整車車道偏離預(yù)警系統(tǒng)虛擬測(cè)試方法研究

鄭磊　周祥祥　鄭望曉

摘 要：現(xiàn)階段，基于整車的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)測(cè)試主要包括實(shí)車場(chǎng)地測(cè)試和實(shí)車道路測(cè)試兩種。雖然實(shí)車場(chǎng)地測(cè)試可重復(fù)性較高，但測(cè)試場(chǎng)景單一，光照和天氣條件不可控，實(shí)車道路測(cè)試的變量更加不可控。整車結(jié)合虛擬場(chǎng)景的虛擬測(cè)試手段利用測(cè)試場(chǎng)景的定制化特點(diǎn)，可以滿足測(cè)試的高重復(fù)性要求，同時(shí)保證測(cè)試場(chǎng)景的全面性。

關(guān)鍵詞：測(cè)試車輛;車道偏離預(yù)警系統(tǒng);虛擬環(huán)境;測(cè)試

中圖分類號(hào)：U463.6;U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）20-0022-03

Research on Virtual Test Method of Lane Departure Warning

System Based on Full Vehicle

ZHENG Lei ZHOU Xiangxiang ZHENG Wangxiao

（Test and Certification Department of Automotive Engineering Research Institute， Guangzhou Automobile Group Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 511434）

Abstract： At this stage， the lane departure warning system test based on the whole vehicle mainly includes two types of real vehicle field test and real vehicle road test. Although the actual vehicle test is more repeatable， the test scenario is single， the lighting and weather conditions are uncontrollable， and the variables of the actual road test are more uncontrollable. The virtual test method of the vehicle combined with the virtual scene utilizes the customized features of the test scenario to meet the high repeatability requirements of the test and ensure the comprehensiveness of the test scenario.

Keywords： test vehicle;lane departure warning system;virtual environment;test

現(xiàn)階段，車道偏離預(yù)警系統(tǒng)一般采用自動(dòng)駕駛機(jī)器人、RTK和高精度陀螺儀等設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，實(shí)時(shí)控制測(cè)試車輛的縱向和橫向速度，實(shí)時(shí)讀取測(cè)試車輛與偏離側(cè)的車道線的橫向距離信息，判斷測(cè)試車輛發(fā)出車道偏離預(yù)警信號(hào)時(shí)其與偏離側(cè)的車道線的橫向距離是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

道路測(cè)試時(shí)，測(cè)試車輛完全由測(cè)試駕駛員控制，開展自然駕駛場(chǎng)景下的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)測(cè)試。同時(shí)，測(cè)試車輛配備工控機(jī)、激光雷達(dá)套件、Mobileye前視攝像頭套件、中距毫米波雷達(dá)套件、短距毫米波雷達(dá)套件和全景攝像頭套件等路試專用設(shè)備，通過路試數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實(shí)時(shí)讀取測(cè)試車輛與左右兩側(cè)車道線的距離，實(shí)時(shí)計(jì)算測(cè)試車輛車道偏離預(yù)警體統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)時(shí)其與偏離側(cè)車道線的距離，判斷測(cè)試車輛車道偏離預(yù)警系統(tǒng)是否滿足要求。

虛擬測(cè)試手段利用四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓系統(tǒng)、高清投影系統(tǒng)、PreScan仿真軟件和移動(dòng)工作站等組成的虛擬測(cè)試臺(tái)架進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試用場(chǎng)景按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行搭建，通過控制場(chǎng)景中虛擬車輛的縱向速度、橫向速度、道路寬度、車道線類型、車道線顏色和光照條件等變量形成測(cè)試場(chǎng)景庫(kù)，開展虛擬測(cè)試。

本文通過研究LDW系統(tǒng)的工作原理和觸發(fā)條件，利用仿真軟件PreScan搭建用于LDW測(cè)試的虛擬仿真環(huán)境模型，通過標(biāo)定前視攝像頭的覆蓋區(qū)域驗(yàn)證了該虛擬測(cè)試臺(tái)架的可行性。由于測(cè)試車輛在四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓上無法觸發(fā)方向盤轉(zhuǎn)角信號(hào)和橫擺角速度信號(hào)，本文只針對(duì)直線道路的LDW系統(tǒng)進(jìn)行虛擬測(cè)試研究。

1 LDW系統(tǒng)工作原理

車道偏離預(yù)警系統(tǒng)（LDW）主要由前視攝像頭、控制器、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和橫擺角速度傳感器等組成。當(dāng)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)開啟并激活時(shí)，前視攝像頭實(shí)時(shí)采集前方路面車道線信息，實(shí)時(shí)計(jì)算車輛與左右兩側(cè)車道線的橫向距離。當(dāng)檢測(cè)到汽車有偏離動(dòng)作發(fā)生，而且無偏離側(cè)轉(zhuǎn)向燈信號(hào)、方向盤急轉(zhuǎn)信號(hào)和緊急制動(dòng)信號(hào)等信號(hào)激活時(shí)，控制器通過聲音、圖標(biāo)和震動(dòng)等方式提示駕駛員正在發(fā)生偏離，以便駕駛員及時(shí)修正車輛的行駛方向，確保安全駕駛，系統(tǒng)原理如圖1所示[1-7]。

2 整體方案設(shè)計(jì)

該方案利用現(xiàn)有的四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)室搭建測(cè)試臺(tái)架，為確保覆蓋盡可能多的車型的FOV角度，幕布選用的是5.08m的大型幕布。在實(shí)驗(yàn)室空間允許的情況下，幕布布置在距離前軸滾筒中心前方3.5m的地方，使用升降器進(jìn)行高度調(diào)節(jié)，如圖2所示。

投影儀選用的是工業(yè)級(jí)的高清投影儀，可投影畫面尺寸為2.54～7.62m，布置在距離幕布6.5m的位置，幕布橫向中心線、四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓縱向中心線和投影儀燈泡中心點(diǎn)確保在同一平面內(nèi)，使用升降器進(jìn)行高度調(diào)節(jié)。

測(cè)試時(shí)將測(cè)試車輛移至四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓上，調(diào)節(jié)測(cè)試車輛的橫向位置，使得測(cè)試車輛前視單目攝像頭落在幕布橫向中心線、轉(zhuǎn)鼓縱向中心線和投影儀燈泡中心點(diǎn)所在的面上，然后將測(cè)試車輛固定好。

3 虛擬場(chǎng)景搭建

虛擬場(chǎng)景的搭建是指針對(duì)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，搭建模擬的3D交通環(huán)境，主要包括車道線設(shè)計(jì)和行駛工況設(shè)計(jì)，然后通過不同車道線和行駛工況的排列組合，形成測(cè)試矩陣，開展車道偏離預(yù)警的整車級(jí)測(cè)試[7]。

虛擬場(chǎng)景搭建時(shí)，首先需要獲取測(cè)試車輛前視單目攝像頭的安裝高度和FOV參數(shù)，虛擬場(chǎng)景中車輛模型配置的前視單目攝像頭參數(shù)按照測(cè)試車輛攝像頭進(jìn)行配置。搭建場(chǎng)景示例如圖3所示，車道偏離預(yù)警系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)矩陣如表1所示。

4 高清投影系統(tǒng)布置

幕布可投影區(qū)域的中心高度與測(cè)試車輛單目攝像頭中心點(diǎn)的高度保持一致。一是根據(jù)測(cè)試車輛前視單目攝像頭的FOV參數(shù)，計(jì)算出攝像頭在幕布縱向位置處的視野范圍;二是通過調(diào)節(jié)投影儀投影的畫面尺寸，與攝像頭在此處的視野范圍尺寸保持一致;三是通過調(diào)節(jié)投影儀的高度，確保投影畫面中心點(diǎn)與幕布可投影區(qū)域的中心點(diǎn)重合，保證投影畫面輸入給測(cè)試車輛前視單目攝像頭的場(chǎng)景畫面與虛擬場(chǎng)景中攝像頭模型看到的畫面一致。

5 測(cè)試結(jié)果分析

測(cè)試開始時(shí)，測(cè)試車輛和轉(zhuǎn)鼓速度的配置和場(chǎng)景中車輛模型的車速保持一致。當(dāng)測(cè)試車輛車道偏離預(yù)警系統(tǒng)激活時(shí)，開始運(yùn)行測(cè)試場(chǎng)景模型，將3D-VisViewer畫面通過投影儀投射到幕布上，運(yùn)行場(chǎng)景庫(kù)的場(chǎng)景模型，記錄測(cè)試過程中測(cè)試車輛儀表端車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的狀態(tài)值。

針對(duì)白天正午時(shí)分光線下的白色單虛線開展一輪測(cè)試，如圖4所示，測(cè)試結(jié)果顯示，設(shè)置的72次偏離動(dòng)作中測(cè)試車輛車道偏離預(yù)警系統(tǒng)均正常觸發(fā)，無漏報(bào)發(fā)生，6個(gè)場(chǎng)景共72次偏離動(dòng)作中只有縱向80km/h和橫向0.8m/s的場(chǎng)景下出現(xiàn)兩次瞬時(shí)車道線丟失情況，其他均正常識(shí)別車道線，無丟失。

與白天相比，夜間場(chǎng)景對(duì)整車車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的要求較高，示例如圖5所示。針對(duì)午夜時(shí)分光線下的白色單虛線開展一輪測(cè)試，如圖6所示，測(cè)試結(jié)果顯示，設(shè)置的72次偏離動(dòng)作中測(cè)試車輛車道偏離預(yù)警系統(tǒng)均正常觸發(fā)，無漏報(bào)發(fā)生，車道線識(shí)別均正常，無丟失。

除了測(cè)試生活中常見的白色線，該方案針對(duì)黃色線和橙色線也開展了測(cè)試，分別利用60km/h縱向和0.1m/s橫向以及60km/h縱向與0.8m/s橫向兩種場(chǎng)景，設(shè)置了48次偏離動(dòng)作，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。其中，當(dāng)偏離速度設(shè)置為0.1m/s時(shí)，測(cè)試車輛車道偏離預(yù)警系統(tǒng)均正常觸發(fā)報(bào)警，無漏報(bào)和無車道線丟失情況發(fā)生;當(dāng)偏離速度設(shè)置為0.8m/s時(shí)，橙色線雖無車道線識(shí)別丟失情況發(fā)生，但出現(xiàn)6次漏報(bào)警，漏報(bào)警占比50%，黃色線發(fā)生一次漏報(bào)警現(xiàn)象。

綜上，基于整車的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)在環(huán)虛擬測(cè)試方法可行。

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