基于實車試驗的ADAS測試評價方法研究

楊帥 季中豪 楊路鵬 劉興亮 王通

（1.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司,天津300300；2.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司汽車工程研究院，天津300300）

主題詞：先進汽車輔助駕駛系統(tǒng) 測試評價方法 實車測試 場景變量

縮略語

ADAS Advanced Driver Assistant System

LKA Lane Keeping Assist

BSD Blind Spot Detection

AEB Autonomous Emergency Braking

LDW Lane Departure Warning

CCRs Car to Car Stationary

CCRm Car to Car Moving

CCRb Car to Car Braking

BSD Blind Spot Detection

VRU Vulnerable Road Users

HMI Human Machine Interface

ESC Electronic Stability Control

SAS Speed Assist System

NCAP New Car Assessment Program

CPLA Car-to-Pedestrian Longitudinal Adult

TTC Time To Collision

GVT Global Vehicle Target

VUT Vehicle Under Test

CBLA Car-to-Bicyclist Longitudinal Adult

1 前言

如何保障道路交通參與者的安全一直是汽車行業(yè)重點關(guān)注的問題。根據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，道路交通事故每年約造成全球范圍內(nèi)125 萬人死亡，是15～29 歲年輕人的首要死亡原因。當(dāng)碰撞事故發(fā)生時，若機動車行駛速度達到80 km/h，造成人員死亡的幾率將大于60%，而如果碰撞時的平均速度降低5%，致命的交通事故將減少30%。若使用先進汽車輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）在事故發(fā)生前事先提示駕駛員或輔助駕駛員進行制動減速，很多人員傷亡的交通事故就可以避免[1-2]。

ADAS 利用安裝在汽車上的攝像頭、雷達等多種傳感器，對車輛行駛中的前、后方及兩側(cè)盲區(qū)內(nèi)的車輛、行人、道路環(huán)境等要素進行實時的感知和監(jiān)控，并通過快速運算來分析可能發(fā)生的駕駛風(fēng)險，從而輔助駕駛員進行操作決策?，F(xiàn)有的ADAS功能主要分為通過預(yù)警提示駕駛員（如前碰撞預(yù)警功能、車道偏離預(yù)警功能、盲區(qū)監(jiān)測功能）和主動干預(yù)輔助駕駛（如自動緊急制動功能、車道保持功能）2種。

目前，ADAS 的測試評價方法主要是通過搭建各類使系統(tǒng)功能激活的駕駛場景，在保證試驗一致性的條件下，對系統(tǒng)的預(yù)警時間、避撞情況等進行性能表現(xiàn)的測試評價。

本文研究了目前國內(nèi)外的ADAS 測試評價方法，從中提煉出典型的測試場景，并使用實車測試各場景中ADAS 性能表現(xiàn)，以此分析測試評價方法中各場景變量對系統(tǒng)表現(xiàn)的影響，從而進一步研究測試評價方法的場景設(shè)置的合理性和必要性。

2 國外測試評價方法

隨著ADAS功能研究開發(fā)的深入和全球范圍內(nèi)裝配ADAS的車型逐步增多，各國相關(guān)部門和機構(gòu)，陸續(xù)發(fā)布了結(jié)合本國實際交通情況的ADAS功能的測試評價方法。并且，根據(jù)ADAS新功能的不斷拓展，各測試評價方法也在陸續(xù)發(fā)布新的測試場景、測試功能和評價標(biāo)準(zhǔn)。

歐美等地區(qū)對于ADAS 的研究起步較早，2009 年歐洲就對部分車輛提出強制安裝自動緊急制動（AEB）功能的要求，美國IIHS也于2013年發(fā)布了針對AEB系統(tǒng)的測試評價方法[3]。

在國外測試評價規(guī)范中，Euro-NCAP 覆蓋的ADAS 功能最多，各功能的測試場景最全面。Euro-NCAP 于2013 年公布了第一版AEB（自動緊急制動）功能測試評價規(guī)范，其中的測試的場景包括了前方目標(biāo)車輛靜止（CCRs）、前方目標(biāo)車輛慢行（CCRm）、前方車輛制動（CCRb）3 種。截至2020 年，Euro-NCAP又陸續(xù)引入了AEB 行人目標(biāo)、騎車人目標(biāo)等測試場景，并在不斷豐富AEB 功能測試場景的同時，增加了車道偏離預(yù)警（LDW）、車道保持（LKA）、盲點監(jiān)測（BSD）、車速輔助（SAS）的測試項目，逐漸形成了一個豐富完整的ADAS測試評價方法體系[4]。

除了Euro-NCAP 外，目前國外的ADAS 測試評價方法還包括有日本J-NCAP、美國IIHS、歐洲ECE，其中的測試評價的功能以AEB 功能為主，測試場景根據(jù)各地區(qū)實際交通情況的不同也各有區(qū)別。例如日本J-NCAP在AEB測試中考慮了夜間有對向來車遠光燈干擾的場景變量，并設(shè)置了對應(yīng)的AEB-VRU（弱勢道路使用者）測試場景。

3 國內(nèi)測試評價方法

隨著國內(nèi)ADAS 功能的不斷發(fā)展和豐富，建立科學(xué)且成體系的測試評價方法愈發(fā)重要。2018 版CNCAP 將AEB 功能引入到測試評價規(guī)程中，形成了以ESC（汽車電子穩(wěn)定性控制）功能、AEB車對車、AEB車對行人、HMI為主要內(nèi)容的ADAS測試評價體系。

2019 年，經(jīng)過大量ADAS 功能測試評價的經(jīng)驗積累，通過調(diào)研國內(nèi)交通事故的統(tǒng)計情況分析，并結(jié)合國內(nèi)外測試評價方法的發(fā)展，C-NCAP 發(fā)布了未來5年的發(fā)展路線規(guī)劃。規(guī)劃在2021 版C-NCAP 中增加多個AEB測試場景和其它ADAS功能的測試內(nèi)容。

3.1 ADAS功能維度

根據(jù)ADAS功能使用傳感器的類型和監(jiān)測區(qū)域的分布，可將ADAS功能分為縱向安全輔助、橫向安全輔助、低速車周安全輔助、提醒類安全輔助4 個維度，如圖1所示。

圖1 ADAS功能維度

2018 版C-NCAP 的ADAS 主要包括AEB 和ESC，功能僅簡單覆蓋橫縱向的安全輔助維度。而2021 版C-NCAP 將增加AEB 車對車偏置場景、AEB 車對行人夜間場景、AEB 車對兩輪車場景、BSD（盲區(qū)監(jiān)測）功能、LDW（車道偏離預(yù)警）功能、LKA（車道保持輔助）功能、SAS（速度輔助系統(tǒng)）功能的測試，從測試功能項目和功能的場景變量2 個方面，極大豐富了橫縱向安全輔助測試評價的內(nèi)容，并且還將再加入提醒類安全輔助的SAS（限速標(biāo)志識別）功能，形成包含2 項評價項功能（AEB、LKA）和4 項審核項功能（ESC、BSD、LDW、SAS）的測試評價體系。

2018 版和2021 版C-NCAP 的測試場景內(nèi)容發(fā)生了較大的變化，其場景的權(quán)重也隨之改變，具體如圖2所示?？梢钥闯?，AEB 車對兩輪車、車道保持等新增加的5 項功能在2021 版C-NCAP 中的權(quán)重總計占37%；AEB 車對行人由于增加了夜間場景和縱向識別的功能，因此所占比重基本不變；AEB 車對車雖然也增加了偏置場景，但在2021 版中刪除了CCRb(前車制動)的場景，因此占比和ESC一樣，有明顯的減少。

圖2 場景權(quán)重對比

3.2 典型場景

2021 版增加的場景主要可以分為2 類，分別是在原有功能中加入新的場景變量和加入新的功能,其測試場景的分布如表1 所示，其中方框內(nèi)的場景為2021版新增加的場景。

對于新加入的場景變量如AEB 的偏置場景和夜間場景，可以設(shè)置原場景和新增場景的實車對比測試，在驗證各場景下車輛的ADAS性能表現(xiàn)的同時，進一步分析場景變量對系統(tǒng)表現(xiàn)的影響；對于新增加的功能如車對行人縱向測試、車對兩輪車、LDW、BSD，是根據(jù)ADAS功能的發(fā)展和分析中國事故場景案例得出的需要測試的功能，可以通過實車測試對其性能表現(xiàn)進行驗證，并分析各功能的場景設(shè)置的合理性。

因此，本文將用實車進行2 項場景間的對比測試和4 項單場景的性能測試，包括AEB 車對車的正對和偏置場景的對比測試，AEB 車對行人的白天和夜間的對比測試，AEB的CPLA 測試、AEB車對兩輪車測試和LKA、BSD功能的測試。

3.3評價方法

根據(jù)不同功能的測試場景，對ADAS 功能的評價方法也不相同。

對于AEB 功能，自動緊急制動功能和前碰撞預(yù)警功能的評價參數(shù)為試驗車與目標(biāo)是否發(fā)生碰撞以及碰撞時的相對速度，同時功能觸發(fā)時刻的TTC（碰撞時間）、剎停后2車距離也可以作為評價系統(tǒng)性能表現(xiàn)的重要依據(jù)。

表1 測試場景匯總

對于LKA功能，評價主要依據(jù)試驗車在LKA功能控制下糾偏的行駛路徑，評價參數(shù)為試驗車前輪外緣距車道線的最近距離或越線后的最遠距離。

對于BSD 功能，評價主要依據(jù)在目標(biāo)進入試驗車盲區(qū)范圍的過程中，試驗車的報警時刻。同時報警時刻2車的距離位置關(guān)系、TTC也可以作為評價依據(jù)。

4 實車ADAS功能測試

本文測試采用一輛電動SUV 和一輛傳統(tǒng)動力SUV 作為試驗車輛（下文分別用車A 與車B 代替），2車均搭載有ADAS系統(tǒng)，包括了自動緊急制動、前碰撞預(yù)警、車道保持輔助、盲區(qū)監(jiān)測等功能。測試采用高精度定位的組合慣導(dǎo)系統(tǒng)來測量采集試驗車的運動狀態(tài)、試驗車和目標(biāo)間的相對位置關(guān)系等信息。

參考國內(nèi)ADAS 功能的測試評價方法，本文將結(jié)合2021版C-NCAP 的測試場景，進行如下功能的場景對比測試和性能測試。

（1）AEB車對車正對和偏置場景對比測試

（2）AEB車對行人白天和夜間對比測試

（3）AEB CPLA測試

（4）AEB車對兩輪車測試

（5）LKA測試

（6）BSD測試

4.1 AEB車對車的正對和偏置場景對比測試

在AEB 車對車測試中，通過將測試車輛的行進軌跡向左或右偏置一定距離，可以進行不同碰撞點的測試，測試場景示意圖如圖3所示。

圖3 碰撞點偏置測試示意

本文采用AEB CCRs（前方目標(biāo)車輛靜止）場景來進行正對和偏置場景的對比測試，在不同的試驗車速下，分別進行左右偏置50%和正對的試驗。試驗結(jié)果將從自動緊急制動、前碰撞預(yù)警2個方面進行比較，并采用2功能激活時刻的TTC和試驗是否發(fā)生碰撞的情況作為評價依據(jù)。

（1）前碰撞預(yù)警功能試驗結(jié)果

前碰撞預(yù)警功能能預(yù)測到行車危險，并在碰撞危險發(fā)生前向駕駛員發(fā)出警報，本文試驗通過采集報警時刻TTC 來進行正對和偏置場景的對比評價，2 車表現(xiàn)如圖4所示。在試驗車接近前方靜止的目標(biāo)車的過程中，車A 和車B 均在不同速度的正對和偏置場景下發(fā)出了前碰撞預(yù)警，功能激活TTC 分布在2.3～3.0 s 的區(qū)間內(nèi)，且在試驗車速度相同的場景中，正對場景的功能激活TTC較偏置場景更大。

（2）自動緊急制動功能試驗結(jié)果

自動緊急制動是通過監(jiān)測到行車危險，自動采取減速制動措施來減輕或避免碰撞，本文試驗通過采集系統(tǒng)制動時刻TTC 和是否碰撞的情況進行對比評價，系統(tǒng)表現(xiàn)如圖5所示。在試驗車接近前方靜止的目標(biāo)車的過程中，車A 和車B 均在不同速度的正對和偏置場景下激活了自動緊急制動功能。車A功能激活TTC分布在0.4～0.8 s 的區(qū)間內(nèi)，在試驗車速度相同的場景中，正對場景的功能激活TTC 較偏置場景更大，并且正對場景的碰撞速度也較小。車B 功能激活TTC 分布在0.7～1.2 s 的區(qū)間內(nèi)，在試驗車速度相同的場景中，正對場景的功能激活TTC 較偏置場景更大，并且在出現(xiàn)碰撞的試驗車速度50 km/h 的場景中，正對場景的碰撞速度也較小。

圖4 前碰撞預(yù)警功能

圖5 自動緊急制動功能

綜上所述，在相同的試驗車速度下，車A和車B偏置場景的前碰撞預(yù)警和自動緊急制動功能的激活時刻都較正對場景更晚。在發(fā)生碰撞的場景中，偏置場景的碰撞速度也更大。因此，2 車偏置場景中的碰撞預(yù)警和制動避撞的表現(xiàn)均不如正對場景。

4.2 AEB車對行人的白天和夜間對比測試

新版C-NCAP 將在AEB 車對行人的測試中加入夜間場景，其中CPFA（行人遠端橫穿）場景是白天和夜間均需進行測試的場景（行人目標(biāo)橫穿速度為6.5 km/h），測試場景示意圖如圖6 所示。

圖6 CPFA場景示意

本文對CPFA 場景進行白天和夜間場景的對比測試，在不同的試驗車速下，進行碰撞位置25%（試驗車左起車寬的25%處）的自動緊急制動試驗，并采用功能激活時刻的TTC 和試驗是否發(fā)生碰撞的情況作為評價依據(jù)。

在試驗中，車B 在夜間場景中對前方橫穿的行人目標(biāo)的識別率極低，各速度下均未能有效制動。因此，采用車A的測試結(jié)果進行對比評價，系統(tǒng)表現(xiàn)如圖7所示。在車A 接近前方橫穿的行人的過程中，在不同速度的白天和夜間場景下激活了自動緊急制動功能。在試驗車速度相同的場景中，白天場景的功能激活TTC較夜間場景更大，并且白天場景的碰撞速度也較小。

綜上所述，在相同的試驗車速度下，車A 夜間場景的自動緊急制動功能的激活時刻較白天場景更晚。在發(fā)生碰撞的場景中，夜間場景的碰撞速度也更大。因此，在CPFA 場景中，夜間場景車A 的制動避撞的表現(xiàn)均不如白天場景。

圖7 自動緊急制動功能

4.3 AEB CPLA測試

CPLA（前方行人縱向行進）場景區(qū)別于CPFA場景，是對試驗車追尾同向行進的行人目標(biāo)進行測試（行人目標(biāo)行進速度為5 km/h），測試場景示意圖如圖8所示。

圖8 CPLA場景示意

本文對CPLA 場景的測試，在不同的試驗車速下，進行碰撞位置50%（試驗車前正中處）的自動緊急制動試驗，并采用功能激活時刻的TTC 和試驗是否發(fā)生碰撞的情況作為評價依據(jù)，2 車表現(xiàn)如圖9 所示。在試驗車接近前方行人目標(biāo)的過程中，車A 和車B 均在不同速度的場景下激活了自動緊急制動功能。車A 功能激活TTC 分布在0.4～0.8 s 的區(qū)間內(nèi)，車B 功能激活TTC 分布在0.5～1.2 s 的區(qū)間內(nèi)。在試驗車速由20 km/h 提高到40 km/h 的過程中，2 車的功能激活TTC 隨之增大，而當(dāng)試驗車速大于40 km/h 后，2 車的速度場景中功能激活TTC 變化不明顯，且在高速場景中，2車均出現(xiàn)了碰撞的情況。

圖9 自動緊急制動功能CPLA場景

綜上所述，車A 和車B 在CPLA 場景中，均可激活自動緊急制動功能，在高速場景時功能激活更早。并且在避撞表現(xiàn)方面，2 車在試驗車速小于等于40 km/h的場景中均能完成減速避撞，在大于40 km/h 的場景中功能激活的速度減小量均大于20 km/h。因此，2 車自動緊急制動功能在CPLA 場景中均能起到減速避撞和降低碰撞傷害的作用。

4.4 AEB車對兩輪車測試

AEB 車對兩輪車場景將使用自行車、電動車的新目標(biāo)物，進行橫穿和縱向行駛的測試。本文采用CB?LA（前方自行車縱向行駛）場景（自行車目標(biāo)行駛速度15 km/h），在不同的試驗車速下，進行碰撞位置50%（試驗車前正中處）的自動緊急制動試驗，并采用功能激活時刻的TTC、功能激活時刻試驗車和目標(biāo)的縱向相對距離和試驗是否發(fā)生碰撞的情況作為評價依據(jù)。

由于同向運動的場景中，自行車目標(biāo)的行進速度（15 km/h）高于行人目標(biāo)的行進速度（5 km/h），因此本次測試將試驗車車速區(qū)間適當(dāng)增加為25～65 km/h。在試驗中，車B 的AEB 系統(tǒng)各速度下均未能識別到自行車目標(biāo)。因此，采用車A的測試結(jié)果進行評價，系統(tǒng)表現(xiàn)如圖10 所示。在試驗車接近前方兩輪車目標(biāo)的過程中，車A 在不同速度的場景下均激活了自動緊急制動功能，功能激活TTC分布在1.0～1.6 s的區(qū)間內(nèi)，較行人目標(biāo)的場景（CPLA）激活TTC 更大。隨著試驗車速的增加，功能激活TTC減小，但功能激活時刻試驗車和目標(biāo)的相對距離呈增大的趨勢。車A 在CBLA 場景的各試驗車速的場景下為出現(xiàn)碰撞，均完成減速避撞。

圖10 自動緊急制動功能CBLA場景

綜上所述，車A 在CBLA 場景中，均可識別到兩輪車目標(biāo)，并激活自動緊急制動功能完成避撞；車B 在CBLA 場景中，未能識別到兩輪車，未激活自動緊急制動功能。車對兩輪車場景可以對不同車輛的ADAS系統(tǒng)的目標(biāo)識別能力進行檢驗。

4.5 LKA測試

LKA（車道保持輔助）功能能識別到車輛接近車道標(biāo)記線并可能脫離本車道，并通過控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行小角度糾偏，輔助車輛保持在本車道內(nèi)行駛。本文試驗通過試驗車偏離和糾偏過程中行駛軌跡（參考點為試驗車偏離側(cè)前輪的外側(cè)接地點）最外側(cè)的越線距離，來評價車輛LKA 功能的性能表現(xiàn)，每組偏離速度場景各進行2次試驗，兩車表現(xiàn)如圖11所示。

圖11 中糾偏區(qū)域由2 次試驗車輛的越線距離劃定，圖中還標(biāo)明了各場景糾偏區(qū)域和車道線以及最遠越線距離（車道線外側(cè)0.2 m）C-NCAP 的相對位置關(guān)系。車A 和車B 在車輛以一定速度偏出車道時，均能通過LKA 功能完成糾偏，保持在本車道內(nèi)行駛，且行駛軌跡未越過最遠越線距離。

圖11 LKA功能場景

綜上所述，車A 和車B 的LKA 功能均起到輔助車輛進行車道保持的作用。

4.6 BSD測試

BSD（盲區(qū)監(jiān)測）功能能探測車輛兩側(cè)的后視鏡盲區(qū)中的超車車輛，并提醒駕駛員。

本文BSD 試驗的測試場景包括目標(biāo)車超越試驗車和目標(biāo)車橫向移動，并通過報警時刻試驗車和目標(biāo)車間的相對距離（目標(biāo)車前緣與試驗車后緣的相對距離），來評價車輛BSD功能的性能表現(xiàn)。

（1）目標(biāo)車超越試驗車

該場景中目標(biāo)車輛在試驗車相鄰車道，從后方以一定速度超越試驗車，試驗車在監(jiān)測到目標(biāo)車進入盲區(qū)時激活報警。本文試驗通過采集報警時刻試驗車和目標(biāo)車的相對縱向距離來進行評價，各速度場景進行2 次試驗，2 車表現(xiàn)如圖12 所示。車A 報警時刻的相對距離在15～21 m 的區(qū)間內(nèi)，車B 報警時刻的相對距離在14～20 m 的區(qū)間內(nèi)，均在A 線（平行試驗車后緣，后緣后部30 m 處）和B 線（平行試驗車后緣，后緣后部3 m 處）之間激活報警，且隨著試驗車速度的增加，2 車左右側(cè)報警時刻的相對距離均呈增大的趨勢。

圖12 BSD目標(biāo)車超越試驗車場景

（2）目標(biāo)車橫向移動

該場景中目標(biāo)車和試驗車均以50 km/h 沿車道勻速直線行駛，并保持6～7 m橫向距離，當(dāng)目標(biāo)車越過試驗車輛的B線（車后緣后部3 m）且在完全在C線（位于第九十五百分位眼橢圓的中心）之后時，目標(biāo)車輛由試驗車相隔車道變道至相鄰車道（2 車橫向距離1.5 m），保持一段時間后，再變道回相隔車道。本文試驗通過采集報警階段2車的相對橫向距離（2車相近側(cè)兩邊緣的相對距離）來進行評價，2車表現(xiàn)如圖13所示。

圖13 BSD目標(biāo)車超越試驗車場景

當(dāng)目標(biāo)車從左右側(cè)由試驗車的相隔車道向相鄰車道變道的過程中，車A 報警時2 車相對橫向距離分別為4.2 m 和3.8 m，車B 報警時2 車相對橫向距離分別為4.2 m 和3.5 m；當(dāng)目標(biāo)車從左右側(cè)由試驗車的相臨車道向相隔車道變道的過程中，車A 結(jié)束報警時2車相對橫向距離分別為5.7 m 和5.6 m，車B 結(jié)束報警時2 車相對橫向距離分別為5.5 m 和5.1 m。車B 在目標(biāo)車移入相鄰車道后出現(xiàn)了報警中斷的現(xiàn)象，在目標(biāo)車移出相鄰車道時又恢復(fù)了報警。

綜上所述，車A 和車B 的BSD 功能，在目標(biāo)車超越試驗車和目標(biāo)車橫向移動的場景中，均能識別到盲區(qū)內(nèi)的目標(biāo)車并報警。車B 在目標(biāo)車橫向移動的場景中，出現(xiàn)了報警中斷的現(xiàn)象。

5 結(jié)論

本文結(jié)合國內(nèi)外ADAS 測試評價方法，提取出測試評價方法中AEB、LKA、BSD 3 個功能的多個典型試驗場景，并使用2輛實車進行場地試驗的測試驗證。

通過對2 車進行各場景的試驗發(fā)現(xiàn)，車A 的AEB功能在夜間和偏置場景中的表現(xiàn)不如白天和正對場景中的表現(xiàn)，在其他場景的測試中各功能均能起到預(yù)期作用；車B 的AEB 功能存在夜間未能識別橫穿的行人目標(biāo)、未能識別前方縱向行駛的2 輪車的問題，BSD功能存在目標(biāo)車橫向移動的場景中報警中斷的問題，LKA功能可以起到輔助車輛進行車道保持的作用。

結(jié)合實車測試結(jié)果可以看出，在AEB 測試中增加夜間、偏置等場景變量會一定程度影響車輛ADAS 的性能表現(xiàn)，可以更好檢驗系統(tǒng)在各類環(huán)境條件下的表現(xiàn)情況。因此，隨著對ADAS安全性要求的不斷提升，其測試評價方法也將添加更多的場景變量，如目標(biāo)類型、道路路況、天氣條件等。而對于新增加的ADAS功能，各車型的系統(tǒng)表現(xiàn)也存在明顯差異，應(yīng)盡快制定相應(yīng)的測試評價方法，以保證功能的安全性和可靠性。