基于雷達(dá)模擬器的ADAS仿真測試研究與應(yīng)用

【摘" 要】毫米波雷達(dá)加攝像頭融合的智能駕駛控制方案，對其信號級虛擬仿真測試驗(yàn)證具有一定難度。為此，文章基于雷達(dá)模擬器對ADAS仿真測試進(jìn)行研究及測試實(shí)踐應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】雷達(dá)模擬器；ADAS；仿真測試

中圖分類號：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）04-0071-03

Research and Application of ADAS Virtual Simulation Test Using Radar Simulator

SUN Yunxi，WANG Xicong，LIU Deli，GU Yuanye，WANG Shengxin

（FAW Bestune Car Co.，Ltd.，Changchun 130000，China）

【Abstract】There is a current situation that testing and verification using virtual simulation of signal level is difficult. For this purpose，this paper put forward a system to research and apply，which is the ADAS virtual simulation testing based on radar simulator.

【Key words】radar simulator；ADAS；simulation test

1" 引言

近些年配置高級駕駛輔助系統(tǒng)ADAS（Advanced Driving Assistant System）的汽車市場飛速增長，國內(nèi)外各大汽車零部件廠商的智能駕駛輔助產(chǎn)品相繼問世，如智能前視攝像頭、毫米波雷達(dá)、雷達(dá)攝像頭1R1V（1 Radar 1 Vision）融合等方案。智能駕駛輔助系統(tǒng)利用各種傳感器獲取車輛周圍的環(huán)境信息數(shù)據(jù)，通過控制算法決策控制車輛的加速、制動、轉(zhuǎn)向，包括自適應(yīng)巡航ACC（Adaptive Cruise Control）、自動緊急制動AEB（Authentic Emergency Brake）、橫向偏離預(yù)警LDW（Lane Departure Warning）、橫向保持輔助LKA（Lane Keeping Assist）等功能[1-2]。

目前大部分主機(jī)廠采用實(shí)車測試與虛擬仿真測試配合的手段，用虛擬仿真測試進(jìn)行實(shí)車無法完成的極限工況、故障碼、故障功能降級的驗(yàn)證，彌補(bǔ)實(shí)車測試的不足，提高測試覆蓋度[3-4]。但智能駕駛仿真測試仍然存在一定問題，如仿真模型精度、性能測試與實(shí)車匹配程度、仿真場景庫建設(shè)效率、費(fèi)用等問題[5]。

2" ADAS虛擬仿真測試系統(tǒng)搭建

本文搭建的ADAS虛擬仿真測試系統(tǒng)主要對當(dāng)前主流的1V1R雷達(dá)攝像頭融合的智能駕駛測試方案進(jìn)行研究。如圖1所示，毫米波雷達(dá)控制器FR（Front Radar）、智能前視攝像頭IFC（Intelligent Front Camera），作為硬件在環(huán)系統(tǒng)的被測電控單元，分別集成于雷達(dá)回波模擬器和視頻采集暗箱中。毫米波雷達(dá)控制器與攝像頭之間私有CAN（圖1中CAN2）連接，并將總線信號通過公有CAN（圖1中CAN1）發(fā)送至整車，系統(tǒng)通過CAN板卡實(shí)現(xiàn)真實(shí)ECU總線與車輛動力系模型、IO模型接口的匹配，將控制器的橫向、縱向控制信號反饋到車輛動力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)智能駕駛輔助控制。視頻采集暗箱負(fù)責(zé)為攝像頭提供車輛行駛的道路、天氣、交通（車、人）環(huán)境，雷達(dá)模擬器負(fù)責(zé)為毫米波雷達(dá)控制器提供本車與目標(biāo)之間的距離模擬、速度模擬、雷達(dá)散射截面RCS（Radar Cross Section）模擬和角度模擬。

3" 雷達(dá)回波模擬器原理

雷達(dá)模擬器通過天線將目標(biāo)電磁回波傳遞給雷達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)模擬[6]。雷達(dá)的探測波經(jīng)過路徑：雷達(dá)→模擬器接收天線→下變頻組件→接收射頻線纜→模擬單元→發(fā)射射頻線纜→上變頻組件→模擬器發(fā)射天線，最終形成返回波被雷達(dá)接收。目標(biāo)距離、速度、RCS模擬通過信號處理的方式實(shí)現(xiàn)，目標(biāo)角度模擬通過機(jī)械旋轉(zhuǎn)的方式實(shí)現(xiàn)。

3.1" 距離模擬

距離模擬用可變延遲線實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。多組光電開關(guān)（圖3）串聯(lián)在一起，每2個光電開關(guān)之間布置不同長度的延遲線，所有光電開關(guān)按照控制指令切換，不同的排列組合對應(yīng)不一樣總長度的延遲線。

3.2" 速度模擬

速度模擬采用多普勒頻移方案實(shí)現(xiàn)。雷達(dá)信號在模擬器中會先后經(jīng)過上變頻和下變頻，模擬器根據(jù)設(shè)置的速度值，額外將fd = 的多普勒頻類融合到回波中，如圖4所示。

3.3" RCS模擬

RCS模擬采用功率調(diào)制實(shí)現(xiàn)。目標(biāo)截面積RCS在目標(biāo)回波功率中體現(xiàn)，兩者成正比。模擬器中的數(shù)控衰減器可以調(diào)節(jié)目標(biāo)回波功率，從而實(shí)現(xiàn)RCS模擬，如圖5所示。

3.4" 角度模擬

角度模擬采用機(jī)械圓環(huán)轉(zhuǎn)臺（圖6）實(shí)現(xiàn)。根據(jù)雷達(dá)測角原理，目標(biāo)角度模擬無法通過信號處理方式實(shí)現(xiàn)，而是需要通過機(jī)械裝置旋轉(zhuǎn)改變模擬器天線和雷達(dá)的實(shí)際相對角度關(guān)系實(shí)現(xiàn)。另外，雷達(dá)模擬和測試需要在布滿吸波材料的屏蔽暗箱（圖7）內(nèi)完成，避免外界干擾。

屏蔽暗箱和機(jī)械圓環(huán)轉(zhuǎn)臺裝置介紹如下。

1）暗箱為圓桶型結(jié)構(gòu)，中部配置2層可運(yùn)動圓環(huán)。

2）每層圓環(huán)安裝一組射頻前端（上下變頻模塊和收發(fā)天線），對應(yīng)一個方向目標(biāo)模擬。

3）屏蔽暗箱內(nèi)壁粘貼吸波材料，圓環(huán)天線層采用平面型吸波材料，其余區(qū)域采用角錐型吸波材料。

4）每層圓環(huán)通過同步帶由伺服電機(jī)驅(qū)動，伺服驅(qū)動器采用EtherCAT方式通信，保證多電機(jī)之間運(yùn)動實(shí)時性。

5）雷達(dá)暗箱內(nèi)壁覆蓋吸波材料，機(jī)械運(yùn)動部件也進(jìn)行合理遮擋，能避免虛目標(biāo)。

6）雷達(dá)待測樣件到天線距離≥0.5m。

7）各天線能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)動，運(yùn)動最大角速度≥90°/s。

4" 虛擬仿真測試軟件

4.1" 車輛動力學(xué)及場景仿真軟件

Dyna4是德國TESIS公司開發(fā)的一款模塊化虛擬駕駛仿真軟件，2019年被Vector公司收購，致力于虛擬駕駛仿真領(lǐng)域所需的靜態(tài)環(huán)境仿真、動態(tài)環(huán)境仿真、測試環(huán)境集成和測試數(shù)據(jù)，提供高精度的車輛動力學(xué)模型，包括底盤系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)模型、冷卻系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，各模型中參數(shù)可通過圖形用戶界面快速設(shè)置。

根據(jù)車型裝備定義的整車參數(shù)見表1。

此外，軟件中還可添加車身周圍環(huán)境，如交通車輛、行人、動物、道路標(biāo)識等動靜態(tài)物體，也可改變外部天氣環(huán)境（雨、雪、霧），并可以通過三維動畫實(shí)時顯示車輛駕駛環(huán)境。其中，駕駛員輔助系統(tǒng)提供了交通、傳感器、道路、車道標(biāo)識、被測車輛的模擬與可視化顯示。

4.2" 試驗(yàn)管理軟件

VeriStand是美國NI公司針對仿真測試系統(tǒng)而開發(fā)的軟件環(huán)境，能夠配置模擬、數(shù)字板卡和基于FPGA板卡的硬件IO接口，能夠從Simulink建模環(huán)境中導(dǎo)入算法及仿真模型，也能夠利用測試交互界面在線修改參數(shù)，實(shí)時監(jiān)控測試運(yùn)行的情況。

5" 測試驗(yàn)證應(yīng)用

5.1" 縱向控制功能驗(yàn)證

5.1.1" AEB功能測試

本車以車速35km/h駛向前方靜止目標(biāo)，測試AEB制動減速過程。測試結(jié)果如圖8所示，測試曲線可以看出車輛AEB制動減速度最大值達(dá)到-8m/s2，并且剎停后仍能保持約2s的制動壓力，此測試結(jié)果與實(shí)車完全符合。

5.1.2" ACC功能測試

1）測試本車ACC跟停目標(biāo)車輛后，目標(biāo)起步的場景。測試結(jié)果如圖9所示，由測試曲線可知本車跟隨目標(biāo)車，距離下降至約4m時跟停，ACC控制本車在15s時起步加速，性能表現(xiàn)較好。

2）測試本車ACC定速行駛過程中前方車輛切入，本車識別到目標(biāo)車輛后減速的過程。測試結(jié)果如圖10所示，測試曲線可以看出本車在10.4s時識別到目標(biāo)車輛后ACC請求制動減速度，約11s時本車開始降低車速，能夠較好地控制與前方切入的目標(biāo)車輛的安全距離。

5.2" 橫向控制功能驗(yàn)證

工況設(shè)置為車速61km/h，車道線可識別，車輛初始位置位于兩側(cè)車道線正中間，左打方向盤轉(zhuǎn)角0.22°。

由圖11可知，車輛向左側(cè)車道線靠近，直至控制器進(jìn)行第1次糾偏控制，糾偏后繼續(xù)向左打方向盤，觸發(fā)了第2次糾偏并激發(fā)側(cè)向偏離預(yù)警；融合方案的側(cè)向控制為轉(zhuǎn)角控制，結(jié)合圖11d可知側(cè)向控制糾偏時目標(biāo)方向盤轉(zhuǎn)角與實(shí)際方向盤轉(zhuǎn)角曲線基本吻合，控制效果較好，車輛的側(cè)向運(yùn)動能夠按照控制器期望目標(biāo)執(zhí)行。

6" 結(jié)論

本文基于雷達(dá)模擬器建立的ADAS虛擬仿真測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對毫米波雷達(dá)的信號級仿真，解決了單雷達(dá)方案、雷達(dá)攝像頭1V1R融合方案的測試驗(yàn)證難題，并通過AEB、ACC、LKA典型工況進(jìn)行測試驗(yàn)證。測試結(jié)果顯示該虛擬仿真測試結(jié)果與實(shí)車測試結(jié)果十分貼近，仿真精度很高，測試驗(yàn)證效果較好，證明了系統(tǒng)的可行性及有效性，具有較好的應(yīng)用前景。

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（編輯" 楊凱麟）