乘用車智能限速系統(tǒng)現(xiàn)狀及測試方法研究

高海龍，李超，周正，裴鍵，杜強飛

摘? 要：乘用車智能限速輔助系統(tǒng)能夠自動獲取道路限速信息，并提供給駕駛員和車輛，通過駕駛員或車輛自動控制車輛行駛速度在道路限速以下，可有效減少超速事件的發(fā)生。論文對該系統(tǒng)的分類、技術(shù)路線進(jìn)行了闡述，指出目前對于該系統(tǒng)測試的重要意義。論文分析了ISA系統(tǒng)的典型測試場景、針對該場景提出了相應(yīng)的測試評價指標(biāo)，并選取了具有代表性的車型結(jié)合高精度測試設(shè)備進(jìn)行了驗證，并對驗證結(jié)果進(jìn)行了分析、對當(dāng)前技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：智能限速輔助系統(tǒng);測試方法;技術(shù)現(xiàn)狀

中圖分類號：467.11? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：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

隨著社會經(jīng)濟持續(xù)高速的發(fā)展，我國機動車保有量保持高速增長態(tài)勢，車輛在給我們的生活帶來便捷的同時，也產(chǎn)生了交通事故，同時大量的事故原因調(diào)查發(fā)現(xiàn)，駕駛員超速是造成道路交通事故的主要原因，據(jù)一份調(diào)查報告顯示，由超速引發(fā)的事故數(shù)量占事故總數(shù)的 17% [1]，若車輛行駛過程中，系統(tǒng)及時提醒駕駛員當(dāng)前行駛超過限速，能夠有效減少事故的發(fā)生。

智能限速輔助系統(tǒng)（ISA）通過一系列傳感器或車載導(dǎo)航系統(tǒng)實時獲取當(dāng)前行駛路段上的限速信息，一旦車輛行駛速度超過當(dāng)前路段限速值則會通過聲學(xué)、光學(xué)或其它方式向駕駛發(fā)出警告，同時還可以通過車輛制動或其它形式降低車輛車速，使其在限速值以下行駛。伴隨車輛智能化水平不斷提高，汽車主動安全市場需求爆發(fā)式增長，目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)多款車型上均配備了相關(guān)功能，但是針對該功能如何開展實車測試、當(dāng)前功能到底處于什么樣的水平均沒有相關(guān)研究，因此，開展車輛ISA系統(tǒng)測試及技術(shù)現(xiàn)狀研究具有重要意義。

2? ? 智能限速輔助系統(tǒng)分類及實現(xiàn)路徑

2.1? ?智能限速輔助系統(tǒng)分類

ISA根據(jù)實現(xiàn)的功能不同，目前可以分為兩類：（一）智能限速提醒，能夠自動獲取車輛當(dāng)前條件下所應(yīng)遵守的限速信息并實時監(jiān)測車輛行駛速度，當(dāng)車輛行駛速度不符合或即將超出限速范圍時，適時發(fā)出警告信息;（二）智能限速控制，自動獲取車輛當(dāng)前條件下所應(yīng)遵守的限速信息并實時監(jiān)測車輛行駛速度，輔助駕駛員控制車輛行駛速度，以使其保持在限速范圍之內(nèi)。具體工作原理如圖1所示：

2.2? ?智能限速輔助系統(tǒng)技術(shù)路徑

根據(jù)實現(xiàn)的技術(shù)路線不同主要分為三類：使用車載傳感器實現(xiàn)限速信息獲取，通過傳感器（目前主要是視覺傳感器）實時識別道路上限速標(biāo)志牌信息來獲取當(dāng)前道路限速信息并進(jìn)一步通過其它算法和控制單元完成提醒、控制功能;另一類通過車載導(dǎo)航上信息實現(xiàn)限速信息獲取并完成ISA功能;最后一類為通過兩種技術(shù)手段融合完成ISA功能。

3? ? 智能限速輔助系統(tǒng)測試

3.1? ?智能限速輔助系統(tǒng)測試場景設(shè)計

根據(jù)智能限速輔助系統(tǒng)分類來搭建典型測試場景。場景的搭建思路主要是根據(jù)目前限速功能實現(xiàn)的難易程度分為限速提醒試驗、超速報警試驗、控制功能試驗及其它標(biāo)識識別試驗四個類別的試驗，以驗證功能滿足程度，其中其它標(biāo)識識別試驗主要用于驗證系統(tǒng)是否存在誤識別，進(jìn)而干擾駕駛員正常駕駛。

3.1.1 限速提醒試驗

測試車輛在長直路面上行駛，道路上設(shè)置限速標(biāo)志牌，車輛以接近限速標(biāo)志牌上的車速駛過，車輛應(yīng)能正確識別限速標(biāo)志牌上的車速限值，并以一定的表現(xiàn)形式顯示在車輛人機交互界面上，測試參數(shù)如表1所示，具體測試場景如圖2所示：

3.1.2 超速報警試驗

測試車輛在長直路面上行駛，道路上設(shè)置限速標(biāo)志牌，車輛以超過限速標(biāo)志牌上的車速駛過，車輛應(yīng)能正確識別限速標(biāo)志牌上的車速限值、發(fā)出報警并以一定的表現(xiàn)形式顯示在車輛人機交互界面上，具體測試參數(shù)如表2所示，測試場景如圖2所示：

3.1.3 控制功能試驗

測試車輛在長直路面上行駛，道路上設(shè)置限速標(biāo)志牌，車輛以明顯超過限速標(biāo)志牌上的車速駛過，車輛應(yīng)能正確識別限速標(biāo)志牌上的車速限值、同時向駕駛員發(fā)出控制功能請求或自主進(jìn)行車輛車速控制，請求信息應(yīng)能以一定的表現(xiàn)形式顯示在車輛人機交互界面上，具體測試參數(shù)如表3所示，測試場景如圖2所示。

3.1.4 其它標(biāo)識識別試驗

測試車輛在長直路面上行駛，道路上設(shè)置相關(guān)標(biāo)志牌，車輛以一定車速駛過，驗證車輛是否能正確識別標(biāo)志牌上的信息，并以一定的表現(xiàn)形式顯示在車輛人機交互界面上，具體測試參數(shù)如表4所示，場景如圖2所示。

3.2? ? 智能限速輔助系統(tǒng)測試場景評價

3.2.1 智能限速輔助系統(tǒng)基本性能要求

智能限速輔助系統(tǒng)應(yīng)滿足以下基本性能要求：

1、智能限速輔助系統(tǒng)應(yīng)能準(zhǔn)確識別限速標(biāo)志規(guī)定的速度;

2、具備輔助控制功能的車輛能夠快速、平穩(wěn)控制車輛;

3.2.2 智能限速輔助系統(tǒng)測試評價方法

本文針對不同測試場景制定不同評價指標(biāo)具體如下：

其中，限速提醒試驗中，提醒方式指車輛獲取限速標(biāo)志信息后呈現(xiàn)給駕駛員的形式，主要是評價提醒方式是否能夠被駕駛員清晰感知;提醒信息顯示距離是指系統(tǒng)獲取限速信息后在人機交互界面上顯示的距離，主要評價限速提醒信息提醒的長短效果;提醒發(fā)出時刻車頭與限速標(biāo)志的距離是指限速信息顯示在人機交互界面上時本車與限速標(biāo)志牌的距離，用于評價限速信息提醒的及時性。

超速報警試驗中，報警方式是指車輛檢測到超速后呈現(xiàn)給駕駛員的報警形式，用于評價報警方式的優(yōu)劣;報警顯示距離是指報警發(fā)出時刻至報警結(jié)束時刻期間車輛以當(dāng)前速度行駛的距離，主要用于評價報警提醒的效果;

限速控制試驗中，控制穩(wěn)定車速是指系統(tǒng)控制車輛穩(wěn)定行駛的車速，用于評價系統(tǒng)是否能夠達(dá)到設(shè)定速度并穩(wěn)定行駛;控制完成時間是指車輛開始控制車輛到車輛達(dá)成穩(wěn)定車速的時間，主要評價車輛控制的及時性;控制階段最大減速度是指車輛控制階段車輛減速度的最大值，主要評價車輛控制階段減速舒適性;

其它標(biāo)識識別試驗中，主要測試系統(tǒng)對其它相關(guān)標(biāo)志、標(biāo)牌的識別能力。

采用以上評價指標(biāo)對車輛智能限速輔助系統(tǒng)功能進(jìn)行全面的客觀測試與評價。

4.1? ?樣車選取

為保證測試具有代表性，試驗選取中端合資轎車1輛，命名為車型A，高端進(jìn)口轎車1輛，命名為車型B，國內(nèi)自主品牌轎車2輛，分別為車型C、車型D，共4個車型，4輛車進(jìn)行測試。

4.2? ?測試環(huán)境條件

測試場地選擇干燥、平直的直線性能路，測試光照強度不低于2000lux，天氣晴朗。

4.3? ?測試設(shè)備

ISA測試是基于VBOX -ADAS測試模塊，模塊包括主機VBOX、視頻 VBOX、基站及其它輔助設(shè)備等。其中VBOX主機及其相關(guān)連接的附件用于整個測試過程中車輛的位置信息、運動狀態(tài)信息等相關(guān)數(shù)據(jù)的采集及存儲。視頻VBOX可以外接4路高清攝像頭及1路麥克風(fēng)，用于記錄整個試驗過程的視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)，同時視頻VBOX與VBOX主機相連，將視頻VBOX采集的視頻和音頻數(shù)據(jù)與VBOX主機采集的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，便于后期數(shù)據(jù)的分析和整理。差分定位基站用于提高測試車輛的定位精度，VBOX主機安裝有專用的通信設(shè)備，可以與差分定位基站通信，獲取基站的定位信息，并通過差分定位算法可使最終的定位精度達(dá)到2cm以內(nèi)，滿足高精度的測試需求。具體如圖3所示。

4.4? ?測試執(zhí)行及結(jié)果分析

本文中測試工況是按照3.1節(jié)中的場景進(jìn)行測試，具體測試結(jié)果下。

4.4.1 限速提醒試驗

在此測試場景下，測試車輛開啟ISA系統(tǒng)，依次以接近限速標(biāo)志牌的速度行駛，測試車輛系統(tǒng)限速提醒的能力。通過4個不同品牌車輛的測試結(jié)果可以看出，限速提醒方式上，目前各個車型均采用在儀表上以限速符號的形式對駕駛員進(jìn)行提醒，對于車型B，由于車輛裝備了抬頭顯示（HUD）功能，車輛限速提醒信息一經(jīng)發(fā)出，駕駛員就能夠立刻獲得信息，同時HUD顯示的信息一直處于駕駛員的視野范圍內(nèi)，駕駛員獲取信息時無需改變視野范圍，對駕駛員提醒效果較好。

限速提醒信息顯示的距離測試如圖4所示，目前多數(shù)車輛的設(shè)計策略均是隨著車輛車速的提高，顯示距離會隨之提高，而車型B為一直顯示，直至識別到解除限速標(biāo)志后，提醒才會消失;

限速提醒發(fā)出時車頭與限速標(biāo)志的距離測試如圖5所示，隨著車速的不斷提高，限速提醒發(fā)出時車頭與限速標(biāo)志的距離會逐漸變?yōu)樨?fù)值即表示車頭已超過限速標(biāo)志的平面，同時隨著車速的提高，車頭超出限速標(biāo)志牌的距離會越來越遠(yuǎn)，一旦車輛以高于限速標(biāo)志規(guī)定的速度行駛，駕駛員無法依靠本系統(tǒng)提醒而避免超速事件的發(fā)生。

4.4.2 超速報警試驗

在此測試場景下，測試車輛開啟ISA系統(tǒng)，依次以超過限速標(biāo)志牌的速度行駛，測試車輛系統(tǒng)超速報警的能力。

通過4個不同品牌車輛的測試結(jié)果可以看出，報警方式上，目前各個車型均采用在儀表上以當(dāng)前路段限速值符號閃爍來報警，不同車型會增加額外的報警方式，但是只有兩個車型增加了提示聲音，從實際測試體驗來看，僅有視覺提醒尤其僅在儀表上進(jìn)行顯示，不易引起駕駛員注意，而聲音更有利于駕駛員注意并獲取超速報警信息，具體提醒方式見表7。

報警信息警告時間長短，目前看各家均有所不同，三家采取固定時長的方式，分別為3s、6s、12s左右，另外一家則根據(jù)不同的車速采取不同報警時長的策略。隨著車速的不斷提高駕駛員對前方及周邊車輛關(guān)注度會提高，以盡量減少事故的發(fā)生，這就導(dǎo)致駕駛員很容易忽略一些儀表上的信息，進(jìn)而導(dǎo)致超速報警信息不易被駕駛員感知，引起車輛發(fā)生超速的違法行為。從實際測試的過程中來看，隨著車速提高，報警時長增加的策略既有利于駕駛員在高速行駛時感知報警信息，又不會在中低速超速行駛時被長時間提醒而影響駕駛體驗，所以根據(jù)不同的車速采取不同報警時長的策略更能提升駕駛體驗。

4.4.3 限速控制試驗

在此測試場景下，測試車輛開啟ISA系統(tǒng)，依次以明顯超過限速標(biāo)志牌的速度行駛，測試車輛系統(tǒng)限速控制的能力。

目前選取的4個車型中，只有車型C具備了車輛限速控制功能，當(dāng)車輛檢測到車輛超速時會通過人機交互系統(tǒng)向駕駛員發(fā)出提醒，通過駕駛員確認(rèn)后車輛將當(dāng)前識別到的限速值自動設(shè)置為車輛限速值并執(zhí)行控制功能。通過測試結(jié)果可以看出，車輛自主控制車速后最終能夠?qū)④囕v穩(wěn)定控制在當(dāng)前限定速度;車輛在控制階段的峰值減速均控制在0.12g以下且在20s內(nèi)完成車輛控制，控制效果較好，具體減速度曲線如圖7。

4.4.4 其它標(biāo)識識別試驗

在此測試場景下，測試車輛開啟ISA系統(tǒng)，依次通過預(yù)先設(shè)置的標(biāo)志牌，具體測試結(jié)果如表9所示。通過測試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，目前系統(tǒng)針對最低限速、帶文字的限重標(biāo)識均無法正確識別，對解除限速標(biāo)識僅有一個車型可以正確識別，但是僅能識別解除限速無法識別具體數(shù)值，不同車型分別限速的標(biāo)牌有部分車型可以準(zhǔn)確識別，整體識別率偏低。

4.5? ?ISA技術(shù)現(xiàn)狀分析

1、ISA系統(tǒng)分類看，目前系統(tǒng)多數(shù)處于智能限速提醒階段，同時具備限速提醒和控制的系統(tǒng)占比較少，具備控制功能的車型中，控制階段的開啟需要駕駛員確認(rèn)。未來隨著交通標(biāo)志識別率的提高，車載與交通網(wǎng)聯(lián)通信設(shè)備的普及，同時具備限速信息提醒和控制功能的車型所占比例將會進(jìn)一步提高。

2、ISA系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)路線看，目前系統(tǒng)多采用自主傳感器（視覺傳感器）識別道路交通限速信息并提供給車輛及駕駛員，采用導(dǎo)航下發(fā)的車型較少，存在如下原因：

a）高精度導(dǎo)航地圖并未應(yīng)用在車載導(dǎo)航上，地圖上獲取的道路限速信息不一定準(zhǔn)確;

b）目前車載導(dǎo)航地圖更新速度慢，而道路上臨時限速標(biāo)牌無法及時更新在車載導(dǎo)航上，無法滿足使用需求;

3、就目前系統(tǒng)功能來看，車輛對普通最高限速識別準(zhǔn)確率較高并能以一定的人機交互方式與駕駛員溝通，但是隨著車輛車速的提高，系統(tǒng)發(fā)出提醒的時機會越來越晚，這就會發(fā)生駕駛員感知到提醒信息時車輛已經(jīng)超速行駛;車輛對最低限速、解除限速、限重標(biāo)志等帶文字的標(biāo)志識別效果較差，甚至還有一些存在誤識別的現(xiàn)象，用戶實際使用過程中會存在很大的不便。

目前智能限速系統(tǒng)還處于發(fā)展階段，部分技術(shù)還不夠成熟，隨著傳感器技術(shù)、智能算法技術(shù)、芯片技術(shù)及汽車技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，未來能夠識別全部交通標(biāo)志并對車輛進(jìn)行控制的系統(tǒng)很快會到來。

5? ? 結(jié)論

智能駕駛輔助系統(tǒng)被越來越多地應(yīng)用于汽車上，針對這些系統(tǒng)的測試成為車輛開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文建立了智能限速輔助系統(tǒng)的典型測試場景并基于典型測試場景提出系統(tǒng)評價指標(biāo)，選取多個車型并依托于高精度測試設(shè)備，開展了有效的驗證工作。本文提出的測試場景及評價方法有著重要的實用價值和使用意義。

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