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1、测试场地尺寸如图3所示2、转向控制机构可实现对车辆方向盘在±500°的区间内进行控制3、踏板执行机构通过调距螺杆支撑的方式4、测试过程中5、当测试车辆行驶进入转向区域A2前 "中国制造2025"将汽车产业列为十大关键领域之一,其中智能网联汽车作为行业发展两大主题之一备受关注,在国家政策的支持和行业机构的参与下,智能网联汽车产业快速发展。
中国汽车技术研究中心已将车辆的主动安全纳入到中国新车评价规程测试评价体系中,以汽车AEB功能测试为例,在测试过程中如何保障测试人员安全、保证车辆航向角度和车辆速度精确性的问题亟待解决。
中国汽车技术研究中心自主研发的智能驾驶机器人,通过模拟人类驾驶员踩踏板、打转向和换档位的动作,测试应用设计了一种可控制车辆完成转向、速度和档位控制的机械结构,能够在不对车辆进行任何改装的前提下替代驾驶员进行可靠性、危险性和高精度的车辆道路试验。
ISO3888-2:2002规定了一种汽车在高速场景下进行紧急避障的麋鹿测试,在测试过程中对速度的控制精度要求高,并存在爆胎、失控甚至翻车的安全威胁。
麋鹿测试中"Moose"是指瑞典特有的驼鹿,驼鹿习惯高速横穿公路,由于其四肢高于乘用车前端高度,但成年驼鹿的体重在300-500kg,雄性驼鹿还有巨大的坚硬鹿角。
一旦与高速行驶的车辆碰撞,驼鹿纤细的四肢会被撞断,智能驾驶机器人测试应用下测试应用整个身体由于惯性拍向前挡风玻璃,并且安全气囊顺利弹出概率很小,极易造成伤亡事故。
图1为驼鹿与车辆高度的对比示意图,其中红色虚线表明成年驼鹿四肢高度与SUV车型前端高度基本相等。由此可知,在汽车与驼鹿碰撞的瞬间会产生巨大的冲击力,前挡风玻璃和车辆A柱无法承受如此巨大的冲击,严重威胁驾驶员的生命安全。据不完全统计,在瑞典每年至少每公里发生一次驼鹿撞车事故,每年超过2000头驼鹿死于交通事故,事故中车辆安全气囊无法正常弹出、前挡风玻璃无法承受驼鹿巨大体重的冲击等问题使得车辆的被动安全配置无用武之地,因此只能要求对车辆的主动安全性能进行优化和完善,尤其是在紧急情况下车辆的避障和避障后航向纠正的能力。麋鹿测试在ISO标准中名称为’Passengercars-Testtrackforaseverelane-changemanoeuvre-Part2:Obstacleavoidance,属于国际标准ISO3888内容之一,该标准针对车辆的动态性能和抓地能力的进行了规范和要求。麋鹿测试对车辆类型、测试场地尺寸、测试流程甚至路锥都进行了严格规范,其测试对象包括乘用车以及总质量不超过3.5吨的轻型商用车。根据标准要求,车辆在测试过程中按照测试顺序(图中黑色箭头方向)需要完成如下动作:直线路段加速,直行路段L1,下测试应用场景下测试应用左转向区域A1,直行路段L2,右转向区域A2,机器人测试应用直行路段L3。
测试场地尺寸如图3所示
测试场地尺寸如图3所示,其中场地总长为61m,虚线区域与道路边界组成了车辆转向范围,黑色实心圆点为路锥,场地的具体尺寸如表1所示。测试过程中通过特定位置后,驾驶员禁止与加速踏板、减速踏板进行任何接触;在长直路段L1额外摆放路锥两个(图3中红色虚线,用于为驾驶员提供参考标志。达到测试最大速度后,记录下测试车辆仪表盘速度,再次以该速度进行两次测试以保证测试结果的有效性。一方面保障麋鹿测试中驾乘人员的安全,另一方面也能够保障麋鹿测试的效率和准确性。中国汽车技术研究中心基于车辆耐久性测试试验需求完成了智能驾驶机器人的研发和产品迭代,目前已经完成了第三代产品的开发与实车测试工作。考虑到麋鹿测试对精度的严苛要求和安全隐患,智能驾驶机器人经过结构优化和算法升级已经完全可以替代驾驶员完成高速场景下紧急避障的麋鹿测试。其中,转向控制机构(如图5所示)的机械原理为,驱动电机输出轴上安装有主动齿轮,与主动齿轮啮合的从动齿轮带动转向基座转动,转向基座通过尼龙绑带固定在方向盘上,从而实现车辆的转向控制。
转向控制机构可实现对车辆方向盘在±500°的区间内进行控制
转向控制机构可实现对车辆方向盘在±500°的区间内进行控制,驾驶机器人测试应用智能驾驶机器人测试应用并且能够柔性适应满足国标要求的方向盘尺寸,最大程度的减小了由于装配不同轴引起的控制误差。踏板执行机构(如图6所示)则是通过电机带动曲轴连杆机构实现加速踏板和减速踏板的踩踏、释放动作,是对人类驾驶员踏板控制动作的模仿。正常驾驶过程中,驾驶员无需同时踩踏加速和减速两个踏板,因此,踏板执行机构采用一部驱动电机配备电磁离合交叉断开吸合的形式实现对两个踏板的不同步控制。
踏板执行机构通过调距螺杆支撑的方式
踏板执行机构通过调距螺杆支撑的方式,可适应上汽集团、长城汽车的多款车型前舱尺寸,并实现了加装踏板执行机构的前提下主驾驶位可继续乘坐安全员的测试要求。麋鹿测试对直行路段和转向区域的长度做出了严格的限制,其车道宽度也取决于车辆宽度。考虑到测试路段纵向距离和转向方式相对固定的,麋鹿测试且测试过程中车辆速度略有减小而直行路段的宽度逐渐增大,所以测试首要问题是解决车辆在直行路段切换过程中左右转向的控制问题。中国汽车技术研究中心针对麋鹿测试,目前采用预瞄点路径规划和PID算法相结合的控制方法对驾驶机器人的动作执行进行控制以保证车辆顺利通过测试。测试车辆在高速行驶工况下,从直行路段L1经转向区域A1进入直行路段L2的过程中,车辆动作顺序如下:左转,直行,右转;而在由直行路段L2经转向区域A2进入直行路段L3的过程中,车辆则需要进行以下动作:右转,直行,左转。经过参数分析和前期试验得知,在左转过程中直行路段L1末端左侧和直行路段L3前端左侧的路锥容易被车辆的左后轮碰撞,测试应用机器人测试应用的同理,在右转过程中直行路段L2前端右侧和末端右侧的路锥容易被车辆的右后轮碰撞,高频碰撞路锥如图7中红点所示。测试车型的车辆轴距、车宽等参数是固定的,如何控制车辆的转弯半径成为测试路径规划中的首要考虑因素。
测试过程中
测试过程中,车辆经过标示线速度后不再增加。对由L1经过A1进入L2这段距离研究分析时可近似认为车速不变,并且考虑到汽车转向控制系统的强非线性特征,宁波驾校故对测试车辆采用预瞄点控制方法。预瞄控制基于汽车行驶轨迹与预期路径误差最小原则,将预瞄点位置和车辆实时的位置、速度作为整个控制系统的输入,通过计算车辆理想横向加速度并考虑驾驶员反应滞后和车辆动态反应滞后的误差,最终实现较为精准的测试车辆轨迹控制。图8为测试车辆经过转向区域A1时的规划路径,当测试车辆行驶至C1位置时完成转向角度为θ1的左转动作,以O1为圆心,R1为半径沿圆弧C1C2转向行驶至C2,随后直线行驶至C3,最后以O2为圆心,R2为半径沿圆弧C3C4转向行驶至C4,完成测试要求的第一次转向。
当测试车辆行驶进入转向区域A2前
当测试车辆行驶进入转向区域A2前,车速相对转向区域A1略有降低且直行路段L3宽度增加,车辆的转向控制难度降低,在控制流程中,操作步骤与转向区域A1相同,只是转向方向改为右转向,在此不再进行赘述。中国汽车技术研究中根据ISO麋鹿测试标准进行了场地规划,基于预瞄点路径规划的PID控制算法对智能驾驶机器人动作进行控制,最终操控长城汽车某款SUV以30Km/h和50Km/h的行驶速度(如图9所示)顺利完成了麋鹿测试。伴随着ADAS技术的逐渐成熟,汽车的智能化程度也越来越高。中国的道路交通场景中包括机动车、自行车、电动车、行人等多个参与者使得驾驶场景更为复杂,场景下测试应用驾驶场景下测试应用因此,对汽车的安全性能提出了更为严苛的要求。智能驾驶机器人技术的发展和成熟,为传统的被动安全性能测试和以麋鹿测试为代表的主动安全性能测试场景中的高危测试场景提供了行之有效的解决方案,一方面最大限度的保障测试结果的准确性和有效性,另一方面也最大程度的保障了实验测试人员的人身安全。
