主動安全軟目標物標定系統研究

蔣熊力忍 肖廣宇 姜與 楊新鵬

摘 要：主動安全軟目標物標定系統是開展軟目標物產品質量分析、準確度驗證與性能優化必不可少的手段，標定系統研究的滯后與缺失已成為制約我國軟目標物發展、國產化替代與自主定制開發的瓶頸。文章基于ISO 19206系列標準進行研究，對軟目標物的毫米波雷達RCS標定特性、近紅外反射標定特性、光學反射標定特性、關節運動仿生標定特性、幾何標定特性進行分析，并提出了軟目標物標定系統硬件、軟件組成結構，為國內主動安全軟目標物標定系統研發技術的發展及相應標準的制定提供一定的參考價值。

關鍵詞：主動安全 目標物 標定系統

1 前言

隨著社會經濟的不斷發展，人們的生活水平不斷提高，汽車產品在人們生活中也扮演著越來越重要的角色，為大眾的出行帶來了極大的便利。在當前形勢下，汽車產業技術不斷發展，人們不再僅僅滿足于傳統汽車帶來的便利，對汽車產品提出了更高的要求，智能網聯汽車的發展成為了汽車產業技術進步的焦點。智能網聯汽車相比于傳統汽車具備諸多優勢技術，成為了汽車產業發展的新動能，進一步提高了汽車產品的性能水平。主動安全軟目標物作為智能網聯汽車測試裝備鏈的關鍵設備之一，其性能的好壞直接關系到主動安全測試結果的準確度、可信度。主動安全軟目標物標定技術成為了制約目標物發展的關鍵因素之一[1-2]。

目前，國內對于主動安全軟目標物的研究主要集中于軟目標物產品的開發方面，對于軟目標物標定技術的研究相對較少。國內有部分研究機構、科技公司及高校已研制出部分軟目標物，但對于其標定方法及手段的研究較少，這也是阻礙國產軟目標物發展的主要原因之一。隨著智能網聯汽車領域的不斷發展，不斷突破領域內高端設備關鍵技術，已成為未來汽車行業發展的趨勢。

2 主動安全軟目標物標定現狀研究

現階段我國使用的主動安全軟目標物主要依賴于從國外進口，軟目標物的制備工藝、異構縫合、測試評價等核心技術被國外公司所壟斷。隨著我國主動安全測試技術的發展，尤其是相關標準、規程的起草制定，使得針對主動安全軟目標物的標定技術的研究變得尤為重要[3]。

目前，國內對于軟目標物的標定技術處于探索階段，還未形成成熟可用、行業認可的系列標定設備產品。隨著我國智能網聯體系不斷發展和完善，國外軟目標物的產品系列已經不能完全滿足國內主動安全測試技術發展的需求，掌握自主開發軟目標物能力已經成為了國內主動安全測試領域發展的關鍵訴求，而軟目標物的標定技術是自主開發軟目標物測試驗證評價的關節環節之一。

通過對ISO 19206系列標準進行研究，軟目標物的標定主要分為：毫米波雷達RCS標定、紅外反射特性標定、光學特性標定（RGB）、關節運動仿生特性標定、幾何特性標定。毫米波雷達RCS反射特性是軟目標物的關鍵特性之一，ISO 19206系列標準中對行人、自行車、3D乘用車等目標物均進行了較為詳細的描述，用以復現真實道路交通參與者的RCS反射特性，目前國外比較成熟的標定設備產品是DRI的雷達車。紅外反射特性標定是對目標物表面不同部位的近紅外反射率進行標定，目前國外比較成熟的測量近紅外反射特性的標定設備是海洋光學的系列產品。光學特性標定是對目標物表面的RGB值進行標定，可采用高精度光譜儀可完成該項功能。關節運動仿生特性標定是對行人軟目標物膝關節、踝關節的運動參數進行標定，主要是分兩種方式進行標定，一是采用加速度傳感器的方式，二是采用動作捕捉視覺識別技術。幾何特性標定是對軟目標物的結構幾何尺寸進行標定，可采用鋼卷尺等測量工具進行標定[4]。

3 軟目標物標定特性研究

主動安全軟目標物的標定特性主要是參考ISO 19206系列標準，ISO 19206-1是對后端乘用車目標物的要求，ISO 19206-2是對成人及兒童目標物的要求，ISO 19206-3是對3D乘用車目標物的要求，ISO 19206-4是對自行車目標物的要求，ISO 19206-5是對摩托車及踏板車目標物的要求。目前，在主動安全測試中，應用比較多的目標物為行人目標物、自行車目標物及3D乘用車目標物，即對應標準號ISO 19206-2、ISO 19206-3、ISO 19206-4。ISO系列標準中，每個標準不同程度的對軟目標物的毫米波反射特性、紅外反射特性、光學反射特性、關節運動仿生特性、幾何特性進行了要求，特別是對毫米波反射特性進行了較為詳細的描述。

3.1 毫米波雷達RCS標定特性研究

軟目標物的毫米波雷達RCS標定主要是依據ISO 19206標準中的方法，按照固定角度測量方法和固定距離測量方法，對軟目標物的RCS反射特性進行標定，在標定前需借助標準角反射器（通常選用10dBsm）對毫米波雷達進行校準。

以ISO 19206-4自行車軟目標物為例，采用固定角度測量方法，分別對0°、45°、90°、135°及180°軟目標物進行校準，自行車軟目標物的角度圖示如圖1所示。在采集到軟目標物RCS值后，依據標準中要求的通道，計算落在通道內數據的百分比，判斷軟目標物標定通過與否[5]。

3.2 紅外反射標定特性研究

軟目標物的紅外反射特性標定依據ISO 19206標準中的方法，采用近紅外光譜儀（波長范圍：850nm至950nm），使用45°傳感器配件和90°傳感器配件對軟目標物近紅外反射率進行標定，在標定前需使用漫反射標準板對近紅外光譜儀進行校準。

以ISO 19206-4自行車軟目標物標定為例，軟目標物某一部位近紅外反射率的測量應在該部位三個不同點進行測量，取三次反射率的平均值作為最終測試結果。自行車軟目標物在45°、90°傳感器附件下測量值限值要求如表1所示[5]。

3.3 光學反射標定特性研究

軟目標物的光學特性標定依據ISO 19206標準中方法，采用光譜儀對軟目標物覆蓋物的RGB值進行標定，采用的光源為D65（標準光源中最常用的人工日光）。

以ISO 19206-4自行車軟目標物標定為例，對軟目標物的上衣、鞋子、頭發、皮膚、褲子等表面覆蓋物的RGB值提出了標定需求。其光學特性RGB值測量均值如表2所示[5]。

3.4 關節運動仿生標定特性研究

軟目標物的關節運動仿生特性標定是針對ISO 19206系列標準中的第二部分行人軟目標物的膝關節和踝關節運動特性的標定，其標定的關鍵點為膝關節、踝關節的運動速度。

關節仿生運動特性標定分為成人行人和兒童行人兩種測試對象，主要包括八個測試通道限值要求，分別為成人目標物膝關節（3km/h）、成人目標物踝關節（3km/h）、成人目標物膝關節（5km/h）、成人目標物踝關節（5km/h）、成人目標物膝關節（8km/h）、成人目標物踝關節（8km/h）、兒童目標物膝關節（5km/h）、兒童目標物踝關節（5km/h）。其關節運動仿生特性標定測試場景如圖2所示，RP為參考點（行人目標物的H點），用于確定行人目標物的姿態，行人目標物以不同的速度（成人行人：3km/h、5km/h、8km/h；兒童行人：5km/h）運動，通過視覺識別技術或者加速度傳感器對行人目標物關節運動仿生特性進行標定[6]。

3.5 幾何標定特性研究

軟目標物的幾何特性標定是依據ISO系列標準中的要求，對其尺寸和角度進行標定，可采用鋼卷尺及專用裝置等。

ISO 19206-2中對成人行人目標物及兒童行人目標物的尺寸、角度進行了要求，如身高、肩寬、肩高、頭寬、頭高等。ISO 19206-3中對3D乘用車目標物的尺寸進行了要求，如車長、車高、車寬、軸距等。ISO 19206-4對成人自行車及騎行者、兒童自行車及騎行者的尺寸、角度進行了要求，對自行車的尺寸要求是通過坐標系的方式定義關鍵點X、Y數據，關鍵點包括前輪軸心、后輪軸心、車把手、膝蓋點等。ISO 19206-5中對摩托車及騎行車的尺寸、角度進行了要求，如摩托車及騎行者總高、軸距、輪寬、把手高度等[6]。

4 軟目標物標定系統分析

4.1 硬件組成部分

硬件組成部分主要包括傳感器模塊、操作控制模塊和數據連接模塊。軟目標物標定對應傳感器模塊如表3所示。

操作控制模塊主要包括滿足標定需求的工控機和磁盤陣列。工控機用于對標定系統進行控制，并提供操作便捷的人機交互界面，磁盤陣列用于存儲標定測試場景及試驗數據記錄等。數據連接模塊由交換機和通訊設備組成，用于對整個標定系統各組件件進行數據交互，提供專用網絡支撐。

4.2 軟件組成部分

軟目標物標定系統軟件組成結構主要包括以下部分：標定系統基礎部分、標定系統數據部分、標定測試支撐部分以及標定應用部分。

標定系統基礎部分包括標定系統硬件平臺和標定系統軟件平臺。標定系統硬件平臺分為滿足標定需求的工控機和交換機，標定系統軟件平臺主要為Windows7。

標定系統數據部分包括目標物標定試驗庫、試驗數據庫及標定報告庫，數據庫分為毫米波雷達RCS標定庫、近紅外反射特性標定庫、光學反射特性標定庫、關節運動仿生標定庫、幾何特性標定庫。標定系統數據部分具有可擴充性，可根據后續標定需求進一步擴充。

標定測試支撐部分主要包括標定試驗對應的功能組件，分為顯示類以及通訊類。顯示類主要為標定試驗狀態顯示及標定報告顯示，通訊類主要為數據接收、發送及協議解碼、編碼等。

標定應用部分主要由主控程序、基礎程序、數據庫管理組成。主控程序包括初始化設置、標定試驗類型編輯、報告生成、標定試驗控制及標定試驗記錄等?；A程序為毫米波雷達、光譜儀、關節仿生傳感器基礎控制。數據庫管理主要為標定試驗類別設置、標定報告生成設置及標定試驗記錄設置。

5 結論

本文主要對主動安全軟目標物標定系統的發展現狀、軟目標物標定特性、軟目標物標定系統軟硬件組成進行了研究分析，并對毫米波雷達RCS反射標定特性、近紅外反射標定特性、光學RGB標定特性、關節運動仿生標定特性、幾何標定特性的標定關鍵參數進行了詳細的闡述。

隨著國內主動安全測試技術的不斷發展，掌握具備自主知識產權的核心測試技術是研發機構及科研工作者努力的方向。軟目標物標定系統是自主定制開發目標物、保證目標性能一致性的關鍵手段，通過對軟目標物標定系統的研究，可以為國內軟目標物標定系統的開發設計提供借鑒。

參考文獻：

[1]李文禮，李建波，石曉輝，等.用于汽車ADAS系統測試的軟目標車研究進展[J].汽車工程學報，2021，11（04）：280-288.

[2]楊帥，張金換，錢占偉，等.汽車安全多領域融合的研究與展望[J].汽車安全與節能學報，2022，13（01）：29-47.

[3]蔣熊力忍，肖廣宇，鄭宏.基于ISO 19206標準的目標物關鍵技術及應用分析[J].時代汽車，2022，No.392（20）：10-12.

[4]寧東宇. 中國騎行人軟體目標物開發與測試研究[D].長沙：湖南大學，2020.DOI：10.27135/d.cnki.ghudu.2020.000488.

[5]Technical Committee ISO/TC 22， SC 33 Vehicle Dynamics and Chassis. Road Vehicles- Test Devices for Target Vehicles， Vulnerable Road Users and Other Objects， for Assessment of Active Safety Functions- Part 4： Requirements for Bicyclist Targets： ISO 19206-4： 2020[S]. Switzerland： International Organization for Standardization， 2020.

[6]Technical Committee ISO/TC 22， SC 33 Vehicle Dynamics and Chassis. Road Vehicles- Test Devices for Target Vehicles， Vulnerable Road Users and Other Objects， for Assessment of Active Safety Functions- Part 2： Requirements for Pedestrian Targets： ISO 19206- 2： 2018[S].Switzerland： International Organization for Standardization， 2018.