Development of a phenomenological radar model for simulation of advanced driver assistance systems

Abstract

Testes de sistemas avançados de assistência ao motorista (ADAS, do inglês advanced driver assistance systems) são altamente exigentes em tempo e custo de equipamento. Como solução, montadoras buscam migrar de testes com protótipos para simulações em ambientes virtuais. O projeto descrito neste documento é o desenvolvimento de um modelo fenomenológico de radar para simulação de ADAS, com o protocolo de teste do sistema de frenagem automática de emergência (AEB, em inglês) do Programa Europeu de Avaliação de Novos Automóveis (Euro NCAP, em inglês) escolhido como meta inicial. Para se obter um alto nível de realismo em simulação, o modelo deve ser capaz de reproduzir dinâmicas esperadas do sistema e fenômenos relacionados à não-idealidades, como ruídos, atenuações e falhas. Além do mais, o alvo de radar usado em tais testes deve ser devidamente caracterizado e modelado. O alvo, conhecido como alvo veicular global (GVT, em inglês) foi medido em campo com equipamento de radar adequado em uma área aberta para investigar a variabilidade e deterioração de sua seção transversal de radar (RCS, em inglês). Os dados coletados levaram à conclusão de que o GVT exibiu alta variabilidade de RCS em uma margem tolerável entre diferentes montagens, mas o impacto no RCS de repetidas colisões no alvo foi inconclusivo. Mais além, o modelo funcional-fenomenológico-ruidoso (FPN, em inglês) de radar é implementado em MATLAB/Simulink e amparado por uma integração com IPG CarMaker. O modelo usa um critério de detecção baseado no conceito de relação sinal-ruído (SNR, em inglês) e seus sinais de saída são estruturados para uma integração com uma interface de bypass disponível em plataformas de hardware-in-the-loop (HIL). Como resultado, o modelo demonstrou comportamento similar à outro modelo fenomenológico comercial de radar durante testes isolados. Em simulações HIL como um controlador de AEB, os dados resultantes apontaram pequenas diferenças no desempenho ao usar o modelo FPN e um modelo ideal, o que pode ser considerado como um primeiro passo para a migração de apenas testes funcionais para testes de desempenho por meio de simulação virtual.

Testing of advanced driver assistance systems (ADAS) is highly demanding in time and equipment cost. As a solution, companies intend to migrate from prototype testing to simulation in virtual environments. The project described in this document is the development of a phenomenological radar model for simulation of ADAS, with the autonomous emergency braking (AEB) test protocol from European New Car Assessment Program (Euro NCAP) chosen as initial goal. To achieve a high level of realism in simulation, the model must be able to reproduce the expected system dynamics and phenomena related to non-idealities, such as noise, losses and faults. In addition, the radar target used for such tests must be properly characterized and modeled. The target, known as global vehicle target (GVT), was measured in field with proper radar equipment in an open area to investigate the variability and deterioration of its radar cross section (RCS). Gathered data led to the conclusion that the GVT displayed high RCS variability in a tolerable margin between different assemblies, but the impact on the RCS of repeated crashes on the target was inconclusive. Further, the functional phenomenological noisy (FPN) radar model is implemented in MATLAB/Simulink, supported by the integration with IPG CarMaker. The model uses a detection criteria based on the concept of signal-to-noise ratio (SNR) and its final output values are structured for integration with a bypass interface available in hardware-in-the-loop (HIL) platforms.