基于VBOX設(shè)備的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)性能一致性驗證方法

余天龍 謝業(yè)軍 付廣 林智桂

摘 要：為解決目前車道偏離預(yù)警系統(tǒng)性能只能通過駕駛員主觀感受去評價、難以通過客觀數(shù)據(jù)去驗證其性能一致性等難題，利用VBOX設(shè)備的定位及車道線勘測功能，獲取車輛車道偏離預(yù)警系統(tǒng)觸發(fā)時車輛與車道線的距離值，通過數(shù)據(jù)分析軟件Origin對獲取的多組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，經(jīng)過試驗與分析驗證，成功驗證該車的車道偏離預(yù)警功能一致性較好。結(jié)果表明，本文提出的車道偏離預(yù)警性能一致性驗證方法可行。

關(guān)鍵詞：車道偏離預(yù)警系統(tǒng) VBOX設(shè)備 一致性

Abstract： In order to solve the problems faced by the current lane departure warning system performance， which can only be evaluated by driver's subjective feeling， and is difficult to through the objective data to verify its performance consistency， the article uses the VBOX equipment positioning and lane line survey， obtains vehicles lane departure warning system when the trigger and the lane line distance， through the data analysis software origin to obtain multiple sets of data for statistical analysis. And? through the test and analysis verification， the article finds out that the successful consistency checking the car lane departure warning function is better. Results show that the proposed lane departure warning performance consistency validation method is feasible.

Key words：lane departure warning system， The VBOX equipment， consistency

1 引言

隨著人們生活水平的不斷提升，人們對于日常出行的要求越來越高，出行安全性與便捷性逐漸成為人們的重點關(guān)注對象，進(jìn)而衍生出了目前汽車領(lǐng)域火熱的智能駕駛輔助技術(shù)，車道偏離預(yù)警系統(tǒng)便是其中之一，車道偏離預(yù)警系統(tǒng)通過車載攝像頭采集道路圖像來識別車道線信息，并實時計算車輛與所在車道相對位置關(guān)系和運動趨勢，在超過某個安全區(qū)域閾值后警示駕駛員偏離車道的行為[1]，此系統(tǒng)對于行車安全起到極大輔助作用。但是目前對于車道偏離系統(tǒng)性能一致性驗證的方法欠缺，主要依靠測試人員主觀感受，缺乏科學(xué)客觀數(shù)據(jù)支撐，難以確保驗證該功能的安全性和可靠性。此外，目前V-BOX設(shè)備多用于傳統(tǒng)整車性能測試，用于智能駕駛輔助系統(tǒng)領(lǐng)域的測試較少，隨著智能駕駛輔助功能的快速發(fā)展，LDW功能的性能測試驗證急需更科學(xué)可靠的設(shè)備加入。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

基于車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的重要性，針對VBOX設(shè)備在車道偏離預(yù)警領(lǐng)域以及車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的測試與評價領(lǐng)域的應(yīng)用，國內(nèi)外研究學(xué)者進(jìn)行了大量探索，形成了大量有用的成果。Ayalew Mesfin Mitiku等[2]為探究適合我國道路交通特性的LDWS 的測試與評價技術(shù)，對某乘用車LDWS 的客觀性能進(jìn)行實車試驗，分析了直道與彎曲路段條件下，偏離方向、光照條件、車道線類型、橫向偏離速度等因素對報警點橫向距離分布的影響;陳媛媛等[3]為解決我國制訂的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)有明確的場地測試標(biāo)準(zhǔn)但缺乏完善的評價方法難題，嘗試設(shè)計了一種開放道路測試評價方法。以某車型開發(fā)階段車道偏離預(yù)警系統(tǒng)開放道路測試為例，從主、客觀2個方面對車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的適應(yīng)性進(jìn)行測試和評價，近20000km的道路測試數(shù)據(jù)驗證了評價方法的有效性;高海龍等[4]提出了一種基于VBOX-ADAS模塊的車道保持系統(tǒng)測試方法。該方法不僅考慮了目前車道保持系統(tǒng)的實際情況，更結(jié)合了實際儀器的使用，使得測試方法具有實際意義和使用價值。Leeza Panda等[5]對車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的策略和車道識別方法進(jìn)行廣泛的分析，特別是對于不同的道路結(jié)構(gòu)，車道檢測的不同難度。在以上研究基礎(chǔ)下，提出一種基于VBOX設(shè)備的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)性能一致性測試驗證方法。

3 i-VISTA（中國智能汽車指數(shù)）介紹

i-VISTA （Intelligent Vehicle Integrated Systems Test Area）是在國家工信部和重慶市政府支持下，共籌共建的具有國際領(lǐng)先水平的智能汽車和智慧交通應(yīng)用示范工程及產(chǎn)品工程化公共服務(wù)平臺。基于i-VISTA 示范區(qū)平臺，中國汽車工程研究院股份有限公司在中國汽車工業(yè)協(xié)會和中國汽車工程學(xué)會的聯(lián)合指導(dǎo)下，充分研究并借鑒國內(nèi)外智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗評價方法，結(jié)合中國自然駕駛數(shù)據(jù)和中國駕駛員行為特性統(tǒng)計分析的研究成果，經(jīng)過多輪論證，形成i-VISTA 智能汽車指數(shù)評價體系。

4 Racelogic VBOX介紹

Racelogic VBOX測試系統(tǒng)和VBOX數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡稱VBOX或者汽車VBOX，主要組成有：VBOX傳感器，VBOX顯示器，VBOX模塊，VBOX數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，VBOX RLVB3i，VBOX MICRO，VBOX MINI，VBOX RLVB2SX等。VBOX是測量車輛行駛速度和位置的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?；谝幌盗懈咝阅艿腉PS衛(wèi)星信號接收器，Racelogic VBOX測試系統(tǒng)可以高精度地測量速度，距離，加速度，制動距離，位置，航向角，側(cè)偏角，單圈時間，轉(zhuǎn)角力等等參數(shù)。VBOX主機(jī)可以和一系列的輸入和輸出的模塊結(jié)合使用，使其可以成為一個強(qiáng)大和靈活的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于它有同步GPS和視頻，CAN總線和IMU數(shù)據(jù)的功能，所以Racelogic VBOX測試系統(tǒng)是世界上汽車及輪胎制造商的測試部門的最佳選擇。

本文中用到的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的測試設(shè)備主要由定位基站、VBOX主機(jī)、VIDEO VBOX、GPS天線及相關(guān)配件組成，采用GPS+GLONASS組成定位方式，利用實時的動態(tài)DGPS來獲得高精度的RTK定位，即載波相位差分技術(shù)，又稱RTK（Real Time Kinematic）技術(shù)，如圖1，是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法。即是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機(jī)，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。載波相位差分可使定位精度達(dá)到厘米級。大量應(yīng)用于動態(tài)需要高精度位置的領(lǐng)域。設(shè)備安裝簡單 ，定位精度較高，基站模式下RTK定位精度可達(dá)到2CM，通過高精度的定位使得VBOX設(shè)備可采集顯示車輛多種位置及車身參數(shù)信息，如車輛邊緣到車道線的距離、偏離車道線的速度、與車道線的角度等，這為智能駕駛輔助系統(tǒng)中車道偏離預(yù)警系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)提供極大幫助。

5 測試準(zhǔn)備

5.1 車輛準(zhǔn)備

準(zhǔn)備一臺某品牌帶有車道偏離預(yù)警功能的車型，確保車輛該功能可以正常使用并無其他影響該功能的故障。

5.2 場地準(zhǔn)備

要求測試場地為封閉道路，車道線清晰并滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，場地?zé)o房屋、樹木等遮擋。

5.3 VBOX設(shè)備準(zhǔn)備

按照連接示意圖2連接好VBOX設(shè)備，按車道偏離預(yù)警功能測試操作手冊進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，確保VBOX設(shè)備處于RTK定位狀態(tài)并足夠穩(wěn)定。

6 測試內(nèi)容

此次測試內(nèi)容主要參考I-VISTA的車道偏離預(yù)警試驗工況，具體如表1。

6.1 車道線獲取

車道線獲取設(shè)備連接如圖3，按圖連接好設(shè)備準(zhǔn)備開始勘測車道線。

6.1.1 直道車道線獲取

1）將車開到離車道線較近的地方;

2）將GPS天線置于勘測桿并放在車道線的起點位置，這個點為車道線內(nèi)側(cè)，保持勘測桿垂直于地面，如圖4;

3）在文件管理器中勾選第一個點;

4）到第二個點重復(fù)以上步驟，得到第二個點，通過兩個點得到一條直道車道線。

6.1.2 彎道車道線獲取

1）將設(shè)備安裝到小推車上，并將小推車放到彎道車道線起點，如圖5，開始采集;

2）沿彎道將小推車推到終點后，停止采集;

3）獲取到一條彎道車道線。

6.2 直道可重復(fù)性試驗方法及步驟

6.2.1 直道左偏

車輛以恒定車速60km/h在車道線內(nèi)行駛，當(dāng)速度穩(wěn)定后進(jìn)入試驗車道內(nèi)，保持在試驗車道中央行駛，穩(wěn)定至少5S后開始以恒定偏離速度0.2m/s左偏。當(dāng)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)報警時，記錄車輛左前輪外緣與左側(cè)車道線內(nèi)緣的距離。

重復(fù)以上操作，記錄10組數(shù)據(jù)。

6.2.2 直道右偏

車輛以恒定車速60km/h在車道線內(nèi)行駛，當(dāng)速度穩(wěn)定后進(jìn)入試驗車道內(nèi)，保持在試驗車道中央行駛，穩(wěn)定至少5S后開始以恒定偏離速度0.2m/s右偏。當(dāng)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)報警時，記錄車輛右前輪外緣與右側(cè)車道線內(nèi)緣的距離。

重復(fù)以上操作，記錄10組數(shù)據(jù)。

直道可重復(fù)性試驗結(jié)果如表2。

6.3 彎道可重復(fù)性試驗方法及步驟

6.3.1 左彎左偏

車輛以恒定車速60km/h在車道線內(nèi)行駛，當(dāng)速度穩(wěn)定后進(jìn)入試驗車道內(nèi)，保持在試驗車道中央行駛，穩(wěn)定至少5S后開始以恒定偏離速度0.2m/s左偏。當(dāng)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)報警時，記錄車輛與左側(cè)車道線的距離。

重復(fù)以上操作，記錄10組數(shù)據(jù)。

6.3.2 左彎右偏

車輛以恒定車速60km/h在車道線內(nèi)行駛，當(dāng)速度穩(wěn)定后進(jìn)入試驗車道內(nèi)，保持在試驗車道中央行駛，穩(wěn)定至少5S后開始以恒定偏離速度0.2m/s右偏。當(dāng)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)報警時，記錄車輛與右側(cè)車道線的距離。

重復(fù)以上操作，記錄10組數(shù)據(jù)。

6.3.3 右彎左偏

車輛以恒定車速60km/h在車道線內(nèi)行駛，當(dāng)速度穩(wěn)定后進(jìn)入試驗車道內(nèi)，保持在試驗車道中央行駛，穩(wěn)定至少5S后開始以恒定偏離速度0.2m/s、0.5m/s左偏。當(dāng)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)報警時，記錄車輛與左側(cè)車道線的距離。

重復(fù)以上操作，記錄10組數(shù)據(jù)。

6.3.4 右彎右偏

車輛以恒定車速60km/h在車道線內(nèi)行駛，當(dāng)速度穩(wěn)定后進(jìn)入試驗車道內(nèi)，保持在試驗車道中央行駛，穩(wěn)定至少5S后開始分別以恒定偏離速度0.2m/s右偏。當(dāng)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)報警時，記錄車輛與右側(cè)車道線的距離。

重復(fù)以上操作，記錄10組數(shù)據(jù)。

彎道可重復(fù)性試驗結(jié)果如表3。

7 測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

7.1 設(shè)備測量車輛離車道線距離原理

如圖6，以直道左偏為例，VBOX設(shè)備測量的橫向距離值為L，即裝在試驗車車頂GPS天線到左側(cè)車道線內(nèi)側(cè)的距離，但是試驗需要得到的橫向距離實際為試驗車左前輪外側(cè)到左側(cè)車道線內(nèi)側(cè)距離，即L2。

L2可以通過L和L1得出

L2=L-L1;

其中L1=S*sin（α+β）;其中S、α和β均為已知值

L2=L-S*sin（α+β）;

則從VBOX設(shè)備中讀出的L值均可通過上述公式得出實際距離車道線值，工況直道右偏、左彎左偏、左彎右偏、右彎左偏、右彎右偏同理。

7.2 測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計

由以上內(nèi)容可知，測試結(jié)果數(shù)據(jù)如表4。

7.3 測試結(jié)果分析

利用Origin分析軟件對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行單樣本t檢驗分析，得出實際車道預(yù)警系統(tǒng)性能與設(shè)計性能是否一致。車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計性能為：直道場景下距離車道線0.2m為報警界限值，即當(dāng)車輛距離車道線距離≤0.2m即觸發(fā)車道偏離預(yù)警系統(tǒng);彎道場景下距離車道線0.1m為報警界限值，即當(dāng)車輛距離車道線距離≤0.1m即觸發(fā)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)。

7.3.1 直道車道偏離預(yù)警系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)分析

通過Origin軟件分析，已知在直道場景下，設(shè)計的系統(tǒng)報警界限值為0.2m，則通過將單樣本t值設(shè)置為0.2m，允許的差異水平設(shè)置為0.01，以此分析直道場景下獲取的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)報警距離值是否具有顯著差異性，分析結(jié)果如圖7、圖8。

從圖7、圖8中我們可以直觀看出，直道左偏、直道右偏的均值分別為0.204、0.201，通過將其與設(shè)計性能值0.2進(jìn)行比較分析差異性，得出在直道場景，0.01的允許差異水平下，總體均值與檢驗均值不存在顯著不同，即車道偏離預(yù)警系統(tǒng)在直道下性能一致性較好。

7.3.2 彎道車道偏離預(yù)警系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)分析

通過Origin軟件分析，已知在彎道場景下，設(shè)計的系統(tǒng)報警界限值為0.1m，則通過將單樣本t值設(shè)置為0.1m，允許的差異水平設(shè)置為0.01，以此分析彎道場景下獲取的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)報警距離值是否具有顯著差異性，分析結(jié)果如圖9、圖10。

從圖9、圖10中我們可以直觀看出，左彎左偏、左彎右偏、右彎左偏、右彎右偏的均值分別為0.099、0.1、0.1、0.106，通過將其與設(shè)計性能值0.1進(jìn)行比較分析差異性，得出在彎道場景，0.01的允許差異水平下，總體均值與檢驗均值不存在顯著不同，即車道偏離預(yù)警系統(tǒng)在彎道下性能一致性較好。

8 結(jié)論

本文基于VBOX設(shè)備以及i-VISTA的車道偏離預(yù)警試驗工況，對某車型的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)性能進(jìn)行試驗，并利用數(shù)據(jù)分析軟件Origin對獲取的多組數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析的方法，驗證了該車道偏離預(yù)警系統(tǒng)性能一致性，結(jié)論如下：

1、該試驗車輛的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)性能一致性較好

1）在直道場景下，左偏和右偏報警時車輛與車道線的距離均值分別為0.204m和0.201m，與系統(tǒng)設(shè)計值0.2m無顯著差異，即在直道場景該系統(tǒng)性能一致性較好。

2）在彎道場景下，左彎左偏、左彎右偏、右彎左偏和右彎右偏報警時車輛與車道線的距離均值分別為0.099m、0.1m、0.1m、0.106m，與系統(tǒng)設(shè)計值0.1m無顯著差異，即在彎道場景該系統(tǒng)性能一致性較好。

2、通過實測表明，本文提出的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)性能一致性驗證方法在實際應(yīng)用中可行。

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作者簡介

余天龍：（1996.04—），男，漢族，廣西欽州市人，本科學(xué)歷，上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心智能駕駛測試評價工程師。研究方向：智能網(wǎng)聯(lián)汽車。