AEB系統(tǒng)性能與碰撞時(shí)間關(guān)聯(lián)性研究

劉建平 鄭望曉 鄭陽(yáng)

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院,廣州 511400）

主題詞：AEB系統(tǒng) 碰撞時(shí)間 制動(dòng)執(zhí)行策略

1 前言

自動(dòng)緊急制動(dòng)（Autonomous Emergency Break，AEB）系統(tǒng)利用現(xiàn)代傳感器技術(shù)實(shí)時(shí)對(duì)車輛的周圍環(huán)境和車輛行駛狀態(tài)進(jìn)行探測(cè)，并根據(jù)算法預(yù)判當(dāng)前環(huán)境的危險(xiǎn)程度，當(dāng)檢測(cè)到前方有潛在碰撞危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)向駕駛員發(fā)出警告以提醒駕駛員采取措施規(guī)避危險(xiǎn)，并在駕駛員沒有及時(shí)對(duì)警告信號(hào)做出正確反應(yīng)且碰撞危險(xiǎn)變得十分緊急時(shí)，系統(tǒng)提供制動(dòng)力，通過(guò)自動(dòng)制動(dòng)等主動(dòng)介入方式來(lái)避免碰撞事故的發(fā)生或減輕碰撞事故的嚴(yán)重程度[1-3]。目前，歐洲新車安全評(píng)鑒協(xié)會(huì)（Euro NCAP）已將AEB納入新車主動(dòng)安全的評(píng)價(jià)規(guī)程，而我國(guó)最新版的CNCAP（2018版）也開始將AEB納入新車評(píng)價(jià)規(guī)程。本文將依據(jù)實(shí)車測(cè)試結(jié)果對(duì)AEB激活時(shí)刻的碰撞時(shí)間（Time To Collision,TTC）、制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間、最大減速度等進(jìn)行分析，為設(shè)定AEB系統(tǒng)策略和性能目標(biāo)提供數(shù)據(jù)支撐，以提升AEB系統(tǒng)在NCAP評(píng)價(jià)規(guī)程中的得分率。

2 AEB工作原理分析

AEB的關(guān)鍵是避撞算法，因避撞算法決定了預(yù)警的時(shí)機(jī)和邏輯，其核心問(wèn)題是確定合適的介入時(shí)刻。碰撞時(shí)間是評(píng)價(jià)交通安全的微觀指標(biāo)，是指某一時(shí)刻本車與目標(biāo)車之間發(fā)生碰撞前的剩余時(shí)間。在同一車況下，在碰撞時(shí)間較大時(shí)制動(dòng)效能較好，且不易發(fā)生事故。但是該情形下用戶體驗(yàn)很差，用戶需要的是相對(duì)激進(jìn)的危險(xiǎn)制動(dòng)時(shí)機(jī)，即TTC足夠小時(shí)AEB就應(yīng)采取制動(dòng)措施，即應(yīng)遵循兩個(gè)原則：一是為不影響用戶體驗(yàn)，制動(dòng)時(shí)刻應(yīng)晚于駕駛員的最遲制動(dòng)時(shí)刻和駕駛員的最遲轉(zhuǎn)向時(shí)刻；二是制動(dòng)時(shí)刻應(yīng)早于制動(dòng)系統(tǒng)將車輛剎停的最遲制動(dòng)時(shí)刻[4]，確保制動(dòng)效能，達(dá)到避撞的目的。

3 試驗(yàn)研究

3.1 試驗(yàn)方法

選取6款具有代表性且配置有AEB功能的車輛進(jìn)行試驗(yàn)，包括一款轎車（A）、三款SUV（B、C、D）、一款MVP（E）及一款純電動(dòng)車（F）。測(cè)試工況選用歐洲新車評(píng)價(jià)規(guī)程(Euro-NCAP)的前車靜止(Car to Car Rear sta?tionary,CCRs)工況[5]，即本車以10 km/h的梯度從10 km/h遞增到50 km/h。前車為Euro-NCAP測(cè)試車輛目標(biāo)(Eu?rope Vehicle Target，EVT)模型并保持靜止，如圖1所示。

圖1 前車靜止（CCRs）測(cè)試工況

試驗(yàn)中采用了E-NCAP中定義的ABD駕駛機(jī)器人（含轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和油門機(jī)器人）、OxTS陀螺儀、基站及數(shù)傳系統(tǒng)、Euro-NCAP測(cè)試車輛目標(biāo)等設(shè)備，試驗(yàn)過(guò)程精確控制試驗(yàn)車的速度、加速度、方向和距離，實(shí)時(shí)采集測(cè)試車輛速度、減速度、碰撞時(shí)間TTC、測(cè)試車輛與目標(biāo)之間距離等。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)試驗(yàn)得出各車型能實(shí)現(xiàn)的最高避撞車速見表1。由表1可知，各車型之間最高避撞速度較接近，但實(shí)際用戶體驗(yàn)卻存在較明顯差異。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，各車型在各速度點(diǎn)AEB制動(dòng)時(shí)的TTC如圖2所示。

表1 各車型CCRs工況最高避撞車速

圖2 各車型AEB激活時(shí)刻TTC與速度關(guān)系曲線

由圖2可看出，在各車速點(diǎn)AEB制動(dòng)時(shí)，B車型TTC最小，E車型的TTC最大，整體上各車型的TTC隨車速的增加呈逐步增大的趨勢(shì)。但F車型在各車速下AEB激活時(shí)刻TTC一致性較差，在車速為10 km/h時(shí)TTC為1.4 s，實(shí)際體驗(yàn)中能感知該車速下AEB制動(dòng)時(shí)機(jī)略顯提前，用戶體驗(yàn)不佳。

B車型AEB制動(dòng)時(shí)TTC值最小，即同一車速下B車型的AEB制動(dòng)時(shí)機(jī)最晚，但在CCRs工況下，最高避撞車速仍能達(dá)到45 km/h。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析可知，不同車型在同一車速、一定制動(dòng)TTC情況下，AEB系統(tǒng)所能提供的減速效果與其策略設(shè)定及搭載的車輛制動(dòng)系統(tǒng)性能直接關(guān)聯(lián)。其中，不同廠商的AEB系統(tǒng)控制策略有不同的風(fēng)格，而制動(dòng)系統(tǒng)性能與制動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和所能達(dá)到的最大減速度相關(guān)。

4 AEB制動(dòng)執(zhí)行策略和性能分析

4.1 AEB性能與TTC及制動(dòng)系統(tǒng)性能關(guān)聯(lián)性分析

因在各車速下F車型AEB系統(tǒng)激活TTC一致性差，且低速時(shí)（10 km/h）的TTC過(guò)大，由此可推斷該車型AEB系統(tǒng)激活TTC的設(shè)定策略不夠完善。進(jìn)一步分析其減速度數(shù)據(jù)可知，AEB系統(tǒng)在各車速點(diǎn)均采用一級(jí)制動(dòng)，液壓制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間略長(zhǎng)（制動(dòng)后約750 ms才達(dá)到最大減速度9.2 m/s2），且在最大減速度點(diǎn)保壓時(shí)間不夠（圖3），故F車型在車速為45 km/h時(shí)，AEB系統(tǒng)雖在TTC為1.2 s時(shí)即開始制動(dòng)，但仍未最終實(shí)現(xiàn)避撞。

圖3 F車型減速度曲線

由圖2可看出，B車型在各車速點(diǎn)AEB激活時(shí)刻的TTC隨車速提高逐漸增加，呈一致性分布，其TTC最大值僅為0.75 s，符合緊急制動(dòng)定義，實(shí)際評(píng)價(jià)中該車型自動(dòng)制動(dòng)時(shí)機(jī)合理，不影響用戶體驗(yàn)。另外，該車采用的新型制動(dòng)助力器的液壓制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)快，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，在AEB系統(tǒng)開始制動(dòng)270 ms后，制動(dòng)系統(tǒng)即達(dá)到最大減速度，同時(shí)能提供足夠的保壓時(shí)間（圖4），故能明顯提升制動(dòng)效能。在執(zhí)行策略方面，該車同樣采用的是一級(jí)制動(dòng)，由此表明，在所測(cè)試的幾款車型中，B車型AEB系統(tǒng)激活時(shí)刻的TTC最小，但該車型制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)速度快，且能提供足夠大的最大減速度（約10 m/s2），故能實(shí)現(xiàn)最高車速（45 km/h）下的自動(dòng)避撞。

圖4 B車型減速度曲線

4.2 AEB系統(tǒng)請(qǐng)求制動(dòng)執(zhí)行策略分析

通過(guò)對(duì)多個(gè)車型試驗(yàn)結(jié)果的分析可知，在AEB系統(tǒng)請(qǐng)求制動(dòng)策略設(shè)定方面主要分為兩類，一是采用一級(jí)制動(dòng)，即AEB系統(tǒng)開始制動(dòng)后直接達(dá)到其所需的最大減速度值，如圖5所示；二是采用兩級(jí)制動(dòng)，即AEB系統(tǒng)開始制動(dòng)直至車輛停止過(guò)程中，AEB系統(tǒng)提供不同減速度值的兩級(jí)制動(dòng)。

圖5 采用一級(jí)制動(dòng)減速度曲線

AEB系統(tǒng)二級(jí)制動(dòng)策略分為3種類型：

a.根據(jù)AEB系統(tǒng)控制策略，AEB系統(tǒng)首先請(qǐng)求制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行第一級(jí)較大減速度（約7m/s2）來(lái)降低本車車速，同時(shí)通過(guò)其算法實(shí)時(shí)計(jì)算與目標(biāo)車的相對(duì)速度和距離，若仍存在與目標(biāo)車的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，則在某一時(shí)刻以最大減速度再執(zhí)行二級(jí)制動(dòng)，直至車輛制動(dòng)減速至停止，稱為第Ⅰ類型，如圖6所示；

圖6 第Ⅰ類型二級(jí)制動(dòng)曲線

b.AEB系統(tǒng)先請(qǐng)求制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行較小的一級(jí)減速度（約2 m/s2），若此時(shí)駕駛員仍未踩下制動(dòng)踏板，或駕駛員介入后車輛減速度仍不能使本車避免發(fā)生碰撞；則在某一時(shí)刻AEB系統(tǒng)將請(qǐng)求制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行二級(jí)制動(dòng)，使本車減速度達(dá)到最大值，直至本車制動(dòng)減速至停止，稱為第Ⅱ類型，如圖7所示；

圖7 第Ⅱ類型二級(jí)制動(dòng)曲線

c.AEB系統(tǒng)首先請(qǐng)求制動(dòng)系統(tǒng)以最大減速度執(zhí)行一級(jí)制動(dòng)，然后根據(jù)其算法執(zhí)行二級(jí)制動(dòng)，在某一時(shí)刻降低減速度至某一數(shù)值，直至本車停止，避免與目標(biāo)車發(fā)生碰撞，稱為第Ⅲ類型，如圖8所示。

由圖6～圖8可看出，不同車輛搭載的AEB系統(tǒng)算法策略有明顯區(qū)別，AEB系統(tǒng)采用的二級(jí)減速方案也不同。對(duì)于采用第Ⅱ類型的二級(jí)減速策略的AEB系統(tǒng)，車輛進(jìn)行緊急制動(dòng)前先執(zhí)行一段較小的減速度提醒后車，能有效降低被追尾的風(fēng)險(xiǎn)。用戶體驗(yàn)方面，第一級(jí)制動(dòng)的減速度較小，更多是提醒駕駛員存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)，提示其進(jìn)行主動(dòng)制動(dòng)。實(shí)車體驗(yàn)表明，采用第Ⅱ類型二級(jí)制動(dòng)策略時(shí)體驗(yàn)感更佳。

圖8 第Ⅲ類型二級(jí)制動(dòng)曲線

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析表明，在CCRS試驗(yàn)工況中，不同車速對(duì)應(yīng)AEB介入時(shí)的TTC存在差異，低速時(shí)（＜20 km/h）的TTC設(shè)定應(yīng)更小，采用單級(jí)制動(dòng)，以提升用戶體驗(yàn)；在更高速度下應(yīng)采取兩級(jí)減速策略，AEB系統(tǒng)激活后能更為舒適、平順地介入，制動(dòng)效果更強(qiáng)、速度減小率更大，在AEB系統(tǒng)工作的過(guò)程中用戶體驗(yàn)優(yōu)于僅采用單級(jí)制動(dòng)的方案。文獻(xiàn)[6]指出液壓制動(dòng)器起作用時(shí)間是0.2～0.9 s，故AEB系統(tǒng)的TTC設(shè)置在0.5～1.2 s之間更為合理，同時(shí)，根據(jù)不同車速選擇不同的TTC，使得隨車速的增加AEB系統(tǒng)激活TTC也逐步變大。