乘用车智能限速系统现状及测试方法研究

高海龙，李超，周正，裴键，杜强飞

摘  要：乘用车智能限速辅助系统能够自动获取道路限速信息，并提供给驾驶员和车辆，通过驾驶员或车辆自动控制车辆行驶速度在道路限速以下，可有效减少超速事件的发生。论文对该系统的分类、技术路线进行了阐述，指出目前对于该系统测试的重要意义。论文分析了ISA系统的典型测试场景、针对该场景提出了相应的测试评价指标，并选取了具有代表性的车型结合高精度测试设备进行了验证，并对验证结果进行了分析、对当前技术现状进行总结。

关键词：智能限速辅助系统;测试方法;技术现状

中图分类号：467.11    文献标识码：A    文章编号：1005-2550（2021）05-0066-06

Research on the Current Situation and Test Method of Intelligent Speed Limit Assist System for Passenger Vehicles

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

（ Xiangyang Motor Automobile Testing Center CO.LTD， Xiangyang 441004， China ）

Abstract： The intelligent speed limit assistance system for passenger vehicles can automatically obtain the road speed limit information and provide it to the driver and vehicle. The driver or vehicle can automatically control the driving speed of the vehicle below the road speed limit， which can effectively reduce the occurrence of overspeed events.This paper expounds the classification and technical route of the system， and points out the important significance of the system test at present.This paper analyzes the typical test scenario of ISA system， puts forward corresponding test evaluation indexes for this scenario， and selects representative vehicle models combined with high-precision test equipment for verification， and analyzes the verification results and summarizes the current technical status.

1    綜述

随着社会经济持续高速的发展，我国机动车保有量保持高速增长态势，车辆在给我们的生活带来便捷的同时，也产生了交通事故，同时大量的事故原因调查发现，驾驶员超速是造成道路交通事故的主要原因，据一份调查报告显示，由超速引发的事故数量占事故总数的 17% [1]，若车辆行驶过程中，系统及时提醒驾驶员当前行驶超过限速，能够有效减少事故的发生。

智能限速辅助系统（ISA）通过一系列传感器或车载导航系统实时获取当前行驶路段上的限速信息，一旦车辆行驶速度超过当前路段限速值则会通过声学、光学或其它方式向驾驶发出警告，同时还可以通过车辆制动或其它形式降低车辆车速，使其在限速值以下行驶。伴随车辆智能化水平不断提高，汽车主动安全市场需求爆发式增长，目前市场上已经出现多款车型上均配备了相关功能，但是针对该功能如何开展实车测试、当前功能到底处于什么样的水平均没有相关研究，因此，开展车辆ISA系统测试及技术现状研究具有重要意义。

2    智能限速辅助系统分类及实现路径

2.1   智能限速辅助系统分类

ISA根据实现的功能不同，目前可以分为两类：（一）智能限速提醒，能够自动获取车辆当前条件下所应遵守的限速信息并实时监测车辆行驶速度，当车辆行驶速度不符合或即将超出限速范围时，适时发出警告信息;（二）智能限速控制，自动获取车辆当前条件下所应遵守的限速信息并实时监测车辆行驶速度，辅助驾驶员控制车辆行驶速度，以使其保持在限速范围之内。具体工作原理如图1所示：

2.2   智能限速辅助系统技术路径

根据实现的技术路线不同主要分为三类：使用车载传感器实现限速信息获取，通过传感器（目前主要是视觉传感器）实时识别道路上限速标志牌信息来获取当前道路限速信息并进一步通过其它算法和控制单元完成提醒、控制功能;另一类通过车载导航上信息实现限速信息获取并完成ISA功能;最后一类为通过两种技术手段融合完成ISA功能。

3    智能限速辅助系统测试

3.1   智能限速辅助系统测试场景设计

根据智能限速辅助系统分类来搭建典型测试场景。场景的搭建思路主要是根据目前限速功能实现的难易程度分为限速提醒试验、超速报警试验、控制功能试验及其它标识识别试验四个类别的试验，以验证功能满足程度，其中其它标识识别试验主要用于验证系统是否存在误识别，进而干扰驾驶员正常驾驶。

3.1.1 限速提醒试验

测试车辆在长直路面上行驶，道路上设置限速标志牌，车辆以接近限速标志牌上的车速驶过，车辆应能正确识别限速标志牌上的车速限值，并以一定的表现形式显示在车辆人机交互界面上，测试参数如表1所示，具体测试场景如图2所示：

3.1.2 超速报警试验

测试车辆在长直路面上行驶，道路上设置限速标志牌，车辆以超过限速标志牌上的车速驶过，车辆应能正确识别限速标志牌上的车速限值、发出报警并以一定的表现形式显示在车辆人机交互界面上，具体测试参数如表2所示，测试场景如图2所示：

3.1.3 控制功能试验

测试车辆在长直路面上行驶，道路上设置限速标志牌，车辆以明显超过限速标志牌上的车速驶过，车辆应能正确识别限速标志牌上的车速限值、同时向驾驶员发出控制功能请求或自主进行车辆车速控制，请求信息应能以一定的表现形式显示在车辆人机交互界面上，具体测试参数如表3所示，测试场景如图2所示。

3.1.4 其它标识识别试验

测试车辆在长直路面上行驶，道路上设置相关标志牌，车辆以一定车速驶过，验证车辆是否能正确识别标志牌上的信息，并以一定的表现形式显示在车辆人机交互界面上，具体测试参数如表4所示，场景如图2所示。

3.2    智能限速辅助系统测试场景评价

3.2.1 智能限速辅助系统基本性能要求

智能限速辅助系统应满足以下基本性能要求：

1、智能限速辅助系统应能准确识别限速标志规定的速度;

2、具备辅助控制功能的车辆能够快速、平稳控制车辆;

3.2.2 智能限速辅助系统测试评价方法

本文针对不同测试场景制定不同评价指标具体如下：

其中，限速提醒试验中，提醒方式指车辆获取限速标志信息后呈现给驾驶员的形式，主要是评价提醒方式是否能够被驾驶员清晰感知;提醒信息显示距离是指系统获取限速信息后在人机交互界面上显示的距离，主要评价限速提醒信息提醒的长短效果;提醒发出时刻车头与限速标志的距离是指限速信息显示在人机交互界面上时本车与限速标志牌的距离，用于评价限速信息提醒的及时性。

超速报警试验中，报警方式是指车辆检测到超速后呈现给驾驶员的报警形式，用于评价报警方式的优劣;报警显示距离是指报警发出时刻至报警结束时刻期间车辆以当前速度行驶的距离，主要用于评价报警提醒的效果;

限速控制试验中，控制稳定车速是指系统控制车辆稳定行驶的车速，用于评价系统是否能够达到设定速度并稳定行驶;控制完成时间是指车辆开始控制车辆到车辆达成稳定车速的时间，主要评价车辆控制的及时性;控制阶段最大减速度是指车辆控制阶段车辆减速度的最大值，主要评价车辆控制阶段减速舒适性;

其它标识识别试验中，主要测试系统对其它相关标志、标牌的识别能力。

采用以上评价指标对车辆智能限速辅助系统功能进行全面的客观测试与评价。

4.1   样车选取

为保证测试具有代表性，试验选取中端合资轿车1辆，命名为车型A，高端进口轿车1辆，命名为车型B，国内自主品牌轿车2辆，分别为车型C、车型D，共4个车型，4辆车进行测试。

4.2   测试环境条件

测试场地选择干燥、平直的直线性能路，测试光照强度不低于2000lux，天气晴朗。

4.3   测试设备

ISA测试是基于VBOX -ADAS测试模块，模块包括主机VBOX、视频 VBOX、基站及其它輔助设备等。其中VBOX主机及其相关连接的附件用于整个测试过程中车辆的位置信息、运动状态信息等相关数据的采集及存储。视频VBOX可以外接4路高清摄像头及1路麦克风，用于记录整个试验过程的视频数据和音频数据，同时视频VBOX与VBOX主机相连，将视频VBOX采集的视频和音频数据与VBOX主机采集的测试数据进行同步，便于后期数据的分析和整理。差分定位基站用于提高测试车辆的定位精度，VBOX主机安装有专用的通信设备，可以与差分定位基站通信，获取基站的定位信息，并通过差分定位算法可使最终的定位精度达到2cm以内，满足高精度的测试需求。具体如图3所示。

4.4   测试执行及结果分析

本文中测试工况是按照3.1节中的场景进行测试，具体测试结果下。

4.4.1 限速提醒试验

在此测试场景下，测试车辆开启ISA系统，依次以接近限速标志牌的速度行驶，测试车辆系统限速提醒的能力。通过4个不同品牌车辆的测试结果可以看出，限速提醒方式上，目前各个车型均采用在仪表上以限速符号的形式对驾驶员进行提醒，对于车型B，由于车辆装备了抬头显示（HUD）功能，车辆限速提醒信息一经发出，驾驶员就能够立刻获得信息，同时HUD显示的信息一直处于驾驶员的视野范围内，驾驶员获取信息时无需改变视野范围，对驾驶员提醒效果较好。

限速提醒信息显示的距离测试如图4所示，目前多数车辆的设计策略均是随着车辆车速的提高，显示距离会随之提高，而车型B为一直显示，直至识别到解除限速标志后，提醒才会消失;

限速提醒发出时车头与限速标志的距离测试如图5所示，随着车速的不断提高，限速提醒发出时车头与限速标志的距离会逐渐变为负值即表示车头已超过限速标志的平面，同时随着车速的提高，车头超出限速标志牌的距离会越来越远，一旦车辆以高于限速标志规定的速度行驶，驾驶员无法依靠本系统提醒而避免超速事件的发生。

4.4.2 超速报警试验

在此测试场景下，测试车辆开启ISA系统，依次以超过限速标志牌的速度行驶，测试车辆系统超速报警的能力。

通过4个不同品牌车辆的测试结果可以看出，报警方式上，目前各个车型均采用在仪表上以当前路段限速值符号闪烁来报警，不同车型会增加额外的报警方式，但是只有两个车型增加了提示声音，从实际测试体验来看，仅有视觉提醒尤其仅在仪表上进行显示，不易引起驾驶员注意，而声音更有利于驾驶员注意并获取超速报警信息，具体提醒方式见表7。

报警信息警告时间长短，目前看各家均有所不同，三家采取固定时长的方式，分别为3s、6s、12s左右，另外一家则根据不同的车速采取不同报警时长的策略。随着车速的不断提高驾驶员对前方及周边车辆关注度会提高，以尽量减少事故的发生，这就导致驾驶员很容易忽略一些仪表上的信息，进而导致超速报警信息不易被驾驶员感知，引起车辆发生超速的违法行为。从实际测试的过程中来看，随着车速提高，报警时长增加的策略既有利于驾驶员在高速行驶时感知报警信息，又不会在中低速超速行驶时被长时间提醒而影响驾驶体验，所以根据不同的车速采取不同报警时长的策略更能提升驾驶体验。

4.4.3 限速控制试验

在此测试场景下，测试车辆开启ISA系统，依次以明显超过限速标志牌的速度行驶，测试车辆系统限速控制的能力。

目前选取的4个车型中，只有车型C具备了车辆限速控制功能，当车辆检测到车辆超速时会通过人机交互系统向驾驶员发出提醒，通过驾驶员确认后车辆将当前识别到的限速值自动设置为车辆限速值并执行控制功能。通过测试结果可以看出，车辆自主控制车速后最终能够将车辆稳定控制在当前限定速度;车辆在控制阶段的峰值减速均控制在0.12g以下且在20s内完成车辆控制，控制效果较好，具体减速度曲线如图7。

4.4.4 其它标识识别试验

在此测试场景下，测试车辆开启ISA系统，依次通过预先设置的标志牌，具体测试结果如表9所示。通过测试结果可以发现，目前系统针对最低限速、带文字的限重标识均无法正确识别，对解除限速标识仅有一个车型可以正确识别，但是仅能识别解除限速无法识别具体数值，不同车型分别限速的标牌有部分车型可以准确识别，整体识别率偏低。

4.5   ISA技术现状分析

1、ISA系统分类看，目前系统多数处于智能限速提醒阶段，同时具备限速提醒和控制的系统占比较少，具备控制功能的车型中，控制阶段的开启需要驾驶员确认。未来随着交通标志识别率的提高，车载与交通网联通信设备的普及，同时具备限速信息提醒和控制功能的车型所占比例将会进一步提高。

2、ISA系统实现技术路线看，目前系统多采用自主传感器（视觉传感器）识别道路交通限速信息并提供给车辆及驾驶员，采用导航下发的车型较少，存在如下原因：

a）高精度导航地图并未应用在车载导航上，地图上获取的道路限速信息不一定准确;

b）目前车载导航地图更新速度慢，而道路上临时限速标牌无法及时更新在车载导航上，无法满足使用需求;

3、就目前系统功能来看，车辆对普通最高限速识别准确率较高并能以一定的人机交互方式与驾驶员沟通，但是随着车辆车速的提高，系统发出提醒的时机会越来越晚，这就会发生驾驶员感知到提醒信息时车辆已经超速行驶;车辆对最低限速、解除限速、限重标志等带文字的标志识别效果较差，甚至还有一些存在误识别的现象，用户实际使用过程中会存在很大的不便。

目前智能限速系统还处于发展阶段，部分技术还不够成熟，随着传感器技术、智能算法技术、芯片技术及汽车技术的不断发展和进步，未来能够识别全部交通标志并对车辆进行控制的系统很快会到来。

5    结论

智能驾驶辅助系统被越来越多地应用于汽车上，针对这些系统的测试成为车辆开发的关键环节。本文建立了智能限速辅助系统的典型测试场景并基于典型测试场景提出系统评价指标，选取多个车型并依托于高精度测试设备，开展了有效的验证工作。本文提出的测试场景及评价方法有着重要的实用价值和使用意义。

参考文献：

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