ADAS軟目標物SPT系統(tǒng)期間核查技術(shù)研究

摘 要：隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的快速發(fā)展，對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的測試需求也在迅速增長。主動安全軟目標物是車輛高級駕駛輔助系統(tǒng)測試中的重要組成部分，它大幅提高了試驗的安全性和效率。SPT系統(tǒng)可以賦予主動安全目標物運動的特性，能夠更加模擬真實交通參與者，有助于搭建更多測試工況。首先，對SPT系統(tǒng)期間核查的現(xiàn)狀及存在的問題進行分析。其次，針對上述問題，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軟硬件平臺。再次，提出了針對SPT系統(tǒng)動態(tài)運動特性的評價方法。最后，對核查裝置工程樣機進行了測試驗證試驗，驗證了其合理性與正確性。

關(guān)鍵詞：SPT系統(tǒng) 期間核查 評價方法 測試驗證

1 緒論

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的飛速發(fā)展，汽車的主動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，是很多人購買汽車時的重要考慮因素。具備主動安全功能的汽車產(chǎn)品測試離不開主動安全目標物。主動安全目標物能有效地模擬道路交通環(huán)境中的人、自行車、踏板車及3D乘用車，從形狀尺寸到反射特性，目標物與之保持高度一致性，從而保證了測試的有效性。目前，在主動安全測試中，主動安全目標物的產(chǎn)品主要是引用國外相關(guān)目標物產(chǎn)品，并通過SPT系統(tǒng)賦予其運動特性，能夠更加模擬真實交通參與者，有助于搭建更多測試工況[1-2]。

2 現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 現(xiàn)狀

SPT系統(tǒng)作為車輛ADAS測試系統(tǒng)中的一個重要組成部分，其動態(tài)性能（主要體現(xiàn)在循跡循速性能）穩(wěn)定性是試驗成功與否的關(guān)鍵。通過期間核查可以增強實驗室的信心，保證檢測數(shù)據(jù)的準確可靠[3-4]。實驗室一般對儀器進行定期檢定或校準，以保證其量值的溯源性，并加以必要的維護和保養(yǎng)，以保證設(shè)備的有效性和可靠性。因此，大多數(shù)實驗室認為，只要對儀器進行了定期檢定或校準，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驗室最易忽視也最不重視的環(huán)節(jié)。由于目前測試用的SPT系統(tǒng)多為國外進口產(chǎn)品，在長期的使用過程中很難做到對其性能進行期間核查（intermediate checks），在設(shè)備經(jīng)過出廠檢測后基本不會再定期進行檢測[5-6]。

2.2 存在的問題

目前國內(nèi)在SPT系統(tǒng)動態(tài)性能穩(wěn)定性的期間核查方面還存在著一定空白，這會極大影響試驗效率，還有可能影響試驗的準確性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

一是各主機廠商、檢測機構(gòu)及科研機構(gòu)每年有大量輛汽車的ADAS測試，且數(shù)量還在逐年增長，SPT系統(tǒng)在受到車輛撞擊、碾壓后其動態(tài)運動特性無法保證，加之室外測試環(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確性、可靠性的下降，需要對其定期進行期間核查。

二是由于目前SPT系統(tǒng)大多沒有實時數(shù)據(jù)交互顯示功能或者人機交互界面不友好，導(dǎo)致即使在試驗開始初期其性能狀態(tài)就已不滿足要求，也需等整體試驗完成后提取運動狀態(tài)參數(shù)后才能確定，造成了人力和時間上的浪費；三是現(xiàn)階段想對SPT系統(tǒng)進行性能標定一般是通過對平臺慣性導(dǎo)航器件進行實驗室內(nèi)臺架標定的方式來進行，這種方式需要將慣導(dǎo)器件拆下并送往具有檢測資質(zhì)的機構(gòu)才能進行，檢定周期長且費用較高，且檢定結(jié)果只能針對慣導(dǎo)器件的準確度，不能直接反映可導(dǎo)航移動平臺的循跡循速性能。無法滿足各平臺用戶在兩次檢定之間的核查，特別是有多臺移動平臺設(shè)備的，嚴重影響試驗的可靠性和效率；四是目前沒有一種客觀高效的評價方法來對SPT系統(tǒng)的動態(tài)運動特性作出評價，導(dǎo)致對其的循跡循速性能是否滿足試驗要求難以評判。

綜上所述，研究ADAS測試中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，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、角度等運動學(xué)指標誤差，提高車輛ADAS試驗的客觀性與準確度[7-8]。

3 SPT系統(tǒng)期間核查裝置工程樣機搭建

3.1 概述

針對現(xiàn)有的對SPT系統(tǒng)的檢測方式無法滿足目前各汽車生產(chǎn)廠商的高頻次ADAS系統(tǒng)測試需求的問題，建立了一種適用于SPT系統(tǒng)的核查裝置，SPT系統(tǒng)的運動特性分解圖如圖1所示。

3.2 硬件平臺

核查裝置經(jīng)安裝在SPT移動平臺上，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)航測量單元作為檢測模塊，在核查裝置工作過程中，負責對可導(dǎo)航移動平臺的經(jīng)緯度信息、速度、加速度、角度、角速度等運動參數(shù)進行測量；通訊模組主要采用有線的方式，實現(xiàn)核查過程中位姿測量模組與主控模組之間的實時數(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)的正常運行；主控模塊放于用戶操作處，用于接收解析可導(dǎo)航移動平臺預(yù)設(shè)運動參數(shù)文件以及核查過程中核查裝置中測量單元的測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)評價算法進行實時計算評價，生成評價報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。

核查裝置中位姿測量模組采用了慣性測量單元及GPS單元相融合的測量方法，能夠在所有測試環(huán)境中保證穩(wěn)定的性能和測量精度，其測量精度較目標物自身測量精度能高一個數(shù)量級以上。主控模塊放于用戶操作處，用于接收解析目標物核查過程中核查裝置中測量單元的測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)評價算法進行實時計算評價，將實時對比數(shù)據(jù)和評價結(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

SPT系統(tǒng)期間核查裝置工程樣機主要用于對SPT系統(tǒng)的期間核查測試，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的綜控端與數(shù)據(jù)采集端的通信，及RTK測量單元與上位機之間的通信；二是數(shù)據(jù)采集解析功能，主要是對RTK測量數(shù)據(jù)的讀取解析，并在上位機界面中顯示；三是對測量結(jié)果的計算評價功能，通過SPT系統(tǒng)的設(shè)定運動參數(shù)與實際測量出的運動參數(shù)通過評價方法進行計算，對該SPT系統(tǒng)是否滿足ADAS試驗測試需求進行評判。

3.4 評價方法

在通過測量單元對SPT系統(tǒng)運動的核心指標參數(shù)采集過后，需要通過評價算法對相應(yīng)參數(shù)進行計算分析，來評定該系統(tǒng)在本次期間核查中是否合格。

為了SPT系統(tǒng)既能保證良好的運行精度，同時又能實現(xiàn)平穩(wěn)地運動，需要對目標物的運動狀態(tài)進行綜合評價。本課題所設(shè)計的SPT系統(tǒng)的核查裝置提供了一套對SPT系統(tǒng)動態(tài)（即時運動狀態(tài)）以及靜態(tài)（整體試驗過程中運動狀態(tài)）的兩種評價方法。

對SPT系統(tǒng)動態(tài)誤差評價計算表達式如下式所示：

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

通過G的值可以代表SPT系統(tǒng)運動過程中速度的實時波動程度，G的值越小，則代表目標物運動越穩(wěn)定，性能越好。一般認為G的值小于0.5即可代表該系統(tǒng)能夠滿足試驗要求。

而對于SPT系統(tǒng)靜態(tài)評價，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，整體偏差的計算表達式如下式所示：

其中，F(xiàn)為試驗的整體偏差，ex是位置偏差，eθ是偏航角度偏差，n是采樣點數(shù)。F的值越小則證明當次試驗SPT系統(tǒng)的運動特性性能越好。一般認為F的值小于0.8即可代表該系統(tǒng)能夠滿足試驗要求。

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的測試端及數(shù)據(jù)采集端固定安裝在SPT平臺上；

（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)的運動參數(shù)；

（4）期間核查開始，測試數(shù)據(jù)實時顯示在主控模組顯示屏上；

（5）測試結(jié)束后，根據(jù)評價方法進行計算，生成評價報告；

流程圖如下圖所示。

4 試驗測試驗證

在完成期間核查裝置工程樣機的搭建后，對其性能進行試驗場測試。測試工況為ADAS測試中最常用的15km/h的速度。為了更好地顯示數(shù)據(jù)曲線，只截取了達到設(shè)定后的數(shù)據(jù)，如圖６所示。

通過3.4節(jié)中給出的評價方法，可以計算出該SPT系統(tǒng)的G值為0.45，F(xiàn)值為0.32，表明其運動精度能夠滿足ADAS測試需求

5 結(jié)論

本文針對目前ADAS軟目標物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，具體如下：

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

（2）針對現(xiàn)存問題，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軟硬件平臺。

（3）提出了針對SPT系統(tǒng)動態(tài)運動特性的評價方法。

（4）對核查裝置工程樣機進行了測試驗證試驗，驗證了其合理性與正確性。

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