換道輔助系統(tǒng)測試評價技術(shù)研究

周競　張強　黃俊富　李斌　張勝根

摘 要：當(dāng)前國內(nèi)汽車保有量不斷增加，交通事故數(shù)量及死亡人數(shù)不斷增加，換道輔助系統(tǒng)可以降低由于換道行為造成的車輛事故率。本文設(shè)計了換道輔助系統(tǒng)測試場景及評價方法，選取了一款具備換道輔助系統(tǒng)的車型，開展了實車測試，通過實車測試數(shù)據(jù)分析和評價，驗證了該方法的可行性。從驗證結(jié)果來看，該方法具備較好的操作性，可較好地反映換道輔助系統(tǒng)功能及性能的優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞：換道輔助 測試評價 技術(shù)研究

1 引言

截止2020年底，我國公路總里程已達519.8萬公里[1]，據(jù)公安部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2020年6月，我國機動車保有量超3.6億輛，其中汽車2.7億輛;機動車駕駛?cè)?.4億人，其中汽車駕駛?cè)?億人[2]。作為一種重要的出行工具，汽車在人類生產(chǎn)和生活中起著至關(guān)重要的作用，公路交通的規(guī)模和總量不斷擴大。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2020年中國超過6.1萬人死于交通事故[3]，其中90%以上的乘用車交通事故由人為因素導(dǎo)致，70%以上的事故原因可歸結(jié)于駕駛員的疏忽或不當(dāng)駕駛決策，其中換道行為是導(dǎo)致交通事故的主要原因之一。[4]

在傳統(tǒng)的人-車-路系統(tǒng)中，駕駛行為作為整個系統(tǒng)的輸入量受到來自駕駛員生理和心理的雙重影響。然而駕駛員對交通環(huán)境的感知及認知水平不一致，駕駛行為因人而異、因環(huán)境而異。人類駕駛員在與其他車輛、道路設(shè)施和行人的交互過程中容易出現(xiàn)失誤導(dǎo)致事故。智能駕駛汽車可以利用先進的車載傳感器和信息處理單元，輔助或代替人類駕駛員對周圍的駕駛環(huán)境進行感知及認知，降低交互失誤的可能性，提高車輛的駕駛安全性能。隨著傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)的進步，無人駕駛技術(shù)已逐漸進入產(chǎn)業(yè)化階段[5]。

現(xiàn)有的先進駕駛輔助系統(tǒng)通過監(jiān)測車輛與周圍對象的相對距離和速度等做出換道碰撞預(yù)警[4]。換道輔助則是在監(jiān)控周圍車輛及道路情況下，在駕駛員做出換道指令（撥動轉(zhuǎn)向燈）后車輛確認當(dāng)前狀態(tài)可以進行安全換道且不影響其他車輛時自主進行換道操作[6]。換道過程涉及環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、運動控制等環(huán)節(jié)[7]。換道輔助系統(tǒng)可以安全地實施換道操作，降低換道過程造成的交通事故，提高交通暢通性及安全性，避免經(jīng)濟損失及人員傷亡[8]。典型的換道輔助系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

2 典型換道輔助系統(tǒng)測試場景研究

換道行為導(dǎo)致交通事故的主要原因是未能及時識別相鄰車道車輛導(dǎo)致?lián)Q道過程中發(fā)生碰撞，如相同車速情況下縱向距離較近難以應(yīng)對突發(fā)的加減速情況，相鄰車道車速不一致導(dǎo)致縱向TTC較小，變道車輛盲區(qū)有車輛駕駛員未識別等。針對以上情況專門設(shè)計了測試用例，同時考慮交通法規(guī)，換道輔助系統(tǒng)還應(yīng)對車道線進行識別，判斷當(dāng)前車道線型是否允許換道，如虛線、實線、虛實線、實虛線、雙實線、雙虛線等各種線型。同時考慮系統(tǒng)與駕駛員的交互性及安全帶、剎車、四門兩蓋轉(zhuǎn)向燈等狀態(tài)對系統(tǒng)的影響[9]。主要從三面進行測試場景設(shè)計，如圖2所示。

通過設(shè)置試驗車輛及相鄰車道車輛不同速度、相對速度、相對距離、TTC，改變車道線類型等形成測試用例。

3 換道輔助系統(tǒng)評價方法研究

評價方法主要從HMI、系統(tǒng)功能邏輯、系統(tǒng)性能三個方面進行評價。

3.1 HMI評價

HMI重點評價人機交互形式及符合性。評價內(nèi)容包含功能開關(guān)、按鍵形式、交互方式（圖像、聲音、文字、振動等），還包含車輛周圍狀態(tài)、自身功能狀態(tài)、故障提示等顯示信息，主要評價HMI的交互性及合理性。

3.2 功能邏輯評價

功能邏輯跳轉(zhuǎn)條件主要為換道輔助過程中影響安全、算法、控制等的因素，車速、車道類型、車道線（虛線、實線）、交通參與者、駕駛員、轉(zhuǎn)向燈狀態(tài)、四門兩蓋均可作為換道輔助系統(tǒng)某一功能邏輯狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的條件，主要判斷是否符合交規(guī)及功能設(shè)計規(guī)范。

3.3 性能評價

主要評價完整換道過程的時間（從轉(zhuǎn)向燈輸入至提示轉(zhuǎn)向燈關(guān)閉），換道等待時間（從轉(zhuǎn)向燈輸入至換道動作開始），側(cè)向加速度變化范圍;側(cè)向速度變化范圍，相鄰車道有車可激活的最小TTC及最小距離，本車道前車減速時可激活的最大減速度，以上參數(shù)對乘員的乘坐舒適性及安全感具有直接影響。

4 換道輔助系統(tǒng)實車測試

針對某搭載換道輔助系統(tǒng)車型，使用V-box及i-tester進行測試，V-box采集換道過程的速度及與目標(biāo)車輛的相對位置信息，i-tester用于采集換道過程的總線及視頻信息[10][11]。

根據(jù)設(shè)計的換道輔助測試場景，逐個場景進行測試，測試過程中記錄換道過程性能數(shù)據(jù)。測試過程中采集車輛總線信號、速度及位置信息、視頻記錄車輛前方、后方、側(cè)方車輛及車道線信息，記錄車輛運行軌跡、速度及加速度、與其他車輛相對位置關(guān)系、換道用時等，通過數(shù)據(jù)后處理工程師分析處理，判斷系統(tǒng)當(dāng)時狀態(tài)，計算獲得各所需參數(shù)值，總體流程如圖5所示。

5 測試結(jié)果及評價

5.1 HMI測試結(jié)果及評價

按照測試用例測試了主車分別向左、右換道成功及失敗的儀表顯示情況。測試結(jié)果表明車輛換道過程中顯示換道方向藍色指示箭頭，換道側(cè)車道線由藍色實線變?yōu)樗{色虛線，非換道側(cè)車道線顯示為藍色實線，換道過程實時顯示車輛與車道線相對位置關(guān)系，換道成功會提示關(guān)閉車輛相應(yīng)側(cè)轉(zhuǎn)向燈;換道側(cè)為實線情況下轉(zhuǎn)向燈打開，儀表顯示車道線為藍色實線且實線不變虛線，換道方向指示箭頭為灰色尖頭不變藍色，無法換道。HMI可以與駕駛員較好交互，合理提示及顯示換道過程當(dāng)前狀態(tài)，儀表顯示存在部分直道顯示成彎道、彎道顯示成直道互相錯亂的問題;變道過程中的指示箭頭略顯生硬。

5.2 功能邏輯測試結(jié)果及評價

按照測試用例進行了系統(tǒng)功能邏輯的測試，測試結(jié)果顯示該車型換道輔助系統(tǒng)功能邏輯設(shè)置合理，符合駕駛員通常操作習(xí)慣及交通法規(guī)要求。虛線可以換道，實線不可換道;在可換道車速區(qū)間車輛可以換道，可換道車速區(qū)間外不可換道;有交通參與者BSD報警情況下不可換道，有交通參與者BSD未報警情況下可以換道;駕駛員脫手情況下不可換道;駕駛員主動打方向，系統(tǒng)退出，車道線顯示為灰色;松開安全帶、打開四門兩蓋系統(tǒng)均被抑制，評價結(jié)果為功能邏輯設(shè)置合理且安全性高。

5.3 性能測試結(jié)果及評價

性能測試評價主要考察換道過程的舒適性及安全性，測試結(jié)果顯示車輛傳感器感知距離遠，因系統(tǒng)使用了超聲波雷達與攝像頭融合算法故系統(tǒng)白天及夜間性能無差異;車輛換道過程中的側(cè)向速度及側(cè)向加速度與溫和駕駛員駕駛習(xí)慣類似，換道過程舒適性好;側(cè)向速度及側(cè)向加速度分布區(qū)間集中，系統(tǒng)換道過程一致性好;單次換道時間集中在10s左右，換道等待時間集中在4s左右;有前方交通參與者時隨著車速增加可換道時的TTC增大，可激活最近距離隨車速提高距離變大，換道過程安全性有保障;系統(tǒng)性能兼顧了換道過程舒適性及安全性。

6 結(jié)論

在整車研發(fā)過程中，實車測試是換道輔助系統(tǒng)性能評價的一個必要環(huán)節(jié)，本文設(shè)計了換道輔助系統(tǒng)的測試場景并進行了實車測試，測試評價從HMI、功能邏輯及系統(tǒng)性能三個方面展開，該方法可行且具備較好的操作性，可以全面地反映換道輔助系統(tǒng)功能及性能的優(yōu)劣。未來可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進一步豐富測試評價場景提煉關(guān)鍵參數(shù)形成評價標(biāo)準(zhǔn)體系方面進行拓展。

本論文獲得汽車噪聲振動和安全技術(shù)國家重點實驗室、重慶英才·創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍人才（科技領(lǐng)域）項目（CQYC201903010）資助。

參考文獻：

[1]劉志強.總里程達519.8萬公里，路網(wǎng)規(guī)模等持續(xù)提升[N]，人民日報，2021-09-10，第4版.

[2]謝博韜、劉亮.上半年機動車保有量3.6億輛[N]，人民日報，2020-07-15，第2版，要聞.

[3]中華人民共和國統(tǒng)計局.中國統(tǒng)計年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2021.

[4]周洲.基于自然駕駛數(shù)據(jù)的換道預(yù)測及控制研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2019.

[5]安洪亮. 汽車換道輔助雷達系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 南京航空航天大學(xué)，2012.

[6]李瑋、高德芝、段建民.智能車輛自由換道模型研究[J].公路交通科技2010-02，第27卷第2期.

[7]張志強.ADAS 的發(fā)展歷程及趨勢[J].內(nèi)燃機與配件，2019-01-15，80-82.

[8]王榮本、游峰、崔高健、余天宏.車輛安全換道分析[J].吉林大學(xué)學(xué)報 （工學(xué)版）.2005-03，第35卷第2期.

[9]孫棟先.基于自然駕駛數(shù)據(jù)的變道切入場景庫構(gòu)建研究[D].長春：吉林大學(xué)，2021.

[10]張禪亮、徐亮亮、薛新超、廖劍雄.車載變道輔助系統(tǒng)的測試裝置及其測試方法[P].CN：201611259838.8，2016-12-30.

[11]李韜.智能泊車輔助系統(tǒng)測試方法[J].中國汽車2019：32-35.