ADAS 試驗(yàn)用電動(dòng)自行車目標(biāo)物RCS值測(cè)量方法研究

摘要：高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）因其獨(dú)有的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）測(cè)試及其他自動(dòng)駕駛的測(cè)試中。研究了ADAS試驗(yàn)用電動(dòng)自行車目標(biāo)物雷達(dá)散射截面值的測(cè)量方法，主要內(nèi)容包括背景介紹、測(cè)量環(huán)境要求、目標(biāo)物尺寸測(cè)量和雷達(dá)散射截面值測(cè)量，并給出實(shí)際測(cè)量結(jié)果。研究結(jié)論可為電動(dòng)自行車目標(biāo)物的開發(fā)和使用提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：ADAS試驗(yàn)用電動(dòng)自行車目標(biāo)物;尺寸測(cè)量;雷達(dá)反射截面積

中圖分類號(hào)：U467" 收稿日期：2024-12-18

DOI：1019999/jcnki1004-0226202502017

1 前言

高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）試驗(yàn)用電動(dòng)自行車目標(biāo)物是一種專門為了測(cè)試車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）系統(tǒng)及其他自動(dòng)駕駛功能而設(shè)計(jì)的一款測(cè)試裝置，具有高度仿真、靈活可控、耐碰撞測(cè)試、快速恢復(fù)等特點(diǎn)[1-2]。電動(dòng)自行車目標(biāo)物在幾何尺寸、外觀形狀等方面與真實(shí)電動(dòng)自行車高度一致[3]，能夠模擬真實(shí)電動(dòng)自行車的視覺特性，具備與真實(shí)電動(dòng)自行車相似的雷達(dá)散射截面（RCS），確保在雷達(dá)測(cè)試中能夠被準(zhǔn)確識(shí)別。目標(biāo)物的車輪可運(yùn)動(dòng)，并且與車速同步，能夠在測(cè)試中模擬電動(dòng)自行車的不同行駛狀態(tài)，部分目標(biāo)物還具備遙控功能，可以在測(cè)試過程中根據(jù)需要調(diào)整其行駛軌跡和速度。采用高強(qiáng)度材料制作，能夠承受一定速度的碰撞沖擊，確保在測(cè)試中能夠穩(wěn)定、可靠地工作。在碰撞測(cè)試后，目標(biāo)物能夠快速重新搭建恢復(fù)，提高測(cè)試效率。

ADAS試驗(yàn)用電動(dòng)自行車目標(biāo)物被廣泛應(yīng)用于車輛AEB測(cè)試及其他自動(dòng)駕駛測(cè)試中。在車輛直行過程中，目標(biāo)物被用來模擬前方近端被遮擋的穿行電動(dòng)自行車或前方縱向行駛的電動(dòng)自行車，測(cè)試車輛的AEB系統(tǒng)是否能夠及時(shí)識(shí)別并作出反應(yīng)，從而評(píng)估AEB系統(tǒng)在不同速度、不同距離下的制動(dòng)性能和避撞能力[4]。在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的測(cè)試中，電動(dòng)自行車目標(biāo)物可用于評(píng)估系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜交通環(huán)境中電動(dòng)自行車的識(shí)別與應(yīng)對(duì)能力，測(cè)試自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的決策算法和路徑規(guī)劃能力。

RCS值是ADAS試驗(yàn)用電動(dòng)自行車目標(biāo)物的一項(xiàng)重要指標(biāo)，用以度量目標(biāo)物在毫米波雷達(dá)照射下所產(chǎn)生回波的強(qiáng)度[5]，其關(guān)系到目標(biāo)物是否能夠準(zhǔn)確模擬真實(shí)電動(dòng)自行車的各種特性，繼而影響測(cè)試中車輛對(duì)電動(dòng)自行車的識(shí)別與反應(yīng)能力的評(píng)估。

本文主要研究ADAS試驗(yàn)用電動(dòng)自行車目標(biāo)物RCS值的測(cè)量方法，主要介紹目標(biāo)物測(cè)量環(huán)境要求、尺寸測(cè)量方法和RCS值測(cè)量方法，并給出實(shí)際測(cè)量結(jié)果。

2 測(cè)量方法研究

21 測(cè)量環(huán)境要求

為了更好地探究電動(dòng)自行車目標(biāo)物的性能，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，環(huán)境條件應(yīng)盡量與二輪車自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試的條件相符。根據(jù)C—NCAP 2024中要求，試驗(yàn)路面要干燥、表面無可見水分、平整、堅(jiān)實(shí)，峰值附著系數(shù)大于09，確保雷達(dá)載體系統(tǒng)在運(yùn)行過程中角度不會(huì)發(fā)生太大偏差，給測(cè)量結(jié)果帶來影響。在距離試驗(yàn)路徑中心線兩側(cè)4 m范圍內(nèi)、試驗(yàn)結(jié)束點(diǎn)前方30 m的試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)不應(yīng)有可能引發(fā)傳感器異常工作的其他設(shè)備、高速公路設(shè)施、障礙物、人或是其他突出物，防止其他物體的反射雷達(dá)波造成測(cè)量結(jié)果偏差。

除需要滿足上述要求外，為保證校準(zhǔn)結(jié)果的可靠性，需要選擇合適的環(huán)境條件。在測(cè)量電動(dòng)自行車目標(biāo)物時(shí)，盡可能在溫度為10～40 ℃、相對(duì)濕度為10%～70%條件下測(cè)量，沒有降水、降雪等情況，防止極端溫度對(duì)電動(dòng)自行車目標(biāo)物帶來?yè)p傷。在測(cè)量RCS參數(shù)時(shí)，應(yīng)在風(fēng)速不大于10 m/s的條件下進(jìn)行，以免電動(dòng)自行車目標(biāo)物傾斜，影響RCS。

22 目標(biāo)物尺寸測(cè)量方法

根據(jù)C—NCAP 2024要求，電動(dòng)自行車目標(biāo)物的外觀應(yīng)符合GB 17761—2018《電動(dòng)自行車安全技術(shù)規(guī)范》的要求。測(cè)量前，應(yīng)先對(duì)目標(biāo)物的外觀進(jìn)行初步的檢查，判斷目標(biāo)物的外觀是否完好。確定完好無損后，使用鋼卷尺或同等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器具，配合直角夾板等輔助設(shè)備，分別對(duì)目標(biāo)物的相應(yīng)部件的外形尺寸進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量，測(cè)得相關(guān)尺寸參量。

23 RCS的測(cè)量

在進(jìn)行RCS測(cè)量前，需使用角反射器（已校準(zhǔn)）在距離電動(dòng)自行車目標(biāo)物距離40 m處進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)量，角反射器的安裝高度為1 m，確認(rèn)角反射器的誤差不大于±5 dBsm。

選定電動(dòng)自行車目標(biāo)物朝向相對(duì)于車輛的方向?yàn)?°，順時(shí)針為正向，逆時(shí)針為負(fù)向。選擇0°、45°、90°、135°、180°、270°為校準(zhǔn)點(diǎn)，將雷達(dá)載體系統(tǒng)從距離電動(dòng)自行車目標(biāo)物40 m處以固定的角度、25 km/h的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)（在運(yùn)動(dòng)過程中，應(yīng)無明顯的沖擊性加減速情況出現(xiàn)，以免對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響），讀取并記錄RCS在不同距離處的均值。每個(gè)測(cè)量點(diǎn)處重復(fù)測(cè)量5次，取5次的平均值作為最終結(jié)果，觀察其是否在符合范圍內(nèi)。根據(jù)ISO 19206系列標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于目標(biāo)物雷達(dá)反射截面積的規(guī)定，畫出雷達(dá)反射截面積隨距離變化的上下限，若實(shí)際測(cè)得目標(biāo)物雷達(dá)反射截面積在上下限范圍內(nèi)，則該目標(biāo)物RCS值合格。

3 實(shí)際測(cè)量結(jié)果

31 測(cè)量場(chǎng)地

選擇天津市西青智能網(wǎng)聯(lián)測(cè)試場(chǎng)中一片空地進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)，將電動(dòng)自行車目標(biāo)物按操作說明正確擺放，頭部朝向地理位置的正北方向，便于雷達(dá)小車確定行進(jìn)方向及測(cè)量角度，如圖1所示。此外，須確保場(chǎng)地周圍至少50 m內(nèi)應(yīng)無障礙物，以免對(duì)RCS值測(cè)量帶來影響。

32 尺寸測(cè)量結(jié)果

按照12中的方法，使用鋼卷尺配合直角尺等設(shè)備，對(duì)擺放好的電動(dòng)自行車進(jìn)行尺寸測(cè)量。在室外測(cè)量可防止室內(nèi)外溫差引起的材料輕微形變對(duì)目標(biāo)物尺寸的影響。測(cè)量結(jié)果如表1所示?？梢钥闯?，目標(biāo)物各部分尺寸均在允許范圍內(nèi)，可繼續(xù)進(jìn)行RCS值的測(cè)量。

33 RCS測(cè)量結(jié)果

按照13中的方法，對(duì)電動(dòng)自行車目標(biāo)物進(jìn)行RCS值測(cè)量。

首先，將載有雷達(dá)發(fā)射及接收終端的小車放置在距離電動(dòng)自行車目標(biāo)物50 m處，并使其與目標(biāo)物處于同一水平線上，雷達(dá)發(fā)射器正對(duì)目標(biāo)物。

然后，利用小車自帶的定位及控制系統(tǒng)，使其以25 km/h的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)，距離目標(biāo)物5 m時(shí)自動(dòng)停止，重復(fù)測(cè)量3次，再換下一個(gè)角度，直至測(cè)完180°。

各角度下RCS值隨距離的變化曲線如圖2～圖8所示，黃色線條代表第一次測(cè)量結(jié)果，綠色代表第二次測(cè)量結(jié)果，紫色代表第三次測(cè)量結(jié)果，橙色代表三次測(cè)量結(jié)果的平均值，最上和最下兩條曲線為上下限值?？梢钥吹?，各角度處的三次測(cè)量曲線基本一致，說明測(cè)量重復(fù)性較好，測(cè)量結(jié)果可靠。隨著與目標(biāo)物距離的增加，RCS測(cè)得值整體呈上升趨勢(shì)，且測(cè)量值及其平均值均在上下限值范圍內(nèi)，說明該目標(biāo)物RCS值合格。

4 結(jié)語(yǔ)

ADAS試驗(yàn)用電動(dòng)自行車目標(biāo)物的RCS值測(cè)量對(duì)評(píng)估測(cè)試中車輛對(duì)電動(dòng)自行車的識(shí)別與反應(yīng)能力具有重要意義。本文重點(diǎn)介紹了ADAS試驗(yàn)用電動(dòng)自行車目標(biāo)物尺寸及RCS值測(cè)量方法及環(huán)境條件要求，并給出實(shí)際測(cè)量結(jié)果。研究結(jié)論可為電動(dòng)自行車目標(biāo)物的開發(fā)和使用提供一定的參考價(jià)值。

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[5]Weinan W，Zhao J，Shuai Z，et alDevelopment and RCS Measurement of Chinese Scooter Dummy[C]//2020 IEEE 5th International Conference on Intelligent Transportation Engineering（ICITE），2024

作者簡(jiǎn)介：

馮珠，女，1997年生，工程師，研究方向?yàn)橛?jì)量校準(zhǔn)。