换道辅助系统测试评价技术研究

周竞　张强　黄俊富　李斌　张胜根

摘 要：当前国内汽车保有量不断增加，交通事故数量及死亡人数不断增加，换道辅助系统可以降低由于换道行为造成的车辆事故率。本文设计了换道辅助系统测试场景及评价方法，选取了一款具备换道辅助系统的车型，开展了实车测试，通过实车测试数据分析和评价，验证了该方法的可行性。从验证结果来看，该方法具备较好的操作性，可较好地反映换道辅助系统功能及性能的优劣。

关键词：换道辅助 测试评价 技术研究

1 引言

截止2020年底，我国公路总里程已达519.8万公里[1]，据公安部统计数据，截至2020年6月，我国机动车保有量超3.6亿辆，其中汽车2.7亿辆;机动车驾驶人4.4亿人，其中汽车驾驶人4亿人[2]。作为一种重要的出行工具，汽车在人类生产和生活中起着至关重要的作用，公路交通的规模和总量不断扩大。据国家统计局数据，2020年中国超过6.1万人死于交通事故[3]，其中90%以上的乘用车交通事故由人为因素导致，70%以上的事故原因可归结于驾驶员的疏忽或不当驾驶决策，其中换道行为是导致交通事故的主要原因之一。[4]

在传统的人-车-路系统中，驾驶行为作为整个系统的输入量受到来自驾驶员生理和心理的雙重影响。然而驾驶员对交通环境的感知及认知水平不一致，驾驶行为因人而异、因环境而异。人类驾驶员在与其他车辆、道路设施和行人的交互过程中容易出现失误导致事故。智能驾驶汽车可以利用先进的车载传感器和信息处理单元，辅助或代替人类驾驶员对周围的驾驶环境进行感知及认知，降低交互失误的可能性，提高车辆的驾驶安全性能。随着传感器技术和计算机技术的进步，无人驾驶技术已逐渐进入产业化阶段[5]。

现有的先进驾驶辅助系统通过监测车辆与周围对象的相对距离和速度等做出换道碰撞预警[4]。换道辅助则是在监控周围车辆及道路情况下，在驾驶员做出换道指令（拨动转向灯）后车辆确认当前状态可以进行安全换道且不影响其他车辆时自主进行换道操作[6]。换道过程涉及环境感知、路径规划、运动控制等环节[7]。换道辅助系统可以安全地实施换道操作，降低换道过程造成的交通事故，提高交通畅通性及安全性，避免经济损失及人员伤亡[8]。典型的换道辅助系统工作流程如图1所示。

2 典型换道辅助系统测试场景研究

换道行为导致交通事故的主要原因是未能及时识别相邻车道车辆导致换道过程中发生碰撞，如相同车速情况下纵向距离较近难以应对突发的加减速情况，相邻车道车速不一致导致纵向TTC较小，变道车辆盲区有车辆驾驶员未识别等。针对以上情况专门设计了测试用例，同时考虑交通法规，换道辅助系统还应对车道线进行识别，判断当前车道线型是否允许换道，如虚线、实线、虚实线、实虚线、双实线、双虚线等各种线型。同时考虑系统与驾驶员的交互性及安全带、刹车、四门两盖转向灯等状态对系统的影响[9]。主要从三面进行测试场景设计，如图2所示。

通过设置试验车辆及相邻车道车辆不同速度、相对速度、相对距离、TTC，改变车道线类型等形成测试用例。

3 换道辅助系统评价方法研究

评价方法主要从HMI、系统功能逻辑、系统性能三个方面进行评价。

3.1 HMI评价

HMI重点评价人机交互形式及符合性。评价内容包含功能开关、按键形式、交互方式（图像、声音、文字、振动等），还包含车辆周围状态、自身功能状态、故障提示等显示信息，主要评价HMI的交互性及合理性。

3.2 功能逻辑评价

功能逻辑跳转条件主要为换道辅助过程中影响安全、算法、控制等的因素，车速、车道类型、车道线（虚线、实线）、交通参与者、驾驶员、转向灯状态、四门两盖均可作为换道辅助系统某一功能逻辑状态跳转的条件，主要判断是否符合交规及功能设计规范。

3.3 性能评价

主要评价完整换道过程的时间（从转向灯输入至提示转向灯关闭），换道等待时间（从转向灯输入至换道动作开始），侧向加速度变化范围;侧向速度变化范围，相邻车道有车可激活的最小TTC及最小距离，本车道前车减速时可激活的最大减速度，以上参数对乘员的乘坐舒适性及安全感具有直接影响。

4 换道辅助系统实车测试

针对某搭载换道辅助系统车型，使用V-box及i-tester进行测试，V-box采集换道过程的速度及与目标车辆的相对位置信息，i-tester用于采集换道过程的总线及视频信息[10][11]。

根据设计的换道辅助测试场景，逐个场景进行测试，测试过程中记录换道过程性能数据。测试过程中采集车辆总线信号、速度及位置信息、视频记录车辆前方、后方、侧方车辆及车道线信息，记录车辆运行轨迹、速度及加速度、与其他车辆相对位置关系、换道用时等，通过数据后处理工程师分析处理，判断系统当时状态，计算获得各所需参数值，总体流程如图5所示。

5 测试结果及评价

5.1 HMI测试结果及评价

按照测试用例测试了主车分别向左、右换道成功及失败的仪表显示情况。测试结果表明车辆换道过程中显示换道方向蓝色指示箭头，换道侧车道线由蓝色实线变为蓝色虚线，非换道侧车道线显示为蓝色实线，换道过程实时显示车辆与车道线相对位置关系，换道成功会提示关闭车辆相应侧转向灯;换道侧为实线情况下转向灯打开，仪表显示车道线为蓝色实线且实线不变虚线，换道方向指示箭头为灰色尖头不变蓝色，无法换道。HMI可以与驾驶员较好交互，合理提示及显示换道过程当前状态，仪表显示存在部分直道显示成弯道、弯道显示成直道互相错乱的问题;变道过程中的指示箭头略显生硬。

5.2 功能逻辑测试结果及评价

按照测试用例进行了系统功能逻辑的测试，测试结果显示该车型换道辅助系统功能逻辑设置合理，符合驾驶员通常操作习惯及交通法规要求。虚线可以换道，实线不可换道;在可换道车速区间车辆可以换道，可换道车速区间外不可换道;有交通参与者BSD报警情况下不可换道，有交通参与者BSD未报警情况下可以换道;驾驶员脱手情况下不可换道;驾驶员主动打方向，系统退出，车道线显示为灰色;松开安全带、打开四门两盖系统均被抑制，评价结果为功能逻辑设置合理且安全性高。

5.3 性能测试结果及评价

性能测试评价主要考察换道过程的舒适性及安全性，测试结果显示车辆传感器感知距离远，因系统使用了超声波雷达与摄像头融合算法故系统白天及夜间性能无差异;车辆换道过程中的侧向速度及侧向加速度与温和驾驶员驾驶习惯类似，换道过程舒适性好;侧向速度及侧向加速度分布区间集中，系统换道过程一致性好;单次换道时间集中在10s左右，换道等待时间集中在4s左右;有前方交通参与者时随着车速增加可换道时的TTC增大，可激活最近距离随车速提高距離变大，换道过程安全性有保障;系统性能兼顾了换道过程舒适性及安全性。

6 结论

在整车研发过程中，实车测试是换道辅助系统性能评价的一个必要环节，本文设计了换道辅助系统的测试场景并进行了实车测试，测试评价从HMI、功能逻辑及系统性能三个方面展开，该方法可行且具备较好的操作性，可以全面地反映换道辅助系统功能及性能的优劣。未来可在现有基础上进一步丰富测试评价场景提炼关键参数形成评价标准体系方面进行拓展。

本论文获得汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室、重庆英才·创新创业领军人才（科技领域）项目（CQYC201903010）资助。

参考文献：

[1]刘志强.总里程达519.8万公里，路网规模等持续提升[N]，人民日报，2021-09-10，第4版.

[2]谢博韬、刘亮.上半年机动车保有量3.6亿辆[N]，人民日报，2020-07-15，第2版，要闻.

[3]中华人民共和国统计局.中国统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2021.

[4]周洲.基于自然驾驶数据的换道预测及控制研究[D].武汉：武汉理工大学，2019.

[5]安洪亮. 汽车换道辅助雷达系统设计与实现[D]. 南京航空航天大学，2012.

[6]李玮、高德芝、段建民.智能车辆自由换道模型研究[J].公路交通科技2010-02，第27卷第2期.

[7]张志强.ADAS 的发展历程及趋势[J].内燃机与配件，2019-01-15，80-82.

[8]王荣本、游峰、崔高健、余天宏.车辆安全换道分析[J].吉林大学学报 （工学版）.2005-03，第35卷第2期.

[9]孙栋先.基于自然驾驶数据的变道切入场景库构建研究[D].长春：吉林大学，2021.

[10]张禅亮、徐亮亮、薛新超、廖剑雄.车载变道辅助系统的测试装置及其测试方法[P].CN：201611259838.8，2016-12-30.

[11]李韬.智能泊车辅助系统测试方法[J].中国汽车2019：32-35.