動態交通目標物模擬系統承載平臺牽引機構研究

樊昌國 岳承翰 楊巖

摘 要：動態交通目標物模擬系統屬于ADAS/智能網聯汽車場景道路測試必不可少的一種智能測試系統，是模擬真實動態交通目標物（行人、自行車、摩托車等）的系統。動態交通目標物模擬系統承載平臺是動態交通目標物模擬系統的主要組成部分，在ADAS/智能網聯汽車道路測試過程中，動態交通目標物模擬系統承載平臺應具備整體外觀尺寸小、高度低通過性良好、動力輸出足夠、動作精準靈活等特點。本文基于ADAS/智能網聯汽車道路測試方法和動態交通目標物模擬系統應用特點，對動態交通目標物模擬系統承載平臺設計構成方式等進行研究。

關鍵詞：智能網聯汽車;測試;交通目標物

隨著社會的發展，傳統的汽車安全理念也在逐漸發生變化，ADAS/智能網聯汽車技術發展迅速。ADAS/智能網聯汽車要想實現量產的應用，需要進行大量、結合真實交通環境下的道路測試驗證。動態交通目標物模擬系統是ADAS/智能網聯汽車道路測試設計與構建的重要組成部分，利用動態交通目標物模擬系統和ADAS/智能網聯汽車按照實際道路測試場景需要，模擬相應的測試工況，解決ADAS/智能網聯汽車道路測試關于交通參與者測試場景需求，服務于ADAS/智能網聯汽車的研發、驗證工作。目前，類似的動態交通模擬系統國外相關公司已經開發應用，比如英國ABD公司的Launch Pad、GST、奧地利DSD公司的UFO和英國4A公司開發的4activeFB，初步應用于AEB、FCW、ACC等ADAS先進駕駛輔助技術和ADAS/智能網聯汽車道路測試。國外動態交通模擬系統在應用功能上大同小異，但是動態交通目標物模擬系統的承載平臺牽引機構設計存在差異。本論文針對動態交通目標物模擬系統承載平臺的牽引機構，結合實際道路測試應用研究總結不同機構組成存在的優缺點，為相關產品國產化自主設計提供參考。

1 動態交通目標物模擬系統承載平臺牽引機構研究

動態交通目標物模擬系統承載平臺結構設計較為復雜，需要綜合考慮應用特點、外形尺寸、電氣控制、輸出精度等方面。論文所述的動態交通目標物模擬系統的承載平臺牽引機構主要包括動力牽引結構和轉向牽引結構。動力牽引結構是系統前進、后退等行進動作的動力輸出結構，轉向牽引機構是系統靈活轉彎、方向控制的輸出結構。通過研究目前主流的系統，總結動態交通目標物模擬系統牽引機構不同設計構成方式及對應的優缺點（表1、2）。分別將表1國外產品承載平臺牽引機構組成在表格最右側單元分別進行編號，研究分析現有不同結構組成在機械設計復雜性、外形尺寸優越性、控制簡便性等三個主要維度（表2）。

2 設計驗證

通過分析國外動態交通目標物模擬系統承載平臺結構設計相關產品牽引機構的分析研究，選擇上述表格1編號002方式自主展開設計進行實際驗證。具體如下：動態交通目標物模擬系統承載平臺牽引結構方式：參照上述表格1編號002的結構方式，即采取雙電機驅動單輪+單電機轉向的方式。該結構方式整體設計較簡單，采用的安裝部件少，促成內部布局簡單方便;存在電機數量少，在滿足動力輸出的前提下，所選電機尺寸較大，導致承載平臺出現高度較高的情況，降低測試應用過程中智能網聯試驗車輛的通過性，但是此結構方式在電氣控制上實現相對簡單，動力與轉向驅動可分開單獨進行精確控制，有效的節省了相關控制算法開發周期，提高開發效率，縮短產品開發周期。

2.1 動態交通目標物模擬系統承載平臺動力牽引機構的設計

動態交通目標物模擬系統承載平臺動力牽引機構描述：動態交通目標物模擬系統承載平臺的動力牽引機構采用雙伺服電機拖動方式，雙電機輸出端通過同步帶連接到一個輸出輪上。選擇雙電機驅動方式能夠較好較少結構零件數量，利于內部空間布局，減小了承載平臺長寬尺寸，設計高度一般，但是基本滿足測試過程中測試車輛碾壓的通過性。動態交通目標物模擬系統承載平臺牽引機構主要包括動力驅動電機、同步帶輪、同步帶、驅動輪和安裝總成。由上圖可知系統承載平臺雙電機驅動單輪的模式整體零件結構設計較為簡單，控制上無需考慮輪速差，只要保證雙電機控制輸出的同步性良好即可實現較好的驅動功能（圖1）。

2.2 動態交通目標物模擬系統承載平臺轉向牽引機構設計

動態交通目標物模擬系統承載平臺轉向牽引機構描述：動態交通目標物模擬系統承載平臺獨立的轉向牽引機構，轉向機構采用電機驅動滾珠絲杠實現靈活轉向，該機構機械響應速度快，轉向角度控制精度高，能較好滿足道路運行控制需要。動態交通目標物模擬系統承載平臺轉向機構主要包括轉向驅動電機、拉桿、擺臂和轉向輪，結構簡單，安裝布局方便，可進行單獨精確的轉向控制（圖2）。

2.3 方案實施效果

結合動態交通目標物模擬系統應用特點，經過自主設計對雙電機驅動單輪+單電機驅動轉向的方式進行驗證（圖3、表3）。

3 結論

動態交通目標物模擬系統的承載平臺的牽引機構有多種方式，國外公司研發人員也是經過不斷摸索與改進才確定了其公司相應產品的實現結構方式。本論文總結研究現有產品承載平臺的結構組成方式，從機械結構設計、外形尺寸和控制方式三方面評估、研究每一種結構實現方式的優缺點，并選取其中一種結構方式，通過自主設計開發進行技術研發可行驗證。希望隨著技術的不斷發展與完善，后續國內相關企業可以根據需要設計開發出功能更強大，品質卓越的動態交通目標物模擬系統，更好的服務于中國ADAS/智能網聯汽車道路測試發展。

參考文獻：

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[2]李承等.電路原理與電機控制[M].北京：清華大學出版社，2014.

[3]馬香峰等.工業機器人的操作機設計[M].北京：冶金工業出版社，1996.

【課題項目】自動駕駛電動汽車封閉測試環境構建與場地測試技術研究（課題編號：2018YFB0105104）

作者簡介：樊昌國（1985-），男，江蘇邳州人，本科，工程師，主要研究方向：智能汽車測試技術。