駕駛員輔助系統報警性能測試臺架的研究

王睿達，孟建軍

（蘭州交通大學 機電工程學院，甘肅 蘭州 730070）

我國車輛保有量持續增長，各種汽車安全技術大量應用，例如 ABRS（安全氣囊），C-NCAP（中國新車評價規程）中的碰撞性能測試等技術措施能夠減輕發生碰撞事故產生的危害，降低事故引發傷亡的概率。但是，被動降低碰撞危害程度的方式，還不足以使汽車完全避免事故，因此，能夠幫助駕駛員感知行車環境、車輛狀態信息，預估交通危險的，提出警告輔助駕駛員正確判斷和正確決策，或主動干預車輛操控的駕駛員輔助系統應運而生，車道偏離報警系統（LDW）和前撞報警（FCW）是駕駛員輔助系統中重要的組成部分。由于報警的性能會影響駕駛員對當前行駛狀況的判斷，因此針對報警是否可靠的測試顯得非常重要。

中國專利201010261862.1提出了一種針對LDW的測試裝置[1]，使用圖像檢測設備計算道路車道線和自車車輪之間的相對距離，以及自車相對于車道線的離線速度，將檢測而得的數據與待測系統識別車道線的結果進行對比得到待測系統的識別精度，但是測試設備的精度是否高于待測系統卻不能保證。NHTSA評價FCW的性能使用道路測試方法，實時記錄行車環境影像資料和時間同步的FCW報警數據，通過測試人員比對自由駕駛過程中待測系統報警時刻所對應的車前、車后、車側和駕駛室影像，得到每一次報警性質[2]，從而得到報警準確率等參數表征系統總體性能的可靠性，盡管其真實地反映了FCW報警的性能，但是自由駕駛中的道路狀況的隨機性，導致了一旦更換不同待測系統就需要再次進行大量道路試驗，工作量極其龐大，而且我國的交通環境復雜，僅各種公路建設中存在的車道線樣式就有10種[3]，道路試驗更是短時間難以完成。并且，上述兩種裝置和方法都很難設計某種特定的工況，做到有針對性地測試報警系統在各種易誤報、易漏報的工況下的報警性能。提升報警系統的性能，降低誤報率和漏報率是重要手段[4-5]。因此，集成有統一的人工比對方法，樣本具有通用性和可重復性，針對降低誤警率和虛警率，能夠針對駕駛員輔助系統報警功能的性能進行硬件在環仿真測試的臺架顯示出其重要價值。

1 系統總體設計

首先，測試樣本采集和管理，樣本可重復使用，；其次，實現測試樣本對于待測系統的數據回放；再次測試臺架I/O接口通用，工作參數可調，方便用于接入不同報警系統，評價不同系統應對同一工況能力的差別；最后，設計能夠在樣本回放的離線分析階段，對報警信號的性質進行人工判定的結果進行記錄，能夠在判定完畢后出具分析報告。

測試系統軟件開發環境是LabVIEW，更注重測試人員所使用的前面板開發，使測試過程更加直觀[6]，硬件則為NI公司的PXI和PCI系列板卡。

在如圖1所示為測試系統結構示意圖，測試系統控制程序設計3個主要的功能單元：數據采集單元，離線分析單元，分析報告單元。其中，數據采集單元用于采集樣本、管理測試工況數據庫。離線分析單元用于將測試工況數據庫的樣本回放給待測系統形成仿真的道路行駛環境和自車狀態信息；離線分析集成有判定子模塊，用于測試人員綜合待測系統在仿真環境下的工作情況判定報警的性質。分析報告單元，用于解析測試樣本的特征曲線、待測系統報警的特征曲線以及測試人員對比判定的結果。用戶控制模塊則用于實現測試人員在虛擬儀器操作界面上進行各種調試。

圖1 測試系統結構Fig.1 Test system structure

2 測試系統搭建

圖2中所示的數據采集單元工作狀態。用戶控制程序配置數字化儀PXI-5122端口連接圖像傳感器視頻輸出端口；PXI-8513/2局域網絡CAN卡連接實驗車的車載OBD接口，視頻數據和CAN報文數據保存時序同步。在嵌入式控制器PXI-8108集成的硬盤存儲單位上建立測試工況數據庫，按照采集時刻為文件名標注同一時間采集的視頻數據和CAN報文數據成為一個樣本。PCI-1409作為視頻數據監控的硬件系統，其的視頻輸入端與PXI-5122板卡的輸入端并聯。

圖2 數據采集單元工作狀態Fig.2 Operating mode of data acquisition unit

圖3 為離線分析待測系統接入時的配置，PXI-5421作為仿真道路環境中取代圖像傳感器為仿真視頻信號源；PXI-8513/2作為仿真自車狀態中取代車載ECU為仿真CAN報文數據信號源，CAN/XS0為輸出端口。圖3中3.1和3.2連線包含兩種數據通信通道：1）測試平臺的視頻數據仿真數據源與待測系統的通信；2）CAN報文數據的仿真數據源與待測系統的通信。3.3連線連接了待測系統報警輸出信號與測試平臺，由PXI-8513/2的CAN/XS0作為報警數據采集端口。

圖3 離線分析單元工作狀態Fig.3 Operating mode of offline analysis unit

圖4 為測試人員判定操作界面示意圖。PCI-1409板卡的CH0連接到待測系統視頻處理圖像輸出端從而能夠采集待測系統處理后的行車環境圖像，并將處理后的圖像置于圖4中視頻觀察區。圖4中4.11和4.12為虛擬轉向燈，解析自車狀態的左、右轉向燈信號，4.13為虛擬剎車燈，解析了自車狀態的剎車信號；虛擬車速表，解析了樣本中自車狀態的實時車速；4.21和4.22為虛擬車道偏離報警提示燈，4.23為虛擬前撞報警燈；判定區中包含6個虛擬按鍵，其中虛擬按鍵4.31、4.32、4.33表示了車道偏離報警判斷的性質，分別為正確、誤報、漏報；同樣，虛擬按鍵4.41、4.42、4.43表示了前撞報警判斷的性質，分別為正確、誤報、漏報；程序設置了暫停和播放兩個虛擬按鍵作為控制樣本回放給待測系統的控制方式。測試系統記錄測試人員對判定區內6個虛擬按鍵操作的時刻，在測試工況數據庫中根據樣本取出的時刻編輯文件名，并以txt文檔格式保存。在此操作界面上，測試人員可以根據如下信息進行判定的操作：視頻觀察區的車輛前方道路影像，虛擬儀表和虛擬指示燈所表達的自車行駛狀態和待測系統報警的狀態。

圖4 判定操作界面示意Fig.4 Schematic plot of determineing operator interfaces

圖5 為分析報告生成界面，圖5右邊數據圖線區解析以當前回放樣本的時間為基準的自車狀態的各種數據的曲線，包括車速-時間曲線、報警時刻-時間曲線、轉向燈-時間曲線、剎車信號-時間曲線、待測系統報警-時間曲線；左邊判定文檔區測試人員對于待測系統對當前回訪的樣本的測試結果，格式為“****年**月**日**時**分**秒，**報警正確（或誤警或虛警）”。

圖5 分析報告生成界面Fig.5 Interface of generate analysis report

3 試驗驗證

為了驗證測試系統能否滿足研究需要，選擇某型基于圖像的具有LDW功能和FCW功能的駕駛員輔助系統作為待測系統，測試方案設計如下：

1）驗證目的概述

待測系統V和待測系統V+，V系統集成有初期報警算法，V+系統則在V系統初期報警算法的基礎上進行了升級和修改。在實車道路試驗過程中，由于道路行車的隨機性，同一報警場景很難完全一致重復出現，因此僅有實驗人員主觀感受認為V+系統的性能略好于V系統，在什么工況下性能好也無法確定。因此，針對兩種系統進行硬件在環虛擬測試，對比兩種系統在同一測試樣本下的報警性能。

2）樣本準備

選擇同一測試工況樣本ES1，ES1是包含時序同步的車載CAN信息和車輛前方道路圖像的數據組合。測試工況樣本特點如表1所示，除去表中的16個描述報警場景，其余時間均為正常安全行駛場景。

表1 ES1樣本特點Tab.1 Sample characteristics of ES1

3）驗證過程

分別將待測系統V和V+接入測試系統，回放ES1，測試兩種系統對于相同的14個場景的報警反應，以及在其余樣本時間內的報警反應，如圖6為ES1樣本的視頻截圖。

圖6 測試工況樣本截圖Fig.6 Screenshot of testing sample

如表2為2個待測系統針對該測試工況樣本中包含的12個正確報警場景的反應，V系統只有在 “突然加速沖向前車”時未報警，由此可見兩個系統在應對正確報警場景反應的能力差別不大，V+系統在處理一項易漏報場景的能力較好。計算得到，V系統的報警正確率為91.7%，漏報率為8.3%。

如表3為2個待測系統ES1樣本回放中，除去正確報警場景外的其余時間的報警統計，所有的報警出現均為誤報，V系統的誤報率為29.4%，V+系統則為11.8%，V+系統誤報率降低至V系統的三分之一，并且如表3中所示，V+系統基本上消除了LDW的誤報，但是對于FCW的誤報相對于V系統依然存在。

表2 正確報警場景測試結果Tab.2 Test result of accuracy warning

表3 誤報警統計表Tab.3 Statistics of error warning

4 結 論

文中提出了一種測試系統的設計和搭建方法，測試對象為具有車道偏離報警系統和前撞報警系統的駕駛員輔助系統，實驗驗證測試系統可以達到對于報警性能的測試目的。

測試系統的特點是：1）統一測試樣本，增加了樣本通用性，減少測試工作量；2）在硬件在環虛擬測試過程中，通過待測系統接入測試系統形成模擬的行車環境時，輸入不同測試樣本或相同測試樣本，可方便得知單一待測系統在不同危險場景下報警的可靠性，或者不同待測系統在單一危險場景下報警的性能差別；3）測試系統有較高的通用性，由于采用了PXI系列硬件系統，有多種I/O接口可供選擇，待測系統較易接入測試系統進行離線分析；4）測試系統提供給測試人員的測試方法綜合考慮了道路狀況和自車行駛狀態，較為可靠。

[1]李克強，王建強，羅劍，等.車道偏離報警系統的測試裝置：中國，201010261862.1[P].2010.

[2]Fitch G M，Rakha H A，Arafeh M，et al.Safety Benefut Evaluation of a Forward Collision Warning System:Final Report[R].US:NHTSA and Center for Truck and Bus Safety Virginia Tech Transportation Institute，2008.

[3]中華人民共和國交通部.JTB01-2003.公路工程技術標準[S].北京：2004.

[4]Wilson B H，Stearns M D，Koopmann J，et al.Evaluation of a Road-Departure CrashWarning System[R].US:U.S Department of Transportation National Highway Traffic Safety Administration，2007.

[5]郭磊，王建強，李克強.存在車輛干擾的車道線識別[J].汽車工程，2007，29（5）：372-376.GUO Lei，WANG Jian-qiang，LI Ke-qiang.Lane detection llnder vehicles disturbance [J].Automotive Engineering，2007，29（5）：372-376.

[6]徐曉東，鄭對元，肖武.LabVIEW 8.5常用功能與編程實例精講[M].北京:電子工業出版社，2009.