產情趨勢創新研發驗證技術精選論文影音推薦88 車道輔助系統驗證技術 車輛中心技術服務處陳昱伸 石博文在未來, 路上交通工具 ( 如汽車 接駁巴士 ) 將逐漸配備自動駕駛功能, 乘客上車後只須輸入目的地或事先設定之行駛路徑, 讓車輛依據指示自行運作, 便可完成駕駛任務 目前國際上自駕車主要以 SAE J3016 [1] 針對系統功能來分級 ; 從 Level 0 開始, 系統可監控行車環境並提供警示訊號給駕駛員, 駕駛員可參考警示訊號判斷行車狀況並控制車輛 ; 在 Level 1-2 階段, 部分車輛控制任務 ( 如方向盤或油門之操作 ) 已由系統控制取代, 駕駛員在必要時仍可取回車輛控制權 ; Level 3-5 階段則由系統接管大部分的車輛控制任務, 但 Level 3 於特定場域或條件下才能執行自動駕駛任務, 駕駛員偶爾必須對系統請求提供回應, 最高的 Level 5 則為完全自動化, 即完全不須人員操作便可完成駕駛任務 為了實現車輛自動駕駛之功能, 目前各車 廠正積極開發先進駕駛輔助系統 (Advanced Driver Assistance Systems,ADAS), 過多套 ADAS 系統之輔助逐步取代人為控制 任務 目前開發之 ADAS 多以 Level 1 為主, 大致可分為縱向控制功能 ( 如油門 煞車控制 [2] [3] ) 或橫向控制功能 ( 如方向盤控制 ) 本 文介紹以橫向控制為主之車道輔助系統 (Lane Support Systems,LSS) 相關驗證規範, 此類系統主要以感測器偵測車輛與車道線之距 離, 當車輛偏離車道時, 系統給予轉向輔助或 警示, 減低駕駛員因分神跨越車道造成事故之 風險, 目前國際上對於 LSS 之相關驗證標準包 含有 : 歐洲新車安全評鑑協會 (European New 透 Car Assessment Programme,Euro NCAP) 評價 LSS 之程序 [4], 主要評價之功 能包括 : 緊急車道維持 (Emergency Lane Keeping,ELK) 車道維持輔助(Lane Keeping Assistance,LKA) 車道偏離警示 (Lane Departure Warning,LDW) 國際標準化組織 (International Organization for Standardization,ISO) 所制定之標準, 包括 :ISO 17361:2017 [5] 為驗證 LDWS 之標準,ISO 11270:2014 [6] 為驗證 LKAS 之標準 聯合國歐洲經濟委員會 (UNECE) 法規 : Ý UNECE R130 [7] : 為 LDWS 法規, 國內交通部亦參考 UNECE R130 制定 LDWS 之法規 ( 車輛安全檢測基準 70), 預計自 2019 年 1 月 1 日起, 新型式之大客 / 貨車須符合其相關規定,2021 年 1 月 1 日起, 各型式之大客 / 貨車必須符合其相關規定 Ý UNECE R79 轉向系統 (Steering Equipment) 法規新增之 Annex8 草案 [8],
2018 車輛研測專刊證技術影音推薦其規定車輛具備自動轉向功能應進行之相關測試驗證及要求, 亦屬於本文所述之車道輔助功能驗證程序 本文將介紹各標準規範之測試方法, 透過資訊分享, 讓相關領域之系統開發商與車廠認識各標準規範之檢測程序差異性, 進而了解其產品該如何對應 壹 Euro NCAP LSS 評價程序 表 1. Euro NCAP 規範 LSS 評價情境 此程序 LSS 之功能包括 ELK LKA 及 LDW, 評價情境請見表 1, 詳細說明如下 一 ELK 功能測試 ( 一 ) 道路邊緣辨識測試 : 測試車執行乘客側 ( 以下均以左駕車為 1. 緊急車道維持 (ELK) 功能測試 (a) 道路邊緣辨識測試 (b) 對向來車偏移測試 (c) 後方來車偏移測試 單側偏移 : 偏移側無車道線或虛 / 實線 2. 車道維持輔助 (LKA) 功能測試 (a) 道路邊緣辨識測試 (b) 車道線虛 實線測試 駕駛側有或無車道線 ; 向乘客側偏移 [4] 產情趨勢創新研發驗(a) 車道線虛線測試 3. 車道偏離警示 (LDW) 功能測試 (b) 車道線實線測試 89 精選論文
產情趨勢創新研發驗證技術精選論文影音推薦90 例 ) 之車道偏移, 偏移率 0.2 ~ 0.5 m/s, 車輛 駕駛側之車道線皆為虛線, 乘客側之道路邊緣 為無標線 虛線或實線車道線 ( 二 ) 對向來車偏移測試 : 目標車輛自駕駛側之對向車道迎面向測試 車接近, 測試車中心線與車道線距離為 1.5 m, 測試車執行駕駛側之車道偏移, 偏移率 0.3 ~ 0.6 m/s ( 三 ) 後方來車偏移測試 : 後方目標車自測試車駕駛側同向車道追趕 測試車, 測試車執行駕駛側之車道偏移, 偏移 率 0.3 ~ 0.6 m/s 及 0.5 ~ 0.7 m/s, 測試車偏 移情境可分為 : 目標車及測試車等速行駛, 測試車進行駕駛 側之車道偏移 目標車以車速 80 km/h 行駛, 測試車以車 速 72 km/h 行駛, 測試車進行駕駛側之車 道偏移 二 LKA 功能測試 ( 一 ) 道路邊緣辨識測試 : 測試車行駛於無道路 [5] 圖 1. ISO 17361 LDWS 警示範圍示意圖 邊緣標線之車道, 向道路邊緣偏移, 偏移 率 0.2 ~ 0.5 m/s ( 二 ) 車道線虛 實線測試 : 分別以車道線虛線 實線 無車道線測試組合搭配, 以偏移率 0.2 ~ 0.5 m/s 進行兩側之車道偏移, 如表 1 之車道線虛 實線測試條件配置 三 LDW 功能測試 : 測試車以偏移率 0.2 ~ 0.5 m/s 進行兩側之車 道偏移, 車道線分別為虛線 實線, 主要係驗證 系統辨識車道線與提供偏移警示之能力 貳 ISO 車道輔助系統標準規範 ISO 規範之車道輔助系統測試包含 ISO 17361 LDWS 與 ISO 11270 LKAS, 可驗證系統警示與維 持車輛於車道內行駛之功能, 以下分別介紹 一 ISO 17361(LDWS) 標準定義車輛於車道中行駛時應發出警示之 範圍, 示意如圖 1, 車輛行駛在標示 "5" 之區域 範圍內, 系統不應發出警示訊號 當車輛開始偏 移車道, 進入標示 "2" 之範圍內時, 車輛應發出 警示訊號 ; 最早警示線 ( 標示 "3") 與車道線 ( 標 示 "1") 之距離為 0.75 ~ 1.5 m, 最晚警示線 ( 標示 "4") 與車道邊線之距離, 小客車為 0.3 m 大客 / 貨車為 1 m [5] 圖 2. ISO17361 一般警告測試及重複性測試示意圖
2018 車輛研測專刊證技術影音推薦測試分為一般警示測試及重複性測試, 示意圖如表 2 及圖 2; ( 一 ) 一般警示測試依車輛功能適用之測試車速及彎道曲率半徑,ISO17361 將系統分類為 Class I 及 Class II 測試車以車速 72 ~ 79.2 km/h(class I) 或 61.2 ~ 68.4 km/h(class II) 行駛於彎道之車道中心線並進行車道偏移, 彎道曲率半徑為 500 m 以上 (Class I) 或 250 m 以上 (Class II), 分別對左 右彎道執行向左 右之車道偏移, 以低偏移率 (0 m/s ~ 0.4 m/s) 及高偏移率 (0.4 m/s ~ 0.8 m/s) 各執行一次, 總共 8 次 ( 二 ) 重複性測試車輛行駛於直線測試道之中心線上並進行車道偏移, 測試車速 72 ~ 79.2 km/h(class I) 或 61.2 ~ 68.4 km/h(class II) 測試車輛向右偏移, 偏移前必須行駛於車道中心線或靠近左側車道線 反之, 當車輛向左偏移, 偏移前必須行駛於車道中心線或靠近右側車道線, 以低偏移率 (0.1 m/s ~ 0.3 m/s) 及高偏移率 (0.6 m/s ~ 0.8 m/s) 各執行 8 次 ( 向左及向 右各偏移 4 次 ), 總共 16 次 二 ISO 11270(LKAS) 圖 3 為 ISO 11270 定義之 LKAS 系統控 制邏輯,LKAS 系統開啟時, 將會進入系統預 備模式, 當駕駛條件符合時, 系統將執行車道 維持功能,LKAS 作動速度為 72 ~ 108 km/ h; 當系統為預備模式, 系統應自行運算作動 標準, 若系統運算當時之行駛環境不符合系統 要求, 將不會進入 LKAS 作動模式 ; 反之, 當 系統運算駕駛條件皆符合要求, 將自動轉換或 由駕駛員手動切換為 LKAS 作動模式 ; 當狀態 為 LKAS 作動模式, 系統將持續運算行駛環境, [6] 圖 3. ISO11270 LKAS 系統邏輯說明 產情趨勢創新研發驗車道偏移率 表 2. ISO17361 一般警示測試及重複性測試 一般警示測試左彎道 [5] 右彎道 向左偏移向右偏移向左偏移向右偏移 0 m/s ~ 0.4 m/s 1 筆測試 1 筆測試 1 筆測試 1 筆測試 0.4 m/s ~ 0.8 m/s 1 筆測試 1 筆測試 1 筆測試 1 筆測試 重複性測試 偏移方向 車道偏移率 左 右 0.1 m/s < (V1 ± 0.05) 0.3 m/s 4 筆測試 4 筆測試 0.6 m/s < (V2 ± 0.05) 0.8 m/s 4 筆測試 4 筆測試 91 精選論文
產情趨勢創新研發驗證技術精選論文影音推薦92 當任一條件不符合, 系統將由 LKAS 作動模式轉換為預備模式 測試分為直線測試程序及彎道測試程序 : ( 一 ) 直線測試程序 : 測試車速 72 ~ 79.2 km/h, 測試車輛行駛於一直線測試道, 並且緩慢轉動方向盤, 使測試車輛產生 0.2 ~ 0.6 m/s 車道偏移率, 系統若能控制測試車保持在車道內, 代表測試成功, 此程序向左及向右各偏移 4 次, 共須執行 8 次 原行駛車道時, 系統應提出警示以利駕駛員即時應變 其測試程序係測試車以車速 65 km/h (±3 km/h) 行駛於一條由直線變化為彎道或彎道變化為直線之車道上 ( 彎道之內側車道標線最小半徑為 250 m), 維持規定車速並平順地讓車輛向左或向右偏移 ( 偏移率 0.1 m/s ~ 0.8 m/s), 讓車輛跨越車道標線, 系統最遲應於車輛前輪外側跨出車道標線外側邊緣 0.3 m 前發出警示, 且警示應為光學 聲音及震動當中之至少兩種方式警示 ( 二 ) 彎道測試程序 : 測試車輛以速度 72 ~ 79.2 km/h 直行於車道中心線上, 進入彎道持續時間至少 5 秒, 系統控制車輛使輪胎最外側不超過車道邊線即測試成功, 此程序以左彎道與右彎道各執行 1 次 其中彎道曲率半徑依公式 R=V2 / ay (V: 車速,ay: 側向加速度 ) 計算,ay 範圍 0.5 m/s 2 ~ 1.0 m/s 2 上述直線測試程序與彎道測試程序之性能要求為 : 當系統作動時, 不可造成縱向減速度大於 3 m/s 2, 當系統由 LKAS 作動模式轉換為 LKAS 預備模式過程中, 車輛動態必須保持平穩 側向加速度不可大於 3 m/s 2 側向急跳度 (jerk) 不可大於 5 m/s 3 參 聯合國經濟委員會 (UNECE) 法規 之 R130 LDWS 及 R79 Annex8 自動轉向系統測試程序草案一 UNECE R130(LDWS) 法規規定大客 / 貨車應配備 LDWS, 其主要驗證目的為 : 當車輛非依駕駛意圖而偏離 二 UNECE R79Annex8 自動轉向系統測試程序草案 UNECE R79 法規新增 Annex8 自動轉向控制系統之法規草案, 其定義之自動轉向系統分為修正轉向功能 (Corrective steering function,csf) 或自動控制轉向功能 (Automatically commanded steering function,acsf), 其中, ACSF 可依據系統控制能力再區分為 A 類 B1 類 B2 類 C 類 D 類 E 類, 從 A 類僅能執行低速停車功能, 直到 E 類能持續運算且修正車輛行為, 各系統類別說明如表 3, 於 SAE 對自駕車功能之等級分類可大致歸類為 Level 1 ~ 2 然而, 該草案目前仍於草擬階段, 僅針對 ACSF 之 B1 類之系統有定義較具體之測試程序, 對於 B2 C D E 類僅定義功能分類, 尚未有驗證程序 未來 UNECE R79 將可能依此為架構將 ACSF 功能再細分出更多類別, 相關之驗證程序規範亦可能逐步具體化 UNECE R79 Annex8 草案對於 ACSF 之 B1 類的測試程序屬於車道維持功能之驗證, 其規定車輛依車速 (10~130 km/h) 行駛於不同
2018 車輛研測專刊證技術影音推薦表 3. UNECE R79Annex8 自動轉向系統類別 系統次類別系統 功能描述 可根據車上系統信號進行評估運算, 改變一輪或多輪之轉向角, 達到穩定性控制功能, 修正 如下述情況進行轉向角修正 轉向功能 --- Ý 補償突如其來的橫向力 (CSF) Ý 改善穩定性 ( 如側風或左右不均路面 ) Ý 修正車道偏移, 以避免跨越車道線 A 用於低速行駛或停車功能, 遙控停車 (Remote Control Parking,RCP) 即為此類其中一種系統 B1 為輔助駕駛員之功能, 控制橫向移動使車輛保持於車道內 自動控制 B2 須由駕駛員啟動, 長時間控制橫向移動使車輛保持於車道內, 且無須駕駛員進一步之指令或確認 轉向功能 (ACSF) C 須由駕駛員啟動, 於駕駛員指令下完成單一橫向行為 ( 如車道變換 ) D 須由駕駛員啟動, 系統可指示可能的單一橫向移動行為 ( 如車道變換 ), 但僅於根據駕駛員確認下才進行該行為 E 須由駕駛員啟動, 系統可持續指示多個可能的橫向移動行為, 不須要駕駛員確認即可進行該行為 曲率半徑之彎道, 系統應可維持於彎道內行駛, 且符合以下條件 : 維持於彎道行駛時側向急跳度 (Jerk) 不超出 5 m/s 3 駕駛員若在系 號不同之處, 亦可看出各規範當中之測試車速均大於 60 km/h 彎道半徑大於 250 m 且車道寬大於 3 m 等共同之處 統介入期間欲取回車輛轉向控制權, 其力道不 得超過 50 N 於 ACSF 啟動狀態下, 車輛進入測試道後駕駛員若釋放方向盤,15 秒內應提供光學警示,30 秒內另提供聲音警示, 並須持續至 ACSF 關閉 若聲音警示出現後 30 秒內, 駕駛關閉 ACSF, 系統須再提供至少 5 秒之緊急信號, 且模式須不同於上述聲光警示 綜上所述, 從 Euro NCAP 測試規範到 UNECE R79 Annex8 法規標準, 各檢測標準之差異性如表 4, 從表中可了解各規範對於測試車速 彎道半徑 車道寬 偏移率及警告訊 肆 結論目前許多車廠之自駕功能慢慢往 SAE Level 2 發展,UNECE 亦對於自動轉向控制功能研擬出測試草案, 用以評估自動轉向系統之功能, 未來亦可能再細分為更多系統類別 隨自駕功能演算及開發演進, 將有更多標準被討論及擬定, 除了本文介紹的車道輔助系統屬於車輛橫向控制的範疇, 或許還會有縱向控制系統 橫向與縱向合併控制系統的驗證規範 車輛中心 (ARTC) 經長期與歐洲檢測機構交 [8] 93 精選論文產情趨勢創新研發驗
產情趨勢創新研發驗證技術精選論文影音推薦94 表 4. 車道輔助系統各標準測試條件比較 Euro NCAP LSS ISO 17361 ISO 11270 UN/ECE R130 車輛安 全檢測基準 70 UN/ECE R79 執行車速 72 km/h 72 ~ 79.2 km/h 61.2 ~ 68.4 km/h 72 ~ 79.2 km/h 65 ± 3 km/h 10 ~ >130 km/h 彎道半徑 1200 m / 800 m 500 m / 250 m V 2 / ay 250 m 無定義 車道寬 3.5 ~ 3.7 m 3.4 ~ 3.9 m 3.4 ~ 3.9 m 3 m 3.5 m 偏移率 0.2 ~ 0.7 m/s 0 ~ 0.8 m/s 0.2 ~ 0.7 m/s 0.1~0.8 m/s -- 橫向加速度 -- -- -- -- 0 ~ 3 m/s 2 警告訊號 -- 光學光學光學 / 聲音 / 震動光學 / 聲音 / 震動 註 :V: 測試車速 ;ay: 側向速度流中亦獲知, 自駕車之驗證標準已逐步討論中, 未來將先納入 Euro NCAP 評價規範 未來 ARTC 將透過持續追蹤國外檢測機構動向, 獲知自駕車系統之驗證方向, 並持續建置軟硬 體驗證能量, 以提供國內車輛產業相關驗證服 務與技術支援 參考文獻 [1] SAE J3016(2014, Jan). Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems. [2] 黃榮章 (2016) 前方防撞輔助系統評價方法 ARTC 車輛研測專刊,(1),64-73 [3] 葉重宇 (2017) 自動緊急煞車行人偵測防撞系統之功能評價方法介紹 ARTC 車輛研測專刊, (2),76-80 [4] Euro NCAP(2017, Nov). TEST PROTOCOL Lane Support Systems. EUROPEAN NEW CAR ASSESSMENT PROGRAMME. [5] ISO 17361: (2017), Intelligent transport systems - Lane departure warning systems - Performance requirements and test procedures. [6] ISO 11270: (2014), Intelligent transport systems - Lane keeping assistance systems (LKAS) - Performance requirements and test procedures. [7] UNECE Regulation No.130(2013, Aug). Uniform provisions concerning the approval of motor vehicles with regard to the Lane Departure Warning System (LDWS). [8] UNECE Regulation No.79 Revision 3 Annex 8 (2017, Nov). Test requirements for corrective and automatically commanded steering functions.