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

蔣熊力忍 肖廣宇 鄭宏

中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司 天津市 300300

1 前言

隨著汽車制造行業(yè)的發(fā)展，越來越多的新方法、新技術(shù)應(yīng)用于汽車產(chǎn)品，從駕乘體驗(yàn)到生態(tài)環(huán)保，從被動安全到主動安全，汽車應(yīng)用技術(shù)不斷得到更新和優(yōu)化。其中，主動安全技術(shù)成為了現(xiàn)階段汽車行業(yè)及相關(guān)學(xué)者尤為關(guān)注的方向。具備主動安全功能的汽車，擁有比較高的規(guī)避事故的能力，尤其在突發(fā)情況下，能極大的保障人身財(cái)產(chǎn)安全，受到廣大使用者的青睞。

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(biāo)物。主動安全目標(biāo)物能有效的模擬道路交通環(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(biāo)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(biāo)物的產(chǎn)品主要是引用國外相關(guān)目標(biāo)物產(chǎn)品。

2 主動安全目標(biāo)物研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段我國使用的主動安全目標(biāo)物主要依賴于從國外進(jìn)口，主動安全目標(biāo)物制備的核心技術(shù)被國外少數(shù)公司所壟斷。隨著我國主動安全技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著涉及到主動安全目標(biāo)物相關(guān)國標(biāo)的起草制定，使得針對主動安全目標(biāo)物的研究變得尤為重要。

目前，國內(nèi)有少數(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)和高校針對主動安全目標(biāo)物進(jìn)行了相應(yīng)的研究，但在產(chǎn)品的開發(fā)及驗(yàn)證方法等關(guān)鍵技術(shù)方面，并未取得較大突破，其主要原因是，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品驗(yàn)證方案上，缺乏ISO等標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)溯源，同時，對于產(chǎn)品的基礎(chǔ)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的掌握不足，導(dǎo)致產(chǎn)品的被認(rèn)可程度不高。

主動安全目標(biāo)物主要包括行人、二輪車及乘用車，其主要構(gòu)成分為覆蓋物、填充物、骨架及運(yùn)動機(jī)構(gòu)等。其物理屬性、形狀尺寸、材料配比、制備工藝、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等都對目標(biāo)物的性能會產(chǎn)生影響。

通過對目前檢測機(jī)構(gòu)使用較多的目標(biāo)物進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其產(chǎn)品性能及標(biāo)定方法的參考依據(jù)主要來自ISO 19206《用于評估主動安全功能的目標(biāo)車輛》中第一、二、三、四部分。其中，ISO 19206-1主要是對乘用車后端目標(biāo)物的要求，ISO 19206-2 主要是對行人目標(biāo)物的要求，ISO 19206-3 主要是對3D 乘用車目標(biāo)物的要求，ISO 19206-4 主要是對自行車目標(biāo)物的要求。

3 基于ISO 19206 的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 視覺及光學(xué)性能

3.1.1 行人目標(biāo)物

行人目標(biāo)物為非反射性的皮膚顏色，目標(biāo)物頭發(fā)可以用假發(fā)代替或者采用其他方式在頭部設(shè)計(jì)中進(jìn)行整合。目標(biāo)物的上衣應(yīng)為黑色T 恤，褲子為藍(lán)色牛仔褲。衣服應(yīng)由防撕裂、防水材料制成，其衣服材料推薦依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如下表1 所示。

表1 衣服材料依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

其中，AATCC127為靜水壓試驗(yàn)；ASTM D5034 為紡織物斷裂強(qiáng)度和伸長率標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法；AATCC 169 為紡織品耐候性測試標(biāo)準(zhǔn)；ASTM D3884 為紡織品耐磨性試驗(yàn)方法。

行人目標(biāo)物衣服的紅外反射率應(yīng)在40% 至60% 之間?？梢娖つw表面部分的紅外反射率也應(yīng)在40% 至60% 范圍內(nèi)。目標(biāo)物假發(fā)的紅外反射率范圍為20% 至60%。應(yīng)確保在選擇衣服時，45°傳感器和90°傳感器測量的紅外反射率差異不超過20%。

3.1.2 二輪車目標(biāo)物

所有反射部件包括：前反射部件、后反射部件、踏板反射部件均應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)BS 6102-2（自行車反光裝置光學(xué)要求和物理要求規(guī)范）中要求。前后反射部件距離地面高度范圍為350mm 至900mm 之間。車輪反光條應(yīng)為位于輪輞或輪胎兩側(cè)的白色反光條，加強(qiáng)繩的顏色應(yīng)為淺灰色，且具有低光學(xué)反射特性。二輪車目標(biāo)物紅外反射率如下表2 所示。

表2 二輪車紅外特性反射率

3.1.3 乘用車目標(biāo)物

乘用車目標(biāo)物在5m/s 的側(cè)風(fēng)下，不應(yīng)出現(xiàn)不符合實(shí)際的顫振，在與基準(zhǔn)面垂直的局部顫振不應(yīng)超過10mm，同時，乘用車目標(biāo)物在任何方向上的變形不得超過25mm。觀察視角為從車輛前方縱平面開始（0°），每隔30°為一個視角，直至180°。

乘用車目標(biāo)物的輪廓應(yīng)能代表B 級和C 級車，且具有高度垂直對稱性，其顏色與紋理不應(yīng)與背景重合。目標(biāo)物應(yīng)滿足底盤和道路地面之間間隙約200mm。目標(biāo)物車牌應(yīng)在尺寸、顏色、位置、反射率方面能代表實(shí)際車牌，或使用實(shí)際的車牌。乘用車目標(biāo)物應(yīng)包括反光鏡和尾燈，在尺寸、顏色、位置和反射率方面能代替真實(shí)的部件。乘用車目標(biāo)物紅外特性反射率如下表3所示。

表3 乘用車目標(biāo)物紅外特性反射率

3.2 雷達(dá)散射截面特性測量

目標(biāo)物的雷達(dá)特性主要是指其雷達(dá)散射截面，即RCS。雷達(dá)散射截面為目標(biāo)在單位立體角內(nèi)向接收端處散射功率與入射波在目標(biāo)上的功率密度比值的4π 倍。

3.2.1 行人目標(biāo)物

在對行人目標(biāo)物進(jìn)行測量時，雷達(dá)與地面的垂直距離為500mm±150mm，在中心線上的偏差為±100mm，在中心線上的水平和垂直方向的偏差為±1°。車輛行駛偏差量小于2°，縱向和橫向的位置偏差小于50mm。行人目標(biāo)物的橫向及縱向偏差小于10mm，其在移動方向上的的角度偏差小于3°。

測試周圍環(huán)境中，應(yīng)不存在可能會影響測試結(jié)果的建筑物、金屬及強(qiáng)雷達(dá)反射的物體等。雷達(dá)反射器的安裝高度為1m，使用雷達(dá)反射器在40m 處測量的參考值為10dBm。

對行人目標(biāo)物的測量范圍為4 至40 米，測量可以沿任意方向進(jìn)行。其中，測量時應(yīng)保證連續(xù)測量，測量速度應(yīng)保持穩(wěn)定，避免突然加減速，約為10km/h。行人目標(biāo)物的測量場景示意圖如下圖1 所示，橫向場景包括從2 到4，以及從4 到2，縱向場景為從1 到3，以及從3 到1，測試場景中，每個方向需要測量5 次。

圖1 行人目標(biāo)物測量場景示意圖

3.2.2 二輪車目標(biāo)物

二輪車目標(biāo)物的雷達(dá)散射截面特性測量的方法與行人目標(biāo)物的方法基本一致。二輪車目標(biāo)物的車架、輻條、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、輪輞等結(jié)構(gòu)的反射特性，應(yīng)能代表真實(shí)二輪車的雷達(dá)反射特性。輻條之間的空間部分應(yīng)保證，從任意視角測量，都不應(yīng)產(chǎn)生雷達(dá)反射。在90°的視角下，每個車輪的RCS 值約為1 至10dBm，車架的RCS 值約為1 至16dBm，二輪車目標(biāo)物騎手的RCS 值約為-5dBm至5dBm。

3.2.3 乘用車目標(biāo)物

乘用車目標(biāo)物測量雷達(dá)散射截面特性的方法主要分為兩類：固定距離變視角的測量方法和固定角度變距離的測量方法。

固定距離變視角的測量方法。

固定距離測量是為了從各個角度來獲取乘用車目標(biāo)物的雷達(dá)反射率。為了減少多徑效應(yīng)（指電磁波經(jīng)不同路徑傳播后，各分量場到達(dá)接收端的時間不同，按各自相位相互疊加而造成干擾，使得信號失真，或者產(chǎn)生錯誤），在30 米的范圍內(nèi)，在230mm±10mm，480mm±10mm，900mm±10mm 三個傳感器高度進(jìn)行測量。測量應(yīng)從0°至180°進(jìn)行連續(xù)測量（或者從0°至360°更優(yōu)），傳感器的移動速度應(yīng)保證每個角度有5 個測量樣本。傳感器的移動速度可根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：

固定角度變距離的測量方法。

固定角度測量的目的是描述當(dāng)傳感器接近目標(biāo)物時，雷達(dá)反射率的整體幅度降低情況。雷達(dá)反射率的變化是由多個因素引起的，包括乘用車目標(biāo)物反射率分布變化、傳感器測量的視角等。

該測量方法的范圍為5m 至100m，傳感器移動的最大速度應(yīng)保證每米至少有5個測量樣本。傳感器的移動速度可根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算：

4 主動安全目標(biāo)物的應(yīng)用分析

主動安全目標(biāo)物的技術(shù)發(fā)展依賴于相應(yīng)測試設(shè)備、測試技術(shù)的提升。汽車傳統(tǒng)測試主要是對安全、排放、噪聲和燈光等方面進(jìn)行評估，通過檢測相應(yīng)的性能，減少行駛中的安全隱患，其測試方法主要分為臺架試驗(yàn)、道路測試及試驗(yàn)場測試。傳統(tǒng)測試和主動安全測試在試驗(yàn)設(shè)備方面存在較大差異，其主要區(qū)別為主動安全測試的設(shè)備更加多樣化。主動安全技術(shù)的發(fā)展主要來源于各類新技術(shù)的引用、結(jié)合、開發(fā)及提升，如：雷達(dá)技術(shù)、材料工藝、通訊技術(shù)、非標(biāo)設(shè)計(jì)、測試驗(yàn)證、校準(zhǔn)技術(shù)、量值溯源、場景配置等。

國內(nèi)主動安全目標(biāo)物的發(fā)展較國外滯后，其主要原因?yàn)閲鴥?nèi)主動安全起步時間較國外晚，同時，在發(fā)展的過程中，主要依賴于國外的成熟技術(shù)，對于一些標(biāo)準(zhǔn)的研究不足，對于基礎(chǔ)測試數(shù)據(jù)積累不充分，因此，在對主動安全目標(biāo)物的開發(fā)研究過程中，會面臨一些“卡脖子”的問題點(diǎn)。目前，國內(nèi)各大檢測機(jī)構(gòu)及主機(jī)廠所使用的主動安全目標(biāo)物，基本為國外部分供應(yīng)商的產(chǎn)品，但是，國外的主動安全目標(biāo)物是以國外道路交通環(huán)境為依據(jù)所開發(fā)的，與中國交通特征有所不同，針對該問題，國內(nèi)也有部分研究機(jī)構(gòu)針對國內(nèi)交通環(huán)境對目標(biāo)物進(jìn)行了一些開發(fā)研究工作。

通過對ISO 19206 標(biāo)準(zhǔn)及國內(nèi)主動安全目標(biāo)物開發(fā)現(xiàn)狀的研究中發(fā)現(xiàn)，主動安全目標(biāo)物的開發(fā)主要依賴于雷達(dá)測試技術(shù)的量值溯源、國內(nèi)主動安全目標(biāo)物的替代參數(shù)統(tǒng)計(jì)、材料物理特性的測試數(shù)據(jù)積累、目標(biāo)物制備工藝等方面。

主動安全目標(biāo)物能有效地模擬真實(shí)交通環(huán)境參與者的紅外反射特性、雷達(dá)反射特性等信息，隨著國內(nèi)主動安全技術(shù)工作者在該領(lǐng)域投入的研究越來越多，與主動安全目標(biāo)物相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)落地，相應(yīng)技術(shù)也將越來越成熟。

5 結(jié)論

本文主要對主動安全目標(biāo)物的研發(fā)現(xiàn)狀、基于ISO 19206 標(biāo)準(zhǔn)的主動安全目標(biāo)物開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)以及應(yīng)用分析進(jìn)行詳細(xì)的闡述，分析了主動安全目標(biāo)物的視覺及光學(xué)性能要求、雷達(dá)散射截面特性測量方法，包括行人目標(biāo)物、二輪車目標(biāo)物、乘用車目標(biāo)物，對主動安全目標(biāo)物的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

隨著汽車主動安全技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，開發(fā)符合區(qū)域特點(diǎn)的主動安全目標(biāo)物來替代國外成熟產(chǎn)品，逐漸成為了各個研究機(jī)構(gòu)學(xué)者所關(guān)注的方向。通過對基于ISO 19206 標(biāo)準(zhǔn)的主動安全目標(biāo)物關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用的研究，有助于我國汽車行業(yè)主動安全技術(shù)的改進(jìn)與完善。