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基于EU 2021/1958的機(jī)動(dòng)車智能速度輔助系統(tǒng)性能試驗(yàn)研究

2024-02-22 06:17:48顏為光張文張?jiān)?/span>袁定立
汽車工程師 2024年2期
關(guān)鍵詞:參考點(diǎn)警告車速

顏為光 張文 張?jiān)?袁定立

(中汽研汽車檢驗(yàn)中心(武漢)有限公司,武漢 430056)

1 前言

目前,汽車行業(yè)仍面臨嚴(yán)重的道路交通安全問(wèn)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(tǒng)可在車輛超過(guò)限速時(shí)提示駕駛員減速并在必要時(shí)主動(dòng)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(guān)注的焦點(diǎn)[7-9]。

歐盟委員會(huì)于2021 年正式發(fā)布EU 2021/1958。根據(jù)EU 2019/2144,M 類和N 類機(jī)動(dòng)車自2022 年7月6 日起需要為新車型配備ISA 系統(tǒng),2022 年7 月7日起,所有新車配備ISA 系統(tǒng),系統(tǒng)具體技術(shù)要求和測(cè)試要求參照該標(biāo)準(zhǔn)附錄Ⅱ即EU 2021/1958 執(zhí)行。美國(guó)與日本目前尚無(wú)ISA系統(tǒng)相關(guān)法規(guī)。2020年以來(lái),我國(guó)交通運(yùn)輸部牽頭在“兩客一危一重貨”重點(diǎn)車輛上安裝智能視頻監(jiān)控系統(tǒng),對(duì)駕駛?cè)笋{駛行為及車輛運(yùn)行軌跡(車速、地理位置等)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,以便識(shí)別、預(yù)警提示交通違法行為,但這種管控未對(duì)即時(shí)車速與車速限制要求符合情況進(jìn)行監(jiān)控,國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)ISA 系統(tǒng)強(qiáng)制法規(guī)要求??傮w而言,目前國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)動(dòng)車ISA 系統(tǒng)性能、標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試方法研究較少。

EU 2021/1958 作為世界上首個(gè)測(cè)評(píng)機(jī)動(dòng)車ISA系統(tǒng)性能的標(biāo)準(zhǔn),得到了廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。本文首先介紹ISA 系統(tǒng)的工作原理及EU 2021/1958規(guī)定的典型測(cè)試場(chǎng)景,并研究開(kāi)發(fā)機(jī)動(dòng)車ISA性能測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試場(chǎng)景,最后進(jìn)行道路驗(yàn)證測(cè)試,以期為國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車ISA系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。

2 ISA系統(tǒng)原理

ISA 系統(tǒng)主要由控制器、攝像頭、縱向控制執(zhí)行器及人機(jī)交互界面組成[10],其中人機(jī)交互界面主要包括ISA 系統(tǒng)開(kāi)關(guān)、ISA 系統(tǒng)預(yù)警提示和ISA 系統(tǒng)狀態(tài)提示信息。

ISA 系統(tǒng)基于車輛安裝的傳感設(shè)備實(shí)時(shí)感知車輛的行駛狀態(tài)(車輛行駛方向、車速及距離等數(shù)據(jù)),基于車速標(biāo)志識(shí)別攝像頭和/或車載GPS 接收機(jī)、導(dǎo)航儀等網(wǎng)聯(lián)設(shè)備,確定車輛行駛位置的道路限速。ISA 系統(tǒng)控制器接收限速信息后,結(jié)合駕駛員的操作意圖和操作信息,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析處理。在車輛處于超速行駛的危險(xiǎn)狀況下,首先通過(guò)顯示單元向駕駛員提供預(yù)警信息,并在必要時(shí)利用車輛的電子節(jié)氣門、空氣泵等裝置對(duì)節(jié)氣門及制動(dòng)踏板等縱向控制執(zhí)行器進(jìn)行控制,從而保證車輛安全、平穩(wěn)行駛[8]。

3 EU 2021/1958 典型ISA 系統(tǒng)測(cè)試工況及評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)EU 2021/1958 的要求,機(jī)動(dòng)車ISA 系統(tǒng)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的各工況要求如表1 所示,SLIF-顯式限速標(biāo)志感知測(cè)試、SLWF(視覺(jué)+聲學(xué)/觸覺(jué))限速警告測(cè)試及SCF(加速、響應(yīng)及超控工況)測(cè)試工況是其中的典型工況。

表1 ISA系統(tǒng)典型場(chǎng)景測(cè)試通過(guò)條件

3.1 SLIF-顯式限速標(biāo)志感知測(cè)試

如圖1 所示,試驗(yàn)車輛保持在車道中心以穩(wěn)定大于限速標(biāo)志牌規(guī)定速度駛向顯式限速標(biāo)志。

圖1 SLIF-限速標(biāo)志感知測(cè)試場(chǎng)景示意

3.2 SLWF(視覺(jué)+聲學(xué)/觸覺(jué))限速警告測(cè)試

試驗(yàn)車輛在車道中心以某穩(wěn)定速度駛向限速標(biāo)志,限速標(biāo)志的限速值應(yīng)至少比車輛初始速度高38%。平穩(wěn)加速以啟動(dòng)SLWF 系統(tǒng),使其分別以比測(cè)試限速高1%~8%、11%~18%、21%~28%及31%~38%的速度通過(guò)限速標(biāo)志,繼續(xù)行駛直到觀察到視覺(jué)警告、級(jí)聯(lián)聲學(xué)或觸覺(jué)警告。對(duì)于聲學(xué)警告,繼續(xù)行駛至少5.0 s,然后在3 s 內(nèi)減速到8 s 前的測(cè)試限制速度以下;對(duì)于觸覺(jué)警告,繼續(xù)行駛至少12.0 s,然后在3 s內(nèi)減速到15 s前的測(cè)試限制速度以下。

3.3 SCF-加速測(cè)試

試驗(yàn)車輛在初始速度范圍內(nèi)在SCF激活狀態(tài)下駕駛,駕駛員不應(yīng)施加主動(dòng)超控動(dòng)作,直到啟動(dòng)SCF干預(yù)。測(cè)試分為3個(gè)場(chǎng)景:城市限速,初始速度≤20 km/h,測(cè)試限速為50 km/h;城際限速,初始速度≤50 km/h,測(cè)試限速為80 km/h;高速公路限速,初始速度≤100 km/h,測(cè)試限速為130 km/h。

3.4 SCF-響應(yīng)測(cè)試

在城市工況下進(jìn)行限速為50 km/h 的測(cè)試,試驗(yàn)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(tài)下,車輛應(yīng)在初始儀表車速范圍內(nèi)恒速行駛,感知速度限值應(yīng)設(shè)置為初始速度限值以使SCF功能不觸發(fā)。然后設(shè)置感知速度限值為試驗(yàn)限速值,車輛繼續(xù)在初始儀表車速范圍內(nèi)恒速行駛以觸發(fā)SCF。

3.5 SCF-超控測(cè)試

在城市工況下進(jìn)行限速為50 km/h 的測(cè)試,試驗(yàn)車輛初始速度≤35 km/h,超控結(jié)束時(shí)速度應(yīng)≥65 km/h。試驗(yàn)車輛應(yīng)在SCF 激活狀態(tài)下恒速行駛,感知限速應(yīng)為試驗(yàn)限速值。對(duì)車輛進(jìn)行加速時(shí)不應(yīng)進(jìn)行主動(dòng)超控,直到啟動(dòng)SCF 干預(yù)。干預(yù)啟動(dòng)后采用主動(dòng)超控動(dòng)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(yàn)限速,并再次在不主動(dòng)超控狀態(tài)下加速,直至啟動(dòng)SCF干預(yù)。

4 ISA測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試場(chǎng)景構(gòu)建

4.1 ISA測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建

根據(jù)EU 2021/1958,ISA 系統(tǒng)性能試驗(yàn)需測(cè)量試驗(yàn)車輛速度、車輛參考點(diǎn)與限速標(biāo)志縱向相對(duì)距離及系統(tǒng)報(bào)警時(shí)刻,具有較高精度要求。為保證測(cè)試的精度、可靠性和可重復(fù)性,采用專業(yè)的測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。

如圖2所示,選用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)車輛的速度進(jìn)行測(cè)量,為提高定位精度、保證試驗(yàn)準(zhǔn)確性,建立測(cè)試基站,選用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(Real Time Kinematic,RTK)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)被測(cè)車輛參考點(diǎn)與限速標(biāo)志縱向相對(duì)距離進(jìn)行分析采集,RTK 測(cè)量系統(tǒng)鎖定后實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)位置精度可達(dá)到2 cm。采用如圖3a所示的羅技高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭實(shí)時(shí)拍攝組合儀表視覺(jué)報(bào)警顯示區(qū)域以采集報(bào)警視覺(jué)信號(hào),采用如圖3b所示的AVAD3系統(tǒng)對(duì)聲音報(bào)警信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和捕捉,二者組成預(yù)警信號(hào)采集系統(tǒng)可以準(zhǔn)確獲取報(bào)警時(shí)刻。

圖2 測(cè)試基站與RTK測(cè)量系統(tǒng)

圖3 預(yù)警信號(hào)采集系統(tǒng)及德威創(chuàng)數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)

ISA 系統(tǒng)整車道路試驗(yàn)軟、硬件及監(jiān)控方案如圖4所示,主要子系統(tǒng)包括慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、通信基站系統(tǒng)(主要包括測(cè)試基站與RTK 測(cè)量系統(tǒng))及預(yù)警信號(hào)(包括聲學(xué)與視覺(jué)信號(hào))采集系統(tǒng)。測(cè)試時(shí)利用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與RTK 測(cè)量配套軟件完成其配置設(shè)置,并采用如圖3c所示的德威創(chuàng)數(shù)據(jù)采集器通過(guò)CAN 總線通信協(xié)議獲取試驗(yàn)車輛車速、相對(duì)限速標(biāo)志位置及系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)等信息,從而可以通過(guò)軟件實(shí)時(shí)獲取車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與測(cè)試過(guò)程數(shù)據(jù)等試驗(yàn)動(dòng)態(tài)信息。

圖4 ISA系統(tǒng)整車道路試驗(yàn)軟硬件及監(jiān)控方案

4.2 ISA系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景構(gòu)建

將限速標(biāo)志固定于試驗(yàn)道路側(cè)方,構(gòu)建ISA系統(tǒng)典型測(cè)試場(chǎng)景,如圖5 所示。測(cè)試前需通過(guò)RTK 測(cè)量系統(tǒng)設(shè)置試驗(yàn)車輛ISA 系統(tǒng)參考點(diǎn)與限速標(biāo)志縱向相對(duì)距離為零的位置。測(cè)試時(shí)通過(guò)RTK 測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)車輛與車道中心線相對(duì)距離以保證車輛與限速標(biāo)志間的橫向距離穩(wěn)定,然后即可按照標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)各測(cè)試工況的要求駕駛試驗(yàn)車輛經(jīng)過(guò)限速標(biāo)志完成ISA 系統(tǒng)性能測(cè)試。

圖5 ISA系統(tǒng)典型測(cè)試場(chǎng)景

5 ISA系統(tǒng)性能驗(yàn)證試驗(yàn)

5.1 試驗(yàn)車輛

采用某款M3類乘用車作為試驗(yàn)車輛,按照EU 2021/1958 的要求進(jìn)行ISA 系統(tǒng)性能測(cè)試,車輛參數(shù)如表2所示。

表2 試驗(yàn)車輛參數(shù)

5.2 測(cè)試結(jié)果分析

根據(jù)表2 所示試驗(yàn)車輛ISA 系統(tǒng)類別及報(bào)警形式,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求使用所構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試場(chǎng)景,對(duì)車輛進(jìn)行SLIF-顯式限速標(biāo)志感知測(cè)試與SLWF(視覺(jué)+聲學(xué)/觸覺(jué))限速警告測(cè)試。

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案的可行性,在汽車試驗(yàn)場(chǎng)的干燥水泥路面上開(kāi)展試驗(yàn)。本文選取試驗(yàn)車輛最前端作為ISA 系統(tǒng)的參考點(diǎn)。如圖6 所示,通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái),可準(zhǔn)確采集試驗(yàn)車輛速度、試驗(yàn)車輛參考點(diǎn)與限速標(biāo)志縱向相對(duì)距離及報(bào)警時(shí)刻,從而實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和測(cè)試過(guò)程數(shù)據(jù)。

圖6 SLIF-顯式限速標(biāo)志感知測(cè)試實(shí)時(shí)監(jiān)控

根據(jù)圖6 所示SLIF-顯式限速標(biāo)志感知測(cè)試曲線,對(duì)比車輛參考點(diǎn)與限速標(biāo)志牌位置相對(duì)距離為0的時(shí)刻t1與視頻中顯示識(shí)別出限速標(biāo)志牌的時(shí)刻t2可知,在車輛參考點(diǎn)經(jīng)過(guò)限速標(biāo)志牌前0.10 s,車輛即可識(shí)別出限速標(biāo)志,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)SLWF(試驗(yàn)車輛速度比測(cè)試限速高1%~8%)限速警告測(cè)試實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲得測(cè)試曲線如圖7 所示。由圖7可知,試驗(yàn)車輛以53 km/h的速度均勻接近并駛過(guò)限速標(biāo)志,在車輛參考點(diǎn)經(jīng)過(guò)限速標(biāo)志0.15 s和2.65 s 后分別提供視覺(jué)和聲學(xué)報(bào)警,聲學(xué)報(bào)警持續(xù)3.10 s,視覺(jué)報(bào)警持續(xù)至聲學(xué)報(bào)警結(jié)束后7.18 s,滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。不同試驗(yàn)車速工況下警告測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表3所示,均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖7 ISA系統(tǒng)限速警告測(cè)試(車速比限速高1%~8%)曲線

表3 SLWF系統(tǒng)限速警告測(cè)試結(jié)果

對(duì)該警告測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),如表4 所示,4 種試驗(yàn)車速下測(cè)試車輛限速標(biāo)志識(shí)別時(shí)延有較大差異,其中限速標(biāo)志識(shí)別位置與限速標(biāo)志的距離為正或限速標(biāo)志識(shí)別時(shí)延為負(fù),代表車輛參考點(diǎn)經(jīng)過(guò)限速標(biāo)志前已識(shí)別。隨著車速提高,限速標(biāo)志識(shí)別時(shí)延逐漸增大,如圖8所示。為分析其原因,對(duì)比不同車速下限速標(biāo)志識(shí)別位置,發(fā)現(xiàn)隨著車速提高,限速標(biāo)志識(shí)別位置越來(lái)越靠后,導(dǎo)致識(shí)別時(shí)延逐漸增大,如圖9 所示。這可能是由于車速越高,ISA 系統(tǒng)感知與識(shí)別限速標(biāo)志的難度越大,說(shuō)明ISA系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)應(yīng)關(guān)注車速較高時(shí)系統(tǒng)準(zhǔn)確感知識(shí)別限速標(biāo)志的靈敏度問(wèn)題。

圖8 限速標(biāo)志識(shí)別時(shí)延隨車速變化關(guān)系

圖9 限速標(biāo)志識(shí)別位置與限速標(biāo)志的距離隨車速變化關(guān)系

表4 不同車速下SLWF 系統(tǒng)限速警告測(cè)試限速標(biāo)志識(shí)別結(jié)果

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)動(dòng)車智能速度輔助(ISA)系統(tǒng)性能、標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試方法研究較少的現(xiàn)狀,本文介紹了ISA 系統(tǒng)的工作原理,并詳細(xì)研究了EU 2021/1958法規(guī)對(duì)機(jī)動(dòng)車ISA系統(tǒng)性能的典型測(cè)試場(chǎng)景及評(píng)價(jià)指標(biāo),開(kāi)發(fā)了一套用于機(jī)動(dòng)車ISA 系統(tǒng)性能測(cè)試評(píng)價(jià)的測(cè)試系統(tǒng),并完成了道路驗(yàn)證測(cè)試,可為國(guó)內(nèi)機(jī)動(dòng)車ISA 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。

通過(guò)分析某乘用車道路試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果發(fā)現(xiàn),車速越高時(shí),車輛識(shí)別限速標(biāo)志牌的位置和時(shí)間越晚,故開(kāi)發(fā)ISA 系統(tǒng)時(shí)應(yīng)關(guān)注車速較高時(shí)系統(tǒng)感知識(shí)別限速標(biāo)志的靈敏度問(wèn)題。

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