乘用車全速自適應巡航系統現狀及測試方法研究

高海龍

畢業于華中農業大學，工學碩士學位，現就職于襄陽達安汽車檢測中心智能網聯檢測部，任智能網聯整車試驗技術工程師，主要研究智能網聯汽車測試技術，已發表《基于 VBOX-ADAS 模塊的車道保持系統測試研究》等4 篇論文。

摘 要：乘用車全速自適應巡航系統（FSRA）通過傳感器探測車輛行駛前方的目標物信息，并通過控制器、執行器使車輛與目標保持安全距離行駛，可有效減少碰撞事件的發生。論文對系統的構成及工作原理進行了闡述，并分析了目前已有法規的測試場景及不足。論文針對中國現狀提出了FSRA系統的典型測試場景、針對該場景提出了相應的測試評價指標，并選取了具有代表性的車型結合高精度測試設備進行了驗證，并對驗證結果進行了分析、對當前技術現狀進行總結。

關鍵詞：全速自適應巡航系統; 測試方法 ;技術現狀

中圖分類號：U467.11" " " 文獻標識碼：A" " " 文章編號：1005-2550（2022）04-0060-09

Research on The Current Situation and Test Method of Full Speed Range Adaptive Cruise System for Passenger Vehicles

GAO Hai-long ， LI Chao， ZHOU Zheng， PEI Jian， DU Qiang-fei

（ Xiangyang Da An Automobile Test Center， Xiangyang 441004， China" ）

Abstract： The full speed range adaptive cruise system （FSRA） can detect the target information in front of the vehicle through sensors， and keep a safe distance between the vehicle and the target through controllers and actuators， which can effectively reduce the occurrence of collision events.The thesis expatiates on the constitution and working principle of the system， and analyzes the test scenarios and shortcomings of existing laws and regulations.In this paper， typical test scenarios of FSRA system are proposed in view of China’s current situation， and corresponding test evaluation indicators are proposed for this scenario， and representative models are selected to verify with high-precision test equipment， and the verification results are analyzed， and the current technical status is summarized.

Key Words： Full Speed Range Adaptive Cruise System; Test Method; Technology Status

1" " 綜述

隨著社會經濟持續高速的發展，車輛智能化水平逐年提高，車輛高級駕駛輔助系統的裝備率也在逐年提升，其中2021年1-4月，乘用車FSRA系統的裝備率已經達到14.2%，較2020年的13.4%上升了0.8%。乘用車FSRA系統在減輕駕駛員動態駕駛任務的同時，能夠有效緩解城市道路交通擁堵，提升城市道路安全。

FSRA系統通過傳感器探測車輛行駛前方的目標物信息，并通過控制器、執行器使車輛與目標保持安全距離行駛，該功能作為高級駕駛輔助系統，既是一種緩解駕駛員疲勞的舒適性配置，也是一種實現車輛控制的主動安全配置，因此需要針對該功能開展測試及評價方法研究。目前針對該功能在國內外已經出臺了部分法規，例如GB/T 20608-2006《智能運輸系統 自適應巡航控制系統性能要求與檢測方法》、ISO 15622-2018《智能運輸系統 自適應巡航控制系統性能要求與檢測方法》、ISO 22178-2009《智能運輸系統 低速跟隨控制系統性能要求及試驗方法》、ISO 22179-2009《智能運輸系統 全速范圍自適應巡航控制性能要求及試驗方法》、SAE J2399-2014《自適應巡航操作特性和用戶界面》，但是這些法規發布時間較早，評測內容已無法跟上技術發展的進度，部分法規存在落后技術的現狀，本文針對現有法規進行分析，針對法規中存在的不足提出符合中國現狀的測試場景和評價指標，同時選取不同級別的車輛開展測試，探索該技術現狀水平。

2" " 全速自適應巡航系統構成及工作原理

2.1" "全速自適應巡航系統構成

全速自適應巡航系統（FSRA）能夠覆蓋車輛由靜止（0km/h）-系統最高工作車速（Vmaxkm/h）的速度區間，解決了傳統自適應巡航低于工作車速即退出系統需要駕駛員接管的問題，有效的減輕了駕駛員在功能使用時的不便及煩惱。根據功能實現的技術路徑，目前典型的系統構成如圖1所示。

其中有關傳感器的方案構成，目前有部分的車輛由單一的雷達或攝像頭構成，但是單一的毫米波雷達存在漏檢和誤檢的問題，單一的攝像頭存在動態范圍小且受光照環境影響大的問題，因此目前單傳感器的技術手段已逐漸被毫米波雷達和攝像頭融合的方案代替。攝像頭和雷達的數據融合能夠更好的探測和識別目標且受環境影響更小。

2.2" "全速自適應巡航系統工作原理

駕駛員啟動FSRA系統后，FSRA系統通過傳感器實時探測車輛行駛道路前方的目標信息，若傳感器未探測到前方目標，車輛則按照駕駛員設定的車速保持勻速行駛。

當車輛傳感器探測到本車道前方的目標信息時，傳感器將目標物信息發送至車輛智能控制器，同時車輛自身的運行信息通過CAN或以太網發送至車輛智能控制器，控制器通過算法模型判斷車輛下一步動作并將執行指令發送至車輛執行機構（制動、加速等機構）并由執行機構控制車輛至目標車速，以達到系統設定控制目標。駕駛員可通過控制車輛執行機構隨時接管車輛。

3" " 全速自適應巡航系統現有法規分析及測試場景重新設定

3.1" "現有測試法規分析

現有針對車輛巡航系統的法規較多，主要有GB/T 20608-2006《智能運輸系統 自適應巡航控制系統性能要求與檢測方法》、ISO 15622-2018《智能運輸系統 自適應巡航控制系統性能要求與檢測方法》、ISO 22178-2009《智能運輸系統 低速跟隨控制系統性能要求及試驗方法》、ISO 22179-2009《智能運輸系統 全速范圍自適應巡航控制性能要求及試驗方法》、SAE J2399-2014《自適應巡航操作特性和用戶界面》。各個法規中規定的測試評價場景如表1所示。

通過對現有法規分析發現，受限于法規制定時技術狀況，現有法規測試的主要目的為驗證車輛感知及控制的基礎性能，測試場景無法覆蓋中國用戶實際使用中遇到的場景，如前車切入和切出場景等，且針對全速范圍自適應巡航的功能驗證中3個ISO標準設置了跟車停止測試，對車輛跟車起步未做相關驗證。隨著技術的不斷進步，車輛基礎感知、線控性能已經有了較大進步，現階段需要針對全速自適應巡航系統的特有工作場景及中國典型場景進行相關驗證。

3.2" "場景設定

3.2.1目標識別試驗

目標識別試驗在直道上進行，分為無偏置目標識別試驗、偏置目標識別試驗和目標誤識別試驗，測試參數如表2所示，試驗車輛按照表2的試驗參數設定跟車時距及車速，目標車輛位于試驗車輛前方大于100m處，并根據表中參數行駛，具體測試場景如圖2所示：

3.2.2切入切出試驗

切入切出試驗在直道上進行，分為目標切入試驗和目標切出試驗，具體測試參數如表3所示。

目標切入試驗，試驗車輛按表中參數設定車速及跟車時距，沿車道中心穩定行駛，相鄰車道前方100m處有一車輛以表3中規定速度沿車道中心同向穩定行駛。當兩車縱向距離為30m時，目標切入，測試場景如圖3所示。

目標切出試驗，試驗車輛按表中參數設定車速及跟車時距，沿車道中心穩定行駛，本車道車道前方100m處有一車輛以表3中規定速度沿車道中心同向穩定行駛。當試驗車輛穩定跟隨目標車輛行駛3s后，目標切出，測試場景如圖4所示。

3.2.3 跟車啟停試驗

跟車起停試驗在直道上進行，分為跟車停止試驗和跟車起步試驗，具體實驗參數如表4所示。

試驗車輛按表4中參數設定車速及跟車時距，沿車道中心穩定跟隨同車道目標車輛行駛。目標車輛初始速度如表4所示。試驗車輛穩定跟隨目標車輛后，跟車停止試驗開始。目標車輛以表4中減速度減速至停止。當試驗車輛跟隨目標車輛停止，跟車停止試驗結束。

跟車起步試驗在跟車停止試驗結束后開始，控制目標車輛以表4中加速度加速至最終速度。當試驗車輛自動或由駕駛員確認后跟隨目標車輛起步并再次達到穩定狀態后，跟車起步試驗結束。

3.2.4 跟車過彎試驗

跟車過彎試驗在直道與彎道組合道路進行，具體參數如表5所示。

試驗車輛按表5中設定車速及跟車時距，沿直道中心穩定跟隨同車道目標車輛行駛。目標車輛初始速度如表5所示。試驗車輛在目標車輛進入彎道前穩定跟隨其行駛，當目標車輛駛入半徑為500m的彎道時，以表5中減速加速度減速至最終車速并保持穩定行駛。當試驗車輛跟隨目標車輛減速，并達到穩定狀態后，試驗結束。

3.3" "全速自適應巡航系統測試場景評價

3.3.1 全速自適應巡航系統基本性能要求

全速自適應巡航系統應滿足以下基本性能要求：

1. 系統應能準確識別目標物并控制車輛不與目標物發生碰撞;

2. 系統能夠控制車輛穩定行駛;

3.3.2 全速自適應巡航系統測試評價方法

本文針對不同測試場景制定不同評價指標具體如表6：

備注：Tb：車輛制動響應時間;Tb-max（acc）：制動階段減速度最大值;

Ta：加速響應時間;Ta-max（acc）：加速階段加速階段的最大值;

THW：穩定跟車時距變化范圍;Vs：穩定跟車車速變化范圍;D：跟車停止距離。

車輛制動響應時間主要評價車輛在識別目標后制動響應能力，影響制動階段的減速度大小進而影響駕駛員及乘員的駕乘體驗;制動階段減速度最大值、加速階段加速度最大值直接影響駕乘人員感受。車輛加速響應時間主要評價車輛起步及時性及車輛通行效率。跟車時距只要用于評價車輛功能安全性及駕駛員危機感;跟車停止距離主要用于評價車輛跟車停止時操作的安全性及類人操作能力。

4" " 測試驗證

4.1" "樣車選取

為保證測試具有代表性，試驗選取高端進口轎車1輛，命名為車型A，國內自主品牌轎車3輛，分別為車型B、車型C、車型D，共4個品牌車型，4輛車進行測試。

4.2" "測試環境條件

測試場地選擇干燥、平直的直線性能路，測試光照強度不低于2000lux，天氣晴朗。

4.3" "測試設備

測試基于RT-Range、Capture-Review系統，主要由數據采集設備、高精度慣性導航設備、車輛通訊設備、視頻采集設備。其中數據采集設備用于收集和存儲慣性導航系統的數據、車車通信數據及視頻采集數據，高精度慣性導航系統主要用于測試車輛的車速、定位數據并通過通信設備發送至數據采集設備，車輛通訊設備主要用于將目標車輛測試數據實時發送至測試車輛并于測試車輛時間同步，視頻采集設備用于采集測試車輛前方視野、儀表及人機交互系統及其它視頻信息，并將視頻信息發送至數據采集設備且與其他數據同步。

4.4" "測試執行及結果分析

本文中測試工況是按照3.2節中的場景進行測試，具體測試結果下。

4.4.1 目標識別試驗

在此測試場景下，測試車輛開啟FSRA系統，依次開展無偏置目標識別試驗、偏置目標識別試驗以及目標誤識別試驗，測試車輛系統目標識別的能力。通過4個不同品牌車輛的測試結果可以看出，現有已量產的系統均能夠準確的識別目標并作出相應的響應，同時均不會對相鄰車道車輛作出響應，無誤動作發生。

1）無偏置目標識別及偏置目標識別試驗工況下，車型A的穩定跟車速度最大偏差過大，變化范圍接近4km/h，測試車輛無法穩定行駛，功能使用體驗較差;

2）無偏置目標識別及偏置目標識別試驗工況下，四種車型在識別目標后減速過程中，車輛減速度均控制在1.0m/s2以下，整體駕駛員感受較好。

3）無偏置目標識別及偏置目標識別試驗工況下，四種類型車輛目標時候穩定跟車的時距與車輛定義時距均存在一定偏差，除車型A因為無法穩定跟車導致時距最大偏差超過20%，其它三輛車的跟車時距偏差在20%以內。

4）目標誤識別試驗工況下，四種類型車輛均未發生誤識別且穩定行駛車速波動范圍均小于1km/h。

4.4.2 切入切出試驗

在此測試場景下，測試車輛開啟FSRA系統，依次開展目標車切入及切出測試，測試車輛FSRA的能力。

通過4個不同品牌車輛的測試結果可以看出，車輛均能快速、準確識別前方切入目標車輛工況且均未與目標車輛發生碰撞，車輛功能均表現良好。車型A由于功能邏輯問題，穩定跟車性能存在不足，因此在應對前車切入場景時跟車時距需要在更大的范圍內變動，其跟車時距超出設定值57%，駕駛體驗較差。進一步分析本工況中車輛的最大減速度明顯大于車輛在目標識別工況中的減速度，這說明目標車切入工況在實際駕駛時的危險性更大，車輛FSRA系統應對該工況時的難度更大，參與測試的4輛車表現良好。

通過4個不同品牌車輛的測試結果可以看出，車輛均能快速、準確應對前方切出目標車輛工況且最終能夠按照設定車速勻速行駛，車輛功能均表現良好。但是不同車型在感知到前方低速行駛目標消失后，加速過程的策略略有不同，其中車型A、B選擇略顯激進的方式最大加速度均已接近1.5m/s2，而車型C、D則控制加速過程中最大加速度值0.8m/s2以下，通過實際的駕駛體驗看，車型A、B駕駛感受要優于其他兩個車型。

4.4.3 跟車啟停試驗

在此測試場景下，測試車輛開啟FSRA系統，跟隨目標車停止和起步并穩定跟車，測試車輛跟車啟停的能力。

通過4個不同品牌車輛的測試結果可以看出，車輛均能穩定跟隨目標車停止和起步，車輛功能均表現良好。

車輛制動響應時范圍在1.21-1.66s之間，接近駕駛員在實際工況中的制動時間（駕駛實際制動反應時間為1.02-1.36s之間）且各種車輛制動響應時間一致，表明車輛在應對碰撞風險時表現良好。

不同車輛的加速響應時間則存在一定差別，研究表明駕駛員在紅綠燈路口的平均跟車起步時間為1.46-1.99s之間，從測試結果來看，車型A、車型B和車型D能夠接近人類駕駛的跟車反應時間，基本不影響通行效率，而車型C的加速響應時間已經超出正常駕駛的人類駕駛員水平，表明該功能在實際使用時可能會對交通通行效率產生一定的影響。

車輛跟車停止的距離也存在較大不同，車型A、D停車距離分別為2.53m和2.94m更貼近人類駕駛的駕駛習慣，既能保證不被車輛插入又能保證與前車的安全距離，但是車型B、車型C的停車距離均大于4m，就中國目前的情況來看，會因為車輛插入而進一步影響通行效率。

4.4.4 跟車過彎試驗

在此測試場景下，測試車輛開啟FSRA系統，跟隨目標車進入彎道直至在彎道內穩定行駛，測試車輛彎道跟隨目標能力。具體測試結果如表13所示：

通過測試結果可以發現，車型A彎道跟隨能力仍舊較差，無法穩定跟目標車輛行駛，其余車輛功能表現正常，就能穩定跟隨目標車輛在彎道內行駛，未出現目標丟失等情況。

4.5" "FSRA技術現狀分析

1. 就測試驗證結果來看，現有梳理針對中國特色的場景能夠很好的FSRA系統實現驗證，符合現階段技術發展趨勢。

2. FSRA就系統感知實現方案來看，目前絕大多數采用毫米波雷達加攝像頭的融合方案，該方案能夠較好的實現車輛動靜態目標的識別及應對不同環境條件。

3. 就目前系統功能來看，車輛均能實現FSRA定義的基本功能，如直道內識別目標、跟隨目標車輛行駛、停止和起步及彎道內行駛等，但是不同生產廠家的不同車輛在功能上仍然存在一定差距，如部分車輛在跟車行駛時無法實現穩定跟車，車速波動范圍過大，這也會在一定程度上導致用戶使用感受變差進而關閉該功能;還有部分車型存在加速響應時間過長，停止時與前車距離過大、加速過程中加速度偏小等問題，這些問題均會導致用戶在使用時產生影響通行效率進而產生抱怨的情況。整體來看FSRA功能還有待進一步完善。

目前全速自適應巡航系統還處于發展階段，部分技術還不夠成熟，隨著傳感器技術、智能算法技術、芯片技術及汽車技術的不斷發展和進步，未來功能更加完善、好用的系統很快會到來。

5" " 結論

智能駕駛輔助系統被越來越多地應用于汽車上，針對這些系統的測試成為車輛開發的關鍵環節。本文分析了現有測試法規的現狀及不足之處，建立了全速自適應巡航系統的典型測試場景并基于典型測試場景提出系統評價指標，選取多個車型并依托于高精度測試設備，開展了有效的驗證工作。本文提出的測試場景及評價方法有著重要的實用價值和使用意義。

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