10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.13.005 基于 V2X 技术的 FCWS 测试方法研究 张迪思，祖晖，陈新海，王博思 （重庆车辆检测研究院有限公司，四川 重庆 400000） 摘 要：为搭建基于 V2X 技术的 FCWS 测试环境，验证其性能并与基于自主式的 FCWS 产品进行比较，该文首先 对基于自主感知传感器的 FCWS 产品的测试方法进行了介绍，然后对 V2X 技术及高精定位技术的特性进行了分析， 同时根据已有的法规测试规程对测试场景进行了设计，并介绍了过程中所需要的测试设备。最后对 V2X 方式 FCWS 及自主式 FCWS 测试结果的进行比较，结果表明，在保证通信环境和定位精确度的情况下，采用 V2X 技术的方案 在性能和稳定性上均稍优于采用自主传感器技术的方案。 关键词：FCWS；V2X 技术；测试场景；高精定位 中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2018)13-14-05 Research of FCW Evaluation Method Based on V2X Technology Zhang Disi, Zu Hui, Chen Xinhai, Wang Bosi （Chongqing Vehicle Test and Research Institute Co., Ltd., Chongqing 400000） Abstract: In order to build the V2X-based FCWS testing environment,verify its performance and compare with the sensor-based FCWS products, the testing methods of FCWS products based on sensors are introduced first. Then the characteristics of V2X technology and high precision positioning technology are analyzed. The testing scenarios are designed according to the existing testing procedures and the test equipment needed in the process is introduced. Finally, the results of V2X-based FCWS and sensor-based FCWS test are compared. The conclusion shows that, under the condition of guaranteeing the communication environment and positioning accuracy, the scheme using V2X technology is slightly superior to the scheme of sensors-based technology in respect of performance and stability. Keywords: FCWS; V2X; Testing Scenarios; High Precision Positioning CLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2018)13-14-05 前言 当前，车辆的环境感知技术分为两个方向，一是通过自 主感知，即自身的传感器探测周围环境类似于“人的眼睛”。 二是通过专用短程通讯，也就是 V2X 车路协同技术进行感 知，通过“听”和“讲”的方式，发送和接收信息。两种方 式各有优劣，自主式感知通过摄像头、微波雷达、激光雷达 等传感器对可见范围内的物体有较强的识别能力，且不存在 作者简介：张迪思，硕士，研究方向：智能汽车与主动安全技术。 14 通信延时、丢包等问题，决策机构可迅速及时的获取数据； V2X 方式则有较强的车路通讯能力，可通过路侧设备 RSU 实时获取红绿灯相位、道路拥堵情况等信息；凭借其 500 米 左右的信号覆盖范围，可提前获知非视距范围内的道路信息， 为车辆的决策提供更丰富的环境数据，可充分弥补自主式感 知的劣势。然而，由于当前 V2X 设备装机量的不足，以及道 路设施尚未大量铺开，目前自动驾驶技术行业的主要关注点 依然在自主感知技术的运用上，《营运客车安全技术条件 JT/T 2016-1094》、《GB/T 26773 智能运输系统 车道偏离报警 系统 性能要求与检测方法》、《JT/T 883 营运车辆行驶危险 

张迪思 等：基于 V2X 技术的 FCWS 测试方法研究 预警系统技术要求和试验方法》、欧盟《ECE R131》等国内 外法规均对 FCW、AEBS、LDWS 等测试方法进行详细的描 述[1]，但其测试范围主要基于视距的基础上。本文将参考基 于自主式感知技术的 FCWS 测试方法，实现基于 V2X 技术 的 FCW 测试方法并对两种方式的测试结果进行对比。 根据资料显示，自主式 FCWS 系统，尤其是基于摄像头 的产品，普遍存在 TTC 报警时间不稳定，标准差过大等问题。 图 2 展示的是一组产品的 CCRs 测试结果，其中 P1、P2、P3 为国产基于摄像头的产品，P4 和 P5 为基于毫米波雷达的产 品。 1 基于自主传感器的 FCWS 实现方式 3 基于 V2X 的 FCWS 所依赖的技术 FCWS，即 Forward Collision Warning System，前碰撞 3.1 V2X 技术 预警系统，该系统可以在碰撞发生前发出紧急的碰撞警告， 帮助驾驶员提前做出制动措施，可以有效降低追尾事故发生 概率或减轻碰撞激烈程度[2]。当前，FCWS 主要通过摄像头和 微波雷达作为感知层获知周边信息，然后数据会被提交给决 策系统；决策系统将对数据进行一系列的处理，包括过滤无 用信息、判断所处车道、判断障碍物的位置和姿态、判断障 碍物的威胁等级，最后通过 HMI 声光报警或者触感的方式警 V2X 是一种实现车与车、车与路、车与人之间通讯的无 线通信技术，最显著的特点是可以实现去中心化的 AdHoc 自组网通信，且具有延时低、覆盖范围广等特点，非常适合 运用在车路协同领域。目前 V2X 技术分为两个阵营，分别是 美国主导的 DSRC 技术，以及中国大唐、华为主导的 LTE-V 技术。相对于自主式 FCWS 采用的摄像头和微波雷达，V2X 方式在感知范围上具有较大的优势，且不受障碍物影响。 告驾驶员。尤其在驾驶员过度疲劳、注意力不集中等情况下， 表 2 几种技术的感知范围对比 FCWS 可以极大的减少事故的发生几率。 2 基于自主传感的 FCWS 测试方法 目前 FCWS 主要采用预警事件 TTC 试验方法，即通过 Time To Collision 碰撞时间判断 FCWS 系统是否在合理的时间范 围内给予了警告信息[2]。以《营运车辆行驶危险预警系统技 术要求和试验方法》（JT/T 883-2014）为例，试验工况分为 前车静止 CCRs、前车运动 CCRm、和前车刹车 CCRb 三种，如 下表所示。 表 1 三种试验工况 图 1 JT/T 883-2014 标准的 FCWS 典型测试场景 按照标准要求，每一个试验工况测试七次，满足 TTC 报 警要求则视为一次成功，如七次测试中有五次成功且没有两 次连续失败的情况出现，则视为通过该组工况测试。典型的 测试场景如图 1 所示。 图 2 一组产品的 CCRm 测试结果 3.2 高精定位技术 全球主流的卫星定位服务主要由美国 GPS、俄罗斯的格 洛纳斯、以及中国的北斗提供，通过实时差分技术 RTK，其 定位精度可以达到更高级别。高精定位又分为地基和星基， 目前最常用的是星基，国内的厂商，如千寻，已经开始提供 定位服务，其精度可以达到分米级。如果通过专用设备搭建 RTK 基站，则其精度可以高达厘米级。 V2X 技术解决了信息传输的问题，而高精定位技术则解 决了车辆位置的问题，车与车之间变可以通过相互告知自己 的位置、速度、姿态等信息，计算出两车之间碰撞的可能性 以及碰撞的风险等级。 4 使用 V2X 技术实现 FCWS 测试的方法 4.1 基于 V2X 的 FCWS 测试设备 4.1.1 V2X 车路协同车载终端 V2X 车载终端包含通信模块、控制器、HMI（用户界面， 如平板等）和电池。其中，通信模块负责车与车之间的通信； 控制器负责判断和处理数据；最后由 HMI 以声光的方式告知 驾驶员。目前，国内研发 V2X 车载终端的厂商主要有星云互 联、金溢、万集等，且联合编著的联盟标准《合作式 ITS 车 用通信系统应用层及应用数据交互标准》已准备上升至国标， 为各厂商之间实现互联互通提供了基础支撑。各厂商开发的 应用已经覆盖前向碰撞预警、交叉路口预警、超速预警、红 绿灯监测等多项应用，并且部分厂商还提供开放接口，供用 户进行二次开发并允许对参数进行修正，为试验中更精确的 调试匹配扫清了技术障碍。 15 

汽车实用技术 图 3 某 V2X 车载终端 图 6 V2X 设备装车状态 4.1.2 高精定位差分基站 常规的定位服务只能提供亚米级的定位精度，而 FCWS 系统对定位的精度要求相对较高，需要车道级的定位，否则 4.3 基于 V2X 的 FCWS 测试流程和方法 4.3.1 直道测试 本测试由于有一定的危险程度，并且对通信的环境要求 就会导致报警提前或延后，甚至将对面车道正常行驶的车辆 较高，应该选择有测试资质的试验场，并且最好在性能路等 误认为是本车道车辆，造成频繁的误报，影响用户体验。因 此，需要在测试中架设差分基站，以获取车辆最准确的位置 平直路段进行，为了保证试验的安全性和测试效果，测试路 段的长度应大于 2 公里，并有缓冲区域。 信息。测试中，架设的差分数据分发结构如图 4 所示：地面 差分基站获取校正信息，将校正信息发送给中心服务器，然 后服务器再将数据分发给路侧基站进行广播，或者直接通过 蜂窝网络传递给车载终端[3]。 图 7 双车同道测试 测试工况如下表所示： 表 3 双车同道测试工况表 测试流程如下： （1）确保试验车与背景车 V2X 系统通信正常；确保高 精定位数据正常。 （2）试验车沿道路中心线以 72km/h 速度行驶，背景车 按照各工况所需速度行驶； （3）背景车执行工况所需操作。 （4）记录测试车 FCWS 系统报警时间，并记录双车协 调系统所显示的 TTC； （5）当 TTC 小于 2s 时，试验车采取制动或转向避免发 生碰撞； （6）试验结束。 4.3.2 弯道测试 如前文所述，V2X 相当于动物的耳朵，其最大的优势就 是可以提前监测到非视距的物体，在弯道、起伏路等路段相 对于自主式感知系统在理论上具备一定的优势。 除测试场地与直道测试不同之外，测试工况与表 3 相同， 测试流程也与直道测试相同，测试时两车的初始距离可以适 当的增大，使背景车辆不在测试车辆的可视范围内，从而达 到测试 NLOS 场景的目的。根据 LTE-V 频率验证项目的测试 图 4 典型的地基 RTK 基站数据分发结构 4.1.3 双车协调系统 双车协调系统用于获取两车的相对距离和相对速度，由 此可以计算出试验所需要的重要指标 TTC。常见的双车协调 系统如 OXts 公司的 RT-RANGE。 图 5 OXts 公司的 RT-RANG 4.2 基于 V2X 的 FCWS 测试场景 4.2.1 测试前的准备 测试车辆和背景车辆均需要安装双车协调系统和 V2X 车载终端，并将天线放置在车顶处，以保证通信质量。另外， 测试场地须提供高精定位服务。 16 

张迪思 等：基于 V2X 技术的 FCWS 测试方法研究 报告，两车在弯道中相距 150 米的情况下，丢包率依然能保 持在 10%以下且延时小于 100ms，可以充分保障 FCWS 在弯 道中的性能。 图 8 4.3.3 虚警测试 虚警测试主要检测测试车辆的 FCWS 对目标物体的筛选 过滤能力和误判率，是否能够过滤无威胁的物体（如对面正 常行驶的车辆）。如果 FCWS 的误判率过高[4]，频繁的对驾驶 员发出错误的警告，不仅会造成驾驶员对报警的厌恶，还有 可能使驾驶员对报警声产生倦怠，即使出现真正的险情，也 无法做出及时的应对措施。如果这样的 FCWS 后期演进到 AEBS 系统，直接对车辆的控制器执行错误的操作，后果就 更不堪设想了。 虚警测试的测试示意图如下，测试车辆和背景车辆在不 同车道中行驶，观察各种工况下测试车辆 FCWS 的响应情况。 图 9 虚警测试 其测试工况如表 4 所示： 表 4 虚警测试工况 结果表明，采用 V2X 方案的 FCWS 在性能和稳定性上已达 到采用毫米波雷达方案的 FCWS 产品的水平，大大好于采用 摄像头方案的产品。由于自主式 FCWS 产品没有进行弯道工 况测试，因此没有数据可以进行对比。但是从技术实现的原 理来看，V2X 最大的优势应当就是此类非视距场景下的预 警。 图 10 CCRs 测试结果对比 图 11 CCRm 测试结果对比 图 12 CCRb 测试结果对比 6 结语 虚警测试的流程如下： 测试流程如下： （1）确保试验车与背景车 V2X 系统通信正常；确保高 精定位数据正常。 （2）试验车沿道路中心线以 72km/h 速度行驶，背景车 按照各工况所需速度行驶； （3）背景车执行工况所需操作。 （4）观测 FCWS 是否进行报警，如是，则测试失败。 （5） 试验结束。 5 测试结果 我们对基于 V2X 技术的 FCWS 产品进行了 4 种工况共 计 28 组测试，并与其他两种产品的测试结果进行了对比，其 （1）与自主式传感方式相比，V2X 受天气等环境的影 响较小[5]，决定性能和稳定性的关键就是通信的覆盖率、延 时、丢包率，以及相对位置和相对距离的算法。 （2）高精定位技术是 V2X 技术的左臂右膀，如果定位 不够精确，无法反映车辆的实际位置，那么其性能肯定大打 折扣。 （3）V2X 需要足够的装配率才能有效果，但是 V2X 设 备的普及还有很长的路要走，需要政府、企业、科研机构等 各方的联合推动。 （4）自主式感知和 V2X 方式均拥有各自的优点和缺点， 而两种传感器并不是竞争关系，融合是今后发展的大趋势。 自主传感器感知到的信息可以通过 V2X 方式广播出去，将极 大的扩大车辆的感知范围。 相对于自主式 FCW 系统，V2X 系统对感知的要求更为 17 

汽车实用技术 准确，为决策系统提供的数据更为精确可靠，因此在性能、 [2] 曾杰.客车 FCW 系统性能测试与评价[A].西南汽车信息（2017 年 可靠性的表现上更为优越。尤其是车辆环境复杂道路上，自 主感知系统受到障碍物遮挡时，V2X 的优越性有更大的体 现。 参考文献 第 11 期总第 380 期）[C].,2017:7. [3] 张迪思,祖晖,陈新海,王博思.V2X 及高精定位技术在试验场管理 中的应用研究[J].科技创新与应用,2018(10):14-17. [4] 张亚萍,权建刚,徐浩宇.V2X 测试环境搭建研究与分析[J].汽车工 业研究,2017(07):45-49. [1] 王培祥.客车主动安全:并不遥远的未来[J].商用汽车,2013(23):38 [5] 崔春宽,何少斌,李东浩,王崇阳,刘奎.77GHz 毫米波雷达传感器技 术研究[J].汽车实用技术,2018(01):17-20. -39. （上接第 11 页） 基于 ANSYS 有限元软件计算平台，在左右前车轮车轴位置 施加大小相等方向相反的载荷 3KN，左右后车轮车轴位置施 加全约束载荷，进行线性变密度拓扑优化计算。 统燃油汽车车架结构相比，具有自身特殊的结构特点。本文 基于 ANSYS 有限元软件计算平台，应用变密度法进行了新 能源汽车车架结构在弯曲、扭转工况下的拓扑优化初步设计， 得到了车架结构的最优载荷传递路径及车架空间结构型式。 然而，全新的新能源汽车车架结构设计尚处于初步阶段，尚 需要进一步开展研究工作。 参考文献 [1] 欧阳明高.中国新能源汽车的研发及展望[J].科技导报,2016,34 图 5 扭转工况下车架单元密度云图 （6）:13-20. 从图 5 扭转工况下车架结构单元密度计算结果可以看 出，车架结构形成了上、下两层结构，车架结构内部几乎没 [2] 王文伟,姜卫远,高丰岭,等.基于拓扑优化的电动汽车车身结构概 念设计[J].汽车安全与节能学报,2016,7(2):182-187. 有材料分布。而且车架结构为多个三角形组成的桁架型式， [3] 张鹏飞,董瑞强.拓扑优化在白车身概念设计中的应用[J].汽车技 具有较强的稳定性和抗扭特性。车架内部形成的空腔结构可 用于电池组的合理设计与安装。 3 结论 术,2010(7):55-58. [4] 谢伦杰,张维刚,常伟波等.基于 SIMP 理论的电动汽车车身多目标 拓扑优化[J].汽车工程,2013,35（7）:583-587. [5] 汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册:试验篇[M].北京:人民 新能源汽车车架由于承载质量较大电池组，其结构与传 交通出版社,2000:721-725. 18