基于事故形態(tài)研究的自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)效率預(yù)測(cè)

孔春玉，聶 進(jìn)

（1.廣東技術(shù)師范學(xué)院 汽車(chē)學(xué)院，廣東 廣州 510665；2.婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 婁底 417000）

基于事故形態(tài)研究的自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)效率預(yù)測(cè)

孔春玉1，聶 進(jìn)2

（1.廣東技術(shù)師范學(xué)院 汽車(chē)學(xué)院，廣東 廣州 510665；2.婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 婁底 417000）

假設(shè)所有的事故車(chē)輛均已安裝自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)，在事故發(fā)生前1秒，開(kāi)始剎車(chē)減速。根據(jù)行人事故的事故形態(tài)、車(chē)輛和行人的運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息，分別推算出車(chē)輛和行人在事故發(fā)生前1秒的相對(duì)位置。依據(jù)假設(shè)重新計(jì)算碰撞速度和行人的死亡（重傷）風(fēng)險(xiǎn)值，通過(guò)與原始的真實(shí)行人傷亡風(fēng)險(xiǎn)比較，預(yù)測(cè)評(píng)估自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)對(duì)行人損傷風(fēng)險(xiǎn)的降低效率。

事故形態(tài)；自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)；效率預(yù)測(cè)

當(dāng)前，各種汽車(chē)智能安全輔助技術(shù)是汽車(chē)主動(dòng)安全研究領(lǐng)域的前沿課題，涉及行人保護(hù)方面，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)是主動(dòng)安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。文章假設(shè)對(duì)真實(shí)的行人事故車(chē)輛配置自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算行人死亡和重傷風(fēng)險(xiǎn)的降低率，預(yù)測(cè)了自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)對(duì)行人損傷的防護(hù)效率。

1 材料和方法

文章首先提出以下假設(shè)：假設(shè)所有的事故車(chē)輛均已安裝自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)，車(chē)輛前部中心已安裝感應(yīng)器，當(dāng)感應(yīng)器以一定的角度探測(cè)到行人，且司機(jī)未剎車(chē)，則自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)啟動(dòng)，在事故發(fā)生前1s，開(kāi)始剎車(chē)減速。根據(jù)IVAC行人事故的事故形態(tài)、車(chē)輛和行人的運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息，分別推算出車(chē)輛和行人在事故發(fā)生前1s的相對(duì)位置。落在感應(yīng)器探測(cè)范圍內(nèi)的事故，依據(jù)假設(shè)重新計(jì)算碰撞速度和行人的死亡（重傷）風(fēng)險(xiǎn)值，通過(guò)與原始的真實(shí)行人傷亡風(fēng)險(xiǎn)比較，預(yù)測(cè)評(píng)估自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)對(duì)行人損傷風(fēng)險(xiǎn)的降低效率。

孔春玉等人根據(jù)道路環(huán)境、行人和車(chē)的運(yùn)動(dòng)軌跡將長(zhǎng)沙行人事故形態(tài)分為F1～F9九類(lèi)基本形態(tài)，每一基本形態(tài)根據(jù)具體情況又可以被細(xì)分為A、B、C、D等多種情況。本文的數(shù)據(jù)樣本來(lái)自湖南大學(xué)IVAC事故數(shù)據(jù)庫(kù)，包含83例車(chē)輛碰撞行人事故。包含9種事故形態(tài)：F1、F2、F3A、F4A、F5A、F5B、F6A、F6B、F9（如表1所示），這9種形態(tài)的事故中車(chē)輛行駛方向與行人運(yùn)動(dòng)方向夾角為0°、90°、180°或者行人靜止，可以推算出碰撞前1秒行人和車(chē)輛的相對(duì)位置。IVAC數(shù)據(jù)庫(kù)中，這九種事故形態(tài)的事故數(shù)占事故總數(shù)的93%，因此分析結(jié)果可以較好反映總體情況。83例樣本數(shù)據(jù)中，死亡事故12例，重傷事故40例。共有78例事故在碰撞前沒(méi)有剎車(chē)，占樣本總數(shù)的94%。假設(shè)所有的事故車(chē)輛均已安裝自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)，車(chē)輛前部中心已安裝探測(cè)器，探測(cè)角度設(shè)為60°。

表1 IVAC數(shù)據(jù)庫(kù)行人事故形態(tài)分類(lèi)說(shuō)明

為了確定碰撞前1s車(chē)輛和行人的相對(duì)位置，建立一個(gè)坐標(biāo)系，以車(chē)輛前部中心點(diǎn)所在位置為原點(diǎn)O，車(chē)輛行駛方向?yàn)閅軸正向，橫縱坐標(biāo)軸如圖1所示，橫縱坐標(biāo)單位均為：m。P點(diǎn)是碰撞前1s行人的位置，xp、yp是P點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)值。確定了xp、yp即可確定碰撞前1s車(chē)輛和行人的相對(duì)位置。

圖1 碰撞前1s(0.5s)車(chē)輛和行人相對(duì)位置坐標(biāo)系

行人在車(chē)上的真實(shí)碰撞點(diǎn)橫坐標(biāo)為xa，假設(shè)行人碰撞前勻速運(yùn)動(dòng)，速度為vp，單位：m/s，則:

式中t為真實(shí)事故發(fā)生前自動(dòng)剎車(chē)啟動(dòng)的時(shí)間，t取1，單位：m/s。

本研究中83例事故均為行人與車(chē)輛前部發(fā)生碰撞，碰撞點(diǎn)的位置可根據(jù)IVAC數(shù)據(jù)庫(kù)中詳細(xì)的文字記錄或者圖片信息來(lái)判斷。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將車(chē)輛前部等分為左前、中部、右前三部分，碰撞點(diǎn)的橫坐標(biāo)分別取值三部分中點(diǎn)的橫坐標(biāo)值。根據(jù)前文研究，車(chē)寬取1.8m。因此xa的取值由表2可知。

表2 車(chē)上碰撞點(diǎn)的橫坐標(biāo)值

IVAC數(shù)據(jù)庫(kù)中定性地記錄了碰撞發(fā)生前行人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：正常行走、跑動(dòng)或者靜止，但是由于缺乏相關(guān)信息，沒(méi)有關(guān)于行人速度的定量記錄。根據(jù)前文研究結(jié)果可知，Eubanks等人曾研究過(guò)行人行走速度（跑動(dòng)速度）和行人年齡的關(guān)系。文章根據(jù)行人的真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和年齡信息，取對(duì)應(yīng)的各個(gè)年齡段50百分位速度作為行人的運(yùn)動(dòng)速度vp。此處vp僅為速度絕對(duì)值，不代表行人的運(yùn)動(dòng)方向。由于真實(shí)的數(shù)據(jù)樣本中行人的運(yùn)動(dòng)方向和車(chē)輛的行駛方向的夾角為0°、90°、180°，或者行人靜止，因此，在公式（1）中，若行人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄軸正向，則vp取負(fù)值；若行人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄軸負(fù)向，則vp取正值；若行人靜止或者平行于Y軸運(yùn)動(dòng)，則vp=0。

假設(shè)在真實(shí)的事故中，車(chē)輛在碰撞前t秒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為先勻速行駛，然后剎車(chē)作勻減速運(yùn)動(dòng)，將車(chē)輛勻速行駛的速度記為vc，單位：m/s，vc始終取正值；減速行駛時(shí)間記為t0，單位：s。根據(jù)事故樣本篩選標(biāo)準(zhǔn)，t0＜0.5s。由此可知:

式中t為真實(shí)事故發(fā)生前自動(dòng)剎車(chē)啟動(dòng)的時(shí)間，取1，單位：s。μ是滑動(dòng)摩擦系數(shù)，干燥路面μ取值0.7，潮濕路面μ取值0.6。g=9.8m/s2。

在公式2中，若行人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閅軸正向，則vp取負(fù)值；若行人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閅軸負(fù)向，則vp取正值；若行人靜止或者平行X軸運(yùn)動(dòng)，則vp=0。

碰撞前1s車(chē)輛和行人的相對(duì)位置確定后，綜合樣本中車(chē)輛行駛速度、碰撞速度等信息，計(jì)算出自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)啟動(dòng)后新的碰撞速度v'。將v'代入行人損傷風(fēng)險(xiǎn)Logistic回歸方程，即可得到新的死亡風(fēng)險(xiǎn)值Pfat（alv'）。

根據(jù)新的碰撞速度v'可以得到新的死亡風(fēng)險(xiǎn)值Pfat（alv'）。假設(shè)原始數(shù)據(jù)樣本中的碰撞速度記為v，原始的死亡風(fēng)險(xiǎn)為Pfat（alv）?；赑(v')和P（v），可計(jì)算出自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)對(duì)行人損傷風(fēng)險(xiǎn)的降低率E=（N-N'）/N=1-N'/N。其中N是由原始碰撞速度v計(jì)算得到的行人死亡人數(shù)加權(quán)值，N'是由新的碰撞速度v'計(jì)算得到的行人死亡人數(shù)加權(quán)值。因此，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)對(duì)行人死亡風(fēng)險(xiǎn)的降低率Efatal可表達(dá)為：

式中，n為事故數(shù)量，n=83。

2 研究結(jié)果

確定了碰撞前行人的相對(duì)位置后，即可得到新的碰撞速度v'。本樣本中原始碰撞速度均值為43km/h，提前1s剎車(chē)后,碰撞速度均值為9.3km/h（60°）、；其中65%（60°）的事故可以完全避免。

（1）行人損傷風(fēng)險(xiǎn)。圖2為長(zhǎng)沙市車(chē)輛交通事故中行人死亡風(fēng)險(xiǎn)曲線。該曲線是根據(jù)長(zhǎng)沙市交警2003～2007年采集的行人事故數(shù)據(jù)對(duì)104例IVAC行人事故進(jìn)行加權(quán)處理而得到的，能更準(zhǔn)確的反映出長(zhǎng)沙市行人死亡風(fēng)險(xiǎn)的情況。圖中的方塊代表文章83例樣本中各個(gè)速度區(qū)間的行人死亡率。

圖2 行人死亡風(fēng)險(xiǎn)曲線和各速度區(qū)間行人死亡率

（2）自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的防護(hù)效率。根據(jù)公式3計(jì)算出自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)對(duì)行人死亡風(fēng)險(xiǎn)的降低效率。結(jié)果顯示：如果在碰撞前1s啟動(dòng)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)，探測(cè)角度為60°時(shí)，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)對(duì)行人的死亡風(fēng)險(xiǎn)的降低率為86.8%。

自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)防護(hù)效率的具體計(jì)算過(guò)程如下：首先確定判斷效率的基準(zhǔn)值，即根據(jù)加權(quán)損傷風(fēng)險(xiǎn)曲線計(jì)算原始的碰撞速度下行人的死亡人數(shù)為。以碰撞前1s啟動(dòng)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)，且探測(cè)角度為60°的事故為例計(jì)算防護(hù)效率。假設(shè)對(duì)所有事故應(yīng)用自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)，則行人的死亡人數(shù)為2.3人，因此，防護(hù)效率Efatal=1-2.3/17.8=0.87。

3 討論

文章對(duì)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)防護(hù)效率的研究是以車(chē)輛前部碰撞行人的事故數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，前部碰撞事故是最常見(jiàn)的行人事故類(lèi)型，IVAC行人事故統(tǒng)計(jì)顯示，在最常見(jiàn)的F1、F2兩種事故形態(tài)中，前部碰撞事故占到80%以上。本研究的前提條件是自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的防護(hù)效果主要依賴(lài)于感應(yīng)器的探測(cè)角度和提前剎車(chē)的時(shí)間兩個(gè)因素。感應(yīng)器探測(cè)角度的大小直接影響到感應(yīng)器的成本和對(duì)感應(yīng)系統(tǒng)的精度要求。為了估算行人和車(chē)輛在碰撞發(fā)生前的相對(duì)位置，排除了F3B、F4B等車(chē)輛轉(zhuǎn)彎碰撞行人的事故案例，此類(lèi)事故在IVAC行人數(shù)據(jù)庫(kù)中所占的比例不到7%，因此，不影響研究結(jié)果的代表性和適用性。

518例IVAC行人事故中大約有26%的事故在碰撞發(fā)生前司機(jī)未剎車(chē)，本樣本83例事故中，碰撞前未剎車(chē)的事故比例高達(dá)94%，因此本研究得到的自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的防護(hù)效率可以認(rèn)為是基于未剎車(chē)事故的防護(hù)效率。

理論上，當(dāng)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)刻繼續(xù)提前，系統(tǒng)的防護(hù)效率將進(jìn)一步提高。但是在真實(shí)的事故中，對(duì)司機(jī)而言，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)將是對(duì)駕駛操作行為的一種嚴(yán)重干預(yù)，可能會(huì)影響司機(jī)對(duì)車(chē)輛的操控能力，司機(jī)不一定喜歡這種影響。而且這種對(duì)司機(jī)駕駛行為的影響和干預(yù)可能會(huì)對(duì)司機(jī)產(chǎn)生消極影響，在駕駛過(guò)程中使司機(jī)產(chǎn)生松懈和依賴(lài)心理，從而降低司機(jī)的判斷力，增加事故風(fēng)險(xiǎn)。隨著自動(dòng)剎車(chē)時(shí)刻進(jìn)一步提前，這種影響可能會(huì)增大。另外，真實(shí)的道路環(huán)境中存在多種道路使用者，復(fù)雜的環(huán)境存在很多不確定性，過(guò)早地啟動(dòng)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)，還將增加誤判斷的概率。

4 結(jié)語(yǔ)

基于我國(guó)真實(shí)的事故案例研究表明，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)可以極大地降低行人發(fā)生死亡事故和重傷事故的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于94%的案例為碰撞前司機(jī)未剎車(chē)的樣本而言，在碰撞前1s剎車(chē)，探測(cè)角度為60°時(shí)，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)對(duì)行人的死亡風(fēng)險(xiǎn)的降低率可達(dá)86.8%。增加探測(cè)角度不會(huì)顯著提高防護(hù)效率。

［1］孔春玉，楊濟(jì)匡，聶進(jìn).基于汽車(chē)碰撞行人事故形態(tài)分析的行人探測(cè)模型研究［J］.汽車(chē)工程，2010.（EI）.

［2］許洪國(guó).交通事故分析與處理［M］.北京：人民交通出版社，2003.

Efficiency Prediction of Automatic Braking System Based on Accident Form Research

KONG Chun-yu1，NIE Jin2
（1.Automobile College of Guangdong Technique Normal University，Guangzhou，Guangdong 510665，China；2.Loudi Vocational and Technical College，Loudi，Hunan 417000，China）

This article assumes that all vehicle accidents are installed automatic braking systems，began to brake deceleration one second before the accident.According to accident form pedestrian accident，the trajectory of the vehicle and the pedestrian，motion status and other information，the paper respectively calculate the relative position of the vehicles and pedestrians one second before the accident.Recalculated based on the assumption of death（injuries）risk value collision speed and pedestrian by comparison with the original real pedestrian injury risk predictionthe paper assesses that the efficiency of the automatic braking system reduces the risk of injury to pedestrians.

accident patterns；automatic braking system；efficiency prediction

U491.31

A

2095-980X（2015）08-0051-02

2015-07-04

國(guó)家自然科學(xué)基金（51205119）基于深度交通事故調(diào)查的駕駛?cè)藨?yīng)急行為數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)及數(shù)據(jù)挖掘研究．

孔春玉（1980-3），女，湖北人，博士，講師，主要研究方向：車(chē)輛與交通安全。