基于EU 2021/1958的機動車智能速度輔助系統性能試驗研究

顏為光 張文 張越 袁定立

（中汽研汽車檢驗中心（武漢）有限公司，武漢 430056）

1 前言

目前，汽車行業仍面臨嚴重的道路交通安全問題[1-2]，超速駕駛是引起交通事故的主要原因之一[3]。智能速度輔助（Intelligent Speed Assistance，ISA）系統可在車輛超過限速時提示駕駛員減速并在必要時主動減速，旨在避免超速造成事故或減輕事故后果[4-6]，成為研究人員關注的焦點[7-9]。

歐盟委員會于2021 年正式發布EU 2021/1958。根據EU 2019/2144，M 類和N 類機動車自2022 年7月6 日起需要為新車型配備ISA 系統，2022 年7 月7日起，所有新車配備ISA 系統，系統具體技術要求和測試要求參照該標準附錄Ⅱ即EU 2021/1958 執行。美國與日本目前尚無ISA系統相關法規。2020年以來，我國交通運輸部牽頭在“兩客一危一重貨”重點車輛上安裝智能視頻監控系統，對駕駛人駕駛行為及車輛運行軌跡（車速、地理位置等）進行實時監控，以便識別、預警提示交通違法行為，但這種管控未對即時車速與車速限制要求符合情況進行監控，國內目前尚無ISA 系統強制法規要求。總體而言，目前國內對機動車ISA 系統性能、標準及測試方法研究較少。

EU 2021/1958 作為世界上首個測評機動車ISA系統性能的標準，得到了廣泛認可和應用。本文首先介紹ISA 系統的工作原理及EU 2021/1958規定的典型測試場景，并研究開發機動車ISA性能測試系統和測試場景，最后進行道路驗證測試，以期為國內機動車ISA系統的開發和相關標準的制定提供參考。

2 ISA系統原理

ISA 系統主要由控制器、攝像頭、縱向控制執行器及人機交互界面組成[10]，其中人機交互界面主要包括ISA 系統開關、ISA 系統預警提示和ISA 系統狀態提示信息。

ISA 系統基于車輛安裝的傳感設備實時感知車輛的行駛狀態（車輛行駛方向、車速及距離等數據），基于車速標志識別攝像頭和/或車載GPS 接收機、導航儀等網聯設備，確定車輛行駛位置的道路限速。ISA 系統控制器接收限速信息后，結合駕駛員的操作意圖和操作信息，對數據進行融合分析處理。在車輛處于超速行駛的危險狀況下，首先通過顯示單元向駕駛員提供預警信息，并在必要時利用車輛的電子節氣門、空氣泵等裝置對節氣門及制動踏板等縱向控制執行器進行控制，從而保證車輛安全、平穩行駛[8]。

3 EU 2021/1958 典型ISA 系統測試工況及評價指標

根據EU 2021/1958 的要求，機動車ISA 系統應包括車速限制信息功能（Speed Limit Information Function，SLIF）和車速限制警告功能（Speed Limit Warning Function，SLWF）或車速控制功能（Speed Control Function，SCF），標準中規定的各工況要求如表1 所示，SLIF-顯式限速標志感知測試、SLWF（視覺+聲學/觸覺）限速警告測試及SCF（加速、響應及超控工況）測試工況是其中的典型工況。

表1 ISA系統典型場景測試通過條件

3.1 SLIF-顯式限速標志感知測試

如圖1 所示，試驗車輛保持在車道中心以穩定大于限速標志牌規定速度駛向顯式限速標志。

圖1 SLIF-限速標志感知測試場景示意

3.2 SLWF（視覺+聲學/觸覺）限速警告測試

試驗車輛在車道中心以某穩定速度駛向限速標志，限速標志的限速值應至少比車輛初始速度高38%。平穩加速以啟動SLWF 系統，使其分別以比測試限速高1%～8%、11%～18%、21%～28%及31%～38%的速度通過限速標志，繼續行駛直到觀察到視覺警告、級聯聲學或觸覺警告。對于聲學警告，繼續行駛至少5.0 s，然后在3 s 內減速到8 s 前的測試限制速度以下；對于觸覺警告，繼續行駛至少12.0 s，然后在3 s內減速到15 s前的測試限制速度以下。

3.3 SCF-加速測試

試驗車輛在初始速度范圍內在SCF激活狀態下駕駛，駕駛員不應施加主動超控動作，直到啟動SCF干預。測試分為3個場景：城市限速，初始速度≤20 km/h，測試限速為50 km/h；城際限速，初始速度≤50 km/h，測試限速為80 km/h；高速公路限速，初始速度≤100 km/h，測試限速為130 km/h。

3.4 SCF-響應測試

在城市工況下進行限速為50 km/h 的測試，試驗車輛初始速度為70～79 km/h，初始速度限值80 km/h；SCF 激活狀態下，車輛應在初始儀表車速范圍內恒速行駛，感知速度限值應設置為初始速度限值以使SCF功能不觸發。然后設置感知速度限值為試驗限速值，車輛繼續在初始儀表車速范圍內恒速行駛以觸發SCF。

3.5 SCF-超控測試

在城市工況下進行限速為50 km/h 的測試，試驗車輛初始速度≤35 km/h，超控結束時速度應≥65 km/h。試驗車輛應在SCF 激活狀態下恒速行駛，感知限速應為試驗限速值。對車輛進行加速時不應進行主動超控，直到啟動SCF 干預。干預啟動后采用主動超控動作將車輛加速到最終速度范圍，然后將車輛減速至儀表車速低于試驗限速，并再次在不主動超控狀態下加速，直至啟動SCF干預。

4 ISA測試系統及測試場景構建

4.1 ISA測試系統構建

根據EU 2021/1958，ISA 系統性能試驗需測量試驗車輛速度、車輛參考點與限速標志縱向相對距離及系統報警時刻，具有較高精度要求。為保證測試的精度、可靠性和可重復性，采用專業的測試設備進行測試。

如圖2所示，選用慣性導航系統對車輛的速度進行測量，為提高定位精度、保證試驗準確性，建立測試基站，選用實時動態（Real Time Kinematic，RTK）測量系統對被測車輛參考點與限速標志縱向相對距離進行分析采集，RTK 測量系統鎖定后實時動態位置精度可達到2 cm。采用如圖3a所示的羅技高清網絡攝像頭實時拍攝組合儀表視覺報警顯示區域以采集報警視覺信號，采用如圖3b所示的AVAD3系統對聲音報警信號進行實時采集和捕捉，二者組成預警信號采集系統可以準確獲取報警時刻。

圖2 測試基站與RTK測量系統

圖3 預警信號采集系統及德威創數據采集器系統

ISA 系統整車道路試驗軟、硬件及監控方案如圖4所示，主要子系統包括慣性導航系統、通信基站系統（主要包括測試基站與RTK 測量系統）及預警信號（包括聲學與視覺信號）采集系統。測試時利用慣性導航系統與RTK 測量配套軟件完成其配置設置，并采用如圖3c所示的德威創數據采集器通過CAN 總線通信協議獲取試驗車輛車速、相對限速標志位置及系統報警信號等信息，從而可以通過軟件實時獲取車輛運動狀態與測試過程數據等試驗動態信息。

圖4 ISA系統整車道路試驗軟硬件及監控方案

4.2 ISA系統測試場景構建

將限速標志固定于試驗道路側方，構建ISA系統典型測試場景，如圖5 所示。測試前需通過RTK 測量系統設置試驗車輛ISA 系統參考點與限速標志縱向相對距離為零的位置。測試時通過RTK 測量系統實時監測試驗車輛與車道中心線相對距離以保證車輛與限速標志間的橫向距離穩定，然后即可按照標準中對各測試工況的要求駕駛試驗車輛經過限速標志完成ISA 系統性能測試。

圖5 ISA系統典型測試場景

5 ISA系統性能驗證試驗

5.1 試驗車輛

采用某款M3類乘用車作為試驗車輛，按照EU 2021/1958 的要求進行ISA 系統性能測試，車輛參數如表2所示。

表2 試驗車輛參數

5.2 測試結果分析

根據表2 所示試驗車輛ISA 系統類別及報警形式，依據標準要求使用所構建的測試系統和測試場景，對車輛進行SLIF-顯式限速標志感知測試與SLWF（視覺+聲學/觸覺）限速警告測試。

為驗證所設計試驗方案的可行性，在汽車試驗場的干燥水泥路面上開展試驗。本文選取試驗車輛最前端作為ISA 系統的參考點。如圖6 所示，通過實時數據平臺，可準確采集試驗車輛速度、試驗車輛參考點與限速標志縱向相對距離及報警時刻，從而實時監控車輛運動狀態和測試過程數據。

圖6 SLIF-顯式限速標志感知測試實時監控

根據圖6 所示SLIF-顯式限速標志感知測試曲線，對比車輛參考點與限速標志牌位置相對距離為0的時刻t1與視頻中顯示識別出限速標志牌的時刻t2可知，在車輛參考點經過限速標志牌前0.10 s，車輛即可識別出限速標志，滿足標準要求。

根據SLWF（試驗車輛速度比測試限速高1%～8%）限速警告測試實時數據獲得測試曲線如圖7 所示。由圖7可知，試驗車輛以53 km/h的速度均勻接近并駛過限速標志，在車輛參考點經過限速標志0.15 s和2.65 s 后分別提供視覺和聲學報警，聲學報警持續3.10 s，視覺報警持續至聲學報警結束后7.18 s，滿足標準要求。不同試驗車速工況下警告測試結果統計如表3所示，均滿足標準要求。

圖7 ISA系統限速警告測試（車速比限速高1%～8%）曲線

表3 SLWF系統限速警告測試結果

對該警告測試結果進一步分析發現，如表4 所示，4 種試驗車速下測試車輛限速標志識別時延有較大差異，其中限速標志識別位置與限速標志的距離為正或限速標志識別時延為負，代表車輛參考點經過限速標志前已識別。隨著車速提高，限速標志識別時延逐漸增大，如圖8所示。為分析其原因，對比不同車速下限速標志識別位置，發現隨著車速提高，限速標志識別位置越來越靠后，導致識別時延逐漸增大，如圖9 所示。這可能是由于車速越高，ISA 系統感知與識別限速標志的難度越大，說明ISA系統開發時應關注車速較高時系統準確感知識別限速標志的靈敏度問題。

圖8 限速標志識別時延隨車速變化關系

圖9 限速標志識別位置與限速標志的距離隨車速變化關系

表4 不同車速下SLWF 系統限速警告測試限速標志識別結果

6 結束語

針對目前國內對機動車智能速度輔助（ISA）系統性能、標準及測試方法研究較少的現狀，本文介紹了ISA 系統的工作原理，并詳細研究了EU 2021/1958法規對機動車ISA系統性能的典型測試場景及評價指標，開發了一套用于機動車ISA 系統性能測試評價的測試系統，并完成了道路驗證測試，可為國內機動車ISA 系統的開發和相關標準的制定提供參考。

通過分析某乘用車道路試驗驗證結果發現，車速越高時，車輛識別限速標志牌的位置和時間越晚，故開發ISA 系統時應關注車速較高時系統感知識別限速標志的靈敏度問題。