駕駛員輔助系統(tǒng)報(bào)警性能測試臺(tái)架的研究

王睿達(dá)，孟建軍

（蘭州交通大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

我國車輛保有量持續(xù)增長，各種汽車安全技術(shù)大量應(yīng)用，例如 ABRS（安全氣囊），C-NCAP（中國新車評(píng)價(jià)規(guī)程）中的碰撞性能測試等技術(shù)措施能夠減輕發(fā)生碰撞事故產(chǎn)生的危害，降低事故引發(fā)傷亡的概率。但是，被動(dòng)降低碰撞危害程度的方式，還不足以使汽車完全避免事故，因此，能夠幫助駕駛員感知行車環(huán)境、車輛狀態(tài)信息，預(yù)估交通危險(xiǎn)的，提出警告輔助駕駛員正確判斷和正確決策，或主動(dòng)干預(yù)車輛操控的駕駛員輔助系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，車道偏離報(bào)警系統(tǒng)（LDW）和前撞報(bào)警（FCW）是駕駛員輔助系統(tǒng)中重要的組成部分。由于報(bào)警的性能會(huì)影響駕駛員對當(dāng)前行駛狀況的判斷，因此針對報(bào)警是否可靠的測試顯得非常重要。

中國專利201010261862.1提出了一種針對LDW的測試裝置[1]，使用圖像檢測設(shè)備計(jì)算道路車道線和自車車輪之間的相對距離，以及自車相對于車道線的離線速度，將檢測而得的數(shù)據(jù)與待測系統(tǒng)識(shí)別車道線的結(jié)果進(jìn)行對比得到待測系統(tǒng)的識(shí)別精度，但是測試設(shè)備的精度是否高于待測系統(tǒng)卻不能保證。NHTSA評(píng)價(jià)FCW的性能使用道路測試方法，實(shí)時(shí)記錄行車環(huán)境影像資料和時(shí)間同步的FCW報(bào)警數(shù)據(jù)，通過測試人員比對自由駕駛過程中待測系統(tǒng)報(bào)警時(shí)刻所對應(yīng)的車前、車后、車側(cè)和駕駛室影像，得到每一次報(bào)警性質(zhì)[2]，從而得到報(bào)警準(zhǔn)確率等參數(shù)表征系統(tǒng)總體性能的可靠性，盡管其真實(shí)地反映了FCW報(bào)警的性能，但是自由駕駛中的道路狀況的隨機(jī)性，導(dǎo)致了一旦更換不同待測系統(tǒng)就需要再次進(jìn)行大量道路試驗(yàn)，工作量極其龐大，而且我國的交通環(huán)境復(fù)雜，僅各種公路建設(shè)中存在的車道線樣式就有10種[3]，道路試驗(yàn)更是短時(shí)間難以完成。并且，上述兩種裝置和方法都很難設(shè)計(jì)某種特定的工況，做到有針對性地測試報(bào)警系統(tǒng)在各種易誤報(bào)、易漏報(bào)的工況下的報(bào)警性能。提升報(bào)警系統(tǒng)的性能，降低誤報(bào)率和漏報(bào)率是重要手段[4-5]。因此，集成有統(tǒng)一的人工比對方法，樣本具有通用性和可重復(fù)性，針對降低誤警率和虛警率，能夠針對駕駛員輔助系統(tǒng)報(bào)警功能的性能進(jìn)行硬件在環(huán)仿真測試的臺(tái)架顯示出其重要價(jià)值。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

首先，測試樣本采集和管理，樣本可重復(fù)使用，；其次，實(shí)現(xiàn)測試樣本對于待測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)回放；再次測試臺(tái)架I/O接口通用，工作參數(shù)可調(diào)，方便用于接入不同報(bào)警系統(tǒng)，評(píng)價(jià)不同系統(tǒng)應(yīng)對同一工況能力的差別；最后，設(shè)計(jì)能夠在樣本回放的離線分析階段，對報(bào)警信號(hào)的性質(zhì)進(jìn)行人工判定的結(jié)果進(jìn)行記錄，能夠在判定完畢后出具分析報(bào)告。

測試系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境是LabVIEW，更注重測試人員所使用的前面板開發(fā)，使測試過程更加直觀[6]，硬件則為NI公司的PXI和PCI系列板卡。

在如圖1所示為測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，測試系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)3個(gè)主要的功能單元：數(shù)據(jù)采集單元，離線分析單元，分析報(bào)告單元。其中，數(shù)據(jù)采集單元用于采集樣本、管理測試工況數(shù)據(jù)庫。離線分析單元用于將測試工況數(shù)據(jù)庫的樣本回放給待測系統(tǒng)形成仿真的道路行駛環(huán)境和自車狀態(tài)信息；離線分析集成有判定子模塊，用于測試人員綜合待測系統(tǒng)在仿真環(huán)境下的工作情況判定報(bào)警的性質(zhì)。分析報(bào)告單元，用于解析測試樣本的特征曲線、待測系統(tǒng)報(bào)警的特征曲線以及測試人員對比判定的結(jié)果。用戶控制模塊則用于實(shí)現(xiàn)測試人員在虛擬儀器操作界面上進(jìn)行各種調(diào)試。

圖1 測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Test system structure

2 測試系統(tǒng)搭建

圖2中所示的數(shù)據(jù)采集單元工作狀態(tài)。用戶控制程序配置數(shù)字化儀PXI-5122端口連接圖像傳感器視頻輸出端口；PXI-8513/2局域網(wǎng)絡(luò)CAN卡連接實(shí)驗(yàn)車的車載OBD接口，視頻數(shù)據(jù)和CAN報(bào)文數(shù)據(jù)保存時(shí)序同步。在嵌入式控制器PXI-8108集成的硬盤存儲(chǔ)單位上建立測試工況數(shù)據(jù)庫，按照采集時(shí)刻為文件名標(biāo)注同一時(shí)間采集的視頻數(shù)據(jù)和CAN報(bào)文數(shù)據(jù)成為一個(gè)樣本。PCI-1409作為視頻數(shù)據(jù)監(jiān)控的硬件系統(tǒng)，其的視頻輸入端與PXI-5122板卡的輸入端并聯(lián)。

圖2 數(shù)據(jù)采集單元工作狀態(tài)Fig.2 Operating mode of data acquisition unit

圖3 為離線分析待測系統(tǒng)接入時(shí)的配置，PXI-5421作為仿真道路環(huán)境中取代圖像傳感器為仿真視頻信號(hào)源；PXI-8513/2作為仿真自車狀態(tài)中取代車載ECU為仿真CAN報(bào)文數(shù)據(jù)信號(hào)源，CAN/XS0為輸出端口。圖3中3.1和3.2連線包含兩種數(shù)據(jù)通信通道：1）測試平臺(tái)的視頻數(shù)據(jù)仿真數(shù)據(jù)源與待測系統(tǒng)的通信；2）CAN報(bào)文數(shù)據(jù)的仿真數(shù)據(jù)源與待測系統(tǒng)的通信。3.3連線連接了待測系統(tǒng)報(bào)警輸出信號(hào)與測試平臺(tái)，由PXI-8513/2的CAN/XS0作為報(bào)警數(shù)據(jù)采集端口。

圖3 離線分析單元工作狀態(tài)Fig.3 Operating mode of offline analysis unit

圖4 為測試人員判定操作界面示意圖。PCI-1409板卡的CH0連接到待測系統(tǒng)視頻處理圖像輸出端從而能夠采集待測系統(tǒng)處理后的行車環(huán)境圖像，并將處理后的圖像置于圖4中視頻觀察區(qū)。圖4中4.11和4.12為虛擬轉(zhuǎn)向燈，解析自車狀態(tài)的左、右轉(zhuǎn)向燈信號(hào)，4.13為虛擬剎車燈，解析了自車狀態(tài)的剎車信號(hào)；虛擬車速表，解析了樣本中自車狀態(tài)的實(shí)時(shí)車速；4.21和4.22為虛擬車道偏離報(bào)警提示燈，4.23為虛擬前撞報(bào)警燈；判定區(qū)中包含6個(gè)虛擬按鍵，其中虛擬按鍵4.31、4.32、4.33表示了車道偏離報(bào)警判斷的性質(zhì)，分別為正確、誤報(bào)、漏報(bào)；同樣，虛擬按鍵4.41、4.42、4.43表示了前撞報(bào)警判斷的性質(zhì)，分別為正確、誤報(bào)、漏報(bào)；程序設(shè)置了暫停和播放兩個(gè)虛擬按鍵作為控制樣本回放給待測系統(tǒng)的控制方式。測試系統(tǒng)記錄測試人員對判定區(qū)內(nèi)6個(gè)虛擬按鍵操作的時(shí)刻，在測試工況數(shù)據(jù)庫中根據(jù)樣本取出的時(shí)刻編輯文件名，并以txt文檔格式保存。在此操作界面上，測試人員可以根據(jù)如下信息進(jìn)行判定的操作：視頻觀察區(qū)的車輛前方道路影像，虛擬儀表和虛擬指示燈所表達(dá)的自車行駛狀態(tài)和待測系統(tǒng)報(bào)警的狀態(tài)。

圖4 判定操作界面示意Fig.4 Schematic plot of determineing operator interfaces

圖5 為分析報(bào)告生成界面，圖5右邊數(shù)據(jù)圖線區(qū)解析以當(dāng)前回放樣本的時(shí)間為基準(zhǔn)的自車狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)的曲線，包括車速-時(shí)間曲線、報(bào)警時(shí)刻-時(shí)間曲線、轉(zhuǎn)向燈-時(shí)間曲線、剎車信號(hào)-時(shí)間曲線、待測系統(tǒng)報(bào)警-時(shí)間曲線；左邊判定文檔區(qū)測試人員對于待測系統(tǒng)對當(dāng)前回訪的樣本的測試結(jié)果，格式為“****年**月**日**時(shí)**分**秒，**報(bào)警正確（或誤警或虛警）”。

圖5 分析報(bào)告生成界面Fig.5 Interface of generate analysis report

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證測試系統(tǒng)能否滿足研究需要，選擇某型基于圖像的具有LDW功能和FCW功能的駕駛員輔助系統(tǒng)作為待測系統(tǒng)，測試方案設(shè)計(jì)如下：

1）驗(yàn)證目的概述

待測系統(tǒng)V和待測系統(tǒng)V+，V系統(tǒng)集成有初期報(bào)警算法，V+系統(tǒng)則在V系統(tǒng)初期報(bào)警算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級(jí)和修改。在實(shí)車道路試驗(yàn)過程中，由于道路行車的隨機(jī)性，同一報(bào)警場景很難完全一致重復(fù)出現(xiàn)，因此僅有實(shí)驗(yàn)人員主觀感受認(rèn)為V+系統(tǒng)的性能略好于V系統(tǒng)，在什么工況下性能好也無法確定。因此，針對兩種系統(tǒng)進(jìn)行硬件在環(huán)虛擬測試，對比兩種系統(tǒng)在同一測試樣本下的報(bào)警性能。

2）樣本準(zhǔn)備

選擇同一測試工況樣本ES1，ES1是包含時(shí)序同步的車載CAN信息和車輛前方道路圖像的數(shù)據(jù)組合。測試工況樣本特點(diǎn)如表1所示，除去表中的16個(gè)描述報(bào)警場景，其余時(shí)間均為正常安全行駛場景。

表1 ES1樣本特點(diǎn)Tab.1 Sample characteristics of ES1

3）驗(yàn)證過程

分別將待測系統(tǒng)V和V+接入測試系統(tǒng)，回放ES1，測試兩種系統(tǒng)對于相同的14個(gè)場景的報(bào)警反應(yīng)，以及在其余樣本時(shí)間內(nèi)的報(bào)警反應(yīng)，如圖6為ES1樣本的視頻截圖。

圖6 測試工況樣本截圖Fig.6 Screenshot of testing sample

如表2為2個(gè)待測系統(tǒng)針對該測試工況樣本中包含的12個(gè)正確報(bào)警場景的反應(yīng)，V系統(tǒng)只有在 “突然加速?zèng)_向前車”時(shí)未報(bào)警，由此可見兩個(gè)系統(tǒng)在應(yīng)對正確報(bào)警場景反應(yīng)的能力差別不大，V+系統(tǒng)在處理一項(xiàng)易漏報(bào)場景的能力較好。計(jì)算得到，V系統(tǒng)的報(bào)警正確率為91.7%，漏報(bào)率為8.3%。

如表3為2個(gè)待測系統(tǒng)ES1樣本回放中，除去正確報(bào)警場景外的其余時(shí)間的報(bào)警統(tǒng)計(jì)，所有的報(bào)警出現(xiàn)均為誤報(bào)，V系統(tǒng)的誤報(bào)率為29.4%，V+系統(tǒng)則為11.8%，V+系統(tǒng)誤報(bào)率降低至V系統(tǒng)的三分之一，并且如表3中所示，V+系統(tǒng)基本上消除了LDW的誤報(bào)，但是對于FCW的誤報(bào)相對于V系統(tǒng)依然存在。

表2 正確報(bào)警場景測試結(jié)果Tab.2 Test result of accuracy warning

表3 誤報(bào)警統(tǒng)計(jì)表Tab.3 Statistics of error warning

4 結(jié) 論

文中提出了一種測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和搭建方法，測試對象為具有車道偏離報(bào)警系統(tǒng)和前撞報(bào)警系統(tǒng)的駕駛員輔助系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證測試系統(tǒng)可以達(dá)到對于報(bào)警性能的測試目的。

測試系統(tǒng)的特點(diǎn)是：1）統(tǒng)一測試樣本，增加了樣本通用性，減少測試工作量；2）在硬件在環(huán)虛擬測試過程中，通過待測系統(tǒng)接入測試系統(tǒng)形成模擬的行車環(huán)境時(shí)，輸入不同測試樣本或相同測試樣本，可方便得知單一待測系統(tǒng)在不同危險(xiǎn)場景下報(bào)警的可靠性，或者不同待測系統(tǒng)在單一危險(xiǎn)場景下報(bào)警的性能差別；3）測試系統(tǒng)有較高的通用性，由于采用了PXI系列硬件系統(tǒng)，有多種I/O接口可供選擇，待測系統(tǒng)較易接入測試系統(tǒng)進(jìn)行離線分析；4）測試系統(tǒng)提供給測試人員的測試方法綜合考慮了道路狀況和自車行駛狀態(tài)，較為可靠。

[1]李克強(qiáng)，王建強(qiáng)，羅劍，等.車道偏離報(bào)警系統(tǒng)的測試裝置：中國，201010261862.1[P].2010.

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