智能網(wǎng)聯(lián)汽車整車性能測試場景研究

馬兵兵 郭剛 薛亮 冷粵

【摘? 要】通過分析影響車載傳感器工作性能的主要?dú)庀髼l件因素，進(jìn)而構(gòu)建出影響智能網(wǎng)聯(lián)汽車性能的氣象因素，并給出場景特征及主要控制指標(biāo)。

【Abstract】Through analyzing the main meteorological conditions that affect the performance of vehicle sensors， the meteorological factors that affect the performance of intelligent network-connected vehicles are constructed， the scene features and main control indexes are given.

【關(guān)鍵詞】智能網(wǎng)聯(lián)汽車;氣象條件;場景控制指標(biāo)

【Keywords】intelligent networked automobile; meteorological conditions; scene control index

【中圖分類號(hào)】F407.471? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）08-0102-02

1 引言

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展能夠提高交通效率，解決能源短缺、環(huán)境污染、交通擁堵等諸多難題。2018年4月12日，工業(yè)和信息化部、公安部、交通運(yùn)輸部聯(lián)合發(fā)布《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試管理規(guī)范（試行）》，對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試的申請(qǐng)、審核、管理進(jìn)行了規(guī)范，并對(duì)試驗(yàn)準(zhǔn)駕人和試驗(yàn)樣車進(jìn)行了特殊要求。按照《規(guī)范》要求，測試車輛應(yīng)在封閉道路、場地等特定區(qū)域進(jìn)行充分的實(shí)車測試，并由國家或省市認(rèn)可的第三方檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測驗(yàn)證，確認(rèn)其具備進(jìn)行道路測試的條件，方可申請(qǐng)進(jìn)行自動(dòng)駕駛道路測試。然而，目前各測試示范區(qū)測試功能大同小異，多集中于研發(fā)階段的道路外場常規(guī)測試，自動(dòng)駕駛功能測試場景選擇均為最基本道路類型、最常見交通標(biāo)識(shí)、最普遍車輛行駛狀態(tài)等，旨在確保自動(dòng)駕駛車輛的基本行駛功能，而未有針對(duì)復(fù)雜氣象條件下的智能網(wǎng)聯(lián)汽車性能測試方法及流程，不能更好地保障車輛在復(fù)雜環(huán)境中行駛的安全及可靠性。但在智能網(wǎng)聯(lián)實(shí)際測試過程中面臨的工況場景是非常復(fù)雜的，智能網(wǎng)聯(lián)汽車想要正式推廣運(yùn)行必須進(jìn)行嚴(yán)格全面的測試才能保證智能網(wǎng)聯(lián)汽車的實(shí)際使用推廣的安全性。

因此，結(jié)合當(dāng)前行業(yè)測試需求，開展復(fù)雜氣象條件下智能網(wǎng)聯(lián)汽車性能的相關(guān)測試工作研究具有重要意義。

第一，加快智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)的發(fā)展。氣象場景作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車在開放道路或封閉道路測試中很少遇到的特殊狀況，對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的安全性影響尤為顯著。通過分析智能網(wǎng)聯(lián)汽車在復(fù)雜氣象條件下的性能狀況，有利于行業(yè)數(shù)據(jù)比對(duì)以及數(shù)據(jù)庫的建立，推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)的發(fā)展。

第二，滿足企業(yè)對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車可靠性測評(píng)的迫切需求。各主機(jī)廠和部件供應(yīng)商對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關(guān)的測試關(guān)注度越來越高，但目前測試多集中于研發(fā)階段的道路外場測試，尚未有專門針對(duì)復(fù)雜氣象條件下智能網(wǎng)聯(lián)汽車的可靠性測試，無法滿足企業(yè)對(duì)車輛功能、安全、可靠性等全方位的測試評(píng)價(jià)需求，這限制了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的推廣應(yīng)用。

第三，支撐智能網(wǎng)聯(lián)測試標(biāo)準(zhǔn)建立。通過研究過程及測試結(jié)果，提取測試類信息功能的重要性能指標(biāo)，分析不同復(fù)雜氣象條件下的車輛性能，從而形成復(fù)雜氣象條件下的智能網(wǎng)聯(lián)汽車性能測試方法及流程，為我國汽車行業(yè)的法規(guī)及行業(yè)政策的制定提供技術(shù)基礎(chǔ)。

2 氣象條件對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器的影響分析

氣象條件作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車在開放道路或封閉道路測試中很少遇到的特殊狀況，對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的安全性影響尤為顯著。通過分析智能網(wǎng)聯(lián)汽車在復(fù)雜氣象條件下的性能狀況，有利于行業(yè)數(shù)據(jù)比對(duì)以及數(shù)據(jù)庫的建立，推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)的發(fā)展。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車感知模塊主要依賴于毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、慣導(dǎo)設(shè)備、V2X、GPS、車載攝像頭等多種傳感器。如果感知模塊受氣象條件影響較大，這將直接影響智能網(wǎng)聯(lián)汽車的性能。因此，通過環(huán)境箱對(duì)各個(gè)傳感器在不同氣象條件下的性能進(jìn)行測試分析，可得出影響智能網(wǎng)聯(lián)汽車性能的關(guān)鍵氣象因素。

第一，激光雷達(dá)波長短，可發(fā)射發(fā)散角非常小的激光束，能夠直接獲取目標(biāo)的速度、距離、角度及反射強(qiáng)度等信息，生成目標(biāo)的多維度圖像，具有極高的距離分辨率、角分辨率和速度分辨率。但在雨、霧、霾等能見度低的惡劣天氣里，激光的衰減十分嚴(yán)重，傳播距離也大大受到限制。通過環(huán)境模擬試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，如工作波長為10.6μm的co2激光雷達(dá)，在大雨下的衰減量是晴天的2～8倍。與此同時(shí)，大氣環(huán)流還會(huì)使激光光束發(fā)生畸變、抖動(dòng)，直接影響激光雷達(dá)的測量精度。

第二，攝像頭傳感器分辨率高、障礙物種類識(shí)別精確，能捕捉物體形狀及細(xì)節(jié)，擅長對(duì)復(fù)雜駕駛環(huán)境的分析和處理，生產(chǎn)成本適用于普及推廣、成本低、功能齊全，但是攝像頭受光照環(huán)境、雨雪天氣影響較大，攝像頭在暴雨、強(qiáng)光照射、光度瞬變等氣象環(huán)境下，視頻畫像會(huì)出現(xiàn)模糊、畸變等問題。

第三，車載毫米波雷達(dá)通過天線向外發(fā)射毫米波，接收目標(biāo)反射信號(hào)，經(jīng)后方處理后快速準(zhǔn)確地獲取汽車車身周圍的物理環(huán)境信息，然后根據(jù)所探知的物體信息進(jìn)行目標(biāo)追蹤和識(shí)別分類，最終通過中央處理單元（ECU）進(jìn)行智能處理。毫米波雷達(dá)穩(wěn)定的探測性能，不受被測物體表面形狀、顏色等的影響，對(duì)大氣紊流、氣渦、雜聲等適應(yīng)性強(qiáng)，其與激光雷達(dá)有相似的工作原理，受雨、霧等氣象環(huán)境影響較大。

第四，超聲波雷達(dá)的能量消耗較緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離比較遠(yuǎn)，穿透性強(qiáng)，測距的方法簡單，成本低。但其傳輸速度和傳輸距離也受天氣影響較大，尤其是雨天時(shí)，不能精確測距。

第五，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是利用陀螺儀和加速度計(jì)這兩種慣性傳感器，通過測量載體加速度和角速度而實(shí)現(xiàn)的自主式導(dǎo)航方法。系統(tǒng)的性能由傳感器噪聲、偏差、比例因子和系統(tǒng)校準(zhǔn)決定，采樣率高、運(yùn)算速度快，其只用內(nèi)部傳感器就可以得到測量數(shù)據(jù)，不需要任何外界幫助，因此，慣性導(dǎo)航設(shè)備受天氣影響較小。

第六，利用V2X車聯(lián)網(wǎng)，車輛可以獲取周圍環(huán)境的未知參數(shù)以及附近車輛的運(yùn)行狀態(tài)，然后車載端主動(dòng)安全算法將處理所獲取的信息，并按照優(yōu)先級(jí)對(duì)信息進(jìn)行分類，對(duì)可能發(fā)生的危險(xiǎn)情景進(jìn)行預(yù)警，緊急情況下可以利用車輛執(zhí)行端對(duì)車輛進(jìn)行控制從而規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。以上可知，V2X在電磁環(huán)境下會(huì)受到干擾，但V2X 是唯一不受天氣狀況影響的車用傳感技術(shù)，無論雨、霧或強(qiáng)光照射都不會(huì)影響其正常工作。

根據(jù)上述分析及統(tǒng)計(jì)，影響智能網(wǎng)聯(lián)汽車各關(guān)鍵傳感器的主要?dú)庀笠蛩厝绫?所示。

3 氣象條件對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車整車性能的影響分析

根據(jù)上述分析及測試驗(yàn)證結(jié)果，雨、霧、雪、光照等不同的工況環(huán)境將對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車整車性能造成不同的影響，主要為測量精度降低、測距誤差變大、視頻畫質(zhì)變差、交通標(biāo)示信息識(shí)別錯(cuò)誤等問題，這將直接降低智能網(wǎng)聯(lián)汽車的整車性能，甚至影響智能網(wǎng)聯(lián)汽車的正常行駛，造成交通事故的發(fā)生。

通過定量及定性分析，結(jié)合現(xiàn)實(shí)用戶工況歸納分類，場景的設(shè)計(jì)主要用于模擬雨、霧、光照及多種融合天氣等環(huán)境狀態(tài)，以便車輛在特定標(biāo)準(zhǔn)化的氣象場景中進(jìn)行測試驗(yàn)證。根據(jù)不同天氣情況的氣象等級(jí)，即可確定淋雨頭、霧化碰頭、照射燈等相關(guān)場景的詳細(xì)設(shè)計(jì)參數(shù)，得出不同的搭建場景及其控制指標(biāo)，如表2所示。

4 結(jié)論

通過分析不同氣象條件對(duì)各個(gè)車載傳感器的性能影響，研究影響智能網(wǎng)聯(lián)汽車性能的氣象條件特征，提出相應(yīng)的氣象測試場景及其控制指標(biāo)，為下一步復(fù)雜氣象條件的場景搭建、復(fù)雜氣象條件下智能網(wǎng)聯(lián)汽車的性能分析方法研究提供了依據(jù)，具有重要意義。

【作者簡介】馬兵兵（1987-），男，河南汝州人，工程師，從事汽車與關(guān)鍵部件的檢測與認(rèn)證研究。