基于視頻暗箱仿真測試系統在MCS測試中的應用

孫運璽，安 鵬，張國芳，崔 巖，潘守亮，谷原野

（一汽轎車股份有限公司，吉林 長春 130000）

美國汽車工程師學會SAE在2014年發布的J3016標準將汽車自動駕駛等級進行了定義，將駕駛從手動駕駛到完全自動駕駛分成了L0~L5共6個等級，如圖1所示，其中L0表示沒有任何自動駕駛手動，L1-L4為駕駛輔助階段，L5為完全自動駕駛階段，整個駕駛過程無需駕駛員參與。目前國內的主機廠在研及量產的車型均處于L1或L2階段，一般包括預警提示類的ADAS功能，如車道偏離 （LDW），前撞預警（FCW），盲點檢測 （BSD），以及干預輔助類的ADAS功能，如自適應巡航 （ACC），緊急自動制動 （AEB），車道保持輔助 （LKA）等。隨著傳感器技術［1］、數據融合技術、車聯網以及道路基礎設施的不斷更新迭代，自動駕駛的目標將會在不遠的將來實現，而且國內外的各大主機廠均已經有了自己的時間表。

圖1 SAE自動駕駛等級劃分

本文針對模塊車型搭載的L1級的高級駕駛輔助系統-多功能前視攝像頭的測試方案和手段進行了深入研究，該系統主要通過視頻信號的采集與處理實現自適應巡航 （ACC）、前碰撞預警 （FCW）、自動制動 （AEB）等功能［2］，多功能前視攝像頭系統的控制算法較為復雜，需要采集實際道路工況的視頻數據信息，識別障礙物 （人、車、路線）、距離、車速信息，并與EMS、ESP、IC等控制器協同控制實現控制操作，研發過程中控制器的程序存在控制策略錯誤的可能性，直接在搭載實車測試驗證存在風險，因此實驗室的仿真測試的測試場景的開發、測試用例覆蓋度、極限工況的模擬具有重要的意義，經過實驗室仿真測試的測試驗證后，可有效降低實車測試的風險?？刂破鞯妮斎胄盘枮閷嶋H路況的視頻類信息，傳統的IO模擬的自動化測試系統已經無法滿足測試需求，本文重點介紹基于視頻暗箱的視頻信息仿真系統解決方案。

1 多功能前視攝像頭系統

本文中所述的多功能前視攝像頭系統由控制器、攝像頭 （采用EYEQ3）構成，通過攝像頭采集實際的道路工況，包括人、車、路等物體的識別，根據主動安全控制策略，與EMS、ESP、IC等控制器實現ACC、FCW、AEB等功能［3］，如圖2所示。

圖2 多功能前視攝像頭系統構成

ACC功能系統探測到前方有車輛時，根據駕駛員設定的車速和跟車距離等級，對本車車速實施自適應控制。FCW功能可對前向碰撞危險向駕駛員提供視覺、聲覺或觸覺的警報，FCW一般分為預碰撞警示和碰撞警示2個警示級別，其中預碰撞用于提醒駕駛員有潛在的碰撞危險，請提高警戒小心駕駛。碰撞警示用于提醒駕駛員碰撞即將發生，駕駛員必須立即采取措施。AEB功能可針對前向的碰撞危險主動介入本車制動，從而避免碰撞發生或緩解碰撞程度，AEB功能可響應前方的目標車輛、行人、騎行者等。

2 自動化測試應用

2.1 自動化系統搭建

實驗室仿真測試系統主要由實時仿真平臺、試驗管理計算機、圖形工作站與視頻暗箱構成，其中實時仿真計算機是系統的核心，能夠運行車輛動力學模型和交通場景模型。試驗管理計算機用于實現模型的編譯下載、在線監控、在線調參和數據后處理。圖形工作站提供了三維虛擬仿真環境，并提供傳感器的仿真環境。視頻暗箱主要提供了視頻采集環境，能夠為真實控制器攝像頭顯示道路交通場景信息 （道路場景信息既可以是虛擬場景，也可以為實際道路場景信息），結構包括一個暗箱箱體、視鏡顯示器、多自由度調節的控制器攝像頭固定支架、透鏡、可調節的導軌以及開關電源等構成［4］。自動化系統搭建示意圖見圖3。

圖3 自動化系統搭建示意圖

2.2 自動化測試執行

實驗室仿真測試主要在于各種測試場景的開發，除了常規功能邏輯的測試驗證之外，故障注入等極限工況的測試尤為重要，此類測試用例的比重約占測試用例總數的60%以上，下面舉例說明仿真測試的執行過程。

2.2.1 測試用例一：ACC自適應跟車測試

2.2.1.1 測試工況

本車定速70 km／h，目標車車速50 km／h，左側車道有車速55 km／h的干擾車輛 （ACC跟車過程中車速下降到30 km／h），跟車控制測試。

2.2.1.2 測試過程

1）本車首先設置以70 km／h定速巡航。

2）2個目標車，本車前方目標車速度50 km／h，本車左側相鄰車道目標車速度55 km／h，相鄰車道的車輛在本車跟車過程中會減速到30 km／h。

3）本車定速行駛，直到檢測到目標車會進入跟車模式。

2.2.1.3 測試結果

1）本車能夠跟車行駛。

2）本車跟車過程中未受相鄰車道車輛影響。

信號顯示及人機界面顯示如圖4、圖5所示。

圖4 ACC自適應跟車測試信號顯示

圖5 ACC自適應跟車測試界面顯示

2.2.2 測試用例二：ACC自適應跟車--ESP故障

2.2.2.1 測試工況

本車定速70 km／h，目標車車速50 km／h，跟車控制過程中ESP異常 （ESP系統狀態Error），查看ACC系統狀態。

2.2.2.2 測試過程

1）本車首先設置以70 km／h定速巡航。

2）本車前方目標車速度50 km／h勻速行駛。

3）本車定速行駛，直到檢測到目標車進入跟車模式，跟車一段時間后設置ErrorSt_ESP=1。

2.2.2.3 測試結果

1）本車退出ACC巡航功能。

2）系統給出提示信息。

信號顯示及人機界面顯示如圖6、圖7所示。

3 結論

本文詳細闡述了多功能前視攝像頭系統的工作原理，并介紹了基于視頻暗箱測試的仿真方案，對ACC、AEB、FCW、LDW等功能在場地及道路測試無法覆蓋各種故障、危險和極限工況進行了充分驗證，有效規避了實車測試的風險，保證了主動安全系統功能的可靠性和穩定性。隨著自動駕駛的功能的不斷迭代升級，實驗室仿真測試將是更為重要的一環，測試的方法和手段將會不斷豐富和擴展，實驗室測試系統將會越來越復雜，并且會由單個仿真系統逐步向整車在環仿真系統發展，大型仿真實驗室的建設將是各大主機廠投入的重點方向。

圖6 ACC自適應跟車時ESP故障信號顯示

圖7 ACC自適應跟車時ESP故障界面顯示