車輛中心 研究發展處 葉元景

有鑑於自駕技術的快速發展與相關產品落地，如何確保這些系統或模組具備高度的可靠度，是現有車輛產業在發展此類產品所在意的項目，故相關的車輛安全設計標準先後被提出與列為設計要求；自動駕駛系統設計不足或設計缺陷的議題可分為幾個部分，如：感應器限制、目標場景考慮不足、人為誤操作等，均為車輛安全中未知且不安全之危害情境，因此找出未知情境並確認系統之安全性為重要課題。
目前雖有文獻透過虛擬場景進行車輛安全驗證，但大都是以理想感測器為基礎的整車系統面測試，缺乏從實際感測器端為基礎之探討，有鑑於此，車輛中心（ARTC）提出以雷達感測模組進行模型建模，透過比對真實感測器進行可信度驗證，以建立貼近實際效能的雷達感測器模型，並加入車輛中心現有之虛實整合模擬驗證技術，輔以各種性能測試場景，以利進行後續之危害場景與觸發條件測試，找出未知危害場景與因素，提供系統改善建議，增加其安全性。

雷達感測模組建模與參數設置

車輛中心以Prescan軟體進行雷達模型和對應性能測試場景的建置，該模型需輸入如圖1待測雷達之天線增益圖Antenna Gain Maps（AGM）、表1所列之波束角度、角度分辨率、探測範圍、距離分辨率、相對速度範圍等參數，以進行雷達模型基礎參數設置。前述數據由於多為產品相關設計規格，須由廠商提供數據以進行等效模型建置。

圖1、雷達Antenna Gain Maps（AGM）參數設定畫面

表1、雷達模型建置需求參數範例

雷達模型驗證方法

於完成雷達模型關鍵參數建置後，為了驗證虛擬雷達感測器與真實雷達感測器相似度，車輛中心採用雷達感測模組測試平台（如圖2），其整合了Prescan、Matlab/Simulink與雷達模擬器（Radar Testing System, RTS）進行測試，其中雷達目標模擬器（RTS）主要功用是輸出Prescan場景中障礙物的雷達特徵波型，回送給雷達模組實體進行感測，藉以進行雷達性能與功能之驗證。

圖2、雷達感測模組測試平台架構

驗證場景與結果

為了驗證雷達感測器模型與實際雷達輸出之相似度，搭配雷達模擬器使用相同場景與相同感測器輸入訊息條件，分別以靜態場景（如圖3）與動態移動場景進行雷達輸出參數之距離、速度與角度之比對，其測試比對場景及架構如圖4。

圖3、靜態角度測試場景

圖4、測試比對場景及架構

雷達感測器模型與實際雷達比對結果如下：

(1) 靜態測試：

在Prescan場景中原點為物體之重心，故場景設置之距離與雷達偵測距離有一車輛重心與車尾之距離差（如圖3）；在測試情境中以每次增加10 m之情境下進行測試，結果彙整如表2，距離偵測相似度達95%，角度偵測相似度達90%；其雷達距離變動原因為雷達模擬器內部干擾造成，相似度計算是以距離差異最大值進行相似度計算，公式如下：。

表2、靜態測試結果

(2) 動態測試：

在動態情境中以每次增加5m/s進行測試，模擬汽車與機車在低速與高速匯入後駛離之情境，得知速度偵測相似度達96%以上，動態測試結果見表3；其雷達距離變動原因為雷達模擬器內部干擾造成，相似度計算是以距離差異最大值進行相似度計算，公式如下：。

表3、動態測試結果

小結

車輛中心完成雷達感測模組等效模型及驗證能量建置，可提供與實際雷達模組相近之感測距離、相對速度與角度模擬偵測結果，於後續可提供自動駕駛輔助系統（AEB、ACC）控制器，進行雷達感測器因外部環境造成之極限下衍生的場景測試，可重現因感測器極限與外部環境影響之情境，有效找出感知系統或模組之設計不足或是弱點，提供系統改善，降低未知且危害之應用場景範圍，增加其運行安全性。