基于切入工況的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)性能測(cè)試方法研究

謝業(yè)軍，余天龍,付廣,林智桂,何逸波

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545007)

0 引言

近年來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外的人均汽車保有量快速增長(zhǎng)。隨之而來(lái)的城市交通擁堵和交通事故頻發(fā)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響人們的出行，同時(shí)也造成國(guó)民經(jīng)濟(jì)的巨大損失。據(jù)荊楚網(wǎng)武漢頻道報(bào)道，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示武漢市2020年8月交通事故中，因車輛違規(guī)加塞交通違法行為引發(fā)的交通事故，占全市交通事故近三成，車輛違規(guī)加塞、惡意變道等不文明駕駛行為已經(jīng)成為交通擁擠和交通事故多發(fā)的主要原因之一。

目前，搭載有先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(advanced driving assistance system,ADAS)的汽車正在高速發(fā)展，逐漸成為人們出行生活極其重要的部分。自適應(yīng)巡航控制(adaptive cruise control,ACC)系統(tǒng)是先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)中最常用的功能之一，屬于控制輔助類功能。ACC系統(tǒng)是對(duì)傳統(tǒng)的定速巡航系統(tǒng)的增強(qiáng)型系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，既可以使車輛保持駕駛員設(shè)定的速度行駛，也可以使本車與前車保持駕駛員設(shè)定的車間時(shí)距行駛。ACC系統(tǒng)是一種舒適性配置，同時(shí)也是一種主動(dòng)安全類配置，因此在ACC系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用有效的測(cè)試方法對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)尤為重要。

在ACC系統(tǒng)測(cè)試方法研究方面，許多學(xué)者進(jìn)行了多方面的探索。劉偉平提出了采用ABD駕駛機(jī)器人、RT3003等設(shè)備對(duì)跟車巡航侵入量、目標(biāo)重合度、目標(biāo)車切入切出等工況進(jìn)行精確測(cè)試的方法。曾杰等結(jié)合先進(jìn)的主動(dòng)安全測(cè)試設(shè)備和場(chǎng)地測(cè)試條件,進(jìn)行全速自適應(yīng)巡航系統(tǒng)高速、低速工況下縱向性能表現(xiàn)測(cè)試與評(píng)價(jià)。張志波等結(jié)合多個(gè)國(guó)際法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)ISO 15622—2010、ISO 22178—2009、ISO 22179—2009和我國(guó)各種道路限速要求，基于對(duì)某車輛ACC系統(tǒng)的測(cè)試，制定了適用于我國(guó)道路工況下的ACC測(cè)試方法。目前針對(duì)ACC系統(tǒng)切入工況的測(cè)試方法比較少，且大多測(cè)試工況來(lái)源于法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，不涉及前車切入的工況，無(wú)法覆蓋實(shí)際駕駛中前車加塞的情況，故文中基于ACC切入工況，設(shè)計(jì)了一種有效的性能測(cè)試方法。

1 ACC系統(tǒng)框架介紹

ACC系統(tǒng)的主要功能是通過(guò)對(duì)與前車的距離、配有ACC系統(tǒng)的自車動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)、駕駛員指令等信息的處理，從而適應(yīng)性地控制車速。

基于上述信息的收集,ACC系統(tǒng)控制策略會(huì)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，并將相應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)信息告知駕駛員。

ACC通過(guò)車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)(electronic stability program，ESP)、電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(electronic power steering，EPS)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(engine control module，ECM)、變速箱控制模塊(transmission control module，TCM)、車身控制模塊(body control module，BCM)、安全氣囊模塊(sensor digital module，SDM)、車載娛樂(lè)系統(tǒng)(in-car entertainment，ICE)及組合儀表(instrument cluster，IC)采集相關(guān)車輛狀態(tài)，并通過(guò)CAN總線發(fā)送給駕駛輔助前雷達(dá)，駕駛輔助前雷達(dá)結(jié)合自身探測(cè)的外部環(huán)境或駕駛輔助攝像頭(若采用雷達(dá)和攝像頭融合方案)探測(cè)的目標(biāo)，判斷是否需要發(fā)出加速或減速請(qǐng)求給ESP，ESP中的相關(guān)控制模塊進(jìn)行控制發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩或制動(dòng)系統(tǒng)的介入，同時(shí)通過(guò)IC顯示相關(guān)信息給用戶，最終實(shí)現(xiàn)輔助駕駛員安全、舒適駕駛。ACC系統(tǒng)框架示意如圖1所示。

圖1 ACC系統(tǒng)框架示意

當(dāng)駕駛員設(shè)定好期望車速以及與前車之間的車間時(shí)距后，ACC需通過(guò)駕駛員來(lái)激活。要想使車輛達(dá)到設(shè)定的期望車速和車間時(shí)距，就需要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制或者制動(dòng)系統(tǒng)的介入才能實(shí)現(xiàn)。如果沒(méi)有前車，ACC將像傳統(tǒng)的定速巡航控制系統(tǒng)那樣工作，調(diào)節(jié)車輛的行駛速度使其達(dá)到駕駛員的設(shè)定速度。

2 性能測(cè)試方法

2.1 測(cè)試場(chǎng)地

測(cè)試場(chǎng)地示意如圖2所示。具體要求如下：①測(cè)試場(chǎng)地為干燥的瀝青路，且道路平坦，路面最小峰值的摩擦因數(shù)為0.9；②測(cè)試場(chǎng)地路面不能有凹坑、裂縫等；③測(cè)試場(chǎng)地路面上方不得有標(biāo)志、龍門(mén)等設(shè)備，不能有其他障礙物；④測(cè)試場(chǎng)地不能有引起傳感器誤識(shí)別高的反射面或類似車輛輪廓的東西；⑤測(cè)試場(chǎng)地至少包含兩條車道的長(zhǎng)直道，中間車道線為白色虛線；⑥直道長(zhǎng)度要求最小為300 m。

圖2 測(cè)試場(chǎng)地示意

2.2 測(cè)試設(shè)備

測(cè)試設(shè)備名稱、數(shù)量及用途見(jiàn)表1。大平板與Euro NCAP、C-NCAP、i-VISTA等權(quán)威第三方測(cè)試機(jī)構(gòu)認(rèn)可的假車目標(biāo)相兼容，大平板與裝有高精組合慣導(dǎo)系統(tǒng)的測(cè)試車輛能實(shí)現(xiàn)同步，可以按照預(yù)設(shè)軌跡移動(dòng)，模擬真實(shí)交通流。大平板系統(tǒng)包括大平板、主AP網(wǎng)橋、主機(jī)箱、遙控器、測(cè)試車輛AP網(wǎng)橋、測(cè)試車輛RT慣導(dǎo)以及RT固定基站。大平板系統(tǒng)及假車目標(biāo)的安裝與連接方式如圖3所示。

表1 測(cè)試設(shè)備名稱、數(shù)量及用途

圖3 大平板系統(tǒng)及假車目標(biāo)安裝與連接方式

測(cè)試設(shè)備的性能指標(biāo)及對(duì)應(yīng)的精度要求如下：

(1)原始采樣頻率不小于100 Hz。

(2)速度精度不大于0.1 km/h。

(3)俯仰角/側(cè)傾角精度不大于0.03°。

(3)側(cè)滑角精度不大于0.15°。

(4)加速度量程為±10。

(5)加速度線性度為0.01%。

(6)角速度量程為±100°/s。

(7)角速度線性度為0.05%。

(8)絕對(duì)定位精度不大于2 cm。

2.3 測(cè)試工況

ACC切入工況詳細(xì)描述為：測(cè)試車輛在距離前車200 m前達(dá)到設(shè)定車速的要求，開(kāi)始進(jìn)行整車CAN數(shù)據(jù)采集以及視頻錄制；以穩(wěn)定車速狀態(tài)行駛，前車按照測(cè)試工況的要求切入測(cè)試車輛所在車道，并沿車道中間行駛，過(guò)程中駕駛員雙手握住方向盤(pán)，使得行駛方向不發(fā)生偏離，并且不得干擾測(cè)試車輛的縱向駕駛。切入工況測(cè)試場(chǎng)景示意如圖4所示。

圖4 切入工況測(cè)試場(chǎng)景示意

圖4中，單車道寬度=3.7 m，測(cè)試車輛速度為，前車速度為，兩車速度差為Δ，前車切入橫向速度為，前車切入過(guò)程持續(xù)時(shí)間為，前車切入時(shí)測(cè)試車輛最前端與前車最后端的縱向距離為，前車切入時(shí)測(cè)試車輛最前端與前車最后端的時(shí)距為，前車切入后測(cè)試車輛的預(yù)計(jì)碰撞時(shí)間(理論計(jì)算值)為。上述各物理量之間關(guān)系式如下：

Δ=-；

(1)

(2)

(3)

將式(2)代入到式(3)，可得到以下公式：

(4)

由于測(cè)試車輛搭載有ACC系統(tǒng)，在前車切入的過(guò)程中即識(shí)別前車并做出制動(dòng)響應(yīng)，因此，當(dāng)前車完成切入時(shí)，測(cè)試車輛實(shí)際的速度會(huì)比設(shè)定的速度低，因而實(shí)際的會(huì)比理論計(jì)算值大一些。

3 測(cè)試結(jié)果與分析

3.1 Dewesoft軟件介紹

Dewesoft軟件可以匹配多個(gè)支持的接口，這些接口可以在同一個(gè)數(shù)據(jù)文件中進(jìn)行同步、采集、存儲(chǔ)和可視化。其支持的接口包括：視頻、GPS、IMU、CAN總線、以太網(wǎng)等。Dewesoft還包含許多用于可視化數(shù)據(jù)的可視化顯示。從交互式水平或垂直記錄儀、圖形、3D圖形、軌道、表格、開(kāi)放街道地圖等。通過(guò)使用提前制定好的模板進(jìn)行數(shù)據(jù)錄制與回放，可以讀取所需要的數(shù)據(jù)結(jié)果。Dewesoft軟件回放界面如圖5所示。

圖5 Dewesoft軟件回放界面

3.2 不同切入橫向速度下的測(cè)試

測(cè)試車輛速度為50 km/h，前車速度為40 km/h，保持速度差Δ=10 km/h、切入縱向距離=12 m這兩個(gè)參數(shù)一定，以切入橫向速度為單一變量，進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，測(cè)試結(jié)果記錄、制動(dòng)時(shí)縱向距離、制動(dòng)時(shí)橫向距離、最大減速度、主觀感受及是否碰撞。不同切入橫向速度下的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同切入橫向速度下的測(cè)試結(jié)果

3.3 不同切入縱向距離下的測(cè)試

測(cè)試車輛速度為50 km/h，前車速度為40 km/h，保持速度差Δ=10 km/h、切入橫向速度=1.2 m/s這兩個(gè)參數(shù)一定，以切入縱向距離為單一變量，進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。不同切入縱向距離下的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同切入縱向距離下的測(cè)試結(jié)果

3.4 不同速度差下的測(cè)試

測(cè)試車輛速度為40 km/h，前車速度分別為35、30、25 km/h，切入縱向距離=12 m、切入橫向速度=1.2 m/s這兩個(gè)參數(shù)一定，以速度差Δ為單一變量，進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。不同速度差下的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同速度差下的測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)論

(1)文中使用的ACC切入工況性能測(cè)試方法有效，且測(cè)試結(jié)果一致性較好。

(2)速度差和切入縱向距離一定時(shí)，切入橫向速度越大，也越大；速度差和切入橫向速度一定時(shí)，切入縱向距離越大，也越大；切入橫向速度和切入縱向距離一定時(shí)，速度差越大，會(huì)越小。

(3)在開(kāi)發(fā)ACC系統(tǒng)性能時(shí)，考慮切入工況下，推薦最大減速度設(shè)計(jì)區(qū)間為2.2～2.6 m/s，推薦制動(dòng)時(shí)橫向距離設(shè)計(jì)區(qū)間為2.1～2.8 m。