自動緊急制動試驗研究1

文 /宋雪松 曹 寅 吳海飛

由于駕駛員的分心或者誤判，車輛追尾事故是最常發(fā)生的交通事故之一。為幫助駕駛員避免該類追尾事故的發(fā)生，汽車制造商提供了一種自動緊急剎車系統(tǒng)（AEB），該系統(tǒng)可以進行前車碰撞預警（FCW），給予車輛適當的制動甚至使車輛自動停車。

一、測試標準對比

從2015年開始，歐洲新車評價組織（E-NCAP）根據2013推出的AEB-test-protocol-v-10《新乘用車自動緊急制動系統(tǒng)測試方法》（以下簡稱“2015 E-NCAP”），要求對新車增加此項目測試。聯合國歐洲經濟委員會汽車法規(guī)中131法規(guī)（以下簡稱“ECE 131”）法規(guī)實施早于2015 E-NCAP，但主要針對商用車。目前，這兩個涉及AEB的測試方法被許多測試機構、主機廠等參考、采用。2015 E-NCAP 中的AEB測試場景主要分為前車靜止（Car to Car Rear stationary，CCRs）、前車緩慢行駛（Car to Car Rear moving，CCRm）和前車制動（Car to Car Rear braking，CCRb）三種工況。2016年開始要求在E-NCAP的行人保護項中，增加針對行人的AEB測試場景要求，本文只討論針對車輛的AEB測試。

2018 E-NCAP AEB測試場景與2015 E-NCAP AEB測試場景主要區(qū)別為：CCRb前車減速度為4 m/s2（E-NCAP為2 m/s2與6 m/s2）；增加了誤作用測試場景、相鄰車道車輛制動試驗和鐵板試驗，此參考美國高速公路安全管理局（NHTSA） AEB測試場景。關于測試場景，增加了與前車橫向重疊測試場景；測試設備目標車由氣球車變?yōu)槿蚰繕塑囕v（GVT）。

二、方法關鍵點分析

國內AEB測試試驗主要使用Vbox系統(tǒng)或駕駛機器人系統(tǒng)，本文試驗設備使用駕駛機器人系統(tǒng)（見圖1）。

圖1 某英國公司測試系統(tǒng)

通過兩套組合慣導系統(tǒng)（慣性導航與衛(wèi)星導航結合，主要包括GPS傳感器、陀螺儀傳感器和差分基站）和數據傳輸通訊系統(tǒng)得到高精確度的相對距離/報警時刻（TTC）/車輛運動參數進而驗證測試車上所安裝的主動安全系統(tǒng)性能指標，例如TTC值和自動緊急剎車碰撞減緩速度等。

1. 設備調節(jié)

ABD駕駛機器人控制器使用美國PMAC運動控制板卡，相當于一個三軸伺服電機系統(tǒng)，可以通過調節(jié)比例—積分—微分（PID）控制其運動執(zhí)行精度。為達到試驗測試精度要求，需要對測試系統(tǒng)進行PID調校，使其適配于試驗測試車輛。

調節(jié)原則為：比例系數P的大小決定系統(tǒng)執(zhí)行響應速度。P越大，系統(tǒng)響應速度越快，調節(jié)精度越高；P過大，將導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分系數I決定系統(tǒng)靜態(tài)誤差，I值太大，震蕩增多，I太小，系統(tǒng)調節(jié)精度減小。微分系數D可以改變系統(tǒng)的動態(tài)特性，D值過大或過小會使系統(tǒng)調節(jié)時間變長。

針對AEB測試，駕駛機器人的PID調校分為三大類，分別為路徑跟隨調校（即對轉向機器人進行調校）、速度調校（即對加速機器人與制動機器人進行調校）和制動機器人踏板調校（區(qū)別于速度調校中對制動機器人的調校。其目的是使制動減速度達到精度要求，在CCRb工況中非常重要）。路徑跟隨調校與速度調校有程序自帶調校實驗組，通過進行實驗組中的試驗，將車輛轉向、加速、制動特性寫入控制器，通過調節(jié)參數曲線，使調校變得簡便。

在本文實驗中，主車與從車均為直線行駛，直線路徑跟隨性能較容易達到實驗要求的精度，根據調校經驗，在直線路徑跟隨PID調校中，對P值給定0.6～0.8值，I值和D值使用默認值，均能到達實驗要求精度。在速度調校過程中，一共有四種試驗：恒定油門開度加速試驗、油門開度交替試驗、不同制動行程的制動試驗、減速度值制動試驗。速度調校過程，可通過試驗數據寫入，進行自動整定。制動機器人踏板調校無試驗數據寫入自動調校功能，需要根據試驗設定減速度曲線與執(zhí)行結果曲線作對比，來進行PID調校。

2. 測試試驗分析

① 測試場景

根據E-NCAP主動安全項排名，選取一款AEB分數非常高的車型，對其進行AEB測試研究，驗證其AEB策略與性能。參考2015版E-NCAP AEB測試規(guī)范，綜合考慮測試安全與測試成本，簡化測試場景，設置測試場景（見表1、表2）：

表1 AEB CCR測試場景 km/h

表2 AEB CCR測試測試結果 km/h

② 測試數據分析

本文實驗中使用陀螺儀Oxford RT3002作為測試系統(tǒng)的運動參數（motion pack）測量工具。在進行離線實驗數據（見圖2）分析時，車輛位置與速度均為平滑曲線，采用原始數據。加速度曲線在制動過程中波動非常大，不能得到準確的加速度與時間關系，無法判斷加速度波動趨勢，需要對加速度數據進行濾波。參照2015 E-NCAP測試規(guī)范，本文采用12極點無相位移巴特沃斯濾波器對加速度進行濾波，截止頻率為10 Hz。

TTCAEB：AEB系統(tǒng)出發(fā)時刻。即：首先確定已濾波減速度曲線中首個低于1 m/s2的數據點，而后從此點前推到減速度曲線首次與0.3 m/s2的TTC時刻。

TTCFCW：FCW發(fā)出聲音警告，聲音接收器檢測到FCW報警的TTC。

通過數據分析發(fā)現，在CCRs25 km/h、CCRs35 km/h、CCRs45 km/h測試工況下，減速度絕對值先增加到10 m/s2，再減小至約3.5 m/s2減速度，其AEB策略邏輯為：以避免碰撞為主要原則，先減速再進行與前車的剎停距離控制。

控制策略分析：

· 其減速度控制策略相當于在保證自身車輛安全的基礎上，減小了剎車減速度絕對值。在公共道路實際工況中，對AEB制動車輛的后方車輛更友好，給后方車輛更多的制動反應時間，能夠減少追尾事件；

· 在CCRm前車20 km/h工況下，測試車在速度下降至20 km/h以下，約18 km/h時，車輛不再減速，同前車一起緩慢向前行駛，即車輛不減速至剎停，能夠減少追尾事件；

· 從圖2中可以發(fā)現測試車剎停后，車輛前緣距離氣球車相對距離范圍在0.1 m ～1.5 m內，距離分布保持穩(wěn)定，能夠增加駕駛員對AEB系統(tǒng)的理解，從而更好地掌握對AEB介入時的狀態(tài)變化。

③ 測試主觀評價

測試車的安全帶張緊器在TTC約3 s時，會自動張緊。首先，能起到除視覺與聲覺外的觸覺FCW報警。其次，在進行AEB測試時，能明顯地減緩由AEB介入導致的減速度急增的不適感。

三、不足與展望

圖2 CCRs35測試數據

本文試驗設計屬于黑箱測試，主要通過對測試車輛與目標車輛的運動參數如速度、加速度、相對距離等進行數據分析，可進一步討論這些車輛內其他系統(tǒng)參數與AEB系統(tǒng)的相互影響，例如在NHTSA AEB 報告中，對TTCFCW與油門開度變化進行研究，FCW報警后約1.5 s，油門開度開始下降，FCW報警后約2.5 s油門開度降至0。

2018版E-NCAP的出臺將極大地推動我國汽車市場AEB裝車率，從而降低車輛碰撞損失。但測試場景中尚無我國特有事故場景，如車輛與電動二輪車的同向碰撞場景。

目前大多數自動緊急制動標準的測試場景僅代表在較理想光照條件下封閉道路場景中對前車的正向碰撞測試，在真實道路碰撞事故場景中，測試車與前方車輛會存在不同車輛航向角，不同車輛中心重疊，其他車輛對測試車影響的情況，使得安裝有AEB的車輛無法進行有效的自動緊急制動。在實際工作中，對測試車與前車以正向不同重疊率工況進行了實驗測試，對不同航向角工況仍需進一步實驗研究。