基于數據融合的ADAS系統在重卡上的研究及應用

安徽江淮汽車集團股份有限公司 杜文龍 李霞 常開慧

針對我國道路安全形勢，交通運輸法規對重卡ADAS系統提出了更高的要求，介紹了基于數據融合的ADAS系統在重卡上的應用開發實踐，為相關產品的開發提供一種方案參考。

我國是公路貨運大國，卡車貨運安全關系到國計民生。頻發的交通事故讓社會對車輛主動安全及智能化提出了更高的要求，重卡ADAS技術的研究及應用已經成為行業的必然趨勢。

隨著JT/T 1178.1《營運貨車安全技術條件第1部分：載貨汽車》、JT/T 1178.2《營運貨車安全技術條件 第2部分：牽引車輛與掛車》及JT/T 1242《營運車輛自動緊急制動系統性能要求和測試規程》的發布實施，要求法規監控范圍內的重卡需具備車道偏離預警（LDW）、前碰撞預警(FCW)和自動緊急制動（AEB）功能。其中符合交通行業法規的自動緊急制動系統要求能夠實現對車輛和行人的識別。基于毫米波雷達技術無法可靠實現行人的探測，而單攝像頭技術無法保證相對距離的精準判斷，且性能顯著受制于氣候條件。為保證系統可靠性，需規避單一傳感器的技術先天缺陷，采用攝像頭和毫米波雷達傳感器進行數據融合的技術路線，將是重卡領域的一項必然趨勢。

系統概述

基于數據融合的ADAS系統以前視攝像頭及前向77GHz毫米波雷達為探測傳感器，分別采集前方道路的采集視覺信息及雷達反射信息，再由ADAS系統中的目標識別模塊進行視覺信息和雷達信息進行融合判斷，最終決斷出前方道路的最終信息狀態。感知的最終目標用于系統決策，結合當前車輛狀態輸出預警或橫向、縱向控制，系統功能框架如圖1所示。

圖1 ADAS系統功能框架

系統方案設計

系統用于實現符合法規要求的車道偏離預警（LDW）、前碰撞預警(FCW)和自動緊急制動（AEB），同時根據實車需求以及產品功能路線分析，同步設計實現限速標識識別（TSR）、自適應巡航控制（ACC）、車道保持輔助（LKA）等智能輔助功能。現從系統組成、功能評價以及網絡拓撲設計等幾個方面來進行數據融合的ADAS系統方案設計。

1.系統組成方案

基于數據融合的ADAS系統主要實現攝像頭和雷達的感知以及決策處理。結合當前技術能力，有3種主流的系統方案可選擇，如表1所示。其中方案1融合決策控制器是獨立的模塊，可安裝至儀表臺內部，不與造型相關，具備靈活升級的優勢；方案2和方案3基于硬件資源的考慮，具備一定的成本優勢。

表1 數據融合ADAS系統主流方案

2.功能評價方案

數據融合ADAS系統功能分為兩個部分。

a.法規項功能：車道偏離預警（LDW）、前碰撞預警(FCW)和自動緊急制動（AEB），該部分有明確的法規要求和對應的測試方法，因此法規項功能嚴格以對應的測試法規來評價；

b.舒適性拓展功能：限速標識識別（TS R）、自適應巡航控制（ACC）以及可繼續升級拓展的車道保持輔助（LKA）功能。該部分功能在乘用車上已成熟應用，但在商用車上應用經驗仍不足，且對應的工況與乘用車也有很大的區別，例如，以ACC策略為例，乘用車只有EBS制動系統，但商用車有發動機缸內制動、排氣制動、緩速器制動等多種輔助制動，因此ACC過程中調用整車制動的功能策略差異明顯。但總體來說，都是以保證良好的駕駛體驗為基本需求，并以此評價功能舒適性。

功能評價方案見表2。

3. 網絡拓撲方案

基于數據融合的ADAS系統以實現可靠的車輛控制為目標，為降低控制信號的延遲，保持決策系統與執行器系統在同一網段；同時為降低整車通訊負載，攝像頭傳感器和雷達傳感與決策系統的交互以私有CAN方案實現。

為保持整車配置的柔性化設計，整車各控制器可裁剪應用，將整車CAN部分的兩個終端電阻布置在線束的遠端；而攝像頭傳感器與雷達傳感器為私有CAN設計，該部分無需裁剪應用，為規避故障點風險，終端電阻固化于私有CAN的兩個控制器內部。

以方案1的系統組成為例，網絡拓撲方案可參照圖2所示開展。

圖2 融合ADAS系統網絡拓撲方案示例

系統功能驗證

為保持系統按照功能預期正常運行并保持長期可靠，開發過程中需開展嚴格的測試驗證工作。在零部件軟件開發階段開展仿真測試，驗證產品功能邏輯的一致性；在整車集成開發階段開展場地測試，驗證功能表現的一致性；在整車試制驗證階段開展道路測試，驗證產品功能的可靠性。

1.仿真測試

基于數據融合的ADAS系統的核心是控制算法，因此單一針對控制算法的測試驗證是必不可少的，即所謂的軟件在環（Software-in-the-Loop, SiL）測試。通過軟件模擬所有的測試環境，包括目標車輛、車輛行為、車輛運行的外部環境以及相關的傳感器執行器等，將數據信息輸入給ADAS系統的控制算法，以確認控制算法的功能表現。

在ADAS系統的軟硬件集成后，即可開展半實物仿真的硬件在環（Hardware-in-the-Loop,HiL）測試。HiL測試中，接入真實的ADAS系統融合決策控制器及傳感器，通過測試設備模擬道路和車輛環境，驗證ADAS系統的外部接口和功能邏輯的一致性。

圖3 融合ADAS系統仿真場景示例

2.場地測試

場地測試是系統關鍵性能指標的驗收過程，通過主觀評價及客觀的數據分析來定位問題，進而優化系統功能。針對數據融合的ADAS系統，需要基于產品功能定制測試用例，根據典型功能，通常包括預警功能一致性測試、AEB標定參數驗證測試、報警抑制及退出條件測試、ACC加減速性能及舒適性評價、LKA橫向控制彎道性能及舒適性評價、法規項性能摸底測試等。

場地測試一般對于車輛的極端性能進行驗證，車輛方面，為保證安全性，牽引車通常不帶掛車載荷開展，而是根據需求加裝貨箱式載荷；場地方面，在保證直道加速和測試區間的基礎上，需求基于ADAS系統的類型，定制不同曲率半徑的彎道試驗路；設備方面，場地測試一般需求基于差分定位功能的GPS系統、圖像化二維坐標的場地路線、自動計算TTC的測試系統、具備標準形態及雷達反射能力的氣球車/人及對應的拖曳系統等等，以便實現精準的TTC計算，并對照ADAS系統的自主測算，驗證系統感知和執行的精確度。基于以上測試條件，參照經過嚴格設計的測試用例，可實現典型工況下產品性能的確認，標志著ADAS系統的成熟度達成可路試的技術水平。

3.道路測試

圖4 融合ADAS系統場地測試流程示例

道路測試是系統功能一致性和可靠性的驗收過程，通過累計的數據統計積累，分析誤報、漏報事件概率，從而對系統功能風險進行評價。針對重卡的營運屬性，道路測試的路線設計，需要充分考慮地理因素的影響，因此山道、城鄉、省道、高速、隧道等路況均需求有不同程度的覆蓋；為驗證環境因素影響，過程中需保證一定程度的清晨、傍晚、夜間里程，同時需求不同角度的對照陽光直射的環境；惡劣的天氣環境，是對ADAS系統的一種極端考驗，但在路試過程中雨雪霧等天氣可遇不可求，需求根據天氣預報動態微調路線。

在路試開展中，基于試驗需求，一般選擇米字形的放射狀路線，并設立專項保障團隊，充分策劃好安全風險和維修便利性；同時加裝輔助探測的雷達和攝像頭等記錄系統，留存全過程的數據及影像資料，為路試過程中的誤報、漏報事件分析提供參照。

結語

基于數據融合的ADAS系統同時具備雷達和攝像頭傳感器的優點，具備識別精準、誤報率低等技術特征，在交通法規政策和消費者內在需求等因素驅動下，其在重卡的應用將迎來爆發式增長。為避免因為ADAS系統的誤動作導致的交通安全風險，必須在設計開發過程中開展可靠的方案設計和完善的測試驗證，以最大程度發揮ADAS系統的優勢，為重卡的安全運營保駕護航。