盲區(qū)監(jiān)測(cè)變道輔助系統(tǒng)標(biāo)定方法的研究

李華俊

（長城汽車股份有限公司，河北 保定 071000）

盲區(qū)監(jiān)測(cè)變道輔助系統(tǒng)標(biāo)定方法的研究

李華俊

（長城汽車股份有限公司，河北 保定 071000）

詳細(xì)介紹盲區(qū)監(jiān)測(cè)變道輔助系統(tǒng)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的標(biāo)定方法及相關(guān)要求，并根據(jù)雷達(dá)生產(chǎn)廠家以及現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地的限制因素來選取最優(yōu)的標(biāo)定方式，以提高汽車駕駛的安全性能。

無人駕駛技術(shù)；盲區(qū)監(jiān)測(cè)；變道輔助；雷達(dá)；標(biāo)定

越來越多的中高端汽車裝配了盲區(qū)監(jiān)測(cè)變道輔助系統(tǒng)（Rear Spot Detection System，以下簡稱RSDS），且無人駕駛技術(shù)的成型也離不開它。確保雷達(dá)安裝的精度是保證安全駕駛的保障。由于雷達(dá)生產(chǎn)廠家的不同以及汽車廠場(chǎng)地、生產(chǎn)節(jié)拍的限制，雷達(dá)的標(biāo)定要求也有所不同，本文對(duì)多種情況進(jìn)行研究分析。

1 RSDS工作原理

由于汽車后視鏡存在視覺盲區(qū)，如果盲區(qū)內(nèi)有超車車輛，此時(shí)變道就會(huì)發(fā)生碰撞事故，RSDS系統(tǒng)就是為了解決后視鏡盲區(qū)而產(chǎn)生的。通過在汽車后保險(xiǎn)杠內(nèi)安裝2個(gè)雷達(dá)傳感器（76 GHz），在車輛速度大于10km/h時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，實(shí)時(shí)向左右3m，后方8 m范圍發(fā)出探測(cè)微波信號(hào)，最大探測(cè)距離為50m［1］，系統(tǒng)對(duì)反射回的微波信號(hào)進(jìn)行處理，即可知后面車輛距離、速度和運(yùn)動(dòng)方向等信息。通過系統(tǒng)算法，排除固定物體和遠(yuǎn)離的物體，當(dāng)探測(cè)到盲區(qū)內(nèi)有車輛靠近時(shí)，指示燈將閃爍。如果此時(shí)駕駛員仍然沒有注意到指示燈，打轉(zhuǎn)向燈準(zhǔn)備變道，那么系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出“嗶嗶嗶”的語音警報(bào)，如圖1所示。

圖1 RSDS工作原理

2 RSDS雷達(dá)標(biāo)定方法

RSDS雷達(dá)標(biāo)定方式主要分為靜態(tài)標(biāo)定與動(dòng)態(tài)標(biāo)定。

2.1 靜態(tài)標(biāo)定

靜態(tài)標(biāo)定的目的是通過確定雷達(dá)軸線與車輛行駛軸線在水平方向上的偏差，再通過參數(shù)寫入使雷達(dá)確定自身與車輛行駛軸線之間的正確角度。對(duì)于靜態(tài)標(biāo)定校準(zhǔn)反射器的布置形式分為垂直布置式和水平布置式。

2.1.1 垂直布置式

垂直布置式如圖2所示，以DELPHI雷達(dá)為例。

圖2 垂直布置式

2.1.1.1 雷達(dá)水平角度范圍計(jì)算

因?yàn)樗桨l(fā)射面=150°，雷達(dá)平面=0°，允許的水平角度安裝誤差=±5°，所以全水平發(fā)射面=160°。因?yàn)闃?biāo)定興趣角度=6°，允許的水平角度安裝誤差=±5°，所以標(biāo)定興趣全角度=6+5×2=16°，其中鏡面的傾斜角度β為45°。

2.1.1.2 雷達(dá)垂直發(fā)射角度范圍計(jì)算

當(dāng)垂直發(fā)射面=9°，允許的垂直安裝角度誤差=±5°，全垂直發(fā)射面角度=9+5+5=19°。

2.1.1.3 鏡面高度計(jì)算根據(jù)圖3可得出

因?yàn)锳=1.0 m，α=19/2=9.5°，所以HM=0.487 m。

注：這個(gè)高度應(yīng)該是一個(gè)常數(shù)。但在生產(chǎn)線標(biāo)定布置時(shí)，應(yīng)該考慮到安裝在車上的雷達(dá)必然會(huì)存在一定的高度誤差，比如懸架高度誤差，或者輪胎胎壓直徑誤差等。因此在使用前，還要根據(jù)可能出現(xiàn)的誤差范圍再次標(biāo)定這個(gè)數(shù)據(jù)。

圖4是車輛高度變化影響的分析，公式

圖3 鏡面高度計(jì)算

因?yàn)棣?9.5°，從這個(gè)分析可知，當(dāng)雷達(dá)高度變化±1 cm，鏡面高度需要變化±1.32 cm。

圖4 車輛高度變化分析

2.1.1.4 鏡面寬度計(jì)算

由于反射鏡面是傾斜的，所以理論上，雷達(dá)反射波束在傾斜的鏡面上的射影是一個(gè)梯形，且鏡面應(yīng)該大于雷達(dá)波束的投影，如圖5所示。

圖5 鏡面寬度計(jì)算

實(shí)際生產(chǎn)中，很明顯異型的金屬反射板不易加工，且如果按照160°來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定占用場(chǎng)地過大，所以選取前面提到的標(biāo)定興趣角度（16°）來完成現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際標(biāo)定，具體計(jì)算方法如下。

由圖5a得出，A〃=A/（1-tanα）；

因?yàn)锳=1.0 m，α=9.5°，所以得出A〃=1.200 m，WM=0.410 m。

這樣做出的反射板寬度明顯減少，且可以取長邊長度做長方形的金屬反射板。但是當(dāng)車輛進(jìn)入車輪定位位置時(shí)，雷達(dá)的相對(duì)位置會(huì)產(chǎn)生一定的變化誤差，這個(gè)變化范圍會(huì)對(duì)雷達(dá)發(fā)射中心線與鏡面中心線的相對(duì)位置產(chǎn)生變化。這個(gè)變化范圍的計(jì)算如下，如圖6所示。

因?yàn)棣?9.5°，所以雷達(dá)高度變化為±1 cm時(shí)，鏡面寬度的發(fā)射面寬度變化為0.24 cm。

圖6 雷達(dá)高度變化

2.1.1.5 目標(biāo)板高度計(jì)算

由圖7可得

已知A=1.0 m，B=2.0 m，α=9.5°，所以HB≈1.002 m。

由于雷達(dá)可能存在的高度變化，背板的長度也需符合變化范圍。如±1cm的雷達(dá)高度變化范圍，背板長度也需要±1cm的變化范圍。

圖7 目標(biāo)板高度計(jì)算

2.1.1.6 目標(biāo)板寬度計(jì)算由于反射鏡鏡面是傾斜的，吸波器背板的投影實(shí)際應(yīng)該是梯形，但由于異型背板不易制作，且雷達(dá)安裝誤差對(duì)背板的影響較大，所以取長邊制作為長方形。

由圖8可得

圖8 目標(biāo)板寬度計(jì)算

因?yàn)锳=1.0 m，B=2.0 m，α=9.5°，得出WB=34.50 m；取興趣標(biāo)定角度16°進(jìn)行計(jì)算，WB=0.855 m。

2.1.1.7 目標(biāo)角反射器位置

1）需要保證角反射器與雷達(dá)反射中心線同心放置。

圖9 目標(biāo)角反射器位置

2）如圖9所示，角反射器在WCR方向上的誤差不能超過±0.5°，假設(shè)雷達(dá)安裝誤差是±1 cm，那么在3.0 m處誤差角度為±0.19°，因此△WCR，＝（A+B）tan0.35°，WCR方向上誤差為±1.8 cm。

3）不需要定義△DCR，因?yàn)榻欠瓷淦靼惭b在吸波板表面。

對(duì)于△HCR，如果安裝過高或者過低，反射器可能超出標(biāo)定時(shí)雷達(dá)的檢測(cè)范圍。因此在這個(gè)方向上，要保證雷達(dá)安裝在反射面的±9.5°范圍內(nèi)，即△HCR=（A+B）tan9.5°≈0.5 m。

2.1.1.8 各部件要求

1）反射鏡面 反射鏡面不是一個(gè)真正意義的鏡子，而是一塊拋光鏡面鋼板，表面粗糙度小于0.6 μm，反射鏡面的大小按照實(shí)際計(jì)算值來確定。

2）目標(biāo)背板 目標(biāo)背板是一個(gè)覆蓋了吸波材料的鋁板，一般設(shè)計(jì)為正方形，角反射器安裝在目標(biāo)背板的中心位置，偏差不能超過±0.5 cm。背板大小按照實(shí)際計(jì)算值來確定。

3）角反射器 目標(biāo)背板上安裝的角反射器一般用15 dB/m2，材料可以是鋁、銅或鋼，如圖10所示。其中，角反射器3個(gè)外邊長為147 mm±5 mm，3個(gè)內(nèi)邊長為104 mm±5 mm。

圖10 角反射器

4）吸波材料 吸波材料的關(guān)鍵特性是可以吸收高頻率電磁波（＞20 GHz），吸波材料的吸收能力需要進(jìn)行專業(yè)部門的認(rèn)證。如圖11所示。

2.1.1.9 RSDS下線檢測(cè)流程以某車間實(shí)際檢測(cè)流程為例，具體見圖12。

圖11 吸波材料

圖12 RSDS下線檢測(cè)流程

2.1.2 水平布置式

水平布置式見圖13，其中雷達(dá)以BOSCH為例。

圖13 水平布置式

2.1.2.1 基礎(chǔ)條件

角反射器位置：雷達(dá)到角反射器的距離＞1.4 m，角反射器到角反射器立柱的距離＞0.7 m（一般推薦大于1.4 m）。

環(huán)境條件：在地面上不應(yīng)有其他金屬反射物體，如果有，需要用吸波材料進(jìn)行遮擋。對(duì)角反射器的要求見表1。

表1 對(duì)角反射器的要求

2.1.2.2 角反射器安裝方案

1）對(duì)于角反射器在側(cè)后方的方案1（圖14）。 ①吸波材料大小規(guī)則：吸波材料的高度=雷達(dá)到角反射器的距離×tan20°+雷達(dá)的高度，由于雷達(dá)到角反射器的距離應(yīng)不小于1 410 mm，雷達(dá)高度根據(jù)不同車型應(yīng)在300～1 000 mm之間。據(jù)此，吸波材料高度為813～1 513 mm。②兩組吸波材料墻之間的距離為500 mm。③吸波材料到車輛的距離為≥1.2 m。④吸波材料的寬度：車輛側(cè)面的吸波材料寬度1 000 mm；車輛后方的吸波材料寬度4 000 mm。⑤車輛后方4.4 m范圍內(nèi)不許有其他反射物，否則需要吸波材料遮擋。

圖14 角反射器在側(cè)后方

2）對(duì)于角反射器在后方的方案2（圖15）。①吸波材料大小規(guī)則：吸波材料的高度=雷達(dá)到角反射器的距離×tan20°+

雷達(dá)的高度。由于雷達(dá)到角反射器的距離應(yīng)不小于1 410 mm，雷達(dá)高度根據(jù)不同車型應(yīng)在300～1 000 mm之間，據(jù)此，吸波材料高度為813～1 513 mm。②吸波材料的寬度：車輛側(cè)面的吸波材料寬度1 000 mm；車輛后方的吸波材料寬度4 000 mm。③吸波材料到車輛的距離≥1.2 m。④車輛后方4.4 m范圍內(nèi)不許有其他反射物，否則需要吸波材料遮擋。

圖15 角反射器在后方

2.1.2.3 校準(zhǔn)失敗的可能原因

校準(zhǔn)失敗的可能原因：①反射器到雷達(dá)前方距離過近；②發(fā)射向反射器的雷達(dá)波被遮擋；③雷達(dá)的安裝偏差過大；④有來自其他類似距離的反射干擾；⑤在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)有來自其他目標(biāo)更強(qiáng)烈的反射。

2.2 動(dòng)態(tài)標(biāo)定

標(biāo)定短道是一條長度為100 m±10 m的道路，在短道兩側(cè)安裝角反射器。當(dāng)安裝有為標(biāo)定雷達(dá)的車輛在短道上行駛時(shí)，啟動(dòng)標(biāo)定服務(wù)的車輛將自動(dòng)進(jìn)行下線標(biāo)定。如圖16所示。

圖16 動(dòng)態(tài)標(biāo)定（以DELPHI產(chǎn)品為例）

2.2.1 基本要求

1）道路要求 ①長度為100 m±10 m；②路況為平路、直路。

2）目標(biāo)間距 ①角反射器之間的間距為3.5 m±0.5 m；②角反射器的布置總數(shù)應(yīng)該是75 m/（3.5±0.5 m）。

3）標(biāo)定短道寬度 7 m±0.5 m。

4）標(biāo)定駕駛速度 標(biāo)定駕駛速度為＞20 m/s。

5）目標(biāo)支架高度 目標(biāo)安裝高度應(yīng)該是雷達(dá)安裝高度±10cm。

6）目標(biāo)支架需求 ①不需要在目標(biāo)支架上安裝吸波材料；②目標(biāo)支架的材料可以是塑料、木材、金屬等。

7）角反射器 ①目標(biāo)背板上安裝的角反射器是15 dB/m2，材料可鋁、鋼、銅；②角反射器3個(gè)外邊長度：147 mm±5 mm；③角反射器3個(gè)內(nèi)邊長度：104 mm±5 mm。

2.2.2 動(dòng)態(tài)標(biāo)定計(jì)算雷達(dá)安裝角度的誤差方法

車輛向前開（圖17中長方形沿箭頭方向），斜線代表雷達(dá)實(shí)際安裝位置，（r1，θ1）為雷達(dá)第1次探測(cè)到的數(shù)據(jù)。（r2，θ2）為雷達(dá)第2次

探測(cè)到的同一目標(biāo)的數(shù)據(jù)。α為雷達(dá)實(shí)際安裝角度。

圖17 計(jì)算雷達(dá)安裝角度的誤差

根據(jù)余弦定理可以算出

計(jì)算得到的實(shí)際安裝角度和理想狀態(tài)下安裝角度之差即為安裝角度偏差。

2.2.3 雷達(dá)測(cè)速原理

雷達(dá)的測(cè)速原理同ACC雷達(dá)測(cè)速原理類同，圖18是繪制CAD進(jìn)行簡易計(jì)算車距與車速的方法。

圖18 雷達(dá)測(cè)速原理

前提是假設(shè)前后兩車車速為恒定值，分別為 V1，V2，雷達(dá)波的頻率為f，雷達(dá)波長為λ，雷達(dá)傳播速度v0=?λ。

在t0時(shí)刻，汽車1發(fā)出雷達(dá)波開啟盲區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，雷達(dá)波向汽車2傳播。經(jīng)過時(shí)間t1，雷達(dá)波到達(dá)汽車2，此時(shí)雷達(dá)走過的距離為L1=v0×t1，S1=v1×t1，S2=v2×t1；經(jīng)過時(shí)間t2，雷達(dá)波返回至汽車1，雷達(dá)返回的距離為L2=v0×（t2-t1），S3=v1×（t2-t1）。得出t1=t2（?λ+v1）/ 2?λ，所以L1=t2（?λ+v1）/2。

雷達(dá)波的頻率較快，所以只測(cè)定出雷達(dá)波第1次觸碰到前車的距離即可為當(dāng)前的兩車距離。

3 結(jié)論

汽車的安全性能是保證自動(dòng)駕駛技術(shù)最重要的指標(biāo)，駕駛輔助系統(tǒng)能夠很好的幫助車主避免各種危險(xiǎn)情況的發(fā)生，所以駕駛輔助系統(tǒng)的標(biāo)定就顯得非常重要。文中盲區(qū)監(jiān)測(cè)變道輔助系統(tǒng)標(biāo)定主要研究了3種形式的標(biāo)定方法，具體選型可以根據(jù)檢測(cè)場(chǎng)地的大小及生產(chǎn)節(jié)拍要求來選擇標(biāo)定方式。靜態(tài)標(biāo)定場(chǎng)地不受天氣影響，但是浪費(fèi)生產(chǎn)節(jié)拍，而動(dòng)態(tài)標(biāo)定受天氣、雨雪等環(huán)境因素影響較大。因此，垂直式適用于標(biāo)定場(chǎng)所較小，而水平布置式不受場(chǎng)地要求。

［1］ 李守曉，畢欣，曹云俠.毫米波雷達(dá)的汽車盲點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013（9）：25-27.

（編輯 凌 波）

ARPA-E在第13屆年度鋰電池材料和化學(xué)會(huì)議上介紹了固態(tài)電池商業(yè)化路徑

先進(jìn)能源計(jì)劃署-能源（ARPA-E）正在為電池和燃料電池固態(tài)材料的研究投資，支持工作包括晶體和無定形無機(jī)物，以及玻璃成型、吹塑/擠出、軋制/壓延、帶鑄造和氣相沉積制造的聚合物。在即將舉行的第13屆鋰電池材料和化學(xué)年會(huì)上，ARPA-E高級(jí)商業(yè)化顧問Sue Babinec將介紹該機(jī)構(gòu)對(duì)這些技術(shù)的研究和商業(yè)化的看法，包括經(jīng)濟(jì)評(píng)估。

Babinec幫助領(lǐng)導(dǎo)ARPA-E的技術(shù)到市場(chǎng)的努力，強(qiáng)化的重點(diǎn)是將突破性的儲(chǔ)能技術(shù)商業(yè)化。Babinec的職業(yè)生涯專注于材料、電活性材料、顯示器、傳感器和電化學(xué)等領(lǐng)域的研究和商業(yè)項(xiàng)目，在鋰離子電池方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

在ARPA-E之前，Babinec擔(dān)任A123系統(tǒng)公司的技術(shù)總監(jiān)，在那里她領(lǐng)導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新鋰離子電池材料和電池技術(shù)，并開發(fā)了一個(gè)分析機(jī)構(gòu)來支持公司的全球業(yè)務(wù)。

Babinec在陶氏化學(xué)公司工作了20多年，在那里被授予年度發(fā)明家，并且是該公司的第一位女企業(yè)研究員，她的角色還包括道德風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)——物理科學(xué)的科學(xué)家領(lǐng)先的投資機(jī)會(huì)技術(shù)分析和初創(chuàng)投資的實(shí)際合作的合伙人。

Babinec擁有45項(xiàng)專利，并在她的專業(yè)領(lǐng)域撰寫或合作撰寫了數(shù)十篇期刊文章和書籍章節(jié)，她是材料研究學(xué)會(huì)和電化學(xué)學(xué)會(huì)的積極成員。

（信息來源：2017.7.28 Green Car Congress） ess戴朝典編譯

The Research of RSDS Calibration Method

LI Hua-jun
（Great Wall Motor Co.，Ltd.，Baoding 071000，China）

This article focuses on the static and dyna mic calibration met hod of RSDS and relevant require ments.The optimized calibration method should be chosen based on specific radar manufacturer and environ ment variables，in order to improve the driving safety.

unmanned driving tec hnology; blind spot detection; lane-change assist; radar; calibration

U463.675

A

1003-8639（2017）09-0007-05

2016-11-15；

2017-05-10

李華?。?990-），男，主要從事車輛試制及總裝車間檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)選型工作。