自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的安全性研究綜述

停車引發(fā)的交通事故是造成現(xiàn)實(shí)世界大量損害（特別是財(cái)產(chǎn)損失）的重要原因。隨著車輛智能化的發(fā)展越來越廣泛，自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)在汽車市場(chǎng)應(yīng)用，并且這種系統(tǒng)在功能方面具有良好的駕駛員接受度。自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）作為一種主動(dòng)安全系統(tǒng)，當(dāng)車輛之間的相對(duì)速度較慢時(shí)，可以控制車輛制動(dòng)，以避免追尾碰撞事故的發(fā)生，因此受到了全球各界人士廣泛的關(guān)注。

1 通過采用非線性模型預(yù)測(cè)控制改善自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)安全性[1]

1.1 主要目的及原理

為了增加當(dāng)前AEB系統(tǒng)的運(yùn)行范圍，作者CHOIC提出了一種同時(shí)采用轉(zhuǎn)向和制動(dòng)的非線性模型預(yù)測(cè)控制（NMPC）方法的避碰策略。該避碰策略首先采用其開環(huán)控制動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)車輛的未來運(yùn)動(dòng)軌跡，并計(jì)算預(yù)測(cè)路徑與期望路徑之間的誤差。然后，該策略通過在預(yù)定約束條件下優(yōu)化未來后退水平線上的成本函數(shù)來計(jì)算諸如車輪轉(zhuǎn)向角和車輛加速度的控制輸入。最后，將輸入傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)以控制車輛。作者還針對(duì)車輛預(yù)測(cè)的橫向加速度，提出了關(guān)于車輪轉(zhuǎn)向角的約束條件，從而保持了車輛的側(cè)向穩(wěn)定性，使得車輛的橫向加速度小于閾值。本文所提出的控制策略通過使用NMPC方法來優(yōu)化車輪轉(zhuǎn)向角和車輛加速度等控制輸入。其好處是可以明確考慮諸如最大縱向和橫向加速度的安全條件，就像是自己的車輛一直在監(jiān)視周圍的車輛一樣。所開發(fā)的系統(tǒng)可以在緊急情況下幫助駕駛員避免障礙物，而不會(huì)由于過度的轉(zhuǎn)向或制動(dòng)作用導(dǎo)致二次事故發(fā)生。

1.2 主要結(jié)論及未來方向

為了驗(yàn)證所提出的策略的性能，通過MATLAB和CarSim聯(lián)合仿真環(huán)境中進(jìn)行了測(cè)試。通過仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了該策略具有可行性。未來的研究工作還需要根據(jù)車輛之間的相對(duì)速度制定決策方案，以確定是僅使用制動(dòng)的方案還是轉(zhuǎn)向和制動(dòng)組合的方案。

2 改善行人人體模型的紅外反射率以提高自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的安全性[2]

2.1 主要目的及原理

為了能夠評(píng)估不同的自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）系統(tǒng)在避免和減輕行人碰撞時(shí)的性能，需要開發(fā)一個(gè)替代行人的標(biāo)準(zhǔn)模型。而對(duì)行人模型的要求則是確保它在AEB系統(tǒng)中每個(gè)傳感器工作下仍然被認(rèn)為是具有代表性的真正行人。作者HARAN研究的主要目的是基于從各種來源渠道收集的行人數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為替代行人的標(biāo)準(zhǔn)人體模型開發(fā)出一套可信的紅外線反射率規(guī)格。

替代行人的人體模型是自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)性能評(píng)估的必備工具。人體模型的可見皮膚和衣服的紅外線反射率需要被設(shè)置為真實(shí)行人的紅外線反射率。本文介紹了一種確定行人紅外反射率的過程和方法。

2.2 主要結(jié)論及未來方向

通過對(duì)大量數(shù)據(jù)分析研究得知，如果人體模型的紅外線反射率的波長在800～1100nm范圍，AEB系統(tǒng)的性能測(cè)試比例為46-70%；如果人體模型的紅外線反射率的波長在750-800nm范圍內(nèi)，AEB系統(tǒng)的性能測(cè)試比例為40-64%。這些測(cè)量值將確保人體模特的紅外線反射率被AEB系統(tǒng)認(rèn)為真實(shí)世界環(huán)境中可能遇到的實(shí)際行人。隨著AEB系統(tǒng)的使用變得越來越普遍，并且真實(shí)世界中不斷引入新材料以及服裝趨勢(shì)的演變，未來的研究工作應(yīng)該對(duì)針織物樣品的紅外線反射率進(jìn)行連續(xù)的數(shù)據(jù)收集和監(jiān)測(cè)，以確保對(duì)所開發(fā)的規(guī)格進(jìn)行補(bǔ)充和改進(jìn)，使其能夠繼續(xù)作為標(biāo)準(zhǔn)的行人替代人體模型。

3 對(duì)降低碰撞率方面的有效性研究以改善自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)安全性[3]

3.1 主要目的及原理

作者CICCHINO研究的主要目的是評(píng)估單一前向碰撞預(yù)警（FCW）系統(tǒng)和單一低速自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）系統(tǒng)以及兩者協(xié)同的有效性。作者采用泊松回歸法用于比較2010-2014年間美國22個(gè)州每個(gè)被保險(xiǎn)車輛的碰撞，其中對(duì)具有FCW或AEB的乘用車車型和不具有這些系統(tǒng)的相同車型之間進(jìn)行比較。

3.2 主要結(jié)論及未來方向

通過比較結(jié)果得知，具有單一FCW系統(tǒng)的情況、單一低速AEB的情況系統(tǒng)和兩者都具有的情況分別將追尾碰撞率降低了27%、43%和50%；單一低速AEB的情況系統(tǒng)和兩者都具有的情況分別將追尾撞車事故率減少了20%、45%和56%；其中追尾撞車事故率中的第三方損傷率分別減少了18%、44%和59%。有上述結(jié)果可以看出，F(xiàn)CW系統(tǒng)在減少追尾事故導(dǎo)致第三方傷害方面的有效性是很小的，但在其他事故率的改善方面都是顯著的。低速AEB系統(tǒng)在減少撞車事故方面比FCW系統(tǒng)更可靠。如果美國的所有車輛都配備了類似于FCW系統(tǒng)或AEB系統(tǒng)，那么在2014年將近100萬起追尾事故中至少可以避免40萬起車禍?zhǔn)录?/p>

未來的研究工作將會(huì)調(diào)查這些系統(tǒng)在車輛速度變化時(shí)其后方碰撞率是如何變化的。而且目前的FCW系統(tǒng)與AEB系統(tǒng)在車輛速度為10～20mph以下時(shí)不能運(yùn)行，因此研發(fā)能夠在全速范圍內(nèi)運(yùn)行的安全預(yù)警系統(tǒng)將會(huì)避免更多的碰撞事故和損傷事故。

4 自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)時(shí)間設(shè)計(jì)[4]

4.1 主要目的及原理

作者SUZUKIK的研究主要分析了當(dāng)行人跑到道路上時(shí)，司機(jī)的制動(dòng)操作行為。為此，作者研究在駕駛模擬器中測(cè)試了15名受試者。作者設(shè)定了兩個(gè)評(píng)估指標(biāo)，即：一是避免在制動(dòng)開始時(shí)車輛前后方向上與行人發(fā)生碰撞。一是以在制動(dòng)開始時(shí)行人與車輛之間在橫向方向上的距離。為了確定這些測(cè)試結(jié)果的可靠性，作者還使用駕駛記錄儀分析了在真實(shí)道路環(huán)境下駕駛員制動(dòng)操作的啟動(dòng)時(shí)間，并將這些結(jié)果與這些測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比較。

4.2 主要結(jié)論及分析

根據(jù)駕駛模擬器測(cè)試的結(jié)果，作者提出累計(jì)頻率最低為1%的駕駛員操作時(shí)間作為在自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)中開始制動(dòng)的操作時(shí)間。作者還將這個(gè)制動(dòng)控制時(shí)間通過試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。

作者在對(duì)行人失控造成駕駛員制動(dòng)控制行為的分析中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同的車速和行人過路速度，駕駛員的制動(dòng)操作的啟動(dòng)時(shí)間是固定的。也就是說，駕駛員對(duì)于行人跑步并沒有太敏感。在對(duì)駕駛記錄儀進(jìn)行分析的實(shí)際交通環(huán)境中的制動(dòng)操作時(shí)間與駕駛模擬器中的制動(dòng)操作時(shí)間相比較時(shí)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際交通環(huán)境中的制動(dòng)開始時(shí)間和駕駛模擬器中的制動(dòng)開始時(shí)間基本一致。因此，可以說使用該駕駛模擬器獲得的結(jié)果與實(shí)際的交通環(huán)境中的結(jié)果幾乎相同。

制動(dòng)操作開始時(shí)間的差異取決于駕駛員的行為。作者采用DSQ的聚類分析將駕駛員的駕駛風(fēng)格分為三組，并解釋駕駛員特征的制動(dòng)操作行為。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有擔(dān)心或提前準(zhǔn)備傾向的駕駛員會(huì)不斷地意識(shí)到對(duì)行人的危險(xiǎn)。因此，當(dāng)他們看到一個(gè)行人正在靠近時(shí)，會(huì)強(qiáng)制減速以避免碰撞。作者還建議將AEB系統(tǒng)的制動(dòng)控制時(shí)間設(shè)定為晚于駕駛員制動(dòng)操作時(shí)間，以抑制駕駛員對(duì)自己操作的過度自信。

5 通過自然駕駛數(shù)據(jù)構(gòu)建360°低速自動(dòng)緊急制動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)[5]

5.1 主要目的及原理

深入挖掘保險(xiǎn)公司數(shù)據(jù)后顯示，全球范圍內(nèi)交通事故造成的索賠占所有索賠中的比例竟高達(dá)40%，而索賠的相關(guān)費(fèi)用也高達(dá)30%。因此，360°低速自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的研究具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須得到諸如初始事故速度和環(huán)境特性（如照明和表面狀況）等參數(shù)，以用于制定有效的制動(dòng)策略。首先，作者FEIGP采用最先進(jìn)的方法用于重構(gòu)交通事故數(shù)據(jù)庫的分析。由于停車時(shí)機(jī)動(dòng)車的速度較低，需要對(duì)事故重建的容忍度和可用性做進(jìn)一步的評(píng)估和討論。其次，作者對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的事故處理進(jìn)行了大數(shù)據(jù)分析，以能夠更準(zhǔn)確地評(píng)估機(jī)動(dòng)車的行為。最后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行了討論，給出了有效系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置建議。

5.2 主要結(jié)論及分析

數(shù)據(jù)庫中重建交通事故的評(píng)估，特別是對(duì)于低速度來說，由于高度的容忍度，必須慎重選擇。而采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集的自然駕駛數(shù)據(jù)，能夠提供了更精確的速度剖面圖。專門用于停車碰撞的低速360°AEB與用于追尾碰撞的AEB系統(tǒng)相結(jié)合，可以更好地提高經(jīng)濟(jì)效率。兩個(gè)系統(tǒng)之間的相互作用必須通過試驗(yàn)研究，以確保兩者之間沒有系統(tǒng)間隙或存在不受控制的交互發(fā)生。對(duì)車輛移動(dòng)性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析表明，在惡劣天氣條件下，如下雨或黑暗，通常驅(qū)動(dòng)速度不會(huì)降低。因此對(duì)于攝像機(jī)系統(tǒng)等傳感器技術(shù)來說，在較差的情況工作時(shí)應(yīng)該與其他傳感器技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的方式進(jìn)行補(bǔ)償。

6 建立風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)制動(dòng)機(jī)動(dòng)共享控制防止與行人碰撞[6]

6.1 主要目的及原理

自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)盡管能夠在危險(xiǎn)的情況下，保證車輛的安全性。但是，如果在能見度不好的地方突然出現(xiàn)意想不到的移動(dòng)障礙物，例如停放在車輛后面的空間，則該系統(tǒng)將會(huì)受到限制。作者SAITOY描述了一種用于防止與行人碰撞的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)制動(dòng)操作中的共享控制，并且構(gòu)建了一種具有主動(dòng)式油門踏板和帶有制動(dòng)踏板的伸縮式保護(hù)型支架。該輔助系統(tǒng)能夠在一個(gè)隱藏的風(fēng)險(xiǎn)情況下被激活，例如一個(gè)被遮擋的行人突然打算過馬路時(shí)。作者還在一個(gè)駕駛模擬器中進(jìn)行了相應(yīng)的仿真實(shí)驗(yàn)，調(diào)查了所提出的輔助系統(tǒng)的功能和有效性，并且證實(shí)了所提出的系統(tǒng)對(duì)于指導(dǎo)駕駛員追蹤期望的安全速度是有效的。

6.2 主要結(jié)論及分析

作者所提出的系統(tǒng)主要用來輔助自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)在能見度不佳情況的應(yīng)用，其主要貢獻(xiàn)在于表明風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)控制的幫助有助于減輕碰撞風(fēng)險(xiǎn)水平。為了更好地調(diào)查該輔助系統(tǒng)的功能下，作者對(duì)老年駕駛員進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。老年駕駛員對(duì)所提出輔助系統(tǒng)的有用性和滿意度給出了積極評(píng)價(jià)，表明輔助系統(tǒng)可以有效避免隱患碰撞風(fēng)險(xiǎn)，指導(dǎo)車輛達(dá)到預(yù)期的速度。雖然這項(xiàng)研究側(cè)重于研究老年司機(jī)引起的事故，但是對(duì)于更普通的人來說，這種輔助系統(tǒng)可以有助于提高主動(dòng)安全性能。未來的研究工作可以考慮將輔助系統(tǒng)應(yīng)用于非信號(hào)交叉口的場(chǎng)景中進(jìn)行仿真試驗(yàn)，以進(jìn)一步提高該系統(tǒng)的魯棒性。

[1]CHOI C,KANG Y.Simultaneous braking and steering control method based on nonlinear model predictive control for emergency driving support[J].International Journal of Control,Automation and Systems,2017,15(1)：345-353.

[2]HARAN T,CHIEN S.Infrared Reflectivity of Pedestrian Mannequin for Autonomous Emergency Braking Testing：2016 IEEE 19th International Conference on Intelligent Transportation Systems(ITSC),2016[C].

[3]CICCHINO J B.Effectiveness of forward collision warning and autonomous emergency braking systems in reducing front-to-rear crash rates[J].Accident Analysis&Prevention,2017,99：142-152.

[4]SUZUKIK,YAMAGUCHIH,OGURIT.Designing of brake timing of autonomous emergency braking system to avoid collision to pedestrians[J].Mechanical Engineering Journal,2017,4(5)：17-215.

[5]FEIG P,KONIG A,GSCHWENDTNER K,et al.Deriving System Parameters of a 360°Low Speed Autonomous Emergency Braking Driver Assistance System for Parking and Maneuvering based on Naturalistic Driving Studies：2017 IEEEInternational

[6]SAITO Y,RAKSINCHAROENSAK P.A Shared Control in Risk Predictive Braking Manoeuvre for Preventing Collision with Pedestrian：2016 IEEE International Conference on Systems,Man,and Cybernetics(SMC),2016[C].Conference on Vehicular Electronicsand Safety(ICVES),2017[C].