文章從商用車(chē)自動(dòng)緊急制動(dòng)功能測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)著手，基于場(chǎng)景元素分類(lèi)構(gòu)建商用車(chē)自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)景，建立自動(dòng)緊急制動(dòng)典型場(chǎng)景與控制模型，并通過(guò)仿真驗(yàn)證商用車(chē)AEB測(cè)試場(chǎng)景搭建與測(cè)試評(píng)價(jià)方法的有效性。

1 場(chǎng)景采集與場(chǎng)景元素分類(lèi)

1.1 自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)景概述

測(cè)試場(chǎng)景及場(chǎng)景搭建是智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)測(cè)試評(píng)價(jià)中的關(guān)鍵，測(cè)試場(chǎng)景數(shù)據(jù)主要來(lái)源于U-NCAP和E-NCAP等標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、共享出行車(chē)輛采集的自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)、交通事故數(shù)據(jù)(CIDAS數(shù)據(jù)庫(kù))、模擬試驗(yàn)所得仿真及理論分析數(shù)據(jù)，而通過(guò)多種來(lái)源的測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)尋找典型場(chǎng)景的成本高、任務(wù)復(fù)雜。

不同數(shù)據(jù)來(lái)源的場(chǎng)景數(shù)據(jù)之間存在差異，且原始采集數(shù)據(jù)中存在很多無(wú)效數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，對(duì)場(chǎng)景數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理才能形成對(duì)自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)景有用的測(cè)試場(chǎng)景。另一方面，可基于各種自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)景數(shù)據(jù)來(lái)源，通過(guò)匹配ESC、AEB等功能特點(diǎn)進(jìn)行場(chǎng)景篩選，然后通過(guò)概率分布統(tǒng)計(jì)和聚類(lèi)分析等獲得典型駕駛場(chǎng)景，結(jié)合實(shí)際測(cè)試試驗(yàn)與工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)得到相關(guān)測(cè)試用例(見(jiàn)圖1)。

圖1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)測(cè)試用例生成

1.2 基于場(chǎng)景元素的測(cè)試場(chǎng)景庫(kù)構(gòu)建

真實(shí)交通場(chǎng)景復(fù)雜多變，數(shù)據(jù)量非常大，在現(xiàn)實(shí)中無(wú)法窮盡所有場(chǎng)景，而從標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、自然駕駛數(shù)據(jù)、仿真和理論分析等場(chǎng)景數(shù)據(jù)中篩選得到測(cè)試需求場(chǎng)景的過(guò)程繁瑣、效率低下。分析大量場(chǎng)景數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)每個(gè)場(chǎng)景工況都可被抽象為多個(gè)變量參數(shù)的組合。為此，對(duì)當(dāng)前智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)測(cè)試場(chǎng)景需求進(jìn)行分析，剖析多元化場(chǎng)景數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵測(cè)試場(chǎng)景元素，歸納各類(lèi)場(chǎng)景中的共性和個(gè)性特征，同時(shí)考慮測(cè)試場(chǎng)景可移動(dòng)性、可組合性及易搭建性，構(gòu)建智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)景。

如圖2所示，根據(jù)自動(dòng)駕駛典型測(cè)試場(chǎng)景分析進(jìn)行場(chǎng)景特征元素提取，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景解構(gòu)，搭建基于人-車(chē)-路-環(huán)境模型的場(chǎng)景元素分類(lèi)架構(gòu)，對(duì)各類(lèi)場(chǎng)景元素進(jìn)行基本整理與分類(lèi)。

圖2 場(chǎng)景元素分類(lèi)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的駕駛場(chǎng)景覆蓋自然駕駛、危險(xiǎn)工況、人機(jī)共駕數(shù)據(jù)及道路交通交互等多個(gè)方面，其在實(shí)際工況時(shí)的場(chǎng)景數(shù)不勝數(shù)，構(gòu)建測(cè)試場(chǎng)景時(shí)，無(wú)法在有限的區(qū)域內(nèi)構(gòu)建現(xiàn)實(shí)道路中的無(wú)限場(chǎng)景。因此，場(chǎng)景元素分類(lèi)采用場(chǎng)景融合和柔性設(shè)計(jì)理念，具有易組合性、快搭建性、強(qiáng)擴(kuò)展性的特點(diǎn)。

2 商用車(chē)AEB系統(tǒng)場(chǎng)景搭建

AEB是一種汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)，主要由控制模塊(ECU)、測(cè)距模塊和制動(dòng)模塊構(gòu)成，其中測(cè)距模塊的核心包括微波雷達(dá)、人臉識(shí)別和視頻系統(tǒng)等，它可提供前方道路準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的圖像和路況信息。通過(guò)激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和攝像頭感知前方道路環(huán)境，識(shí)別到危險(xiǎn)時(shí)通過(guò)報(bào)警聲和閃爍燈提醒駕駛員。如果駕駛員沒(méi)有反應(yīng)，則在碰撞前AEB系統(tǒng)開(kāi)始起作用，提前主動(dòng)采取制動(dòng)措施以避免或減緩交通事故。目前各類(lèi)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)中的自動(dòng)緊急制動(dòng)測(cè)試場(chǎng)景有前車(chē)靜止測(cè)試場(chǎng)景、前車(chē)慢行測(cè)試場(chǎng)景、前車(chē)制動(dòng)測(cè)試場(chǎng)景、行人自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)等。

在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)自動(dòng)駕駛方面，商用車(chē)比乘用車(chē)有著更強(qiáng)的需求、更明確的目標(biāo)和商業(yè)場(chǎng)景，故從需求側(cè)來(lái)看，商用車(chē)自動(dòng)駕駛有望最先落地。根據(jù)AEB系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展和實(shí)際交通事故場(chǎng)景的需求，各試驗(yàn)規(guī)程的測(cè)試評(píng)價(jià)內(nèi)容在逐漸豐富，但目前國(guó)內(nèi)已有AEB測(cè)試評(píng)價(jià)方法存在場(chǎng)景單一、評(píng)價(jià)參數(shù)單一的問(wèn)題，如缺少夜間測(cè)試、雨雪天氣測(cè)試等。

基于前文搭建的具有易組合、快搭建、強(qiáng)擴(kuò)展特點(diǎn)的場(chǎng)景元素分類(lèi)框架，選擇2018版C-NCAP中AEB CCR系統(tǒng)性能測(cè)試場(chǎng)景中的前車(chē)制動(dòng)測(cè)試場(chǎng)景(CCRs)作為自動(dòng)緊急制動(dòng)典型場(chǎng)景進(jìn)行場(chǎng)景搭建與仿真測(cè)試評(píng)價(jià)，在車(chē)輛主動(dòng)安全仿真軟件Pre-Scan中進(jìn)行自動(dòng)緊急制動(dòng)測(cè)試場(chǎng)景建模，采用前述場(chǎng)景元素法進(jìn)行測(cè)試場(chǎng)景構(gòu)建(見(jiàn)圖3)。

圖3 商用車(chē)AEB性能測(cè)試場(chǎng)景

根據(jù)車(chē)輛主動(dòng)仿真軟件中搭建的商用車(chē)自動(dòng)緊急制動(dòng)場(chǎng)景，場(chǎng)景可描述為：廂式貨車(chē)以50 km/h的速度跟隨前方以同樣速度行駛的輕型廂式貨車(chē)行駛，兩車(chē)都在單向三車(chē)道的中間車(chē)道沿同一方向行駛，兩車(chē)縱向距離為40 m，前方輕型廂式貨車(chē)檢測(cè)到前方車(chē)輛停車(chē)等待紅燈，便以一定減速度減速停車(chē)，以此檢驗(yàn)廂式貨車(chē)的自動(dòng)緊急制動(dòng)功能。

按照上述智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)測(cè)試場(chǎng)景元素分類(lèi)架構(gòu)，提取場(chǎng)景元素進(jìn)行整理，結(jié)果見(jiàn)圖4。圖4已概括出該場(chǎng)景中各測(cè)試場(chǎng)景要素，表明文中提出的測(cè)試場(chǎng)景元素分類(lèi)架構(gòu)合理，可為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)場(chǎng)景庫(kù)搭建提供參考與借鑒。

圖4 場(chǎng)景要素分類(lèi)結(jié)果

3 AEB系統(tǒng)測(cè)試仿真分析與驗(yàn)證

3.1 AEB系統(tǒng)控制模型搭建

在前文所搭建的商用車(chē)自動(dòng)緊急制動(dòng)典型測(cè)試場(chǎng)景中，前方輕型廂式貨車(chē)以一定減速度減速停車(chē)，后方廂式貨車(chē)在其正后方以同樣的速度跟隨，若AEB系統(tǒng)未起作用，則廂式貨車(chē)與輕型廂式貨車(chē)存在碰撞的可能。針對(duì)前文所搭建的商用車(chē)AEB典型測(cè)試場(chǎng)景，搭建商用車(chē)AEB系統(tǒng)控制模型，利用主動(dòng)安全系統(tǒng)開(kāi)發(fā)驗(yàn)證軟件PreScan與可視化仿真工具Simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真。

根據(jù)搭建的測(cè)試場(chǎng)景，采用Inherited Path Definition的方式規(guī)劃測(cè)試車(chē)輛與目標(biāo)車(chē)輛的行駛軌跡，并進(jìn)行車(chē)輛行駛速度與相對(duì)位置設(shè)定，在測(cè)試車(chē)輛上安裝TIS傳感器檢測(cè)測(cè)試車(chē)輛周?chē)奈锢憝h(huán)境，包括測(cè)試車(chē)輛與目標(biāo)車(chē)輛之間的相對(duì)距離、相對(duì)速度、角度、運(yùn)動(dòng)方向等，以便于仿真測(cè)試。最后在Simulink中搭建商用車(chē)AEB系統(tǒng)控制模型，選用仿真軟件模型庫(kù)中自帶的AEB系統(tǒng)模型作為測(cè)試車(chē)輛在自動(dòng)緊急制動(dòng)測(cè)試場(chǎng)景中的控制算法模型，再添加傳感器模塊、車(chē)輛自身參數(shù)模塊、路徑跟隨模塊、車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模塊、動(dòng)畫(huà)顯示模塊等組成控制系統(tǒng)。將測(cè)試車(chē)輛控制各模塊進(jìn)行有效連接(見(jiàn)圖5)，建立兩個(gè)仿真軟件之間的交互數(shù)據(jù)連接，形成一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

圖5 車(chē)輛控制流程

3.2 測(cè)試仿真

完成商用車(chē)自動(dòng)緊急制動(dòng)功能系統(tǒng)場(chǎng)景搭建、車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型及控制系統(tǒng)模型搭建后，PreScan與Simulink進(jìn)行實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)流交互，進(jìn)行測(cè)試場(chǎng)景下AEB系統(tǒng)仿真測(cè)試。在單向三車(chē)道的次干線(xiàn)道路上，廂式貨車(chē)以50 km/h的速度跟隨前方距離40 m、以相同速度行駛的輕型廂式貨車(chē)在中間車(chē)道中間行駛；輕型廂式貨車(chē)發(fā)現(xiàn)前方車(chē)輛在隊(duì)列停車(chē)等待紅綠燈，開(kāi)始以4 m/s2的減速度減速并停車(chē)；后方自動(dòng)駕駛測(cè)試車(chē)輛啟動(dòng)AEB功能，測(cè)試車(chē)輛感知系統(tǒng)中TIS雷達(dá)時(shí)刻進(jìn)行掃描檢測(cè)與前方目標(biāo)車(chē)輛的相對(duì)距離、相對(duì)位置、相對(duì)速度等;如圖6所示，測(cè)試車(chē)輛以40%的制動(dòng)減速，油門(mén)開(kāi)度為零，同時(shí)發(fā)出自動(dòng)緊急制動(dòng)警示提示預(yù)警。

圖6 測(cè)試車(chē)輛狀態(tài)

測(cè)試車(chē)輛根據(jù)與前車(chē)的相對(duì)距離、相對(duì)速度自動(dòng)控制自身減速度、速度等(見(jiàn)圖7)。當(dāng)檢測(cè)到前方目標(biāo)車(chē)輛減速時(shí)，測(cè)試車(chē)輛AEB系統(tǒng)控制模塊開(kāi)始執(zhí)行，車(chē)輛及時(shí)進(jìn)行減速制動(dòng)，有效避免與前方廂式貨車(chē)發(fā)生碰撞。

圖7 車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)最有望落地的商用車(chē)干線(xiàn)自動(dòng)駕駛場(chǎng)景，研究智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)自動(dòng)駕駛功能各類(lèi)測(cè)試場(chǎng)景的共性與個(gè)性特征，考慮場(chǎng)景搭建的場(chǎng)景元素可移動(dòng)性、可組合性、可擴(kuò)展性及場(chǎng)景搭建便捷性，構(gòu)建智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)自動(dòng)駕駛功能測(cè)試場(chǎng)景分類(lèi)架構(gòu)，結(jié)合商用車(chē)自動(dòng)緊急制動(dòng)功能需求，進(jìn)行測(cè)試場(chǎng)景構(gòu)建，并在仿真軟件中進(jìn)行仿真分析與測(cè)試驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明所搭建的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)場(chǎng)景分類(lèi)架構(gòu)合理，商用車(chē)自動(dòng)緊急制動(dòng)功能測(cè)試場(chǎng)景與測(cè)試評(píng)價(jià)方法合理，可為智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)場(chǎng)景構(gòu)建與仿真測(cè)試提供新的思路與借鑒。

作者：蔡博，陳韜，回春，檀廷軍