倒車輔助裝置后視攝像及探測系統(tǒng)測試方法研究

屈亞洲 周麗萍 吳云兵 吳雯珺

摘要：從倒車輔助裝置后視攝像及探測系統(tǒng)測試技術(shù)出發(fā)，梳理了后視攝像及探測系統(tǒng)關(guān)鍵評價(jià)指標(biāo)，并分析了倒車輔助裝置后視攝像及探測系統(tǒng)測試方法。針對倒輔助系統(tǒng)中關(guān)鍵的后視攝像系統(tǒng)及雷達(dá)探測系統(tǒng)，提出包括后視攝像系統(tǒng)可視視角、響應(yīng)時(shí)間以及雷達(dá)探測系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間等評價(jià)指標(biāo)為一體的測試方案。經(jīng)驗(yàn)證，該方案可以很好地滿足企業(yè)測試需求，可為企業(yè)提供研發(fā)驗(yàn)證及法規(guī)認(rèn)證支持，縮短試驗(yàn)周期。

關(guān)鍵詞：倒車輔助裝置；后視攝像頭；探測系統(tǒng)；響應(yīng)時(shí)間

中圖分類號：U472.6? 收稿日期：2024-04-12

DOI：1019999/jcnki1004-0226202406032

1 前言

近年來，因機(jī)動(dòng)車倒車引發(fā)的交通事故案例屢見不鮮，據(jù)全國道路交通事故統(tǒng)計(jì)年報(bào)公開數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008—2016年，因機(jī)動(dòng)車違法倒車導(dǎo)致的事故27 763起，造成人員死亡6 872人，直接經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失達(dá)65 181 057元。因此，為降低因駕駛員視野盲區(qū)而導(dǎo)致交通事故發(fā)生的概率，國內(nèi)外頒布了一系列標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)用以約束OEM主機(jī)廠商提升產(chǎn)品質(zhì)量。如GB 15084—2022《機(jī)動(dòng)車輛 間接視野裝置性能和安裝要求》、UN R158《倒車裝置和機(jī)動(dòng)車關(guān)于駕駛員對車輛后方弱勢道路使用者感知的統(tǒng)一規(guī)定》、FMVSS 111《Rear Visibility》等都對能保護(hù)弱勢道路使用者安全的倒車輔助裝置性能做了強(qiáng)制要求。

倒車影像系統(tǒng)（即后視攝像系統(tǒng)）和探測系統(tǒng)，都是倒車輔助裝置的一種技術(shù)手段，其中前者主要是在倒車時(shí)將倒車攝像頭圖形顯示到車載終端上，如中控主機(jī)、后視鏡，司機(jī)倒車時(shí)通過顯示屏幕觀察后方動(dòng)態(tài)[1]；后者探測系統(tǒng)主要是當(dāng)車輛倒車不斷靠近障礙物時(shí)，通過雷達(dá)探測倒車距離，并利用蜂鳴器通過改變自身的頻率對駕駛員進(jìn)行提示，從而幫助駕駛控制倒車距離[2]。二者的相互協(xié)作，可以從視覺和聽覺兩個(gè)層面對駕駛員進(jìn)行倒車信息提示，因此在乘用車領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。

2 后視攝像及探測系統(tǒng)關(guān)鍵評價(jià)指標(biāo)

后視攝像及探測系統(tǒng)（也稱“倒車監(jiān)測系統(tǒng)”）是先進(jìn)輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）功能[3]的一種，可為駕駛員提供視覺、聽覺或觸覺信號，常用于日常倒車時(shí)提醒駕駛員車輛后方視野盲區(qū)障礙物或其他交通參與者。由于其很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)車輛間接視野裝置（如后視鏡）的不足，同時(shí)也減緩了駕駛員倒車過程中因注意力高度集中引起的不適感，尤其是對于駕駛經(jīng)驗(yàn)不是很豐富的新手，極大地提升了駕乘體驗(yàn)。

然而它作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車功能之一，仍需像其他輔助駕駛系統(tǒng)（如自動(dòng)緊急剎車AEB、前方碰撞預(yù)警FCW）一樣，在裝車之前需進(jìn)行測試評價(jià)，以符合標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)對其功能的要求。基于此，本文參考UN R158《倒車裝置和機(jī)動(dòng)車關(guān)于駕駛員對車輛后方弱勢道路使用者感知的統(tǒng)一規(guī)定》和FMVSS 111《Rear Visibility》標(biāo)準(zhǔn)對后視攝像及探測系統(tǒng)的技術(shù)要求進(jìn)行梳理，得到了如表1所示的幾類測評指標(biāo)，后續(xù)并結(jié)合這幾項(xiàng)測試指標(biāo)進(jìn)行測試方案設(shè)計(jì)及測試評價(jià)[4]。

3 后視攝像及探測系統(tǒng)測試原理

為深入研究后視攝像及探測系統(tǒng)的測試方法，本文參考UN R158和FMVSS111標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，并針對表1的指標(biāo)進(jìn)行梳理分析，提出自己的測試方案。

31 后視攝像系統(tǒng)

311 響應(yīng)時(shí)間

響應(yīng)時(shí)間是評估倒車監(jiān)測系統(tǒng)響應(yīng)快慢的評價(jià)指標(biāo)，其主要是以掛入倒擋時(shí)刻以及后視視野圖像顯示時(shí)刻作差獲得。目前UN R158標(biāo)準(zhǔn)中并未對具體的測試方法進(jìn)行規(guī)定，僅給出了如下（a）～（e）的測試步驟；而FMSS 111標(biāo)準(zhǔn)中給出了具體的測試方法，如采用感光器感應(yīng)后尾燈及后視圖像，以及視頻錄制分析視頻幀兩種形式來確定響應(yīng)時(shí)間Δt。同時(shí)在開展UN R158實(shí)際的試驗(yàn)過程中，為了記錄掛入R擋時(shí)刻也有采用光電開關(guān)以及讀取CAN報(bào)文的形式進(jìn)行觸發(fā)記錄，因此針對響應(yīng)時(shí)間的測量可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。

UN R158標(biāo)準(zhǔn)給出的測試步驟如下：

a.將車輛置于主動(dòng)車輛模式，該動(dòng)作應(yīng)啟動(dòng)/開始第1計(jì)時(shí)器。

b.等待至少6 s。

c.通過選擇倒車模式啟動(dòng)倒車事件，如果在進(jìn)入主動(dòng)車輛模式6 s后無法將車輛置于倒車模式，則應(yīng)在技術(shù)上盡可能快地啟動(dòng)倒車事件。

d.根據(jù)制造商的規(guī)范，啟動(dòng)/開始第2個(gè)計(jì)時(shí)器，且不遲于倒擋模式或擋位接合時(shí)。

e.在第2個(gè)計(jì)時(shí)器上記錄響應(yīng)時(shí)間，直到顯示器上完全可以看到后視。

312 可視視角

a.確定后方近距離視野區(qū)域。

如圖1所示，在車輛后方近距離視野區(qū)域確定A、B、C、D、E、F、G、H、I等位置，依次或每橫排放置高度為08 m，直徑為03 m，且具有015 m×015 m上下移動(dòng)色塊的測試目標(biāo)圓柱體。其中，第一排圓柱體要求頂部或移動(dòng)色塊至少一個(gè)位置可見；第二排、第三排整個(gè)圓柱體完全可見，且最后一排3個(gè)目標(biāo)物可視視角要滿足表1要求。

b.確定Mr點(diǎn)-成像平面中心位置。

如圖2所示，Mr點(diǎn)是指以J2為旋轉(zhuǎn)中心，以J2Mf為旋轉(zhuǎn)半徑，直至Mf與用于顯示后視圖像的可視顯示器中心之間的直線距離[a]eye最短，定義此時(shí)新的Mf旋轉(zhuǎn)位置為Mr，也即相機(jī)成像平面中心位置，并同時(shí)將35 mm或更大相機(jī)或攝像機(jī)成像平面中心置于Mr點(diǎn)，具體確定步驟可參考文獻(xiàn)[2]所述。

c.確定比例因子Sscale。

為確定比例因子Sscale，在中控顯示屏位置粘貼50 mm比例尺，利用第（2）步固定的相機(jī)或攝像機(jī)拍攝后視視野畫面照片，并測量50 mm比例尺寬度以及最后一排目標(biāo)物G、H、I在照片中的寬度dG、dH、dI，之后將照片中比例尺的寬度與實(shí)際長度作比，即可得到比例因子Sscale。

d.可視視角計(jì)算。

通過以上步驟，獲得Mr與中控屏幕中心之間直線距離[a]eye、比例因子Sscale，以及最后一排目標(biāo)物在照片中的寬度dG、dH、dI之后，利用如下公式，即可獲得最后一排三個(gè)目標(biāo)物的可視視角：

[θi=60sin?1（diaeyeSscale）]

32 探測系統(tǒng)

321 響應(yīng)時(shí)間

探測系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的測量方式與后視攝像系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間基本一致，測試目標(biāo)物根據(jù)ISO 17386：2010標(biāo)準(zhǔn)中探測系統(tǒng)原理的不同進(jìn)行確定，檢測區(qū)域也可參照執(zhí)行。可供選擇的目標(biāo)物規(guī)格如表2所示。

322 聲音分貝及頻率

根據(jù)ISO 15006：2011及DIN 45631標(biāo)準(zhǔn)，建議車內(nèi)音頻信號主要可聽分量應(yīng)在400～2 000 Hz之間，聲音分貝值為50～90 dB之間。由于人耳對聲音的感覺，其頻率分辨能力不是單一頻率而是頻帶，而1/3倍頻程比較符合人耳特性的頻帶劃分方法，因此在做分貝值測量時(shí)，建議采用該倍頻程。

4 后視攝像及探測系統(tǒng)測試

41 后視攝像系統(tǒng)測試

以某車型開展后視攝像系統(tǒng)測試，為測量后視攝像系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間及后視視角，試驗(yàn)采用視頻錄制的形式，試驗(yàn)過程示例如圖3～圖5所示，具體測試方案按3.1.2中的步驟進(jìn)行。

a.將三維H點(diǎn)裝置假人放置駕駛員側(cè)，并同時(shí)將載荷加至車輛行駛狀態(tài)質(zhì)量，以及輪胎氣壓充至制造商規(guī)定值。

b.將輔助工裝固定至三維H點(diǎn)裝置假人上方，并三坐標(biāo)測量機(jī)打點(diǎn)，確定包括車輛H點(diǎn)坐標(biāo)、J2點(diǎn)坐標(biāo)、相機(jī)成像平面中心坐標(biāo)以及中控顯示屏成像中心坐標(biāo)。其中，攝像機(jī)到中控顯示屏成像中心的最短距離[a]eye基于J2點(diǎn)、相機(jī)成像平面中心、中控顯示屏成像中心三點(diǎn)確定。

c.將采集掛入R擋時(shí)刻及后視圖像顯示時(shí)刻的相機(jī)固定至合適位置，并接入數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)。

d.最后按照311和312所述測試方法進(jìn)行響應(yīng)時(shí)間和可視視角計(jì)算。

得到測試結(jié)果如表3所示。

42 雷達(dá)探測系統(tǒng)

雷達(dá)響應(yīng)時(shí)間、聲音分貝及頻率的測試相較于后視攝像系統(tǒng)測試，略微簡單，僅需布置攝像頭、數(shù)據(jù)采集器、麥克風(fēng)等設(shè)備，并按照321所示目標(biāo)物和322聲音信號要求進(jìn)行測試。試驗(yàn)過程示例如圖6、圖7所示，具體測試方案如下：

a.按照321的所述，將測試目標(biāo)物放置于指定檢測區(qū)域。

b.將采集掛入R擋時(shí)刻及光學(xué)報(bào)警信號的相機(jī)固定至合適位置，以及采集聲音報(bào)警信號的麥克風(fēng)布置駕駛員耳旁，并將視頻信號和報(bào)警信號同時(shí)接入數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)。

c.采用簡化場景，共10個(gè)點(diǎn)位，依次將目標(biāo)物放置相應(yīng)位置，采集報(bào)警聲音信號及光學(xué)信號，并記錄。

這里以1個(gè)測試點(diǎn)位為例，如圖7所示，采用1/3倍頻程對聲音報(bào)警信號進(jìn)行分析，得到其聲音報(bào)警信號頻率分布在1 250 Hz左右，其他測試結(jié)果如表4所示。

5 結(jié)語

本文首先梳理了倒車輔助裝置相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析了倒車輔助裝置中后視攝像及探測系統(tǒng)測試方法，并提出了包括后視攝像系統(tǒng)可視視角、響應(yīng)時(shí)間以及雷達(dá)探測系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間等評價(jià)指標(biāo)為一體的測試方案。最后基于某款車型的后視攝像及探測系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，該方案可以很好地滿足企業(yè)功能驗(yàn)證及法規(guī)認(rèn)證需求，縮短研發(fā)周期。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李瑩ADAS領(lǐng)域?qū)＠麪顩r分析[J]河南科技，2017（10）：45-47

[4]劉強(qiáng)，孫秋晨，韓艷娜UN R158后方可見度及探測裝置法規(guī)簡析[J]中國汽車，2023（10）：9-15

作者簡介：

屈亞洲，男，1992年生，工程師，研究方向?yàn)橹悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車信息安全及場景仿真測試。

基金項(xiàng)目：寧波市重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃暨“揭榜掛帥”項(xiàng)目（2023Z070）