自主緊急制動系統(tǒng)在新車評價規(guī)程中的現(xiàn)狀與發(fā)展

孫勇　郭魁元　高明秋

（中國汽車技術(shù)研究中心，天津300300）

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自主緊急制動系統(tǒng)在新車評價規(guī)程中的現(xiàn)狀與發(fā)展

孫勇郭魁元高明秋

（中國汽車技術(shù)研究中心，天津300300）

【摘要】自主緊急制動系統(tǒng)對避免碰撞或減輕碰撞傷害起到重要作用，已被納入多國新車評價規(guī)程中作為主動安全的測試內(nèi)容。在分析自主緊急制動系統(tǒng)的原理以及研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對各國新車評價規(guī)程中對其測試評價方法的差異進行了對比，闡述了其在新車評價規(guī)程中的發(fā)展趨勢。結(jié)果表明，Euro NCAP測試標準嚴格，在測試評價方法上更加全面具體，可為制定適合中國道路交通環(huán)境的自主緊急制動系統(tǒng)測試評價方法提供參考。

1　前言

自主緊急制動（Autonomous Emergency Braking，AEB）、電子穩(wěn)定性控制（Electronic Stability Control, ESC）與自適應(yīng)巡航控制（Adaptive Cruise Control, ACC）均同屬于汽車主動安全領(lǐng)域的重要技術(shù)，是未來車輛先進駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistance System, ADAS）的重要組成部分。AEB系統(tǒng)能夠?qū)囕v前方潛在的碰撞危險進行識別，并給予駕駛員相應(yīng)的警告提示，緊急情況下還能對車輛自主施加制動以避免或減輕碰撞危險，可有效降低碰撞交通事故的發(fā)生[1,2]。AEB作為一項重要的主動安全技術(shù)，在多國新車評價規(guī)程中已將其納入主動安全的測試內(nèi)容，且各大公司均推出了自己的緊急制動系統(tǒng)，如威伯科的On Guard Plus、博世公司的PEBS（Predictive Emergency Braking System）、沃爾沃的City Safety、大眾的Front Assist、豐田的PCS、本田的CMBS、奔馳的Pre-safe等。由于各國道路交通情況及駕駛員駕駛習慣等存在差異，適用于各國的AEB系統(tǒng)測試評價方法也不盡相同，不同機構(gòu)提出的測試評價方法也有所區(qū)別，故有必要對AEB系統(tǒng)測試評價的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢進行研究。

2　AEB系統(tǒng)的工作原理

有關(guān)研究表明，因駕駛員因素引發(fā)的車輛追尾事故中，31 %的事故是由于駕駛員瞌睡或注意力不集中而對潛在危險沒有作出反映引起，49 %的事故是由于駕駛員對危險的反映遲緩或采取的制動強度不夠引起，20 %的事故是由于駕駛員以最大強度制動但不夠及時[3]引起，如圖1所示。

由圖1可看出，駕駛員對前方危險的反映快慢程度是避免車輛碰撞的直接因素，即若能預先判斷或?qū)囕v施加制動，碰撞傷害發(fā)生的概率將會大大降低。AEB系統(tǒng)即可解決上述問題，該系統(tǒng)的實施分為前方碰撞預警、緊急制動輔助和自主緊急制動3個階段，如圖2所示。

圖1　因駕駛員因素引發(fā)的車輛追尾事故統(tǒng)計結(jié)果

圖2　AEB系統(tǒng)工作原理

前方碰撞預警（Forward Collision Warning，F(xiàn)CW）系統(tǒng)可實時探測車輛前方障礙物并識別障礙物與車輛間的相對速度、距離，若兩者逐漸接近的速度、距離達到設(shè)置的碰撞閾值，F(xiàn)CW系統(tǒng)會給予駕駛員相應(yīng)的危險警告，使駕駛員具有一定時間作出反映并采取措施控制車輛安全。當駕駛員對碰撞危險做出了反映，但是制動強度不足以消除潛在的碰撞危險時，緊急制動輔助（Emergency Braking Assist, EBA）系統(tǒng)會自動加大制動強度，輔助駕駛員避免碰撞或減輕碰撞傷害。在EBA基礎(chǔ)上，AEB系統(tǒng)可以通過自主制動來讓駕駛員獲取更多的反映時間并引導駕駛員緊急制動，當碰撞危險不可避免時，AEB系統(tǒng)會自主全力制動車輛，保證車輛安全最大化。AEB系統(tǒng)還包括FCW和EBA的所有功能，是最高級工作階段。

3　國外對AEB的測試評價方法

3.1Euro NCAP評價

Euro NCAP（歐洲新車安全評鑒協(xié)會）從2014年開始將AEB納入新車主動安全的評價規(guī)程。AEB的測試規(guī)程包含了市區(qū)駕駛環(huán)境（AEB City）及郊區(qū)駕駛環(huán)境（AEB Inter-Urban）下的兩類試驗，并各自有不同的評分方法，分屬于成人乘員保護和安全輔助下的內(nèi)容[4]，兩類試驗用于測試評價的基本測試場景相同。Euro NCAP選定與實際M1類乘用車相同視覺、雷達、發(fā)射率屬性的充氣物體作為目標車輛（Euro NCAP Vehicle Target，EVT），其內(nèi)部以氣體填充物做支撐，外部覆蓋繪有車輛特征的PVC材料。試驗車輛（Vehicle Under Test，VUT）上AEB系統(tǒng)的功能測試場景如表1所列。

表1　用于AEB測試評價的Euro NCAP基本測試場景

3.1.1市區(qū)駕駛環(huán)境評價

市區(qū)駕駛環(huán)境是測試車輛低速行駛時AEB系統(tǒng)在CCRs工況下的工作情況，其獲得分值需要滿足兩個前提條件：一是前排座椅鞭打試驗得分至少為1.5或Good；二是在20 km/h及以下速度試驗中需保證完全避免碰撞。市區(qū)駕駛環(huán)境的測試評價包含AEB系統(tǒng)功能測試和人機界面測試（Human Machine Interaction, HMI）兩部分。

3.1.1.1AEB功能測試

AEB功能測試以接近碰撞的相對速度的降低量（碰撞前、后速度差）與每個測試速度的比值高低進行評分。CCRs工況中每種測試速度下對應(yīng)的得分如表2所列。

表2　AEB系統(tǒng)功能測試評價速度得分（Euro NCAP）

對于無法完全避免碰撞發(fā)生的試驗，通過采用碰撞時相對速度和測試速度線性插值的方法來計算對應(yīng)單個試驗的得分，計算公式為：

單個試驗得分=（[測試速度-相對速度）/

測試速度]·測試速度得分（1）

3.1.1.2人機界面測試

為獲得HMI得分，AEB需要在車輛每次起動時處于默認開啟狀態(tài)，如表3所列。

表3　HMI評價得分（市區(qū)駕駛環(huán)境）

市區(qū)駕駛環(huán)境總體分數(shù)需要根據(jù)AEB功能測試得分及HMI得分并分別歸一化為百分比分數(shù)后，再依照以下公式及權(quán)重計算總得分：

市區(qū)駕駛環(huán)境得分=（AEB得分×2.5）+（HMI得分×0.5）（2）

3.1.2效區(qū)駕駛環(huán)境評價

效區(qū)駕駛環(huán)境是測試車輛在所有駕駛環(huán)境下AEB系統(tǒng)的工作情況，涵蓋了CCRs、CCRm和CCRb等測試工況，可同時評價AEB系統(tǒng)及FCW系統(tǒng)所起的作用，其中CCRs工況只進行FCW測試。獲得效區(qū)駕駛環(huán)境評分的前提條件是AEB系統(tǒng)或FCW系統(tǒng)可以在80 km/h的車速下正常工作。效區(qū)駕駛環(huán)境的評價分為人機界面測試、FCW系統(tǒng)功能測試和AEB系統(tǒng)功能測試三部分。

3.1.2.1人機界面測試

獲得HMI得分需滿足的條件是，AEB系統(tǒng)和/或FCW系統(tǒng)需在每次車輛起動時默認開啟，F(xiàn)CW系統(tǒng)(如果具備)的報警需清晰響亮。滿足以上條件后，依據(jù)表4所述進行人機界面評價。

表4　HMI評價得分（AEB Inter-Urban）

3.1.2.2FCW、AEB功能測試

FCW、AEB的功能測試以接近碰撞的相對速度的降低量與每個測試速度的比值高低進行評分。對于CCRb工況，試驗的相對速度視為初始試驗速度。

表5為在CCRs、CCRm、CCRb等3種測試場景下，不同試驗車速時FCW、AEB功能測試得分。對于無法完全避免碰撞發(fā)生的試驗，同AEB City中功能測試一樣采用線性插值的方法來計算對應(yīng)的單個試驗得分。

表5　FCW、AEB功能測試評價得分（Euro NCAP）

根據(jù)AEB、FCW和HMI各項得分分別歸一化為百分比分數(shù)，依照以下公式及權(quán)重計算總得分：

3.2IIHS評價

美國公路安全保險協(xié)會（Insurance Institute for Highway Safety，IIHS）自2013年10月起將前方防碰撞(Front Crash Prevention)系統(tǒng)評價納入新車評價規(guī)程中。前方防碰撞系統(tǒng)評價分為優(yōu)秀、高級和初級3個等級。從2014年開始，新車如果獲得IIHS評價規(guī)程中最高等級的高級+評級，需要在前方防碰撞系統(tǒng)評價中至少獲得初級的評級。

前方防碰撞系統(tǒng)評價得分高低由車輛是否可以自動制動及制動后車輛速度的降低量來決定。如果可以自主制動，測試車輛在給定的不同速度（低速19.3 km/h和中速40.2 km/h）測試工況下評定，評分準則根據(jù)防碰撞系統(tǒng)能將車輛速度降低多少來給予相應(yīng)分值，車輛速度降低的越快，發(fā)生碰撞的危險性越小，得分就越高[5]。FCW系統(tǒng)功能評價依據(jù)NHTSA標準判定，即在3種測試場景的5～7次測試試驗中，在指定時間之前發(fā)出預警，即只要具有碰撞提醒功能便可獲得一個分值。前方防碰撞系統(tǒng)評價分值最高為6分，分值評價準則如表6所列。

3.3NHTSA評價

美國高速公路安全管理局（National Highway Traf?fic Safety Administration，NHTSA）在緊急制動（Crash Im?minent Braking, CIB）方面做了大量的研究，針對行人、車的交通狀況確定了多種測試場景，但還未全部納入新車評價規(guī)程中[6]。目前評價規(guī)程僅針對最大總質(zhì)量為4 540 kg以下乘用車制定了FCW的測試規(guī)范，該評價分為3個測試場景[7]，如表7所列。其中，SV（Subject Ve?hicle）代表本車，POV（Principal Other Vehicle）代表前方碰撞車輛。對每個測試場景需要重復進行7次試驗，F(xiàn)CW功能至少在5次試驗中起作用方可認定該測試場景有效。如果前5次試驗均有效，則不需要進行額外的2次試驗。

表6　前方防碰撞系統(tǒng)功能測試評價準則

表7　用于FCW測試評價的NHTSA基本測試場景

3.3.1測試場景1

測試場景1主要測試FCW系統(tǒng)對前方靜止車輛的識別檢測功能。該測試場景要求至少在碰撞時間前2.1 s發(fā)出預警，測試從SV距POV前方150 m的距離開始，當FCW系統(tǒng)發(fā)出預警或碰撞時間降低到FCW系統(tǒng)預警最小容許范圍的90 %（1.9 s）以下時測試結(jié)束。

3.3.2測試場景2

測試場景2主要測試FCW系統(tǒng)對前方制動車輛的識別功能，并向SV駕駛員提供預警。該測試場景要求至少在碰撞時間前2.4 s發(fā)出預警。測試時SV與POV 以72 km/h速度相距30 m行駛，某一時刻POV開始制動，POV在1.0～1.5 s內(nèi)達到0.3g的制動減速度。當FCW系統(tǒng)發(fā)出預警或碰撞時間降低到FCW系統(tǒng)預警最小容許范圍的90 %（2.2 s）以下時測試結(jié)束。

3.3.3測試場景3

測試場景3主要測試FCW系統(tǒng)對前方速度更低車輛的識別功能，并向SV駕駛員提供預警。該測試場景要求至少在碰撞時間前2.0 s發(fā)出預警。測試時POV 以32 km/h的速度行駛，SV以72 km/h的速度接近POV，測試從兩者相距100 m開始，當FCW系統(tǒng)發(fā)出預警或者碰撞時間降低到FCW系統(tǒng)預警最小容許范圍的90 %（1.8 s）以下時測試結(jié)束。

3.4J-NCAP評價

日本于2014年10月將AEB系統(tǒng)納入J-NCAP的主動安全評價中，J-NCAP采用FCW系統(tǒng)與AEB系統(tǒng)功能測試相結(jié)合的評價項目，其試驗方法與Euro-NCAP保持協(xié)調(diào)，采用CCRs和CCRm兩個測試場景進行評價，沒有產(chǎn)生新的試驗方法，在此基礎(chǔ)上根據(jù)日本實際道路情況確定每個試驗的分值分配[8]，如表8所列。

表8　FCW和AEB功能測試評價得分（J-NCAP）

與Euro NCAP的速度分值計算方法一致，以接近碰撞的相對速度的降低量與每個測試速度的比值高低進行評分；對于無法完全避免碰撞發(fā)生的試驗，使用線性插值的方法來計算對應(yīng)的單個試驗得分。

4　AEB系統(tǒng)在中國的發(fā)展現(xiàn)狀

中國交通事故發(fā)生率遠超發(fā)達國家，事故死亡率相對較高，對AEB系統(tǒng)具有潛在的需求。目前我國各汽車廠家已經(jīng)逐漸意識到AEB系統(tǒng)的安全潛力，但對AEB系統(tǒng)的研究多集中于理論及仿真方面，應(yīng)用于實際道路測試的研究較少，還未推出相應(yīng)的產(chǎn)品。

文獻[9]通過行駛記錄儀采集了中國實際道路交通駕駛危險工況的實車數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)進行主觀評價篩選并分類得到與ABE直接相關(guān)的道路碰撞危險工況，利用駕駛員反應(yīng)時間確定了危險開始時刻，進而獲得相應(yīng)的測試場景基礎(chǔ)參數(shù)，并依此提出了適合中國城市道路交通情況的4種測試場景（目標車靜止、目標車勻速、目標車輕微制動和目標車緊急制動）。文獻[10]以上海道路實際發(fā)生碰撞危險工況為依據(jù)，采用聚類分析方法對碰撞危險的道路數(shù)據(jù)加以分析處理，建立了5類具有典型危險工況的測試場景，通過仿真測試模型評價了測試場景的有效性。文獻[11]針對中國道路環(huán)境下騎車人（包括自行車、摩托車以及電動助力車）引發(fā)交通事故占交通事故總數(shù)的比例較大的情況，建立了7類危險場景進行虛擬測試，得到了涉及騎車人的典型危險工況場景庫。文獻[12]提出了一種新的自主緊急制動系統(tǒng)避撞策略，并進行了計算機仿真驗證，但提出的AEB系統(tǒng)控制算法還有待實車驗證。

我國部分企業(yè)已著手進行車輛智能駕駛控制系統(tǒng)與應(yīng)用技術(shù)平臺的自主開發(fā)，為ADAS技術(shù)的深入研究打下基礎(chǔ)[13]。自主品牌紅旗H7作為首次配備包含主動安全AEB系統(tǒng)在內(nèi)的車輛，標志著主動安全產(chǎn)品在中國自主品牌汽車上快速發(fā)展的開端。隨著全球主動制動系統(tǒng)可靠性提升、生產(chǎn)成本和整車匹配費用的下降，以及相關(guān)法規(guī)的推動，國內(nèi)AEB系統(tǒng)市場需求量在未來幾年將得到長足發(fā)展。

目前AEB系統(tǒng)若在中國有所發(fā)展需要突破以下幾個技術(shù)層面。

4.1對道路環(huán)境及駕駛員行為的分析研究

深入理解和把握實際道路交通環(huán)境的碰撞事故和駕駛員的駕駛行為，將有助于對AEB系統(tǒng)的介入工作進行更為合理和更加有效的狀態(tài)設(shè)計，這需要大量的數(shù)據(jù)及長時間的經(jīng)驗積累。中國道路環(huán)境及駕駛員的駕駛習慣與國外相差較大，因此國內(nèi)研發(fā)AEB系統(tǒng)必須要考慮中國道路交通環(huán)境的特點以及駕駛員的行為模式。國外的NHTSA、Euro FOT等機構(gòu)在這一領(lǐng)域的研究已走在前沿，對ADAS相關(guān)的技術(shù)系統(tǒng)的功能、駕駛者的行為及與這些系統(tǒng)相互作用進行了數(shù)據(jù)采集與分析，這對我國開發(fā)AEB系統(tǒng)有一定的借鑒意義。

4.2AEB系統(tǒng)研發(fā)的基礎(chǔ)理論技術(shù)

在獲得道路環(huán)境及駕駛員行為分析的數(shù)據(jù)研究結(jié)果后，ABE系統(tǒng)產(chǎn)品的研究與開發(fā)需要相關(guān)的基礎(chǔ)理論技術(shù)，一般包括環(huán)境信息融合技術(shù)和ESC系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)兩方面。

a.環(huán)境信息融合技術(shù)。AEB系統(tǒng)需要對前方障礙物進行識別并發(fā)出報警，故需要車輛對周圍環(huán)境進行感知并融合環(huán)境信息為車輛行為決策提供依據(jù)，目前AEB系統(tǒng)對周圍環(huán)境感知主要基于機器視覺和雷達探測等技術(shù)。機器視覺對物體的紋理、顏色有良好的感知能力，可以獲得相對豐富的道路環(huán)境、車輛運行軌跡等信息，但對特殊復雜環(huán)境的適應(yīng)性較差；雷達可對車輛周圍環(huán)境的位置信息進行有效判斷，但抗干擾性相對較差?；谥袊囟ǖ膹碗s交通環(huán)境，如何將周圍環(huán)境的多變量信息進行整合、決策并讓車輛及時執(zhí)行相關(guān)操作，以及考慮中國路況和駕駛員駕駛習慣的適應(yīng)性匹配工作都是AEB系統(tǒng)在實際道路交通環(huán)境應(yīng)用中所面臨的重要問題。

b. ESC系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)。當駕駛員反應(yīng)時間不足或駕駛員的操作無法保證車輛避免碰撞事故的發(fā)生，AEB系統(tǒng)會及時主動參與工作，在制動主缸主動建立油壓對車輛施加制動，這與ESC系統(tǒng)主動建壓進行橫擺穩(wěn)定性控制原理相同。從這一角度來說，未來主動安全技術(shù)的發(fā)展都是基于ESC主動建壓的技術(shù)基礎(chǔ)之上的。目前受限于ESC系統(tǒng)相關(guān)控制策略、閥體加工工藝等技術(shù)，我國還未推出成熟穩(wěn)定的ESC系統(tǒng)產(chǎn)品，因此攻克ESC相關(guān)技術(shù)對于AEB系統(tǒng)的市場化以及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有促進作用。

4.3AEB系統(tǒng)與未來ADAS技術(shù)的綜合協(xié)調(diào)

隨著汽車科技的持續(xù)發(fā)展，面向未來ADAS的產(chǎn)品技術(shù)正不斷推出，如自適應(yīng)巡航控制、車道偏離報警、輔助車道變換、交通標志識別、盲點檢測、疲勞駕駛偵測等，并將逐步過渡到未來無人自動駕駛技術(shù)，這都需要在車輛上增加大量的傳感器、控制器等，因而實現(xiàn)系統(tǒng)之間的快速通信和數(shù)據(jù)共享、各控制系統(tǒng)之間的綜合協(xié)調(diào)控制將是在產(chǎn)品開發(fā)階段綜合考慮的因素。

5　AEB在NCAP中的發(fā)展趨勢

a. AEB納入NCAP評價的范圍更加廣泛。隨著主動安全技術(shù)發(fā)揮的作用越來越重要，AEB系統(tǒng)得到各大汽車廠商以及安全研究機構(gòu)的重視，各國逐漸加大對AEB系統(tǒng)測試方法與評價技術(shù)的研究。自2014年起，Euro NCAP要求新車型若要獲得五星安全認定，車輛需裝配相關(guān)駕駛員輔助系統(tǒng)，其中被列入備選項的主動安全系統(tǒng)包括自主緊急制動、智能速度輔助、車道偏離警告或車道保持支持等。主動安全技術(shù)在NCAP中的權(quán)重會逐步提高，未來AEB系統(tǒng)納入各國NCAP評價的范圍也會更加廣泛。

b. AEB系統(tǒng)評價更注重道路環(huán)境與駕駛行為影響。AEB系統(tǒng)在實際道路防碰撞上發(fā)揮的作用越來越明顯，鑒于世界各國道路環(huán)境相差比較大，其作用靈敏度、參數(shù)匹配等與實際道路交通環(huán)境的聯(lián)系將更加緊密。中國的交通道路狀況太復雜，加之一些不良的駕駛行為導致的交通事故，比如頻繁隨意變道、突然并道切入、急加速急減速、車和行人爭道等現(xiàn)象，而一旦出現(xiàn)上述情況，AEB系統(tǒng)如何有效應(yīng)對如此復雜的交通行駛狀況是未來對AEB系統(tǒng)評價的重點內(nèi)容，未來NCAP會密切結(jié)合各自國家的道路交通特點對AEB系統(tǒng)進行測試評價[14]。

c. AEB系統(tǒng)評價項目將更加嚴格、全面。從世界汽車產(chǎn)業(yè)范圍來看，NCAP的推出極大地促進了汽車安全技術(shù)水平的升級提高，在未來NCAP的評價中，主動安全技術(shù)將成為重要內(nèi)容，同時為進一步提高以及保持NCAP對汽車安全等級評價的區(qū)分度，NCAP也將不斷提高自己的評價標準[15]。目前各國NCAP所選取的評價項目以及測試場景都盡可能地體現(xiàn)真實典型的道路交通環(huán)境，但AEB系統(tǒng)在行人保護、夜晚道路環(huán)境等更高要求環(huán)境下的工作狀態(tài)將是未來研究的重點，其評價也將更加全面、更加嚴格。

6　結(jié)束語

本文對Euro NCAP、IIHS、NHTSA和J-NCAP機構(gòu)在AEB及FCW的評價方法方面進行了比較研究，Euro NCAP對AEB系統(tǒng)的評價考慮了低速城市工況以及中高速郊區(qū)工況，評價方法相對全面，測試規(guī)程也較具體詳細；IIHS側(cè)重于碰撞速度的降低來評價；NHTSA只對FCW進行3個測試場景的評價，對于AEB系統(tǒng)中自動制動的部分未有考慮；JNCAP評價方法與Euro NCAP方法相協(xié)調(diào)，但在具體試驗分值分配上考慮了日本實際道路狀況。

鑒于多國已經(jīng)對AEB系統(tǒng)評價推出不同的測試規(guī)程，而適用于中國道路交通環(huán)境的AEB系統(tǒng)測試評價規(guī)程還未建立。中國應(yīng)借鑒國外測試評價的方法與思路，研究中國實際道路交通環(huán)境，進而得出適于中國國情的AEB系統(tǒng)測試評價方法。1Robert Anderson, Samuel Doecke, James Mackenzie, et al. Potential benefits of autonomous emergency braking based on in-depth crash reconstruction and simulation, Centre for Automotive Safety Research, University of Adelaide, Austra?lia, Paper Number 13-0152.

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（責任編輯文楫）

修改稿收到日期為2015年7月1日。

Status and Development of Autonomous Emergency Braking System for NCAP

Sun Yong, Guo Kuiyuan, Gao Mingqiu （China Automotive Technology and Research Center, Tianjin 300300）

【Abstract】Autonomous Emergency Braking (AEB) system plays an important role in avoiding collision or mitigating collision damage, and it has been included in active safety test of New Car Assessment Program (NCAP) in many countries. This paper discusses the principle, studies status of AEB, and compares the differences in testing and evaluation methods for NCAP, describes development tendency. The results show that Euro NCAP is rigorous and comprehensive, and they provide references for testing and evaluation method of AEB which is suitable for China road traffic environment.

Key words:AEB, NCAP, Testing, Evaluation

中圖分類號:U467.1+4

文獻標識碼:A

文章編號:1000-3703（2016）02-0001-06

主題詞:自主緊急制動新車評價規(guī)程測試評價