基于Euro-NCAP的汽車主動安全測試技術(shù)分析[1]

文/曹建永 曹 寅 張建文

基于Euro-NCAP的汽車主動安全測試技術(shù)分析[1]

文/曹建永 曹 寅 張建文

論文主要介紹了汽車主動安全技術(shù)的新特征，概述了Euro-NCAP中汽車主動安全系統(tǒng)測試涉及的主要標(biāo)準(zhǔn)，并對標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)、技術(shù)內(nèi)容等進(jìn)行了較詳細(xì)分析。

主動安全 汽車 標(biāo)準(zhǔn) 測試

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和汽車保有量的急劇增長，道路交通安全問題日益突出。為減少道路交通事故，改善道路交通安全，從汽車整車企業(yè)到零部件企業(yè)，對汽車安全性越來越重視，諸多安全技術(shù)在汽車上得到迅速應(yīng)用。各國政府也相繼出臺了一系列的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，對汽車安全性能與評價作了明確規(guī)定。隨著汽車被動安全技術(shù)的日趨完善，以預(yù)防事故發(fā)生或減輕事故發(fā)生程度為目的的汽車主動安全技術(shù)，已成為當(dāng)今道路交通的迫切需要，電子控制技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了先進(jìn)主動安全技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)也成為了汽車界所關(guān)注的重點。

一、汽車主動安全技術(shù)新特征

相比傳統(tǒng)車輛技術(shù)，汽車主動安全技術(shù)具有以下技術(shù)特征：以半導(dǎo)體微控制、傳感器、雷達(dá)、視覺影像等先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過特定算法為駕駛?cè)藛T提供各種預(yù)警信息，協(xié)助處理車身穩(wěn)定控制，以降低交通事故的發(fā)生率。安全系統(tǒng)設(shè)計和功能安全是汽車主動安全系統(tǒng)的核心部分。

安全系統(tǒng)設(shè)計是指從車身整體安全的角度出發(fā)，采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)，提醒或干預(yù)車輛行駛狀態(tài)，提高汽車的行駛穩(wěn)定性，從而避免事故發(fā)生；功能安全則指的是系統(tǒng)應(yīng)具有完備的自我診斷功能，不會存在由于電子電器功能故障而導(dǎo)致不合理的風(fēng)險。在當(dāng)前汽車主動安全控制技術(shù)實際應(yīng)用中，還是處于多種主動安全子系統(tǒng)共存的狀況。

二、汽車主動安全技術(shù)測試標(biāo)準(zhǔn)概述

1. 汽車主動安全系統(tǒng)

汽車主動安全系統(tǒng)也可分為“輔助”和“干預(yù)”兩種類型。駕駛輔助系統(tǒng)主要有自適應(yīng)巡航系統(tǒng)（ACC）、自動泊車輔助系統(tǒng)（APA）、自動緊急制動輔助系統(tǒng)（AEB）等（見表1）。干預(yù)控制系統(tǒng)主要是指車輛底盤集成控制系統(tǒng)，如制動防抱死系統(tǒng)（ABS）、四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)（4WS）和牽引力控制系統(tǒng)（TCS）等（見表2）。

表1 駕駛輔助系統(tǒng)

表2 車輛底盤控制系統(tǒng)

2. 典型汽車主動安全測試標(biāo)準(zhǔn)

隨著行車安全日益受到人們的重視，越來越多的車企把主動安全系統(tǒng)升級為汽車的一項標(biāo)準(zhǔn)配置。汽車電子主動安全市場上，目前主要還是歐美一些國際品牌車企在引導(dǎo)整個市場需求，并制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，特別是在歐洲、北美地區(qū)的一些國家，均對汽車主動安全系統(tǒng)提出了相應(yīng)的法規(guī)或強制要求等。例如：源自工業(yè)功能安全和IEC 61508“電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)功能安全”系列標(biāo)準(zhǔn)的ISO 26262“道路車輛功能安全”系列國際標(biāo)準(zhǔn)，以及歐洲新車安全評價（Euro-NCAP）的主動安全要求（車輛穩(wěn)定控制技術(shù)、自動緊急制動技術(shù)以及車道偏離報警技術(shù)）。在國內(nèi)，各廠商正在積極跟進(jìn)國際標(biāo)準(zhǔn)，但總體來看，國內(nèi)還沒有明確的強制性標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)。

3. ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)

ISO 26262是從電子、電氣及可編程器件功能安全的基本標(biāo)準(zhǔn)——IEC 61508派生出來的，主要定位在汽車行業(yè)中特定的電氣器件、電子設(shè)備和可編程電子器件等專門用于汽車領(lǐng)域的部件，是旨在提高汽車電子、電氣產(chǎn)品功能安全的國際標(biāo)準(zhǔn)。ISO 26262從2005年11月起正式開始制定，經(jīng)歷了大約6年左右的時間，于2011年11月正式頒布。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，2015年歐洲車廠開始全面導(dǎo)入符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的車用元件。

隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的提高、軟件和機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用，來自系統(tǒng)失效和隨機(jī)硬件失效的風(fēng)險也日益增加，ISO 26262為汽車安全提供了一個生命周期（管理、開發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營、服務(wù)和報廢）理念，并在這些生命周期階段提供必要的支持。該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋功能性安全方面的整體開發(fā)過程（包括需求規(guī)劃、設(shè)計、實施、集成、驗證、確認(rèn)和配置）。

ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)安全風(fēng)險程度對系統(tǒng)或系統(tǒng)某組成部分確定劃分由A到D的安全需求等級——汽車安全完整性等級（ASIL）。其中，D級為最高等級，需要最嚴(yán)苛的安全需求。未來汽車主動安全系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是要達(dá)到ASIL-C/D等級。此外，通過雷達(dá)、攝像頭等主動安全系統(tǒng)，將輔助駕駛?cè)藛T在沒有預(yù)計或路況不明的情況下，做出是否需要提前制動的預(yù)判，從而提高整體汽車智能化水平。

ISO 26262主要用于安裝在最大總質(zhì)量不超過3.5 t乘用車上的一個或多個電子系統(tǒng)的安全相關(guān)系統(tǒng)。ISO 26262唯一不適用于為殘疾人設(shè)計的特殊目的車輛的電子系統(tǒng)。

4. 車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)測試標(biāo)準(zhǔn)

車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)的功能要求通過電子控制方法來提高車輛動力學(xué)穩(wěn)定性，必須包括方向控制和側(cè)翻控制兩個方面。方向控制：要求在不足轉(zhuǎn)向或過度轉(zhuǎn)向情況下，并且在車輛物理極限內(nèi)，使車輛按駕駛員意圖保持方向穩(wěn)定性；側(cè)翻控制：要求在車輛即將發(fā)生側(cè)翻的情況下，使車輛在物理極限內(nèi)保持穩(wěn)定性。目前，關(guān)于車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，主要是歐洲的ECE R13《乘用車制動系統(tǒng)型式批準(zhǔn)的統(tǒng)一規(guī)定》 和美國FMVSS 126《車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)》的試驗標(biāo)準(zhǔn)，以及我國2014年發(fā)布的推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30677-2014《輕型汽車電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)性能要求及試驗方法》，其核心內(nèi)容是頻率為0.7 Hz的正弦延遲試驗。

GB/T 30677-2014標(biāo)準(zhǔn)中正弦延遲試驗方法大體如下：首先，進(jìn)行緩慢增加轉(zhuǎn)向試驗，車輛以（80±2）km/h的速度勻速行駛，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角以13.5o/s角速度勻速增加，直到車輛的側(cè)向加速度約為5 m/s2（0.5 g）；然后，開始正弦延遲試驗，車速為（80±2）km/h，轉(zhuǎn)向盤的輸入（見圖1），正弦曲線的起始振幅為1.5A（A為上述緩慢增加轉(zhuǎn)向試驗中，使車輛產(chǎn)生3 m/s2即0.3 g穩(wěn)態(tài)側(cè)向加速度的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角），每次試驗振幅的遞增幅度為0.5 A，直到正弦曲線的振幅增加到6.5 A或是270 °。

5. AEBs測試標(biāo)準(zhǔn)

AEBs由測距、數(shù)據(jù)分析和執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)3大子系統(tǒng)組成。其中，測距系統(tǒng)的核心包括微波雷達(dá)、激光雷達(dá)和視頻系統(tǒng)等。它可以提供前方道路全面、準(zhǔn)確、實時的圖像與路況信息。AEBs采用雷達(dá)或者攝像頭等傳感器，測量與前車或者障礙物的距離，然后，通過數(shù)據(jù)分析將測出的距離與報警距離、安全距離進(jìn)行比較，小于報警距離閥值時就進(jìn)行聲音提示，而小于安全距離時即使在駕駛員沒來得及踩制動踏板的情況下，AEBs也會啟動，使汽車自動制動，從而為安全出行保駕護(hù)航。目前，關(guān)于AEBs標(biāo)準(zhǔn)，主要是歐洲的ECE R131、Euro-NCAP自主緊急制動試驗和美國公路安全保險協(xié)會的自主緊急制動試驗。其核心工況是車與車的制動工況和車與人的制動工況，工作形式主要有AEBs結(jié)合碰撞預(yù)警功能（FCW）、單獨AEB 以及單獨FCW 三種形式。

① 車與車的制動工況

?靜態(tài)制動工況試驗。靜態(tài)制動工況試驗描述的是試驗車在一定的車速下接近前方靜止車輛，然后試驗車的AEBs進(jìn)行制動測試。根據(jù)系統(tǒng)分類和工作方式分類，測試流程和測試方法見表3，試驗示意圖見圖2。

表3 靜態(tài)制動工況試驗速度參數(shù)表 km/h

圖2 靜態(tài)制動工況試驗示意圖

?勻速制動工況試驗。勻速制動工況試驗描述的是試驗車在一定車速下接近前方勻速運動車輛，然后試驗車的AEBs進(jìn)行制動測試。根據(jù)系統(tǒng)分類和工作方式分類，測試流程和測試方法見表4，試驗示意圖見圖3。

表4 勻速制動工況試驗速度參數(shù)表 km/h

圖3 勻速制動工況試驗示意圖

?變速制動工況試驗。變速制動工況試驗描述的是試驗車在一定車速下接近前方以一定減速度制動的車輛，然后試驗車的AEBs進(jìn)行制動測試。根據(jù)系統(tǒng)分類和工作方式分類，測試流程和測試方法見表5，試驗示意圖見圖4。

表5 變速制動工況試驗速度參數(shù)表

圖4 變速制動工況試驗示意圖

② 車與行人制動工況

目前，車與行人工況還未正式加入測試規(guī)范中，試驗方法和規(guī)范也正在研究過程中，可能的工況主要分成以下3種情況。

工況1：清晰狀態(tài)下遇到行人，從左側(cè)人行道進(jìn)入車道；

工況2：隱蔽狀態(tài)下遇到行人，從左側(cè)人行道進(jìn)入車道；

工況3：清晰狀態(tài)下遇到行人，從右側(cè)人行道快步進(jìn)入車道。

6. 車道偏離報警系統(tǒng)測試標(biāo)準(zhǔn)

系統(tǒng)首先通過狀態(tài)感知模塊、獲得道路幾何特征和車輛的動態(tài)參數(shù)，然后由車道偏離評價算法對車道偏離的可能性進(jìn)行評價，必要的時候通過信號顯示界面向駕駛員報警。車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的研究主要集中在，基于視覺的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)上。偏道警告系統(tǒng)的警告標(biāo)準(zhǔn)可分為4種：

? 基于車輛在車道中的當(dāng)前位置（CCP）；

? 基于將來偏離量的不同（FOS）；

? 基于車輛將橫越車道邊界的時間（TLC）；

? 基于知識的道路場景感知（KBIRS），其中TLC標(biāo)準(zhǔn)使用最為廣泛。

目前，關(guān)于車道偏離報警系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)主要是歐洲的ECE R130、ISO 17361:2007《智能交通系統(tǒng)-車道偏離系統(tǒng)的性能要求及試驗方法》和GB/ T 26773-2011《智能運輸系統(tǒng) 車道偏離報警系統(tǒng)性能要求與檢測方法》。

三、汽車主動安全技術(shù)未來發(fā)展

汽車主動安全技術(shù)未來發(fā)展主要可包括：

底盤集成控制會成為一個主要趨勢。通過中央控制器將制動、懸架、轉(zhuǎn)向、動力傳動，通過CAN總線協(xié)調(diào)控制，形成一體化的安全控制系統(tǒng)。

車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將把汽車納入網(wǎng)絡(luò)世界，提升汽車智能化水平。未來更高級別、采用雷達(dá)和攝像技術(shù)的ADAS高級駕駛員輔助系統(tǒng)將會成為行業(yè)開發(fā)的又一個重點。隨著技術(shù)的發(fā)展，無人駕駛技術(shù)將會得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。

[1] 劉佳熙,郭輝,李君.汽車電子電氣系統(tǒng)的功能安全標(biāo)準(zhǔn) ISO 26262[J].上海汽車,2011,10:57～61.

[2] 梁榮亮,高明秋,郭魁元,等. 基于GTR.8和FMVSS 126的ESC測評方法研究[J].汽車工程,2014(3):321-327.

[3] 曹寅,朱春嵩,黃先國.自動緊急制動系統(tǒng)性能測試方法分析[J].質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)化,2014(6):51-54.

（作者單位：國家機(jī)動車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（上海））

信息專遞——

寧波特種設(shè)備安全工作再添新舉措

3月18日，中國特檢院臨港設(shè)備安全評價（寧波）中心正式掛牌運行。寧波是華東地區(qū)最重要的石化產(chǎn)業(yè)基地之一，并擁有全球首個8億噸港。該中心的正式運行，是寧波市特檢院聯(lián)合中國特檢院共同為寧波市及周邊地區(qū)大型儲罐、港口設(shè)備、石化裝置等提供強有力的技術(shù)支撐和優(yōu)質(zhì)高效的安全保障服務(wù)，促進(jìn)特種設(shè)備安全運行水平，提升和服務(wù)寧波臨港產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項重要舉措。未來，該中心會抓住主題、找準(zhǔn)重點，更好地服務(wù)好寧波及周邊地區(qū)的臨港設(shè)備安全。

The paper describes the new features of automotive active safety technology, outlines the relevant main standards in Euro-NCAP involving automobile active safety systems test, and analyzes the system structure and technical content of the standard in detail.

Active Safety; Vehicle; Standards; Test

注：[1]本項目由上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)/技術(shù)帶頭人計劃資助（項目編號：16XD1421400）。