蔣熊力忍 肖廣宇 姜與 楊新鵬

摘 要：主動(dòng)安全軟目標(biāo)物標(biāo)定系統(tǒng)是開展軟目標(biāo)物產(chǎn)品質(zhì)量分析、準(zhǔn)確度驗(yàn)證與性能優(yōu)化必不可少的手段，標(biāo)定系統(tǒng)研究的滯后與缺失已成為制約我國(guó)軟目標(biāo)物發(fā)展、國(guó)產(chǎn)化替代與自主定制開發(fā)的瓶頸。文章基于ISO 19206系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，對(duì)軟目標(biāo)物的毫米波雷達(dá)RCS標(biāo)定特性、近紅外反射標(biāo)定特性、光學(xué)反射標(biāo)定特性、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)仿生標(biāo)定特性、幾何標(biāo)定特性進(jìn)行分析，并提出了軟目標(biāo)物標(biāo)定系統(tǒng)硬件、軟件組成結(jié)構(gòu)，為國(guó)內(nèi)主動(dòng)安全軟目標(biāo)物標(biāo)定系統(tǒng)研發(fā)技術(shù)的發(fā)展及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)安全 目標(biāo)物 標(biāo)定系統(tǒng)

1 前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，汽車產(chǎn)品在人們生活中也扮演著越來(lái)越重要的角色，為大眾的出行帶來(lái)了極大的便利。在當(dāng)前形勢(shì)下，汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展，人們不再僅僅滿足于傳統(tǒng)汽車帶來(lái)的便利，對(duì)汽車產(chǎn)品提出了更高的要求，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展成為了汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的焦點(diǎn)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車相比于傳統(tǒng)汽車具備諸多優(yōu)勢(shì)技術(shù)，成為了汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新動(dòng)能，進(jìn)一步提高了汽車產(chǎn)品的性能水平。主動(dòng)安全軟目標(biāo)物作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試裝備鏈的關(guān)鍵設(shè)備之一，其性能的好壞直接關(guān)系到主動(dòng)安全測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度、可信度。主動(dòng)安全軟目標(biāo)物標(biāo)定技術(shù)成為了制約目標(biāo)物發(fā)展的關(guān)鍵因素之一[1-2]。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于主動(dòng)安全軟目標(biāo)物的研究主要集中于軟目標(biāo)物產(chǎn)品的開發(fā)方面，對(duì)于軟目標(biāo)物標(biāo)定技術(shù)的研究相對(duì)較少。國(guó)內(nèi)有部分研究機(jī)構(gòu)、科技公司及高校已研制出部分軟目標(biāo)物，但對(duì)于其標(biāo)定方法及手段的研究較少，這也是阻礙國(guó)產(chǎn)軟目標(biāo)物發(fā)展的主要原因之一。隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域的不斷發(fā)展，不斷突破領(lǐng)域內(nèi)高端設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)，已成為未來(lái)汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

2 主動(dòng)安全軟目標(biāo)物標(biāo)定現(xiàn)狀研究

現(xiàn)階段我國(guó)使用的主動(dòng)安全軟目標(biāo)物主要依賴于從國(guó)外進(jìn)口，軟目標(biāo)物的制備工藝、異構(gòu)縫合、測(cè)試評(píng)價(jià)等核心技術(shù)被國(guó)外公司所壟斷。隨著我國(guó)主動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，尤其是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程的起草制定，使得針對(duì)主動(dòng)安全軟目標(biāo)物的標(biāo)定技術(shù)的研究變得尤為重要[3]。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于軟目標(biāo)物的標(biāo)定技術(shù)處于探索階段，還未形成成熟可用、行業(yè)認(rèn)可的系列標(biāo)定設(shè)備產(chǎn)品。隨著我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)體系不斷發(fā)展和完善，國(guó)外軟目標(biāo)物的產(chǎn)品系列已經(jīng)不能完全滿足國(guó)內(nèi)主動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)發(fā)展的需求，掌握自主開發(fā)軟目標(biāo)物能力已經(jīng)成為了國(guó)內(nèi)主動(dòng)安全測(cè)試領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵訴求，而軟目標(biāo)物的標(biāo)定技術(shù)是自主開發(fā)軟目標(biāo)物測(cè)試驗(yàn)證評(píng)價(jià)的關(guān)節(jié)環(huán)節(jié)之一。

通過(guò)對(duì)ISO 19206系列標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，軟目標(biāo)物的標(biāo)定主要分為：毫米波雷達(dá)RCS標(biāo)定、紅外反射特性標(biāo)定、光學(xué)特性標(biāo)定（RGB）、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)仿生特性標(biāo)定、幾何特性標(biāo)定。毫米波雷達(dá)RCS反射特性是軟目標(biāo)物的關(guān)鍵特性之一，ISO 19206系列標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)行人、自行車、3D乘用車等目標(biāo)物均進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述，用以復(fù)現(xiàn)真實(shí)道路交通參與者的RCS反射特性，目前國(guó)外比較成熟的標(biāo)定設(shè)備產(chǎn)品是DRI的雷達(dá)車。紅外反射特性標(biāo)定是對(duì)目標(biāo)物表面不同部位的近紅外反射率進(jìn)行標(biāo)定，目前國(guó)外比較成熟的測(cè)量近紅外反射特性的標(biāo)定設(shè)備是海洋光學(xué)的系列產(chǎn)品。光學(xué)特性標(biāo)定是對(duì)目標(biāo)物表面的RGB值進(jìn)行標(biāo)定，可采用高精度光譜儀可完成該項(xiàng)功能。關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)仿生特性標(biāo)定是對(duì)行人軟目標(biāo)物膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，主要是分兩種方式進(jìn)行標(biāo)定，一是采用加速度傳感器的方式，二是采用動(dòng)作捕捉視覺(jué)識(shí)別技術(shù)。幾何特性標(biāo)定是對(duì)軟目標(biāo)物的結(jié)構(gòu)幾何尺寸進(jìn)行標(biāo)定，可采用鋼卷尺等測(cè)量工具進(jìn)行標(biāo)定[4]。

3 軟目標(biāo)物標(biāo)定特性研究

主動(dòng)安全軟目標(biāo)物的標(biāo)定特性主要是參考ISO 19206系列標(biāo)準(zhǔn)，ISO 19206-1是對(duì)后端乘用車目標(biāo)物的要求，ISO 19206-2是對(duì)成人及兒童目標(biāo)物的要求，ISO 19206-3是對(duì)3D乘用車目標(biāo)物的要求，ISO 19206-4是對(duì)自行車目標(biāo)物的要求，ISO 19206-5是對(duì)摩托車及踏板車目標(biāo)物的要求。目前，在主動(dòng)安全測(cè)試中，應(yīng)用比較多的目標(biāo)物為行人目標(biāo)物、自行車目標(biāo)物及3D乘用車目標(biāo)物，即對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)ISO 19206-2、ISO 19206-3、ISO 19206-4。ISO系列標(biāo)準(zhǔn)中，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不同程度的對(duì)軟目標(biāo)物的毫米波反射特性、紅外反射特性、光學(xué)反射特性、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)仿生特性、幾何特性進(jìn)行了要求，特別是對(duì)毫米波反射特性進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述。

3.1 毫米波雷達(dá)RCS標(biāo)定特性研究

軟目標(biāo)物的毫米波雷達(dá)RCS標(biāo)定主要是依據(jù)ISO 19206標(biāo)準(zhǔn)中的方法，按照固定角度測(cè)量方法和固定距離測(cè)量方法，對(duì)軟目標(biāo)物的RCS反射特性進(jìn)行標(biāo)定，在標(biāo)定前需借助標(biāo)準(zhǔn)角反射器（通常選用10dBsm）對(duì)毫米波雷達(dá)進(jìn)行校準(zhǔn)。

以ISO 19206-4自行車軟目標(biāo)物為例，采用固定角度測(cè)量方法，分別對(duì)0°、45°、90°、135°及180°軟目標(biāo)物進(jìn)行校準(zhǔn)，自行車軟目標(biāo)物的角度圖示如圖1所示。在采集到軟目標(biāo)物RCS值后，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中要求的通道，計(jì)算落在通道內(nèi)數(shù)據(jù)的百分比，判斷軟目標(biāo)物標(biāo)定通過(guò)與否[5]。

3.2 紅外反射標(biāo)定特性研究

軟目標(biāo)物的紅外反射特性標(biāo)定依據(jù)ISO 19206標(biāo)準(zhǔn)中的方法，采用近紅外光譜儀（波長(zhǎng)范圍：850nm至950nm），使用45°傳感器配件和90°傳感器配件對(duì)軟目標(biāo)物近紅外反射率進(jìn)行標(biāo)定，在標(biāo)定前需使用漫反射標(biāo)準(zhǔn)板對(duì)近紅外光譜儀進(jìn)行校準(zhǔn)。

以ISO 19206-4自行車軟目標(biāo)物標(biāo)定為例，軟目標(biāo)物某一部位近紅外反射率的測(cè)量應(yīng)在該部位三個(gè)不同點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，取三次反射率的平均值作為最終測(cè)試結(jié)果。自行車軟目標(biāo)物在45°、90°傳感器附件下測(cè)量值限值要求如表1所示[5]。

3.3 光學(xué)反射標(biāo)定特性研究

軟目標(biāo)物的光學(xué)特性標(biāo)定依據(jù)ISO 19206標(biāo)準(zhǔn)中方法，采用光譜儀對(duì)軟目標(biāo)物覆蓋物的RGB值進(jìn)行標(biāo)定，采用的光源為D65（標(biāo)準(zhǔn)光源中最常用的人工日光）。

以ISO 19206-4自行車軟目標(biāo)物標(biāo)定為例，對(duì)軟目標(biāo)物的上衣、鞋子、頭發(fā)、皮膚、褲子等表面覆蓋物的RGB值提出了標(biāo)定需求。其光學(xué)特性RGB值測(cè)量均值如表2所示[5]。

3.4 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)仿生標(biāo)定特性研究

軟目標(biāo)物的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)仿生特性標(biāo)定是針對(duì)ISO 19206系列標(biāo)準(zhǔn)中的第二部分行人軟目標(biāo)物的膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特性的標(biāo)定，其標(biāo)定的關(guān)鍵點(diǎn)為膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度。

關(guān)節(jié)仿生運(yùn)動(dòng)特性標(biāo)定分為成人行人和兒童行人兩種測(cè)試對(duì)象，主要包括八個(gè)測(cè)試通道限值要求，分別為成人目標(biāo)物膝關(guān)節(jié)（3km/h）、成人目標(biāo)物踝關(guān)節(jié)（3km/h）、成人目標(biāo)物膝關(guān)節(jié)（5km/h）、成人目標(biāo)物踝關(guān)節(jié)（5km/h）、成人目標(biāo)物膝關(guān)節(jié)（8km/h）、成人目標(biāo)物踝關(guān)節(jié)（8km/h）、兒童目標(biāo)物膝關(guān)節(jié)（5km/h）、兒童目標(biāo)物踝關(guān)節(jié)（5km/h）。其關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)仿生特性標(biāo)定測(cè)試場(chǎng)景如圖2所示，RP為參考點(diǎn)（行人目標(biāo)物的H點(diǎn)），用于確定行人目標(biāo)物的姿態(tài)，行人目標(biāo)物以不同的速度（成人行人：3km/h、5km/h、8km/h；兒童行人：5km/h）運(yùn)動(dòng)，通過(guò)視覺(jué)識(shí)別技術(shù)或者加速度傳感器對(duì)行人目標(biāo)物關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)仿生特性進(jìn)行標(biāo)定[6]。

3.5 幾何標(biāo)定特性研究

軟目標(biāo)物的幾何特性標(biāo)定是依據(jù)ISO系列標(biāo)準(zhǔn)中的要求，對(duì)其尺寸和角度進(jìn)行標(biāo)定，可采用鋼卷尺及專用裝置等。

ISO 19206-2中對(duì)成人行人目標(biāo)物及兒童行人目標(biāo)物的尺寸、角度進(jìn)行了要求，如身高、肩寬、肩高、頭寬、頭高等。ISO 19206-3中對(duì)3D乘用車目標(biāo)物的尺寸進(jìn)行了要求，如車長(zhǎng)、車高、車寬、軸距等。ISO 19206-4對(duì)成人自行車及騎行者、兒童自行車及騎行者的尺寸、角度進(jìn)行了要求，對(duì)自行車的尺寸要求是通過(guò)坐標(biāo)系的方式定義關(guān)鍵點(diǎn)X、Y數(shù)據(jù)，關(guān)鍵點(diǎn)包括前輪軸心、后輪軸心、車把手、膝蓋點(diǎn)等。ISO 19206-5中對(duì)摩托車及騎行車的尺寸、角度進(jìn)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(biāo)物標(biāo)定系統(tǒng)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(shù)據(jù)連接模塊。軟目標(biāo)物標(biāo)定對(duì)應(yīng)傳感器模塊如表3所示。

操作控制模塊主要包括滿足標(biāo)定需求的工控機(jī)和磁盤陣列。工控機(jī)用于對(duì)標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行控制，并提供操作便捷的人機(jī)交互界面，磁盤陣列用于存儲(chǔ)標(biāo)定測(cè)試場(chǎng)景及試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄等。數(shù)據(jù)連接模塊由交換機(jī)和通訊設(shè)備組成，用于對(duì)整個(gè)標(biāo)定系統(tǒng)各組件件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，提供專用網(wǎng)絡(luò)支撐。

4.2 軟件組成部分

軟目標(biāo)物標(biāo)定系統(tǒng)軟件組成結(jié)構(gòu)主要包括以下部分：標(biāo)定系統(tǒng)基礎(chǔ)部分、標(biāo)定系統(tǒng)數(shù)據(jù)部分、標(biāo)定測(cè)試支撐部分以及標(biāo)定應(yīng)用部分。

標(biāo)定系統(tǒng)基礎(chǔ)部分包括標(biāo)定系統(tǒng)硬件平臺(tái)和標(biāo)定系統(tǒng)軟件平臺(tái)。標(biāo)定系統(tǒng)硬件平臺(tái)分為滿足標(biāo)定需求的工控機(jī)和交換機(jī)，標(biāo)定系統(tǒng)軟件平臺(tái)主要為Windows7。

標(biāo)定系統(tǒng)數(shù)據(jù)部分包括目標(biāo)物標(biāo)定試驗(yàn)庫(kù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)及標(biāo)定報(bào)告庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)分為毫米波雷達(dá)RCS標(biāo)定庫(kù)、近紅外反射特性標(biāo)定庫(kù)、光學(xué)反射特性標(biāo)定庫(kù)、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)仿生標(biāo)定庫(kù)、幾何特性標(biāo)定庫(kù)。標(biāo)定系統(tǒng)數(shù)據(jù)部分具有可擴(kuò)充性，可根據(jù)后續(xù)標(biāo)定需求進(jìn)一步擴(kuò)充。

標(biāo)定測(cè)試支撐部分主要包括標(biāo)定試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的功能組件，分為顯示類以及通訊類。顯示類主要為標(biāo)定試驗(yàn)狀態(tài)顯示及標(biāo)定報(bào)告顯示，通訊類主要為數(shù)據(jù)接收、發(fā)送及協(xié)議解碼、編碼等。

標(biāo)定應(yīng)用部分主要由主控程序、基礎(chǔ)程序、數(shù)據(jù)庫(kù)管理組成。主控程序包括初始化設(shè)置、標(biāo)定試驗(yàn)類型編輯、報(bào)告生成、標(biāo)定試驗(yàn)控制及標(biāo)定試驗(yàn)記錄等。基礎(chǔ)程序?yàn)楹撩撞ɡ走_(dá)、光譜儀、關(guān)節(jié)仿生傳感器基礎(chǔ)控制。數(shù)據(jù)庫(kù)管理主要為標(biāo)定試驗(yàn)類別設(shè)置、標(biāo)定報(bào)告生成設(shè)置及標(biāo)定試驗(yàn)記錄設(shè)置。

5 結(jié)論

本文主要對(duì)主動(dòng)安全軟目標(biāo)物標(biāo)定系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、軟目標(biāo)物標(biāo)定特性、軟目標(biāo)物標(biāo)定系統(tǒng)軟硬件組成進(jìn)行了研究分析，并對(duì)毫米波雷達(dá)RCS反射標(biāo)定特性、近紅外反射標(biāo)定特性、光學(xué)RGB標(biāo)定特性、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)仿生標(biāo)定特性、幾何標(biāo)定特性的標(biāo)定關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

隨著國(guó)內(nèi)主動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)的不斷發(fā)展，掌握具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心測(cè)試技術(shù)是研發(fā)機(jī)構(gòu)及科研工作者努力的方向。軟目標(biāo)物標(biāo)定系統(tǒng)是自主定制開發(fā)目標(biāo)物、保證目標(biāo)性能一致性的關(guān)鍵手段，通過(guò)對(duì)軟目標(biāo)物標(biāo)定系統(tǒng)的研究，可以為國(guó)內(nèi)軟目標(biāo)物標(biāo)定系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]李文禮，李建波，石曉輝，等.用于汽車ADAS系統(tǒng)測(cè)試的軟目標(biāo)車研究進(jìn)展[J].汽車工程學(xué)報(bào)，2021，11（04）：280-288.

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

[3]蔣熊力忍，肖廣宇，鄭宏.基于ISO 19206標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)物關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用分析[J].時(shí)代汽車，2022，No.392（20）：10-12.

[4]寧東宇. 中國(guó)騎行人軟體目標(biāo)物開發(fā)與測(cè)試研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，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.