ADAS軟目標(biāo)物SPT系統(tǒng)期間核查技術(shù)研究

摘 要：隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的測(cè)試需求也在迅速增長(zhǎng)。主動(dòng)安全軟目標(biāo)物是車(chē)輛高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)測(cè)試中的重要組成部分，它大幅提高了試驗(yàn)的安全性和效率。SPT系統(tǒng)可以賦予主動(dòng)安全目標(biāo)物運(yùn)動(dòng)的特性，能夠更加模擬真實(shí)交通參與者，有助于搭建更多測(cè)試工況。首先，對(duì)SPT系統(tǒng)期間核查的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題進(jìn)行分析。其次，針對(duì)上述問(wèn)題，提出了解決方法，并搭建了SPT系統(tǒng)期間核查裝置工程樣機(jī)軟硬件平臺(tái)。再次，提出了針對(duì)SPT系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)特性的評(píng)價(jià)方法。最后，對(duì)核查裝置工程樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證了其合理性與正確性。

關(guān)鍵詞：SPT系統(tǒng) 期間核查 評(píng)價(jià)方法 測(cè)試驗(yàn)證

1 緒論

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的飛速發(fā)展，汽車(chē)的主動(dòng)安全功能也日益豐富。AEB系統(tǒng)由于其能有效地避免或減少碰撞事故發(fā)生率和受傷率，是很多人購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)時(shí)的重要考慮因素。具備主動(dòng)安全功能的汽車(chē)產(chǎn)品測(cè)試離不開(kāi)主動(dòng)安全目標(biāo)物。主動(dòng)安全目標(biāo)物能有效地模擬道路交通環(huán)境中的人、自行車(chē)、踏板車(chē)及3D乘用車(chē)，從形狀尺寸到反射特性，目標(biāo)物與之保持高度一致性，從而保證了測(cè)試的有效性。目前，在主動(dòng)安全測(cè)試中，主動(dòng)安全目標(biāo)物的產(chǎn)品主要是引用國(guó)外相關(guān)目標(biāo)物產(chǎn)品，并通過(guò)SPT系統(tǒng)賦予其運(yùn)動(dòng)特性，能夠更加模擬真實(shí)交通參與者，有助于搭建更多測(cè)試工況[1-2]。

2 現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

2.1 現(xiàn)狀

SPT系統(tǒng)作為車(chē)輛ADAS測(cè)試系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，其動(dòng)態(tài)性能（主要體現(xiàn)在循跡循速性能）穩(wěn)定性是試驗(yàn)成功與否的關(guān)鍵。通過(guò)期間核查可以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的信心，保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠[3-4]。實(shí)驗(yàn)室一般對(duì)儀器進(jìn)行定期檢定或校準(zhǔn)，以保證其量值的溯源性，并加以必要的維護(hù)和保養(yǎng)，以保證設(shè)備的有效性和可靠性。因此，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為，只要對(duì)儀器進(jìn)行了定期檢定或校準(zhǔn)，儀器就是可靠的，出具的數(shù)據(jù)就是有效的，使儀器的期間核查成為實(shí)驗(yàn)室最易忽視也最不重視的環(huán)節(jié)。由于目前測(cè)試用的SPT系統(tǒng)多為國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中很難做到對(duì)其性能進(jìn)行期間核查（intermediate checks），在設(shè)備經(jīng)過(guò)出廠檢測(cè)后基本不會(huì)再定期進(jìn)行檢測(cè)[5-6]。

2.2 存在的問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)在SPT系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能穩(wěn)定性的期間核查方面還存在著一定空白，這會(huì)極大影響試驗(yàn)效率，還有可能影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一是各主機(jī)廠商、檢測(cè)機(jī)構(gòu)及科研機(jī)構(gòu)每年有大量輛汽車(chē)的ADAS測(cè)試，且數(shù)量還在逐年增長(zhǎng)，SPT系統(tǒng)在受到車(chē)輛撞擊、碾壓后其動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)特性無(wú)法保證，加之室外測(cè)試環(huán)境的高低溫、潮濕、塵土各種不利因素，容易導(dǎo)致其循跡循速性能的準(zhǔn)確性、可靠性的下降，需要對(duì)其定期進(jìn)行期間核查。

二是由于目前SPT系統(tǒng)大多沒(méi)有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互顯示功能或者人機(jī)交互界面不友好，導(dǎo)致即使在試驗(yàn)開(kāi)始初期其性能狀態(tài)就已不滿足要求，也需等整體試驗(yàn)完成后提取運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)后才能確定，造成了人力和時(shí)間上的浪費(fèi)；三是現(xiàn)階段想對(duì)SPT系統(tǒng)進(jìn)行性能標(biāo)定一般是通過(guò)對(duì)平臺(tái)慣性導(dǎo)航器件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室內(nèi)臺(tái)架標(biāo)定的方式來(lái)進(jìn)行，這種方式需要將慣導(dǎo)器件拆下并送往具有檢測(cè)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)才能進(jìn)行，檢定周期長(zhǎng)且費(fèi)用較高，且檢定結(jié)果只能針對(duì)慣導(dǎo)器件的準(zhǔn)確度，不能直接反映可導(dǎo)航移動(dòng)平臺(tái)的循跡循速性能。無(wú)法滿足各平臺(tái)用戶在兩次檢定之間的核查，特別是有多臺(tái)移動(dòng)平臺(tái)設(shè)備的，嚴(yán)重影響試驗(yàn)的可靠性和效率；四是目前沒(méi)有一種客觀高效的評(píng)價(jià)方法來(lái)對(duì)SPT系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)特性作出評(píng)價(jià)，導(dǎo)致對(duì)其的循跡循速性能是否滿足試驗(yàn)要求難以評(píng)判。

綜上所述，研究ADAS測(cè)試中SPT系統(tǒng)期間核查的關(guān)鍵技術(shù)，利用現(xiàn)有設(shè)備及外采硬件搭建SPT系統(tǒng)期間核查裝置工程樣機(jī)，用于論證核查裝置的可行性，優(yōu)化現(xiàn)有的核查方法，消除速度、位置、角度等運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)誤差，提高車(chē)輛ADAS試驗(yàn)的客觀性與準(zhǔn)確度[7-8]。

3 SPT系統(tǒng)期間核查裝置工程樣機(jī)搭建

3.1 概述

針對(duì)現(xiàn)有的對(duì)SPT系統(tǒng)的檢測(cè)方式無(wú)法滿足目前各汽車(chē)生產(chǎn)廠商的高頻次ADAS系統(tǒng)測(cè)試需求的問(wèn)題，建立了一種適用于SPT系統(tǒng)的核查裝置，SPT系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性分解圖如圖1所示。

3.2 硬件平臺(tái)

核查裝置經(jīng)安裝在SPT移動(dòng)平臺(tái)上，主要組成單元有位姿信息采集模組、通訊模組、電源模組、主控模組以及箱體。位姿信息采集模組主要采用GNSS/INS高精度慣性導(dǎo)航測(cè)量單元作為檢測(cè)模塊，在核查裝置工作過(guò)程中，負(fù)責(zé)對(duì)可導(dǎo)航移動(dòng)平臺(tái)的經(jīng)緯度信息、速度、加速度、角度、角速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量；通訊模組主要采用有線的方式，實(shí)現(xiàn)核查過(guò)程中位姿測(cè)量模組與主控模組之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互；電源模組由蓄電池組及穩(wěn)壓/調(diào)壓模塊組成，主要功能是給核查裝置內(nèi)的各組成單元供電，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行；主控模塊放于用戶操作處，用于接收解析可導(dǎo)航移動(dòng)平臺(tái)預(yù)設(shè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)文件以及核查過(guò)程中核查裝置中測(cè)量單元的測(cè)量數(shù)據(jù)，并根據(jù)評(píng)價(jià)算法進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算評(píng)價(jià)，生成評(píng)價(jià)報(bào)告在主控模組顯示器上顯示。系統(tǒng)硬件模塊組成圖如圖2所示。

核查裝置中位姿測(cè)量模組采用了慣性測(cè)量單元及GPS單元相融合的測(cè)量方法，能夠在所有測(cè)試環(huán)境中保證穩(wěn)定的性能和測(cè)量精度，其測(cè)量精度較目標(biāo)物自身測(cè)量精度能高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。主控模塊放于用戶操作處，用于接收解析目標(biāo)物核查過(guò)程中核查裝置中測(cè)量單元的測(cè)量數(shù)據(jù)，并根據(jù)評(píng)價(jià)算法進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算評(píng)價(jià)，將實(shí)時(shí)對(duì)比數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)結(jié)果在主控模組顯示器上顯示。SPT系統(tǒng)期間核查裝置工程樣機(jī)如圖3所示，其內(nèi)部硬件連接示意圖如圖4所示。

3.3 軟件平臺(tái)

SPT系統(tǒng)期間核查裝置工程樣機(jī)主要用于對(duì)SPT系統(tǒng)的期間核查測(cè)試，故而其軟件功能需具備以下三方面的功能。一是通訊功能，主要是核查裝置工程樣機(jī)的綜控端與數(shù)據(jù)采集端的通信，及RTK測(cè)量單元與上位機(jī)之間的通信；二是數(shù)據(jù)采集解析功能，主要是對(duì)RTK測(cè)量數(shù)據(jù)的讀取解析，并在上位機(jī)界面中顯示；三是對(duì)測(cè)量結(jié)果的計(jì)算評(píng)價(jià)功能，通過(guò)SPT系統(tǒng)的設(shè)定運(yùn)動(dòng)參數(shù)與實(shí)際測(cè)量出的運(yùn)動(dòng)參數(shù)通過(guò)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行計(jì)算，對(duì)該SPT系統(tǒng)是否滿足ADAS試驗(yàn)測(cè)試需求進(jìn)行評(píng)判。

3.4 評(píng)價(jià)方法

在通過(guò)測(cè)量單元對(duì)SPT系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的核心指標(biāo)參數(shù)采集過(guò)后，需要通過(guò)評(píng)價(jià)算法對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，來(lái)評(píng)定該系統(tǒng)在本次期間核查中是否合格。

為了SPT系統(tǒng)既能保證良好的運(yùn)行精度，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)，需要對(duì)目標(biāo)物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。本課題所設(shè)計(jì)的SPT系統(tǒng)的核查裝置提供了一套對(duì)SPT系統(tǒng)動(dòng)態(tài)（即時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）以及靜態(tài)（整體試驗(yàn)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）的兩種評(píng)價(jià)方法。

對(duì)SPT系統(tǒng)動(dòng)態(tài)誤差評(píng)價(jià)計(jì)算表達(dá)式如下式所示：

其中，G為誤差率，v（i）為速度測(cè)量值，v（s）為速度預(yù)設(shè)值，n為采樣點(diǎn)數(shù)。

通過(guò)G的值可以代表SPT系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度的實(shí)時(shí)波動(dòng)程度，G的值越小，則代表目標(biāo)物運(yùn)動(dòng)越穩(wěn)定，性能越好。一般認(rèn)為G的值小于0.5即可代表該系統(tǒng)能夠滿足試驗(yàn)要求。

而對(duì)于SPT系統(tǒng)靜態(tài)評(píng)價(jià)，我們將位置精度與角度精度作為SPT系統(tǒng)的尋跡能力的表征方式，整體偏差的計(jì)算表達(dá)式如下式所示：

其中，F(xiàn)為試驗(yàn)的整體偏差，ex是位置偏差，eθ是偏航角度偏差，n是采樣點(diǎn)數(shù)。F的值越小則證明當(dāng)次試驗(yàn)SPT系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性性能越好。一般認(rèn)為F的值小于0.8即可代表該系統(tǒng)能夠滿足試驗(yàn)要求。

3.5 期間核查裝置工作流程

核查裝置的系統(tǒng)工作流程為：

（1）將核查裝置工程樣機(jī)的測(cè)試端及數(shù)據(jù)采集端固定安裝在SPT平臺(tái)上；

（2）連接通信線束，接通電源，系統(tǒng)初始化，各單元建立通信連接；

（3）輸入SPT系統(tǒng)預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；

（4）期間核查開(kāi)始，測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在主控模組顯示屏上；

（5）測(cè)試結(jié)束后，根據(jù)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行計(jì)算，生成評(píng)價(jià)報(bào)告；

流程圖如下圖所示。

4 試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證

在完成期間核查裝置工程樣機(jī)的搭建后，對(duì)其性能進(jìn)行試驗(yàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試工況為ADAS測(cè)試中最常用的15km/h的速度。為了更好地顯示數(shù)據(jù)曲線，只截取了達(dá)到設(shè)定后的數(shù)據(jù)，如圖６所示。

通過(guò)3.4節(jié)中給出的評(píng)價(jià)方法，可以計(jì)算出該SPT系統(tǒng)的G值為0.45，F(xiàn)值為0.32，表明其運(yùn)動(dòng)精度能夠滿足ADAS測(cè)試需求

5 結(jié)論

本文針對(duì)目前ADAS軟目標(biāo)物SPT系統(tǒng)期間核查需求，研究了期間核查方法并搭建了核查裝置工程樣機(jī)，具體如下：

（1）對(duì)SPT系統(tǒng)期間核查的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題進(jìn)行分析。

（2）針對(duì)現(xiàn)存問(wèn)題，提出了解決方法，并搭建了SPT系統(tǒng)期間核查裝置工程樣機(jī)軟硬件平臺(tái)。

（3）提出了針對(duì)SPT系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)特性的評(píng)價(jià)方法。

（4）對(duì)核查裝置工程樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證了其合理性與正確性。

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