商用车车道保持辅助系统测试分析

曾 杰， 夏 钧， 王 戡， 胡 雄， 苏占领, 吴昆仑

(1.重庆车辆检测研究院有限公司 国家客车质量监督检验中心， 重庆 401122； 2.汽车主动安全测试重庆市工业和信息化重点实验室， 重庆 401122； 3.重庆力帆乘用车有限公司， 重庆 401122)

车道保持辅助系统(lane keeping assistance system, LKAS) 是一种重要的主动安全系统，可缓解驾驶员在高速公路上的长途驾驶疲劳，有效降低事故概率[1-2]。LKAS主要通过摄像头识别车辆与车道线的相对位置关系，结合方向盘转角、车速、车辆动力学参数等信息，控制转向系统完成对车道线的轨迹跟踪[3-5]。现阶段对于LKAS测试评价规程只有ISO 11270：2014[6]，而国内测试标准法规还未正式颁布，LKAS的研发和测试缺乏评价标准。商用车由于车辆质量大、重心高、轴距长等因素，其LKAS工作的边界条件和测试条件与乘用车存在较大差异[7]，因此对国内商用车LKAS进行摸底测试具有必要性。

1 国内外LKAS测试标准现状

目前，国外的LKAS测试标准为ISO 11270；国内暂时未颁布相应标准，但商用车和乘用车的LKAS测试评价标准已立项，在完成标准验证试验和多方征求意见后将会颁布。ISO 11270标准中的商用车和乘用车测试评价方法一致，差异在于评价指标不同，且都只需要进行直道和弯道试验即可。标准ISO 11270中的LKAS测评方法如下：

1) 直道偏离测试。要求直道测试时需以一定大小的横向偏离速度左/右各偏离4次为一个单项试验组，单项试验组需8次试验一次性通过。评价指标：重型车偏离出车道线距离最大值应<1.1 m，轻型车偏离出车道线距离最大值应≤0.75 m。

2) 弯道测试。测试弯道的车道线应由如图1所示的3部分组成，其中A段为直线段，A-B段为曲率逐渐增大的过渡段，B-C段为定曲率弯道。A-B段的长度ds与B-C段的曲率半径dc应满足dc/ds≤ 410-5m-2。弯道曲率半径的选取应将车辆横向加速度控制在 0.5～1.0 m/s2之间。

ISO 11270对由LKAS作用引起的车辆降速量和加速度的要求为：由车道保持所引起的横向加速度<3 m/s2；车辆横向加速度变化率<5 m/s3；由车道保持引起的纵向减速度<3 m/s2；由车道保持引起的降速量<5 m/s。

国内编写的LKAS标准草案，将商用车和乘用车的标准分别立项，两项标准主要是参照ISO 11270的性能指标和试验方法，测试评价的指标相同；不同之处在于乘用车的LKAS标准中，加入了车道居中的测试评价要求。ISO 11270中提出了多项横向、纵向的评价指标，如何通过有效的测试评价方案评价LKAS的各项性能具有一定难度。

2 典型商用车LKAS测试及建议

本文测试采用两辆重型货车和一辆长度大于9 m的公路运输客车作为试验车辆，测试车辆如图2所示。客车和货车1装备国外供应商的LKAS，货车2装备国产LKAS。国内外两种LKAS在传感方面都采用摄像头，都通过电动助力转向系统实现轨迹控制，两者的主要差异在整车调试匹配和控制策略。测试手段采用高精度定位的组合惯导系统，测量车轮外沿与车道线外沿的距离作为车道保持能力的评价指标。

图2 测试用典型商用车

2.1 直道测试及结果分析

2.1.1 直道测试

预先摆放间隔50 m标识锥桶，如图3所示。试验目标车速为72 km/h，在达到试验车速后，待车辆LKAS人机交互界面显示系统已经准备好后，驾驶员激活LKAS功能，当车辆经过第一个锥筒位置时，驾驶员分别向车道左侧或右侧控制车辆偏离当前车道，并在第二个锥筒位置结束车辆方向控制，让LKAS接管车辆，实现以一定偏离速度到距车道线某位置的试验激励输入。试验结果如图4、图5和图6所示，车轮前轮外沿距离车道线边界距离<0表示车轮在车道线外，≥ 0表示车轮在车道线内。LKAS作用后，车辆需要行驶一段距离才能进入稳定行驶状态，本文选取了车辆开始偏离车道的横向偏离速度、开始偏离时对应的车轮距离车道线距离和LKAS作用后车轮与车道线之间的距离为一组测试结果点，作为评价LKAS性能的指标。

图3 直道测试方法示意图

图4 客车—LKAS测试结果

图5 货车1—LKAS测试结果

图6 货车2—LKAS测试结果

从图中的测试结果看出：

1) 客车在空载的情况下，初始偏离位置大部分在车道线外，LKAS作用后能够将车辆稳定保持在车道内行驶，同时LKAS也能将偏离出车道线外的满载客车保持在车道线内行驶，且随着偏离速度的增大，性能未发生较大改变。

2) 货车1测试结果发现，空载时不论初始偏离位置和偏离速度大小，LKAS 作用后车辆能够保持在车道较为中心位置行驶。偏离车速<0.5 m/s且满载时，随着偏离速度和偏离位置增大，车辆容易在车道线内左右行驶摆动较大，但始终在车道线内。偏离车速≥0.5 m/s时，车辆达到稳定行驶状态所需距离相对较长，且最大偏离出车道线位置为0.52 m。

3) 货车2在空载时，偏离车速≥0.5 m/s且偏离位置在车道线外侧0～0.6 m内，LKAS作用后，车辆能够在车道中间较为稳定地行驶。满载时，车辆容易偏出车道，且需要更长的行驶距离以稳定车辆状态，但是偏离范围仍然在ISO 11270要求的范围之内，满载和空载的性能区别较大。

2.1.2 直道测试结果分析

1) 客车与货车在空载和满载时都会以S形路线行驶一段距离达到稳定状态。由于客车操控性比货车更好[8]，客车的LKAS介入轨迹干预能力比货车更强，因此客车相较于货车达到稳定行驶状态所需距离和时间更短，同时客车更容易保持在车道中间行驶。

2) 货车1空载和满载时偏出在车道线同一侧，且偏出的距离差距较小；而货车2则差异相对较大。说明国产LKAS对车辆的行驶轨迹控制能力和稳定性表现相对较弱。

ISO 11270中未对LKAS介入后的各次偏出车道的距离进行限制，也未对达到稳定状态的时间进行限制。

2.2 弯道测试及结果分析

2.2.1 弯道测试

弯道测试的方法国内外一致，主要采用逐渐提高测试车速，从而逐渐增加侧向加速度，测试所选用固定弯道半径为R=500 m。在弯道时，如果侧向加速度越大，则控制难度会上升[8-9]，当车速增加至LKAS无法将车辆保持在可控范围之内时，试验结束。客车和货车两种载荷下的弯道测试结果分别如图7、图8和图9所示。从图中结果可以看出：

1) 客车在满载和空载的情况下，车道保持能力良好，其左侧车轮偏离出车道线的位置和侧向加速度，同时随试验车速的增加而增大，但是车辆侧向加速度增大较为明显。

2) 货车1在空载情况下能够以70 km/h的速度完成试验，但侧向加速度已经达到1.1 m/s2。货车1在满载情况下，车速达到63 km/h时，车辆已经偏离车道1.24 m,并且车辆的侧向加速度也达到了1.1 m/s2，继续增加试验车速，车辆驶出车道。

3) 货车2 满载时，试验车速能达到66 km/h，车辆偏离车道1.12 m，继续增加试验车速，则车辆驶出车道。由于满载时，货车的长度和质量影响了整体车辆的操纵能力[10]，随试验车速增大，LKAS纠正能力达到设定限制，货车容易驶出车道。

图7 客车—LKAS弯道测试结果

图8 货车1—LKAS弯道测试结果

图9 货车2—LKAS弯道测试结果

2.2.2 弯道测试结果分析

由于满载客车操控性能比满载货车性能好，因此弯道试验的极限试验车速比货车1和货车2更高。货车1在弯道已经偏离出车道线，而货车2达到极限偏离位置的车速更高。车辆LKAS在弯道行驶时由于车速增加造成侧向加速度增大，若LKAS强行将车辆保持在车道线中间，则有可能造成车辆侧滑等不可预见性后果，因此，车辆LKAS在弯道的控制策略应根据车辆的实际操控表现进行合理匹配[11-12]。车辆LKAS无法纠正车辆行驶轨迹时，LKAS仍然没有触发车辆降速，因此无法评价LKAS引起的降速量指标。

弯道试验并未体现国产系统与国外系统的性能差异，测试工况未能全部实现标准中要求的测试评价指标，需要更详细的测试评价方案以达到全面评价LKAS性能。

2.3 建议

针对试验结果，提出以下几点建议：

1) 建议直道偏离车速激励设置在0.6～0.7 m/s以内，以保证车辆能够纠正至本车道，同时驾驶员更容易实现该范围的偏离车速,同时应增加纠正时间范围，以严格要求LKAS纠偏能力。

2) 由于满载的车辆更容易偏离出车道，并且随车速变化明显，因此建议弯道试验车速60 km/h。建议先由LKAS引起降速，当达到设定的最大降速量仍然无法满足LKAS正常工作的侧向加速度要求时，LKAS才能够提示驾驶员接管车辆，而非直接驶出车道。

3 结束语

目前, 国内外LKAS测试评价标准都存在一定的局限性，对于未来国标或行标制定时，建议合理提出试验指标和试验方法，以更好地指导企业设计、制造LKAS和评价LKAS性能。