殊場(chǎng)景是智能駕駛安全的發(fā)展方向。該文針對(duì)某車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)對(duì)跟蹤的前方目標(biāo)物近距離快速切出后信號(hào)始終不釋放的異常反應(yīng)進(jìn)行分析，優(yōu)化自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的識(shí)別算法邏輯。

1 問題描述

某車開啟自適應(yīng)巡航系統(tǒng)在路口跟隨前方車輛轉(zhuǎn)彎，前車車身轉(zhuǎn)過一定角度后保持靜止，待對(duì)向直行車輛通過后加速拐彎離開，此時(shí)該車的自適應(yīng)巡航系統(tǒng)仍認(rèn)為前車在前方靜止，始終保持靜止跟隨狀態(tài)，導(dǎo)致交通堵塞。駕駛員只得退出自適應(yīng)巡航系統(tǒng)，主動(dòng)接管車輛，進(jìn)而對(duì)自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的目標(biāo)物識(shí)別可靠性產(chǎn)生擔(dān)憂。

經(jīng)反復(fù)測(cè)試，該車跟隨前車跟停，前車車身轉(zhuǎn)過一定角度后，該車只能看到前車的半個(gè)車尾，即只能看到一側(cè)的后尾燈，此時(shí)不論前車是左轉(zhuǎn)彎還是右轉(zhuǎn)彎，只要是快速駛離，都會(huì)有較大概率導(dǎo)致自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的前方目標(biāo)跟蹤不釋放，即始終認(rèn)為前方還有車輛，從而保持自車(進(jìn)行自適應(yīng)巡航系統(tǒng)測(cè)試分析的車輛，下同)靜止。這類現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)探測(cè)的前方目標(biāo)物距離多在5 m以內(nèi)。

該車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)硬件架構(gòu)為一個(gè)前向毫米波雷達(dá)加一個(gè)前向攝像頭，由前向毫米波雷達(dá)進(jìn)行主要識(shí)別和分析，并將結(jié)果發(fā)給前向攝像頭進(jìn)行確認(rèn)，兩者均對(duì)目標(biāo)確認(rèn)后，才發(fā)出目標(biāo)物消失請(qǐng)釋放制動(dòng)或前方目標(biāo)物存在請(qǐng)保持制動(dòng)的請(qǐng)求信號(hào)。

2 問題分析

為避免目標(biāo)物信號(hào)干擾，降低對(duì)目標(biāo)物識(shí)別的運(yùn)算量，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的控制算法針對(duì)前方橫向移動(dòng)的目標(biāo)物會(huì)進(jìn)行先行過濾，故當(dāng)前方車輛斜向靜止時(shí)，有一定概率不能被自適應(yīng)巡航系統(tǒng)識(shí)別。這就意味著前方車輛的斜向放置存在一個(gè)臨界角度能被自適應(yīng)巡航系統(tǒng)識(shí)別為前方目標(biāo)物并進(jìn)行跟蹤，如果在跟蹤過程中前方車輛的斜向放置角度越過臨界角度，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)將認(rèn)為前方?jīng)]有目標(biāo)物，進(jìn)而按照駕駛員設(shè)定的速度控制車輛前行。此時(shí)前方目標(biāo)物如果仍然在原地靜止，而自適應(yīng)巡航系統(tǒng)自行退出，則存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

前方目標(biāo)物探測(cè)信號(hào)發(fā)生跳變的現(xiàn)象有很多，如前方目標(biāo)物切出當(dāng)前車道、前方目標(biāo)物快速轉(zhuǎn)彎駛離、前方目標(biāo)物由縱向行駛快速變?yōu)闄M向行駛且離開當(dāng)前車道等。對(duì)于這些場(chǎng)景，都需要自適應(yīng)巡航系統(tǒng)能及時(shí)作出正確的反應(yīng)。

若前方車輛加速駛離后，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)仍然默認(rèn)前方車輛還在前方，從而繼續(xù)保持等待狀態(tài)，此時(shí)車輛上相關(guān)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)見圖1。自適應(yīng)巡航系統(tǒng)一直在不同狀態(tài)之間切換，而前方目標(biāo)物距離始終在4 m。期間，駕駛員主動(dòng)踩油門使ACC進(jìn)入駕駛員超控狀態(tài)，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)進(jìn)入巡航控制狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)隨即因?yàn)榍胺接徐o止目標(biāo)車輛制動(dòng)至靜止?fàn)顟B(tài)，轉(zhuǎn)而進(jìn)入靜止激活狀態(tài)，隨后進(jìn)入靜止等待狀態(tài)，期間前方目標(biāo)物始終未丟失，前方目標(biāo)物探測(cè)信號(hào)也始終處于檢測(cè)到目標(biāo)狀態(tài)。但實(shí)際上前方車輛已駛離，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)這樣的反應(yīng)違背設(shè)計(jì)初衷，會(huì)導(dǎo)致追尾的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 某車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)在前方目標(biāo)物拐彎駛離后仍處于等待狀態(tài)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)

3 改進(jìn)與驗(yàn)證

自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初衷是在盡可能保證安全的情況下，極大釋放駕駛員,提升用戶駕駛體驗(yàn)。為保障車輛與駕駛安全，在自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的識(shí)別算法中增強(qiáng)目標(biāo)檢測(cè)與目標(biāo)速度判斷，并加入軌跡預(yù)測(cè)策略以提升目標(biāo)檢測(cè)的魯棒性，同時(shí)優(yōu)化雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別的確認(rèn)邏輯。其識(shí)別策略優(yōu)化見圖2。

圖2 跟蹤目標(biāo)丟失問題的識(shí)別策略及優(yōu)化

當(dāng)前方目標(biāo)物在距離5 m內(nèi)突然丟失時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)目標(biāo)車輛的行駛軌跡預(yù)測(cè)是否是正常切出本車道的狀態(tài)。如果是，則釋放前方目標(biāo)物信號(hào)，請(qǐng)求車輛繼續(xù)行駛；如果前方車輛是處于直行狀態(tài)而突然消失，則緊急退出自適應(yīng)巡航系統(tǒng)，將車輛控制權(quán)交由駕駛員。

加入軌跡預(yù)測(cè)策略，優(yōu)化雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別的確認(rèn)邏輯后，經(jīng)多次測(cè)試，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)在遇到前方目標(biāo)物近距離拐彎快速駛離時(shí)均能及時(shí)釋放前方目標(biāo)物，保持自適應(yīng)巡航系統(tǒng)無前方目標(biāo)物的工作邏輯，繼續(xù)正常行駛。測(cè)得的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)見圖3。

從圖3可看出：自適應(yīng)巡航系統(tǒng)控制車輛逐步跟近前方目標(biāo)，距離3 m時(shí)，前方車輛拐彎加速駛離，檢測(cè)狀態(tài)由檢測(cè)到前方目標(biāo)變?yōu)槲礄z測(cè)到目標(biāo)，突然探測(cè)不到前方目標(biāo)，此時(shí)ACC狀態(tài)從巡航控制模式短暫切換到靜止激活狀態(tài)，隨即又進(jìn)入巡航控制模式繼續(xù)正常行駛，車速也由靜止逐步升高，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)控制車輛穩(wěn)步提速。可見，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)反應(yīng)正常，優(yōu)化策略有效。

圖3 優(yōu)化后自適應(yīng)巡航系統(tǒng)遇到前方車輛拐彎駛離后的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)

4 結(jié)語

受限于當(dāng)前傳感器的性能，前方目標(biāo)物的識(shí)別對(duì)于自適應(yīng)巡航系統(tǒng)是一大挑戰(zhàn)，不僅要求硬件不斷優(yōu)化識(shí)別能力，還要求從識(shí)別算法上優(yōu)化邏輯，加入前方目標(biāo)物軌跡預(yù)測(cè)等策略來彌補(bǔ)硬件的性能盲區(qū)。總體來說，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)工作時(shí)的安全主體是駕駛員，在自適應(yīng)巡航系統(tǒng)無法作出正確判斷時(shí)，降低車速并保持正常路線繼續(xù)行駛，將可能帶來的誤判后碰撞風(fēng)險(xiǎn)交由駕駛員執(zhí)行，保持道路通暢的同時(shí)避免對(duì)道路上其他交通參與者帶來額外風(fēng)險(xiǎn)。