Honda模型在前車緊急制動場景下的碰撞風(fēng)險分析及優(yōu)化

劉海峰

摘 要：基于傳統(tǒng)的安全距離模型——Honda模型，考慮了前車在自車自動緊急制動功能觸發(fā)時刻突然制動的情況，分析了Honda模型在避撞功能上的風(fēng)險;引入駕駛員一般的跟車距離特性，提出了新的安全距離模型;建立了CarSim+Simulink聯(lián)合仿真模型，用于測試新的安全距離模型的避撞效果，結(jié)果符合預(yù)期。

關(guān)鍵詞：安全距離模型;自動緊急制動;聯(lián)合仿真

1 研究背景和意義

當(dāng)前，為了減少交通事故數(shù)量、減少擁堵、減少排放、增加駕駛員可用時間，新的汽車技術(shù)大都朝著自動駕駛（Autonomous Driving，AD）領(lǐng)域發(fā)展。作為自動駕駛關(guān)鍵技術(shù)之一的自動緊急制動（Autonomous Emergency Braking，AEB），就是各企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)不遺余力研究和完善的方向。Euro NCAP研究表明[1]，AEB可以避免27%的碰撞事故。奔馳汽車公司通過對各類交通事故進(jìn)行研究后表明，如果駕駛員相比發(fā)生事故時可以提前1s意識到碰撞危險并采取避撞措施，則可以避免90%交通事故[2]。AEB系統(tǒng)的作用就是通過自動緊急制動將碰撞事故扼殺在發(fā)生之前。

已有的研究基本上都是假設(shè)AEB全制動觸發(fā)后，前車運(yùn)動狀態(tài)不發(fā)生改變，沒有看到有考慮自車AEB全制動觸發(fā)后前車由勻速行駛突然制動對避撞帶來的影響。因此，本文通過經(jīng)典安全距離模型——Honda模型[3]，來對這一影響進(jìn)行分析并進(jìn)行優(yōu)化。

2 Honda安全距離模型

Honda安全距離模型的制動安全距離由以下公式得出：

Honda模型的制動安全距離隨自車車速及兩車相對車速的關(guān)系如圖1所示。

該模型在前車低速時采用兩車的最大減速度來計算制動安全距離;在前車較高車速時，考慮前車當(dāng)前的車速值來計算，并未考慮前車可能采取的減速度。Honda模型傾向于較短的制動安全距離，相對比較激進(jìn)。這樣設(shè)定模型的目的在于，給足駕駛員可能采取避撞措施的空間，盡可能不提前對車輛進(jìn)行干預(yù)。

3 碰撞分析

根據(jù)Honda模型的參數(shù)[4]設(shè)計，取兩車的最大減速度α1，α2均為-7.8m/s2，剎停時安全車距為ds=1m，系統(tǒng)延遲時間t1=0.5s，制動時間t2=1.5s。

如果不考慮前車可能有的制動操作，Honda模型下兩車的碰撞速度分布如圖2（a）所示;考慮在自車AEB觸發(fā)情況下前車突然緊急制動，兩車的碰撞速度分布如圖2（b）所示。兩種情況下碰撞速度的對比圖如圖2（c）所示。

從圖2（a）中我們可以看出，原有的Honda安全距離模型在不考慮前車突然制動情況下能夠避免大部分行駛工況的碰撞，僅僅在自車車速較高（>75km/h）且相對車速也較高（>85km/h）的行駛工況下會出現(xiàn)碰撞，碰撞的最高速度能達(dá)到約45km/h;若考慮自車AEB觸發(fā)時前車的制動情況，我們可以從圖2（b）中看到在自車車速較高時大部分工況都不能完全避撞，最大碰撞速度約為45km/h。

4 Honda安全距離模型的改進(jìn)

顯然我們?nèi)绻?guī)避自車AEB觸發(fā)時前車突然緊急制動的風(fēng)險，就需要對已有的安全距離模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。根據(jù)某車型2696公里的道路測試數(shù)據(jù)，由五名經(jīng)驗不同的司機(jī)共同完成，提取出一般駕駛員在跟車狀態(tài)下采取制動措施時的兩車相對縱向距離隨車速的關(guān)系。

對所有距離點進(jìn)行最小二乘回歸得到一條跟車距離關(guān)于車速的回歸線（如圖3中綠色線）：

這條回歸線將作為調(diào)整安全距離模型的參考，認(rèn)為系統(tǒng)設(shè)定的安全距離如果大于回歸線對應(yīng)車速的安全距離，則表現(xiàn)為提前干預(yù)駕駛員的正常操作，若小于關(guān)系線得到的安全距離，則可能制動過晚威脅到駕駛員的安全。

如圖4所示，對Honda模型進(jìn)行分析，紅色面為Honda安全距離模型，綠色面為不考慮自車AEB觸發(fā)時前車制動情況下的最低安全距離，從這兩個圖可以看出，Honda模型在較低相對車速工況下留有一定的安全余地，而在小部分的較高相對車速工況下，允許了一定的碰撞。如果不考慮自車AEB觸發(fā)前車制動情況，它能在保證駕駛員安全和不過多干預(yù)駕駛員正常操作上做到一個較好的平衡。但如果考慮了前車突然的制動情況，完全避撞所需的最低安全距離如圖4中藍(lán)色面所示，不難看出，在自車車速較高的情況下很大范圍內(nèi)Honda模型都無法有效避撞。因此我們需要對安全距離模型進(jìn)行一定的優(yōu)化，優(yōu)化的目標(biāo)為：在自車AEB觸發(fā)時前車突然全制動情況下，自車高速行駛時兩車的碰撞速度低于30km/h，自車低速行駛時則能夠完全避撞。圖4中的綠色直線為駕駛員跟車距離的回歸，優(yōu)化后的安全距離要盡量以此為邊界。

為了更好地優(yōu)化安全距離模型，我們先設(shè)置好允許的碰撞速度（如圖5），最高允許碰撞車速不超過30km/h，大部分行駛工況下能夠完全避撞，然后反推出優(yōu)化后的安全距離（如圖6青色面）。

5 Simulink-CarSim聯(lián)合仿真

搭建AEB系統(tǒng)仿真模型，Simulink中返回制動主缸壓力與四個車輪的轉(zhuǎn)矩，作為CarSim的輸入，然后輸出特定測試條件下相對縱向距離、相對車速、兩車車速等。聯(lián)合仿真模型如圖7所示。

選擇自車車速為90km/h，前車車速為60km/h的場景進(jìn)行仿真測試，設(shè)置的碰撞速度為0km/h，由優(yōu)化后的安全距離模型得到相應(yīng)的AEB觸發(fā)距離為25.102m，在CarSim中設(shè)置好前車的行駛參數(shù)。前車與自車的制動減速度均取-7.8m/s2，測試結(jié)果為成功避撞（如圖8所示）。兩車的車速變化如圖9所示。

6 結(jié)論

傳統(tǒng)的安全距離模型往往很難找到安全性與舒適性的平衡點。本文在Honda模型的基礎(chǔ)上，通過分析自車AEB觸發(fā)時，不考慮和考慮前車制動帶來的碰撞影響。發(fā)現(xiàn)Honda模型在自車車速較低時能夠避撞，在自車車速較高時不能做到完全避撞，且碰撞速度為45km/h左右，對特定行駛場景下的安全帶來了較大的威脅。對此，考慮了自車AEB觸發(fā)時前車突然緊急制動的情景，優(yōu)化了原有的模型，得到了一個新的距離模型。新的模型符合駕駛員的跟車距離特性，從而提高了安全性的同時也能保證不過早干預(yù)駕駛員。通過Simulink和CarSim聯(lián)合仿真，自車以90km/h的車速、前車以60km/h的車速勻速行駛時，考慮自車AEB觸發(fā)時前車突然緊急制動，仿真結(jié)果顯示避撞。

參考文獻(xiàn)：

[1]Euro-NCAP.Test Protocol-AEB systems Version 1.1[R]. 2015.

[2]H.H.Mernel.Applications of Microwaves and Millimeterwaves for Vehicle Communications and Control in Europe[J].IEEE MTT-S，1992：609-612.

[3]Fujita Y，Akuzawa K，Sato M.Radar brake system[J].JSAE Review，1995，16（02）：219.

[4]Peter Seiler，Bongsob Song，J.Karl Hedrick.Development of a collision avodiance system[J].Journal of Biosystems Engineering，2（25）：145-150.