基于视频暗箱仿真测试系统在MCS测试中的应用

孙运玺，安 鹏，张国芳，崔 岩，潘守亮，谷原野

（一汽轿车股份有限公司，吉林 长春 130000）

美国汽车工程师学会SAE在2014年发布的J3016标准将汽车自动驾驶等级进行了定义，将驾驶从手动驾驶到完全自动驾驶分成了L0~L5共6个等级，如图1所示，其中L0表示没有任何自动驾驶手动，L1-L4为驾驶辅助阶段，L5为完全自动驾驶阶段，整个驾驶过程无需驾驶员参与。目前国内的主机厂在研及量产的车型均处于L1或L2阶段，一般包括预警提示类的ADAS功能，如车道偏离 （LDW），前撞预警（FCW），盲点检测 （BSD），以及干预辅助类的ADAS功能，如自适应巡航 （ACC），紧急自动制动 （AEB），车道保持辅助 （LKA）等。随着传感器技术［1］、数据融合技术、车联网以及道路基础设施的不断更新迭代，自动驾驶的目标将会在不远的将来实现，而且国内外的各大主机厂均已经有了自己的时间表。

图1 SAE自动驾驶等级划分

本文针对模块车型搭载的L1级的高级驾驶辅助系统-多功能前视摄像头的测试方案和手段进行了深入研究，该系统主要通过视频信号的采集与处理实现自适应巡航 （ACC）、前碰撞预警 （FCW）、自动制动 （AEB）等功能［2］，多功能前视摄像头系统的控制算法较为复杂，需要采集实际道路工况的视频数据信息，识别障碍物 （人、车、路线）、距离、车速信息，并与EMS、ESP、IC等控制器协同控制实现控制操作，研发过程中控制器的程序存在控制策略错误的可能性，直接在搭载实车测试验证存在风险，因此实验室的仿真测试的测试场景的开发、测试用例覆盖度、极限工况的模拟具有重要的意义，经过实验室仿真测试的测试验证后，可有效降低实车测试的风险。控制器的输入信号为实际路况的视频类信息，传统的IO模拟的自动化测试系统已经无法满足测试需求，本文重点介绍基于视频暗箱的视频信息仿真系统解决方案。

1 多功能前视摄像头系统

本文中所述的多功能前视摄像头系统由控制器、摄像头 （采用EYEQ3）构成，通过摄像头采集实际的道路工况，包括人、车、路等物体的识别，根据主动安全控制策略，与EMS、ESP、IC等控制器实现ACC、FCW、AEB等功能［3］，如图2所示。

图2 多功能前视摄像头系统构成

ACC功能系统探测到前方有车辆时，根据驾驶员设定的车速和跟车距离等级，对本车车速实施自适应控制。FCW功能可对前向碰撞危险向驾驶员提供视觉、声觉或触觉的警报，FCW一般分为预碰撞警示和碰撞警示2个警示级别，其中预碰撞用于提醒驾驶员有潜在的碰撞危险，请提高警戒小心驾驶。碰撞警示用于提醒驾驶员碰撞即将发生，驾驶员必须立即采取措施。AEB功能可针对前向的碰撞危险主动介入本车制动，从而避免碰撞发生或缓解碰撞程度，AEB功能可响应前方的目标车辆、行人、骑行者等。

2 自动化测试应用

2.1 自动化系统搭建

实验室仿真测试系统主要由实时仿真平台、试验管理计算机、图形工作站与视频暗箱构成，其中实时仿真计算机是系统的核心，能够运行车辆动力学模型和交通场景模型。试验管理计算机用于实现模型的编译下载、在线监控、在线调参和数据后处理。图形工作站提供了三维虚拟仿真环境，并提供传感器的仿真环境。视频暗箱主要提供了视频采集环境，能够为真实控制器摄像头显示道路交通场景信息 （道路场景信息既可以是虚拟场景，也可以为实际道路场景信息），结构包括一个暗箱箱体、视镜显示器、多自由度调节的控制器摄像头固定支架、透镜、可调节的导轨以及开关电源等构成［4］。自动化系统搭建示意图见图3。

图3 自动化系统搭建示意图

2.2 自动化测试执行

实验室仿真测试主要在于各种测试场景的开发，除了常规功能逻辑的测试验证之外，故障注入等极限工况的测试尤为重要，此类测试用例的比重约占测试用例总数的60%以上，下面举例说明仿真测试的执行过程。

2.2.1 测试用例一：ACC自适应跟车测试

2.2.1.1 测试工况

本车定速70 km／h，目标车车速50 km／h，左侧车道有车速55 km／h的干扰车辆 （ACC跟车过程中车速下降到30 km／h），跟车控制测试。

2.2.1.2 测试过程

1）本车首先设置以70 km／h定速巡航。

2）2个目标车，本车前方目标车速度50 km／h，本车左侧相邻车道目标车速度55 km／h，相邻车道的车辆在本车跟车过程中会减速到30 km／h。

3）本车定速行驶，直到检测到目标车会进入跟车模式。

2.2.1.3 测试结果

1）本车能够跟车行驶。

2）本车跟车过程中未受相邻车道车辆影响。

信号显示及人机界面显示如图4、图5所示。

图4 ACC自适应跟车测试信号显示

图5 ACC自适应跟车测试界面显示

2.2.2 测试用例二：ACC自适应跟车--ESP故障

2.2.2.1 测试工况

本车定速70 km／h，目标车车速50 km／h，跟车控制过程中ESP异常 （ESP系统状态Error），查看ACC系统状态。

2.2.2.2 测试过程

1）本车首先设置以70 km／h定速巡航。

2）本车前方目标车速度50 km／h匀速行驶。

3）本车定速行驶，直到检测到目标车进入跟车模式，跟车一段时间后设置ErrorSt_ESP=1。

2.2.2.3 测试结果

1）本车退出ACC巡航功能。

2）系统给出提示信息。

信号显示及人机界面显示如图6、图7所示。

3 结论

本文详细阐述了多功能前视摄像头系统的工作原理，并介绍了基于视频暗箱测试的仿真方案，对ACC、AEB、FCW、LDW等功能在场地及道路测试无法覆盖各种故障、危险和极限工况进行了充分验证，有效规避了实车测试的风险，保证了主动安全系统功能的可靠性和稳定性。随着自动驾驶的功能的不断迭代升级，实验室仿真测试将是更为重要的一环，测试的方法和手段将会不断丰富和扩展，实验室测试系统将会越来越复杂，并且会由单个仿真系统逐步向整车在环仿真系统发展，大型仿真实验室的建设将是各大主机厂投入的重点方向。

图6 ACC自适应跟车时ESP故障信号显示

图7 ACC自适应跟车时ESP故障界面显示