換道輔助系統測試評價技術研究

周競　張強　黃俊富　李斌　張勝根

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

關鍵詞：換道輔助 測試評價 技術研究

1 引言

截止2020年底，我國公路總里程已達519.8萬公里[1]，據公安部統計數據，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;機動車駕駛人4.4億人，其中汽車駕駛人4億人[2]。作為一種重要的出行工具，汽車在人類生產和生活中起著至關重要的作用，公路交通的規模和總量不斷擴大。據國家統計局數據，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致，70%以上的事故原因可歸結于駕駛員的疏忽或不當駕駛決策，其中換道行為是導致交通事故的主要原因之一。[4]

在傳統的人-車-路系統中，駕駛行為作為整個系統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境的感知及認知水平不一致，駕駛行為因人而異、因環境而異。人類駕駛員在與其他車輛、道路設施和行人的交互過程中容易出現失誤導致事故。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。隨著傳感器技術和計算機技術的進步，無人駕駛技術已逐漸進入產業化階段[5]。

現有的先進駕駛輔助系統通過監測車輛與周圍對象的相對距離和速度等做出換道碰撞預警[4]。換道輔助則是在監控周圍車輛及道路情況下，在駕駛員做出換道指令（撥動轉向燈）后車輛確認當前狀態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]。換道過程涉及環境感知、路徑規劃、運動控制等環節[7]。換道輔助系統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，避免經濟損失及人員傷亡[8]。典型的換道輔助系統工作流程如圖1所示。

2 典型換道輔助系統測試場景研究

換道行為導致交通事故的主要原因是未能及時識別相鄰車道車輛導致換道過程中發生碰撞，如相同車速情況下縱向距離較近難以應對突發的加減速情況，相鄰車道車速不一致導致縱向TTC較小，變道車輛盲區有車輛駕駛員未識別等。針對以上情況專門設計了測試用例，同時考慮交通法規，換道輔助系統還應對車道線進行識別，判斷當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。同時考慮系統與駕駛員的交互性及安全帶、剎車、四門兩蓋轉向燈等狀態對系統的影響[9]。主要從三面進行測試場景設計，如圖2所示。

通過設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 換道輔助系統評價方法研究

評價方法主要從HMI、系統功能邏輯、系統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。評價內容包含功能開關、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、自身功能狀態、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、轉向燈狀態、四門兩蓋均可作為換道輔助系統某一功能邏輯狀態跳轉的條件，主要判斷是否符合交規及功能設計規范。

3.3 性能評價

主要評價完整換道過程的時間（從轉向燈輸入至提示轉向燈關閉），換道等待時間（從轉向燈輸入至換道動作開始），側向加速度變化范圍;側向速度變化范圍，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 換道輔助系統實車測試

針對某搭載換道輔助系統車型，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]。

根據設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據。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系、換道用時等，通過數據后處理工程師分析處理，判斷系統當時狀態，計算獲得各所需參數值，總體流程如圖5所示。

5 測試結果及評價

5.1 HMI測試結果及評價

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，換道側車道線由藍色實線變為藍色虛線，非換道側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系，換道成功會提示關閉車輛相應側轉向燈;換道側為實線情況下轉向燈打開，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前狀態，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 功能邏輯測試結果及評價

按照測試用例進行了系統功能邏輯的測試，測試結果顯示該車型換道輔助系統功能邏輯設置合理，符合駕駛員通常操作習慣及交通法規要求。虛線可以換道，實線不可換道;在可換道車速區間車輛可以換道，可換道車速區間外不可換道;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，系統退出，車道線顯示為灰色;松開安全帶、打開四門兩蓋系統均被抑制，評價結果為功能邏輯設置合理且安全性高。

5.3 性能測試結果及評價

性能測試評價主要考察換道過程的舒適性及安全性，測試結果顯示車輛傳感器感知距離遠，因系統使用了超聲波雷達與攝像頭融合算法故系統白天及夜間性能無差異;車輛換道過程中的側向速度及側向加速度與溫和駕駛員駕駛習慣類似，換道過程舒適性好;側向速度及側向加速度分布區間集中，系統換道過程一致性好;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;系統性能兼顧了換道過程舒適性及安全性。

6 結論

在整車研發過程中，實車測試是換道輔助系統性能評價的一個必要環節，本文設計了換道輔助系統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功能及性能的優劣。未來可在現有基礎上進一步豐富測試評價場景提煉關鍵參數形成評價標準體系方面進行拓展。

本論文獲得汽車噪聲振動和安全技術國家重點實驗室、重慶英才·創新創業領軍人才（科技領域）項目（CQYC201903010）資助。

參考文獻：

[1]劉志強.總里程達519.8萬公里，路網規模等持續提升[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]中華人民共和國統計局.中國統計年鑒[M].北京：中國統計出版社，2021.

[4]周洲.基于自然駕駛數據的換道預測及控制研究[D].武漢：武漢理工大學，2019.

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

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