基于中國新車評(píng)價(jià)規(guī)程(C-NCAP)的主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)研究

蔣熊力忍，肖廣宇，張 帥，楊新鵬，劉漢渝

（中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司 天津 300300）

0 引 言

中國是汽車生產(chǎn)制造大國，也是汽車保有量大國，汽車的廣泛使用在給人們帶來便捷的同時(shí)，也產(chǎn)生了相應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)。車輛的安全性能對(duì)于道路運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展及安全出行都有重要的影響，一些重大道路交通事故會(huì)給人們的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，在被動(dòng)安全技術(shù)相對(duì)成熟的前提下，主動(dòng)安全成為更多學(xué)者和科技工作者所關(guān)注的方向。為推動(dòng)主動(dòng)安全技術(shù)的發(fā)展，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程在不斷完善，尤其是從中國新車評(píng)價(jià)規(guī)程（C-NCAP）實(shí)施以來，國內(nèi)汽車整體的主動(dòng)安全技術(shù)水平得到大幅提高，車輛的主動(dòng)安全裝置的配置率也顯著提高，從而使國內(nèi)汽車產(chǎn)品的安全性能得到很大程度的提升［1-3］。

目前國內(nèi)檢測(cè)機(jī)構(gòu)開展主動(dòng)安全測(cè)試使用的主要是進(jìn)口設(shè)備，而進(jìn)口設(shè)備通常是依據(jù)國外標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，如某品牌所用進(jìn)口設(shè)備是以 E-NCAP 標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)設(shè)計(jì)的，其中測(cè)試場(chǎng)景與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)存在較大差異，國內(nèi)用戶在使用該設(shè)備過程中存在使用便捷性方面的問題。通過對(duì)主動(dòng)安全測(cè)試產(chǎn)品進(jìn)行合理的開發(fā)設(shè)計(jì)能有效提高試驗(yàn)效率。

1 主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)現(xiàn)狀

主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)主要用于主動(dòng)安全測(cè)試項(xiàng)目，測(cè)試場(chǎng)景主要包括車輛追尾自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)、行人自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)等。主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)的主要供應(yīng)商基本為國外公司，如英國的 AB Dynamics汽車測(cè)試系統(tǒng)公司、4activeSystems 技術(shù)集團(tuán)公司，國內(nèi)檢測(cè)機(jī)構(gòu)也主要使用其產(chǎn)品，在國內(nèi)市場(chǎng)占有率很高。

目前國外的主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)基本上沒有專為C-NCAP 主動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的軟件。隨著國內(nèi)汽車主動(dòng)安全市場(chǎng)的逐步發(fā)展，測(cè)試需求不斷增加，面向國外標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的測(cè)試系統(tǒng)在一定程度上已不能滿足國內(nèi)主動(dòng)安全測(cè)試的需求。例如：在速度輔助系統(tǒng)測(cè)試項(xiàng)目中，C-NCAP 測(cè)試場(chǎng)景的限速標(biāo)識(shí)速度分為 40、60 km/h，E-NCAP 測(cè)試場(chǎng)景的限速標(biāo)識(shí)速度分為城市道路 50 km/h、城際道路 80 km/h、高速公路 120 km/h。 在行人自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試項(xiàng)目中，C-NCAP測(cè)試場(chǎng)景包括 CPFA-25、CPFA-50、CPNA-25、CPNA-75、CPLA-50和 CPLA-25共 6個(gè)場(chǎng)景，而E-NCAP測(cè)試場(chǎng)景包括CPFA-50、CPNA-25、CPNA-75、CPNC-50、CPLA、CPTA、CPRA。在二輪車自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試項(xiàng)目中，E-NCAP相比C-NCAP增加了AES測(cè)試。E-NCAP 相較于C-NCAP增加了倒車 AEB 測(cè)試項(xiàng)目、交叉路口轉(zhuǎn)彎 AEB 測(cè)試項(xiàng)目，C-NCAP 相較于 E-NCAP 增加了 BSD（車輛盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）。通過以上列舉的差異可以看出，國外的主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)在應(yīng)用于國內(nèi)的測(cè)試時(shí)存在一定程度的短板［4-5］。

主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)主要用于與可導(dǎo)航移動(dòng)平臺(tái)和駕駛機(jī)器人硬件配套使用，國內(nèi)對(duì)主動(dòng)安全硬件及軟件盡管已具備一定的研究水平，但是行業(yè)認(rèn)可度較低，僅可用于內(nèi)部測(cè)試研究使用。行業(yè)認(rèn)可度較高的主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)往往是國外產(chǎn)品，而其測(cè)試場(chǎng)景設(shè)置通常都是基于國外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)存在差異。通過對(duì)行業(yè)認(rèn)可的主動(dòng)安全硬件系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，可以保證在行業(yè)具備一定認(rèn)可度的同時(shí)提高主動(dòng)安全測(cè)試試驗(yàn)效率［6］。

2 主動(dòng)安全測(cè)試場(chǎng)景分析

C-NCAP主動(dòng)安全測(cè)試場(chǎng)景包括車輛追尾自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（AEB CCR）、行人自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（AEB VRU_Ped）、二輪車自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（AEB VRU_TW）、車道保持系統(tǒng)（LKA）、車道偏離預(yù)警系統(tǒng)（LDW）、速度輔助系統(tǒng)（SAS）、盲區(qū)檢測(cè)車對(duì)車系統(tǒng)（BSD C2C）、盲區(qū)檢測(cè)車對(duì)二輪車系統(tǒng)（BSD C2TW）。標(biāo)準(zhǔn)要求試驗(yàn)車輛和目標(biāo)車輛在試驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)采集和記錄設(shè)備精度應(yīng)滿足速度精度0.1 km/h（其中行人速度精度為0.01 km/h）、橫向和縱向位置精度0.03 m、橫擺角速度精度0.1°/s、縱向加速度精度0.1 m/s2、試驗(yàn)車方向盤角速度精度為1.0°/s。

2.1 車輛追尾自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景

車輛追尾自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景主要包括CCRs（前車靜止）和CCRm（前車慢行），其測(cè)試類型分為AEB與FCW（前向碰撞預(yù)警）。在CCRs測(cè)試場(chǎng)景中，用以測(cè)試車輛AEB性能的試驗(yàn)車輛速度分為3種，即20、30、40 km/h；用以測(cè)試車輛FCW性能的試驗(yàn)車輛速度分為4種，即50、60、70、80 km/h。在CCRm測(cè)試場(chǎng)景中，乘用車目標(biāo)物以20 km/h的速度在試驗(yàn)車輛前方行駛，用以測(cè)試車輛AEB性能的速度分別為30、40、50 km/h，用以測(cè)試車輛FCW性能的速度分別為60、70、80 km/h。不同測(cè)試速度對(duì)應(yīng)的偏置率如表1所示。

表1 測(cè)試速度對(duì)應(yīng)車輛偏置率Tab.1 Test speed corresponding to vehicle offset rate

2.2 行人自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景

行人自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景包括CPFA-25（車輛碰撞遠(yuǎn)端行人，碰撞位置在車輛前端的25%處）、CPFA-50、CPNA-25（車輛碰撞近端行人，碰撞位置在車輛前端的25%處）、CPNA-75、CPLA-50（車輛縱向碰撞行人，碰撞位置在車輛前端的50%處）和CPLA-25，其測(cè)試類型同樣包括AEB和FCW。

在遠(yuǎn)端測(cè)試場(chǎng)景中，行人的運(yùn)動(dòng)速度為6.5 km/h，碰撞位置為25%和50%處，試驗(yàn)車輛的測(cè)試速度分別為20、30、40、50、60 km/h。在近端測(cè)試場(chǎng)景中，行人目標(biāo)物的運(yùn)動(dòng)速度為5 km/h，碰撞位置為25%和75%，試驗(yàn)車輛的測(cè)試速度分別為20、30、40、50、60 km/h。在縱向測(cè)試場(chǎng)景中，行人的運(yùn)動(dòng)速度為5 km/h，碰撞位置為25%和50%處，其中25%對(duì)應(yīng)的測(cè)試速度分別為50、60、70、80 km/h，50%對(duì)應(yīng)的測(cè)試速度分別為20、30、40、50、60 km/h。

2.3 二輪車自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景

二輪車自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景包括CBNA-50（車輛碰撞近端自行車，碰撞位置在車輛前端50%處）、CSFA-50（車輛碰撞遠(yuǎn)端摩托車，碰撞位置在車輛前端50%處）、CBLA-25（車輛縱向碰撞自行車，碰撞位置在車輛前端25%處）、CBLA-50（車輛縱向碰撞自行車，碰撞位置在車輛前端50%處）。

在CBNA-50測(cè)試場(chǎng)景中，自行車的運(yùn)動(dòng)速度為15 km/h，試驗(yàn)車輛的測(cè)試速度分別為20、30、40、50、60 km/h。在CSFA-50測(cè)試場(chǎng)景中，踏板車的運(yùn)動(dòng)速度為20 km/h，試驗(yàn)車輛的速度分別為30、40、50、60 km/h。在CBLA-50測(cè)試場(chǎng)景中，自行車的速度為15 km/h，試驗(yàn)車輛的速度分別為20、30、40、50、60 km/h。在CBLA-25測(cè)試場(chǎng)景中，自行車的速度為15 km/h，試驗(yàn)車輛的速度分別為50、60、70、80 km/h。

2.4 車道保持系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景

車道保持系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景分為實(shí)線偏離測(cè)試和虛線偏離測(cè)試2種類型，其偏離方向分為左、右兩側(cè)。實(shí)線/虛線偏離測(cè)試的車輛速度為80 km/h，其橫向偏離速度分別為0.2、0.3、0.4、0.5 m/s，試驗(yàn)車輛從左右兩側(cè)偏離實(shí)線/虛線進(jìn)行測(cè)試。

2.5 車道偏離預(yù)警系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景

車道偏離預(yù)警系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景屬于程序文件中的可選審核項(xiàng)目，僅包含實(shí)線偏離測(cè)試，試驗(yàn)車輛的車速為80 km/h，橫向偏離速度分別為0.6、0.7 m/s，車輛分別從左、右兩側(cè)偏離實(shí)線進(jìn)行相應(yīng)測(cè)試。

2.6 速度輔助系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景

速度輔助系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景屬于可選審核項(xiàng)目，包含限速信息識(shí)別場(chǎng)景和超速報(bào)警場(chǎng)景。在限速信息識(shí)別測(cè)試場(chǎng)景中，限速標(biāo)志牌分別為40、60 km/h，試驗(yàn)車輛以與限速值相同的車速行駛。超速報(bào)警測(cè)試場(chǎng)景中，限速標(biāo)志牌速度與限速信息識(shí)別測(cè)試場(chǎng)景要求相同，試驗(yàn)車輛以在限速值基礎(chǔ)上增加10 km/h的速度行駛。

2.7 盲區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景

盲區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景分為盲區(qū)監(jiān)測(cè)車對(duì)車場(chǎng)景和盲區(qū)監(jiān)測(cè)車對(duì)二輪車場(chǎng)景，屬于可選審核項(xiàng)目。其中盲區(qū)監(jiān)測(cè)車對(duì)車場(chǎng)景包含目標(biāo)車輛超越試驗(yàn)車輛測(cè)試場(chǎng)景和目標(biāo)車輛并道測(cè)試場(chǎng)景，試驗(yàn)車輛的速度為50 km/h，目標(biāo)車輛在超車場(chǎng)景下分為60、65、70 km/h，目標(biāo)車輛在并道場(chǎng)景下速度為50 km/h。盲區(qū)監(jiān)測(cè)車對(duì)二輪車場(chǎng)景包含二輪車超越試驗(yàn)車輛測(cè)試場(chǎng)景和二輪車并道測(cè)試場(chǎng)景：在超車場(chǎng)景下，試驗(yàn)車輛的速度為40 km/h，二輪車速度為50 km/h；在并道場(chǎng)景下，試驗(yàn)車輛和二輪車的速度均為50 km/h。

3 主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)主要包括試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)設(shè)備接入層、基礎(chǔ)程序、主控層、系統(tǒng)支撐層。

試驗(yàn)設(shè)備主要包括可導(dǎo)航移動(dòng)底盤車、駕駛機(jī)器人及試驗(yàn)車輛，屬于主動(dòng)安全測(cè)試試驗(yàn)硬件部分，同時(shí)也是主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)控制的硬件系統(tǒng)。

試驗(yàn)設(shè)備接入層主要用于實(shí)現(xiàn)將試驗(yàn)設(shè)備硬件系統(tǒng)接入測(cè)試系統(tǒng)環(huán)境中，主要采用數(shù)據(jù)交換的通信單元，由無線通信模塊和信號(hào)連接設(shè)備組成。

基礎(chǔ)程序用于控制硬件設(shè)備的基礎(chǔ)動(dòng)作，通過接收來自主控層的信號(hào)指令完成對(duì)硬件系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制及系統(tǒng)參數(shù)配置。

主控層主要功能目標(biāo)為進(jìn)行系統(tǒng)初始化控制、主動(dòng)安全測(cè)試場(chǎng)景設(shè)置、對(duì)測(cè)試參數(shù)精度進(jìn)行實(shí)時(shí)校核、關(guān)鍵試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、測(cè)試控制、標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告輸出等功能，其實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)為通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議與基礎(chǔ)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交互控制。

系統(tǒng)支撐層的主要功能目標(biāo)為主動(dòng)安全測(cè)試場(chǎng)景模板處理、主動(dòng)安全測(cè)試報(bào)告的查詢及試驗(yàn)測(cè)試記錄的查詢。

3.2 軟件組成結(jié)構(gòu)

主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)軟件的組成結(jié)構(gòu)包括4 個(gè)部分：系統(tǒng)基礎(chǔ)層、系統(tǒng)數(shù)據(jù)層、測(cè)試支撐層及測(cè)試應(yīng)用層。

系統(tǒng)基礎(chǔ)層包括硬件系統(tǒng)平臺(tái)和軟件系統(tǒng)平臺(tái)，其中，硬件系統(tǒng)平臺(tái)分為高性能工控機(jī)及交換機(jī)，軟件系統(tǒng)平臺(tái)分為 Windows 系統(tǒng)等。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)層包括主動(dòng)安全測(cè)試場(chǎng)景庫、試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告庫及試驗(yàn)測(cè)試記錄數(shù)據(jù)庫，該層數(shù)據(jù)庫可根據(jù)后續(xù)檢測(cè)需求進(jìn)一步擴(kuò)充。

測(cè)試支撐層主要由構(gòu)成各類測(cè)試需求的功能組件組成，包括顯示類組件及通信協(xié)議類組件。顯示類組件分為地圖顯示、測(cè)試狀態(tài)顯示、實(shí)時(shí)校核狀態(tài)顯示。通信協(xié)議類組件分為數(shù)據(jù)接收、協(xié)議解碼、數(shù)據(jù)發(fā)送及協(xié)議編碼等。

測(cè)試應(yīng)用層主要由主控軟件、基礎(chǔ)程序、數(shù)據(jù)庫管理 3 部分組成。主控軟件分為初始化設(shè)置、測(cè)試場(chǎng)景編輯、實(shí)時(shí)校核、生成報(bào)告、測(cè)試試驗(yàn)控制、手動(dòng)控制及測(cè)試記錄等。基礎(chǔ)程序分為可導(dǎo)航移動(dòng)底盤車基礎(chǔ)控制及駕駛機(jī)器人基礎(chǔ)控制。數(shù)據(jù)庫管理分為測(cè)試場(chǎng)景設(shè)置、檢測(cè)報(bào)告生成設(shè)置及試驗(yàn)測(cè)試記錄設(shè)置。

3.3 硬件組成結(jié)構(gòu)

硬件組成結(jié)構(gòu)主要包括操作控制層和數(shù)據(jù)連接層。操作控制層分為高性能工控機(jī)和磁盤陣列，高性能工控機(jī)主要用于提供對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的人機(jī)交互界面，磁盤陣列主要用于存儲(chǔ)測(cè)試場(chǎng)景模塊、報(bào)告數(shù)據(jù)庫及試驗(yàn)記錄等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)連接層由一臺(tái)交換機(jī)和多臺(tái)通信設(shè)備組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和提供相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)支撐。

4 結(jié) 論

本文主要對(duì)主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、基于 C-NCAP 規(guī)程的主動(dòng)安全測(cè)試場(chǎng)景及主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，分析了主動(dòng)安全測(cè)試的7 個(gè)測(cè)試場(chǎng)景及測(cè)試系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、軟件組成結(jié)構(gòu)及硬件組成結(jié)構(gòu)，對(duì)主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

主動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)受到越來越多研發(fā)機(jī)構(gòu)及研究人員的重視，開發(fā)符合國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程的定制化測(cè)試設(shè)備成為了一種新的方向。通過對(duì)基于C-NCAP的主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)的研究，有助于國內(nèi)主動(dòng)安全測(cè)試系統(tǒng)的完善與優(yōu)化。