文章目录
- 0 Introduction /介绍
- 1 Scop / 范围
- 2 Normative references / 规范性引用
- 3Terms and definitions/术语和定义
- 4 Symbols and abbreviated terms/符号和缩写词
- 5 Classification/分类
- 6 Requirements/需求
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- 6.1 Basic control strategy/基础控制策略
- 6.2 Functionality/功能需求
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- 6.2.1 Control modes/控制模式
- 6.2.2 Stationary or slow moving targets/静止或缓慢移动的目标
- 6.2.3 Following capability/跟随能力
- 6.3 基本的驾驶员交互与干预能力/Basic driver interface and intervention capabilities
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- 6.3.1操作要素和系统反应/Operation elements and system reactions
- 6.3.2显示要素/Display elements
- 6.3.3符号/Symbols
- 6.4 操作限制/Operational limits
- 6.5 制动灯的启动/Activation of brake lights
- 6.6 失效响应/Failure reactions
- 7 Performance evaluation test methods/性能评估测试方法
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- 7.1 环境条件
- 7.2 测试目标规范
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- 7.2.1 总则
- 7.2.2 激光雷达
- 7.2.3 毫米波雷达
- 7.3 自动“停止”能力测试仅适用于FSRA型
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- 7.3.1 试验目标车辆
- 7.3.2 初始条件
- 7.3.3 试验过程
- 7.4 目标探测距离测试
- 7.5 目标识别测试
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- 7.6 曲线能力测试
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- 7.6.1 总则
- 7.6.2 测试场地
- 7.6.3 曲线能力、目标车
- 7.6.4 驾驶情景
0 Introduction /介绍
自适应巡航控制(ACC)的主要系统功能是利用以下信息自适应地控制车辆速度,以适应前方车辆。
根据所获得的信息,控制器(在图1中确定为 “ACC控制策略”)向执行器发送命令以执行其纵向控制策略,并且它还向驾驶员发送状态信息。可选地,驾驶员可以选择让ACC使用来自车载设备的设定速度建议。ACC的目标是实现车辆纵向控制的部分自动化,减少驾驶员的工作量,目的是为驾驶员提供方便的支持和缓解。通用的ACC系统包含两类。全速范围ACC(FSRA)和限速范围ACC(LSRA)。
上图为ACC的基础架构和组成,其采用单个长距毫米波雷达做为传感器,主要包括以下步骤:
① Vehicle Movement:获取整车的运动信息,包括航向角、横向加速度、轮速、方向盘转角等信息;
② Object Detection:目标检测,通过长距毫米波雷达检测车辆前方的目标信息;
③ Object Selection:目标选择,由于雷达可以检测到较多的运动目标信息,如二轮车、小汽车等,因此需要结合本车的运动信息,挑选感兴趣的目标,作为ACC的目标车辆。例如:在弯道工况时,需要选择与本车在同车道的车辆,而并非本车正前方的车辆;
④ Distance Controller:距离控制,依据跟车时距、设定速度等对本车与目标车之间的距离进行控制;对于传统燃油车,其执行机构主要包括ESP、Gearbox、Motronic。
1 Scop / 范围
自适应巡航控制系统(Adaptive Cruise Control,ACC)可分为全速自适应巡航控制系统(Full Speed Range Adaptive Cruise Control,FSRA)和限速自适应巡航控制系统(Limited Speed Range Adaptive Cruise Control,LSRA)两种。自适应巡航控制系统又分为两类,即车辆配置手动或自动离合器。自适应巡航控制的基本目的是在高速公路(禁止非机动车和行人通行的道路)上自由行驶时,为装备的车辆提供纵向控制,对于FSRA类型的系统也适用于拥堵的交通状况。ACC还可以扩展到其他功能,如前方障碍物警告。对于FSRA类型的系统,系统将试图在其有限的减速能力范围内停在目标车辆后面,并在驾驶员向系统输入从静止状态恢复行驶的请求后能够再次启动。系统不需要对静止或缓慢移动的物体作出反应。
2 Normative references / 规范性引用
- ISO 2575, Road vehicles - Symbols for controls, indicators and tell-tales
3Terms and definitions/术语和定义
- Active Brake Control 主动制动控制
导致制动的功能,应由ACC系统控制,而不是由驾驶员实施。
- Adaptive Cruise Control ACC
对常规巡航控制系统的增强,通过控制发动机和/或动力传动系以及潜在的制动器,允许本车辆跟随适当距离的前进车辆。
- Brake 制动
抵抗车辆运动的力
- Clearance 跟车间距
自车最前面到目标的物前车尾部面的距离
- Conventional Cruise Control 常规巡航控制
能够控制车辆按照驾驶员设定的车速行驶的系统
- Forward vehicle 前方车辆
与本车车辆同向行驶、同路行驶的车辆
- Free-flowing traffic 交通流
畅通和繁忙的交通,不包括停车和紧急制动的情况
- time gap 跟车时距
τ = c / v \tau=c/v τ=c/v 其中, c c c是跟车间距, v v v是车速;
- Subject vehicle 本车车辆
装备了相关ACC系统的车辆,并与讨论的主题相关
- Target vehicle 目标车辆
本车车辆跟随的车辆
- Stationary object 静止目标
本车车辆前方静止的物体
- Slow moving object 缓慢移动的目标
被测车辆前方的物体,该物体在被测车辆中心线方向以小于 m a x [ 1.0 m / s , 10 % v s u b j e c t _ v e h i c l e ] max[1.0m/s,10\%v_{subject\_vehicle}] max[1.0m/s,10%vsubject_vehicle]的速度移动。
- Full Speed Range Adaptive Cruise Control:FSRA cruise control 全速自适应巡航系统
自适应巡航控制系统类别,通过控制发动机和/或动力系统和制动系统,使本车车辆以适当的距离跟随前车行驶,甚至跟随前车到停车;
- Limited Speed Range Adaptive Cruise Control:LSRA cruise control 限速自适应巡航系统
自适应巡航控制系统类别,通过控制发动机和(或)动力系统和制动系统,使本车车辆在超过一定的最低速度以适当的距离跟随前车行驶;
4 Symbols and abbreviated terms/符号和缩写词
5 Classification/分类
- 纵向控制的执行器的不同配置会有不同的系统行为。因此,根据两种不同的ACC类别,本文将讨论三种类型的ACC系统。
ACC系统的减速能力应在车主手册中明确说明。所有类型的车辆都有主动制动控制功能。在带离合器踏板的车辆(LSRA 1型)采用主动制动干预时,如果离合器不能自动脱开,应及早明确告知驾驶员制动和发动机怠速控制之间可能发生冲突。应为驾驶员提供一个切实可行的、明确的接管流程。
6 Requirements/需求
6.1 Basic control strategy/基础控制策略
ACC系统至少应具备如下的控制策略和状态转换。
- 当ACC激活时,应自动控制车速,或保持与前车的间隙,或保持设定车速,以车速较低者为准。这两个控制节点之间的变化由ACC系统自动完成;
- 稳态跟车时距可以由系统自行调节,也可以由驾驶员调节;
- 如果有一个以上的前车,应自动选择被跟踪的车辆;
- 对于全速自适应巡航控制系统(FSRA),在目标车辆停止后不超过3秒的时间内,从跟随控制状态转为保持状态;
- 对于全速自适应巡航控制系统(FSRA),在 "hold "状态下,应实现自动制动控制,使目标车辆保持静止。
- 对于限速自适应巡航控制系统(LSRA),如果主车车辆的车速低于最低运行速度Vlow,则从 "ACC stand-by "到 "ACC active "的过渡将被抑制;此外,如果系统处于 "ACC active "状态时车辆的车速低于Vlow,则自动加速将被抑制,ACC系统可能从ACC active 变到ACC stand by 状态。
6.2 Functionality/功能需求
6.2.1 Control modes/控制模式
6.2.2 Stationary or slow moving targets/静止或缓慢移动的目标
- 一般来说,并不要求ACC系统对静止或缓慢移动的目标作出反应。如果系统的设计不能对静止的目标作出反应,则至少应在车主手册中说明。
6.2.3 Following capability/跟随能力
通用要求
- τ m i n \tau_{min} τmin 应是所有速度的稳态条件下跟随控制模式的最小可选择时距, τ m i n \tau_{min} τmin应大于或等于0.8秒。
- 当速度大于8m/s时,最小的跟车时距 τ m i n \tau_{min} τmin应在1.5s至2.2s之间。
- 在稳态条件下,最小跟车间隙应为 max ( c m i n , τ m i n ∗ v ) \max(c_{min},\tau_{min}*v) max(cmin,τmin∗v)。
- 在瞬态条件下,跟车时距可能暂时低于最小跟车时距。如果出现这种情况,系统应调整跟车间距,以达到理想的跟车间距。
- 适用于所有FSRA型系统和LSRA型系统,这些系统试图在停止的车辆后面停止时。作为最低要求,该系统应能从稳态跟随开始,以低于 V s t o p p i n g V_{stopping} Vstopping的速度在加速度 a s t o p p i n g a_{stopping} astopping下制动并逐渐在静止的车辆后面停止。
- ACC应具有以下规定的探测范围、目标识别和曲线能力;
直线道路上的距离探测能力/Detection range on straight roads
- 如果前车在距离 d 1 d_1 d1至 d m a x d_{max} dmax范围内,ACC系统应探测出前车与自车之间的范围。在此范围内,至少应在自车宽度的横向区域内检测到前方车辆。
d m a x = τ m a x × v s e t _ m a x d_{max}=\tau_{max}×v_{set\_max} dmax=τmax×vset_max
- 如果前车在距离 d 0 d_0 d0到 d 1 d_1 d1的范围内,ACC系统应检测到该车辆的存在,但不需要探测前车与自车的距离,也不需要探测前车与自车之间的相对速度。
d 1 = 4 m d_1=4m d1=4m
- 如果前车出现的距离小于 d 0 d_0 d0,则不需要ACC系统来检测车辆的存在。
d 0 = 2 m d_0=2m d0=2m
目标区分能力/Target discrimination
- 如果在直线道路上和稳态弯道上有多辆前车,则在测试场景所代表的典型ACC情况下,应选择本车车辆路径上的前车进行ACC控制。
- ACC系统应使车辆能够以 τ m a x \tau_{max} τmax ( v c i r c l e ) (v_{circle}) (vcircle)的时间间隔在直线道路和半径小于 R m i n = 500 m R_{min} = 500 m Rmin=500m的弯道上稳态行驶。 因此,如果前车以恒定速度 v c i r c l e v_{circle} vcircle在恒定弯道半径 R m i n R_{min} Rmin上行驶,则该系统应能够以稳态时间间隔 τ m a x \tau_{max} τmax ( v c i r c l e ) (v_{circle}) (vcircle)跟随前进车辆:
v c i r c l e = a l a t e r a l _ c u r v e ∗ R m i n v_{circle}=\sqrt {a_{lateral\_curve*R_{min}}} vcircle=alateral_curve∗Rmin
其中:
- τ m a x \tau_{max} τmax 指在直道上以 v v v的速度行驶时可能出现的最大稳态跟车时距;
- a l a t e r a l _ c u r v e a_{lateral\_curve} alateral_curve为高速公路上弯道的设计侧向加速度值;
- a l a t e r a l _ c u r v e a_{lateral\_curve} alateral_curve的值来自于如下曲线中的平均司机行为(95%的司机);
因此可得出曲线行驶的稳态速度为 v c i r c l e = 114 k m / h v_{circle}=114 km/h vcircle=114km/h。
转化条件/“Go” transition
- 从保持到跟随控制或速度控制的过渡可以通过驾驶员请求或由ACC功能自动启用。
6.3 基本的驾驶员交互与干预能力/Basic driver interface and intervention capabilities
6.3.1操作要素和系统反应/Operation elements and system reactions
- ACC系统应提供驾驶员选择所需设定速度的方式。可选地,可为驾驶员提供接受车载设备(如交通标志识别系统)建议的设定速度的手段。
- 在 "ACC跟随控制 "和 "ACC速度控制 "状态下,至少在驾驶员发起的制动力需求高于ACC发起的制动力时,驾驶员的制动应停用ACC功能。仅适用于FSRA型:在 "ACC保持 "状态下,驾驶员的制动不一定要退出ACC系统。
- 即使在ACC系统自动制动的情况下,ACC系统也不应导致对驾驶员制动输入的制动响应的显著瞬时降低。
- 来自驾驶员或ACC系统的较大动力需求将用于驱动发动机动力致动器(例如油门致动器)。这始终赋予驾驶员超越ACC系统引擎动力控制的权限。
- 如果驾驶员的动力需求大于ACC系统的动力需求,则应立即释放制动力,解除自动制动。驾驶员对加速踏板的干预不应导致对驾驶员输入的响应有明显延迟。
- 自动制动的启动不得导致车轮锁定的时间超过防抱死装置(ABS)允许的时间。
- ACC的自动功率控制不应导致车轮过度滑动,且持续时间大于牵引力控制所允许的时间。
- ACC系统可根据驾驶环境(如恶劣天气)自动调整跟车时距,而无需驾驶员采取行动。但调整后的跟车时距不得小于驾驶员选择的最小跟车时距。
- 如果系统允许驾驶员选择所需的跟车时距,其选择方法应符合以下任一条件。
①如果系统在切换到ACC OFF后保留了最后选择的跟车时距,则至少在系统启动时应将跟车时距清晰地呈现给驾驶员;
②如果系统在切换到ACC OFF后没有保留最后选择的跟车时距,则应将跟车时距设置为等于1.5 s或更大的预定义默认值;
- 如果除ACC外还有常规巡航控制功能,则ACC和常规巡航控制之间不得自动切换。
- 可选:即使驾驶员踩下制动踏板,该系统也可在静止状态下由驾驶员启动。
- 仅适用于LSRA 1型。LSRA 1型系统应暂时中止运行,但仍处于ACC激活状态,或者在驾驶员踩下离合器踏板时切换到ACC待机状态。在使用离合器踏板期间,自动制动动作可以继续进行。在系统松开制动器后,系统可以恢复ACC控制,也可以在驾驶员踩下离合器踏板的情况下过渡到ACC待机状态。
6.3.2显示要素/Display elements
- 驾驶员的最小反馈信息包含激活状态(ACC系统是否激活)和设定速度。
- 如果ACC系统因故障而无法使用,则应通知驾驶员。 如果使用符号通知驾驶员,则应使用标准符号,参见ISO 2575。
- 如果ACC系统自动停用,则应通知驾驶员。 如果使用符号通知驾驶员,则应使用标准符号。
- 如果车辆同时配备了ACC和传统的巡航控制系统,则应让驾驶员知道是哪个系统在工作。
- 车辆探测信号,意味着主动式ACC系统正在检测前方车辆,如果该前方车辆被用于适应控制,则需要激活该信号。
6.3.3符号/Symbols
- 如果使用符号来识别ACC的功能或故障,应使用符合ISO 2575的标准符号。
6.4 操作限制/Operational limits
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为了提高舒适性,在5m/s以下,不得因目标车辆消失而突然释放制动力,也不得因制动故障以外的系统故障而自动失效。
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仅适用于LSRA型。ACC的自动正向加速要求车速 v l o w v_{low} vlow至少为5m/s。
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最小设定速度应为vset_min>=4.4 m/s。
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当车辆行驶速度高于20m/s时,ACC系统的平均自动减速度不得超过 3.5 m / s 2 3.5m/s^2 3.5m/s2(平均2s以上) ,当车辆行驶速度低于5m/s时,自动减速度不得超过 5 m / s 2 5m/s^2 5m/s2(平均2s以上)。
其中:x,自车车速[ m / s m/s m/s];y,最大减速度[ m / s 2 m/s^2 m/s2]
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当车辆行驶速度高于20m/s时,自动减速度的平均变化率(负抖动)不得超过 2.5 m / s 3 2.5m/s^3 2.5m/s3(平均1s),当车辆行驶速度低于5m/s时,自动减速的平均变化率不得超过 5 m / s 3 5m/s^3 5m/s3(平均1s)。
其中:x,自车车速[ m / s m/s m/s];y,自动减速度的平均变化率[ m / s 3 m/s^3 m/s3]
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当车辆行驶速度超过20m/s时,ACC系统的平均自动加速度不应超过 2 m / s 2 2m/s^2 2m/s2(平均超过2s),当车辆行驶速度低于5m/s时,自动加速度不应超过 4 m / s 2 4m/s^2 4m/s2(平均超过2s)。
其中:x,自车车速[ m / s m/s m/s];y,自动加速度[ m / s 3 m/s^3 m/s3]
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如果目标车辆靠近到 d 0 d_0 d0以上,且不再检测到目标车辆,系统应从最后一条有效制动指令开始启动控制器策略,直到目标车辆停止或系统检测到 d 1 d_1 d1以内的前车或驾驶员通过加速踏板抑制系统。如果在 d 0 ~ d 1 d_0~d_1 d0~d1的距离范围内检测到前方车辆,且距离无法确定,系统应抑制自动加速。
6.5 制动灯的启动/Activation of brake lights
- 如果应用自动行车制动,则制动灯应点亮。当ACC系统应用其他减速装置时,系统可点亮制动灯。刹车灯应在ACC系统启动工况制动后350 ms内点亮。为了防止刺激性的制动灯闪烁,在ACC启动制动后,制动灯可以保持合理的时间内亮起。
6.6 失效响应/Failure reactions
- 下述的故障应立即通知驾驶员(LSRA 1型系统的变速箱故障除外),在系统关闭之前,该通知应保持有效。
- 在点火关闭/开启或ACC关闭/开启的自检成功之前,应禁止重新启动ACC系统。
7 Performance evaluation test methods/性能评估测试方法
7.1 环境条件
- 试验位置应在平坦、干燥的沥青或混凝土表面;
- 温度范围应在-20℃和+40℃之间;
- 温度范围应在-20°C和+40°C之间,水平能见度范围应大于1 km;
7.2 测试目标规范
7.2.1 总则
测试目标是为目前使用的技术制定的,对于其他技术,则进行代表性试验。
7.2.2 激光雷达
红外测试目标由测试目标CTT的红外系数和测试目标的横截面定义。测试目标A和B的最小横截面为 20 c m 2 20cm^2 20cm2。
- 试验目标A:漫反射 C T T = 2.0 m 2 / s r ± 10 % CTT=2.0m^2/sr ±10\% CTT=2.0m2/sr±10%;
- 试验目标A:漫反射 C T T = 1.0 m 2 / s r ± 10 % CTT=1.0m^2/sr ±10\% CTT=1.0m2/sr±10%;
7.2.3 毫米波雷达
雷达测试目标由雷达散射截面(RCS)定义。
对于20 GHz到95 GHz的频率范围:
- 试验目标A:试验目标A的RCS应为10 m 2 m^2 m2 ;
- 试验目标B:试验目标A的RCS应为3 m 2 m^2 m2 ;
对于显著不同的频率范围,应确定和定义RCS。
7.3 自动“停止”能力测试仅适用于FSRA型
停止”能力测试应确保FSRA系统在较低速度范围内的功能下降至停止状态。
7.3.1 试验目标车辆
目标车辆应配备7.2中规定的试验目标A。试验目标车应放在车辆后端。车辆的其余部分以这样的方式隐藏:去除试验目标后,后表面的RCS不大于 2 m 2 2m^2 2m2或反射率不大于试验目标的20%。
7.3.2 初始条件
- 目标车辆应以 v s t o p v_{stop} vstop的速度行驶;
- 目标车辆的宽度应在1.4 m和2.0 m之间;
- 目标车辆以稳态跟踪控制模式在目标车辆后面巡航;
- 在整个试验过程中,所需的跟车时距应为 τ m i n \tau_{min} τmin值;
- 目标车辆纵向中心线相对于前车辆纵向中心线的横向位移应小于0.5m;
7.3.3 试验过程
目标车辆应以 − 2.0 m / s 2 -2.0 m/s^2 −2.0m/s2至 − 2.5 m / s 2 -2.5 m/s^2 −2.5m/s2之间的加速度减速至停车。
当测试车辆通过该系统停止在前车后部时,试验被视为成功完成。
7.4 目标探测距离测试
车辆参考平面以从高度0.2 m开始的主体车辆宽度对应于高度为0.9 m的矩形。检测区域考虑车辆前端平面内的不同位置。它也受到乘用车最低高度的限制。 d 1 , d 2 , d m a x d_1,d_2,d_{max} d1,d2,dmax的参考平面分为3列,列 L L L和 R R R的宽度是50cm。在测试过程中,应在车辆参考平面的每一列( L 、 C 、 R L、C、R L、C、R)中 d 1 , d 2 , d m a x d_1,d_2,d_{max} d1,d2,dmax至少一个位置放置反射器。
- 对于 d m a x d_{max} dmax位置,应使用测试目标A;
- 对于 d 0 , d 1 , d 2 d_0,d_1,d_2 d0,d1,d2位置,应使用测试目标B;
- d 2 d_2 d2点是指车辆前方75 m处的一个固定测量点;
- 距离测试应在自车和目标车移动时进行,作为备选项,允许在试验车辆和目标在静止的情况下进行试验;
目标出现后的最大目标探测时间不得超过2秒。
7.5 目标识别测试
7.5.1 初始条件
- 同一型号的两辆前车以 v v e h i c l e _ s t a r t v_{vehicle\_start} vvehicle_start的速度并排行驶。两前车的纵向中心线之间的间距为 3.5 m ± 0.25 m 3.5m±0.25m 3.5m±0.25m。前车的宽度应在1.4 m和2.0 m之间。测试车辆以稳态跟随控制模式在其中一辆前车后面巡航,测试车辆跟随的前车被指定为目标车辆。跟车时距为 τ m a x ( v v e h i c l e _ s t a r t ) \tau_{max}(v_{vehicle\_start}) τmax(vvehicle_start),设置速度为 v v e h i c l e _ e n d v_{vehicle\_end} vvehicle_end。自车纵向中心线相对于目标车辆纵向中心线的横向位移应小于0.5m。
- v v e h i c l e _ e n d = 27 m / s ( 100 k m / h ) v_{vehicle\_end}=27m/s(~100km/h) vvehicle_end=27m/s( 100km/h)
注意:如果车辆不能达到此速度,则设置 v v e h i c l e _ e n d = 27 m / s ( 100 k m / h ) v_{vehicle\_end}=27m/s(~100km/h) vvehicle_end=27m/s( 100km/h), v v e h i c l e _ s t a r t = v v e h i c l e _ e n d − 3 m / s v_{vehicle\_start}=v_{vehicle\_end}-3m/s vvehicle_start=vvehicle_end−3m/s
7.5.2 测试过程
目标车加速至 v v e h i c l e _ e n d v_{vehicle\_end} vvehicle_end,如果自车在ACC的控制下超越相邻车道上的前车,则试验成功完成。
7.6 曲线能力测试
7.6.1 总则
这项测试应该结合ACC系统传感器的视场来考虑道路的几何形状。
不同的道路几何形状和车头时距的感知方法导致了对驾驶场景的需求。
7.6.2 测试场地
试验轨道应包括恒定半径的圆形轨道或足够长的恒定半径曲线段。半径应在 R m i n = 500 m R_{min}=500m Rmin=500m的80%至100%范围内。轨道上的行驶方向应为顺时针和逆时针,车道上没有护栏等。
7.6.3 曲线能力、目标车
目标车辆应配备7.2中规定的试验目标A。试验目标应位于车辆后端的中间,高度为 0.6 m ± 0.1 m 0.6m±0.1m 0.6m±0.1m。车辆的其余表面应以这样的方式隐藏:试验目标后表面的RCS不大于 2 m 2 2m^2 2m2或反射率不大于试验目标的 20 % 20\% 20%。
7.6.4 驾驶情景
在跟驰控制模式下,自车沿着相同的路径(从两辆车的中心线测量的0.5 m横向间隔)跟驰目标车辆。试验开始前,两辆车应符合规定的试验开始条件。
试验开始时目标车辆的速度由下式给出:
v c i r c l e _ s t a r t = m i n ( ( a l a t e r a l _ m a x ∗ R ) 1 / 2 , v v e h i c l e _ m a x ) ± 1 m / s v_{circle\_start}=min((a_{lateral\_max}*R)^{1/2},v_{vehicle\_max})±1 m/s vcircle_start=min((alateral_max∗R)1/2,vvehicle_max)±1m/s
其中, a l a t e r a l _ m a x = 2.0 m / s 2 a_{lateral\_max}=2.0m/s^2 alateral_max=2.0m/s2