基于數據融合的ADAS系統(tǒng)在重卡上的研究及應用

安徽江淮汽車集團股份有限公司 杜文龍 李霞 常開慧

針對我國道路安全形勢，交通運輸法規(guī)對重卡ADAS系統(tǒng)提出了更高的要求，介紹了基于數據融合的ADAS系統(tǒng)在重卡上的應用開發(fā)實踐，為相關產品的開發(fā)提供一種方案參考。

我國是公路貨運大國，卡車貨運安全關系到國計民生。頻發(fā)的交通事故讓社會對車輛主動安全及智能化提出了更高的要求，重卡ADAS技術的研究及應用已經成為行業(yè)的必然趨勢。

隨著JT/T 1178.1《營運貨車安全技術條件第1部分：載貨汽車》、JT/T 1178.2《營運貨車安全技術條件 第2部分：牽引車輛與掛車》及JT/T 1242《營運車輛自動緊急制動系統(tǒng)性能要求和測試規(guī)程》的發(fā)布實施，要求法規(guī)監(jiān)控范圍內的重卡需具備車道偏離預警（LDW）、前碰撞預警(FCW)和自動緊急制動（AEB）功能。其中符合交通行業(yè)法規(guī)的自動緊急制動系統(tǒng)要求能夠實現(xiàn)對車輛和行人的識別?；诤撩撞ɡ走_技術無法可靠實現(xiàn)行人的探測，而單攝像頭技術無法保證相對距離的精準判斷，且性能顯著受制于氣候條件。為保證系統(tǒng)可靠性，需規(guī)避單一傳感器的技術先天缺陷，采用攝像頭和毫米波雷達傳感器進行數據融合的技術路線，將是重卡領域的一項必然趨勢。

系統(tǒng)概述

基于數據融合的ADAS系統(tǒng)以前視攝像頭及前向77GHz毫米波雷達為探測傳感器，分別采集前方道路的采集視覺信息及雷達反射信息，再由ADAS系統(tǒng)中的目標識別模塊進行視覺信息和雷達信息進行融合判斷，最終決斷出前方道路的最終信息狀態(tài)。感知的最終目標用于系統(tǒng)決策，結合當前車輛狀態(tài)輸出預警或橫向、縱向控制，系統(tǒng)功能框架如圖1所示。

圖1 ADAS系統(tǒng)功能框架

系統(tǒng)方案設計

系統(tǒng)用于實現(xiàn)符合法規(guī)要求的車道偏離預警（LDW）、前碰撞預警(FCW)和自動緊急制動（AEB），同時根據實車需求以及產品功能路線分析，同步設計實現(xiàn)限速標識識別（TSR）、自適應巡航控制（ACC）、車道保持輔助（LKA）等智能輔助功能?，F(xiàn)從系統(tǒng)組成、功能評價以及網絡拓撲設計等幾個方面來進行數據融合的ADAS系統(tǒng)方案設計。

1.系統(tǒng)組成方案

基于數據融合的ADAS系統(tǒng)主要實現(xiàn)攝像頭和雷達的感知以及決策處理。結合當前技術能力，有3種主流的系統(tǒng)方案可選擇，如表1所示。其中方案1融合決策控制器是獨立的模塊，可安裝至儀表臺內部，不與造型相關，具備靈活升級的優(yōu)勢；方案2和方案3基于硬件資源的考慮，具備一定的成本優(yōu)勢。

表1 數據融合ADAS系統(tǒng)主流方案

2.功能評價方案

數據融合ADAS系統(tǒng)功能分為兩個部分。

a.法規(guī)項功能：車道偏離預警（LDW）、前碰撞預警(FCW)和自動緊急制動（AEB），該部分有明確的法規(guī)要求和對應的測試方法，因此法規(guī)項功能嚴格以對應的測試法規(guī)來評價；

b.舒適性拓展功能：限速標識識別（TS R）、自適應巡航控制（ACC）以及可繼續(xù)升級拓展的車道保持輔助（LKA）功能。該部分功能在乘用車上已成熟應用，但在商用車上應用經驗仍不足，且對應的工況與乘用車也有很大的區(qū)別，例如，以ACC策略為例，乘用車只有EBS制動系統(tǒng)，但商用車有發(fā)動機缸內制動、排氣制動、緩速器制動等多種輔助制動，因此ACC過程中調用整車制動的功能策略差異明顯。但總體來說，都是以保證良好的駕駛體驗為基本需求，并以此評價功能舒適性。

功能評價方案見表2。

3. 網絡拓撲方案

基于數據融合的ADAS系統(tǒng)以實現(xiàn)可靠的車輛控制為目標，為降低控制信號的延遲，保持決策系統(tǒng)與執(zhí)行器系統(tǒng)在同一網段；同時為降低整車通訊負載，攝像頭傳感器和雷達傳感與決策系統(tǒng)的交互以私有CAN方案實現(xiàn)。

為保持整車配置的柔性化設計，整車各控制器可裁剪應用，將整車CAN部分的兩個終端電阻布置在線束的遠端；而攝像頭傳感器與雷達傳感器為私有CAN設計，該部分無需裁剪應用，為規(guī)避故障點風險，終端電阻固化于私有CAN的兩個控制器內部。

以方案1的系統(tǒng)組成為例，網絡拓撲方案可參照圖2所示開展。

圖2 融合ADAS系統(tǒng)網絡拓撲方案示例

系統(tǒng)功能驗證

為保持系統(tǒng)按照功能預期正常運行并保持長期可靠，開發(fā)過程中需開展嚴格的測試驗證工作。在零部件軟件開發(fā)階段開展仿真測試，驗證產品功能邏輯的一致性；在整車集成開發(fā)階段開展場地測試，驗證功能表現(xiàn)的一致性；在整車試制驗證階段開展道路測試，驗證產品功能的可靠性。

1.仿真測試

基于數據融合的ADAS系統(tǒng)的核心是控制算法，因此單一針對控制算法的測試驗證是必不可少的，即所謂的軟件在環(huán)（Software-in-the-Loop, SiL）測試。通過軟件模擬所有的測試環(huán)境，包括目標車輛、車輛行為、車輛運行的外部環(huán)境以及相關的傳感器執(zhí)行器等，將數據信息輸入給ADAS系統(tǒng)的控制算法，以確認控制算法的功能表現(xiàn)。

在ADAS系統(tǒng)的軟硬件集成后，即可開展半實物仿真的硬件在環(huán)（Hardware-in-the-Loop,HiL）測試。HiL測試中，接入真實的ADAS系統(tǒng)融合決策控制器及傳感器，通過測試設備模擬道路和車輛環(huán)境，驗證ADAS系統(tǒng)的外部接口和功能邏輯的一致性。

圖3 融合ADAS系統(tǒng)仿真場景示例

2.場地測試

場地測試是系統(tǒng)關鍵性能指標的驗收過程，通過主觀評價及客觀的數據分析來定位問題，進而優(yōu)化系統(tǒng)功能。針對數據融合的ADAS系統(tǒng)，需要基于產品功能定制測試用例，根據典型功能，通常包括預警功能一致性測試、AEB標定參數驗證測試、報警抑制及退出條件測試、ACC加減速性能及舒適性評價、LKA橫向控制彎道性能及舒適性評價、法規(guī)項性能摸底測試等。

場地測試一般對于車輛的極端性能進行驗證，車輛方面，為保證安全性，牽引車通常不帶掛車載荷開展，而是根據需求加裝貨箱式載荷；場地方面，在保證直道加速和測試區(qū)間的基礎上，需求基于ADAS系統(tǒng)的類型，定制不同曲率半徑的彎道試驗路；設備方面，場地測試一般需求基于差分定位功能的GPS系統(tǒng)、圖像化二維坐標的場地路線、自動計算TTC的測試系統(tǒng)、具備標準形態(tài)及雷達反射能力的氣球車/人及對應的拖曳系統(tǒng)等等，以便實現(xiàn)精準的TTC計算，并對照ADAS系統(tǒng)的自主測算，驗證系統(tǒng)感知和執(zhí)行的精確度。基于以上測試條件，參照經過嚴格設計的測試用例，可實現(xiàn)典型工況下產品性能的確認，標志著ADAS系統(tǒng)的成熟度達成可路試的技術水平。

3.道路測試

圖4 融合ADAS系統(tǒng)場地測試流程示例

道路測試是系統(tǒng)功能一致性和可靠性的驗收過程，通過累計的數據統(tǒng)計積累，分析誤報、漏報事件概率，從而對系統(tǒng)功能風險進行評價。針對重卡的營運屬性，道路測試的路線設計，需要充分考慮地理因素的影響，因此山道、城鄉(xiāng)、省道、高速、隧道等路況均需求有不同程度的覆蓋；為驗證環(huán)境因素影響，過程中需保證一定程度的清晨、傍晚、夜間里程，同時需求不同角度的對照陽光直射的環(huán)境；惡劣的天氣環(huán)境，是對ADAS系統(tǒng)的一種極端考驗，但在路試過程中雨雪霧等天氣可遇不可求，需求根據天氣預報動態(tài)微調路線。

在路試開展中，基于試驗需求，一般選擇米字形的放射狀路線，并設立專項保障團隊，充分策劃好安全風險和維修便利性；同時加裝輔助探測的雷達和攝像頭等記錄系統(tǒng)，留存全過程的數據及影像資料，為路試過程中的誤報、漏報事件分析提供參照。

結語

基于數據融合的ADAS系統(tǒng)同時具備雷達和攝像頭傳感器的優(yōu)點，具備識別精準、誤報率低等技術特征，在交通法規(guī)政策和消費者內在需求等因素驅動下，其在重卡的應用將迎來爆發(fā)式增長。為避免因為ADAS系統(tǒng)的誤動作導致的交通安全風險，必須在設計開發(fā)過程中開展可靠的方案設計和完善的測試驗證，以最大程度發(fā)揮ADAS系統(tǒng)的優(yōu)勢，為重卡的安全運營保駕護航。