C-NCAP2021法規(guī)中對二輪車場景AEB性能滿分要求分析及試驗驗證

詹厚順，羅華平，袁 英，鄧 晶

C-NCAP2021法規(guī)中對二輪車場景AEB性能滿分要求分析及試驗驗證

詹厚順，羅華平，袁 英，鄧 晶

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

2022年1月1日正式實施了中國新車評價規(guī)程（CNCAP）2021版標(biāo)準(zhǔn)，新增了中國獨有的對二輪踏板車的自動緊急制動（AEB）試驗要求?；贑NCAP2021版中對二輪踏板車的AEB試驗要求，結(jié)合車輛制動系統(tǒng)特性，分析并計算出為滿足該場景試驗得滿分的要求，AEB系統(tǒng)觸發(fā)需要的碰撞時間（TTC），并實車測試驗證該TTC時間。根據(jù)所需要的碰撞時間，結(jié)合實際二輪電動車與車輛的碰撞場景，及二輪電動車的制動性能，分析并實際模擬測試，得出了AEB系統(tǒng)在實際使用中，不能完全與CNCAP完全一樣的策略，需要根據(jù)實際的復(fù)雜情況細化場景中車輛及二輪車的各種參數(shù)及二輪電動車駕駛行為，以提高車輛觸發(fā)AEB的客戶體驗。

CNCAP2021；二輪踏板車；自動緊急制動；實際道路場景

自動緊急制動（Autonomous Emergency Break, AEB）系統(tǒng)利用現(xiàn)代傳感器技術(shù)實時對車輛的周圍環(huán)境和車輛行駛狀態(tài)進行探測，并根據(jù)算法預(yù)判當(dāng)前環(huán)境的危險程度，當(dāng)檢測到前方有潛在碰撞危險時，系統(tǒng)發(fā)出報警并進一步提供制動力，通過自動制動等主動介入方式來避免碰撞事故的發(fā)生或減輕碰撞事故的嚴重程度[1]。隨著技術(shù)的發(fā)展及法規(guī)的完善提升，市場上的車輛對輔助駕駛的裝配率越來越高，尤其是與安全相關(guān)的前碰撞預(yù)警（Forward Collision Warning, FCW）及AEB功能。據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2020年國內(nèi)乘用車AEB裝配量超過600萬輛，同比增速為50%[2]。

2020年下半年，中汽研發(fā)布CNAP2021版的管理規(guī)則[3]，并于2022年1月1日正式實施，其主動安全試驗中，新增了中國獨有的對二輪踏板車的AEB試驗要求，二輪踏板車以20 km/h的速度橫穿，而試驗車輛以20～60 km/h不等速度行駛，在測試車輛及二輪踏板電動不做任何措施時最終于車輛中心點碰撞二輪車前輪最前端。該試驗場景的選取，在隨后公布的主動安全研究報告[4]中已經(jīng)明確說明，根據(jù)國內(nèi)事故的數(shù)據(jù)統(tǒng)計后得出，切合中國現(xiàn)有道路行駛及事故實際，與不少文獻研究相符[5-7]。該項試驗在主動安全試驗中滿分為4分，4個速度分為6分權(quán)重，具體如表1所示。

表1 二輪踏板車AEB試驗得分權(quán)重分配

自車車速/(km/h)權(quán)重得滿分時碰撞車速/(km/h) 3020 4020 501＜30 601＜40

至2022年8月末，根據(jù)中汽研官網(wǎng)公布的信息顯示，有11款車型抽取試驗但卻未正式公布結(jié)果[8]，實際得分并不清楚，數(shù)據(jù)不足，參考少。在學(xué)術(shù)研究中也多是AEB算法、模型、軟件模擬等的研究，極少數(shù)如郭風(fēng)虎等[9]基于轎車二輪車的事故，進行模擬仿真并分析AEB系統(tǒng)參數(shù)的影響。

本文以中國新車評價規(guī)程（China New Car Assessment Program, CNCAP）2021版試驗要求中的AEB對電動踏板二輪車場景得滿分為目標(biāo)，分析計算車輛的AEB系統(tǒng)觸發(fā)時的碰撞時間（Time To Collision, TTC），其計算及定義等相關(guān)信息詳見文獻[10-11]要求，并使用AEB測試用二輪電動踏板車假車、拖拽牽引系統(tǒng)、駕駛機器人、差分全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System, GPS）等設(shè)備，按CNCAP中相關(guān)測試要求，實車測試相應(yīng)的TTC參數(shù)時AEB對二輪電動踏板車的表現(xiàn)。隨后，進一步分析，以相同TTC參數(shù)及策略在實際場景中遇到電動車時的表現(xiàn)，并使用設(shè)備模擬測試對應(yīng)的場景，以驗證參數(shù)及策略的適用性，為AEB針對二輪車的實車開發(fā)及標(biāo)定提供參考。

1 試驗參數(shù)及設(shè)備

在實際場景模擬分析之前，先假設(shè)試驗參數(shù)的邊界及范圍。

在試驗過程中，要求路面的摩擦系數(shù)超過0.9[3]，即在該路面上試驗，理論上車輛AEB穩(wěn)定時的最大制動力可以達到0.9以上，實際試驗時最大減速度瞬時峰值會大不少，但平均減速度值卻會小不少。圖1為AEB觸發(fā)時的制動減速度示意簡圖，即按試驗要求對應(yīng)圖中的0的值小于-9 m/s2，實際大部分AEB制動時穩(wěn)態(tài)減速度會落在-7 m/s2至-9 m/s2之間，如福特領(lǐng)睿平均為 -8.5 m/s2，本文穩(wěn)態(tài)制動減速度0設(shè)為-8.5m/s2。

圖1 車輛AEB制動減速度典型曲線示意圖

在AEB過程試驗及實際觸發(fā)中，系統(tǒng)探測到可能存在碰撞后，會將AEB的請求通過控制器局域網(wǎng)（Controller Area Network, CAN）信號發(fā)送至車身電子穩(wěn)定控制（Electronic Stability Controller, ESC）系統(tǒng)，ESC系統(tǒng)驅(qū)動電機建壓并制動減速，整個過程時序如圖2所示。現(xiàn)市面上對二輪車的AEB，未有分級制動策略，都是觸發(fā)AEB后全力制動。整個觸發(fā)及制動過程中，有兩段延遲時間即通訊延遲時間及制動響應(yīng)時間，定義如下：

通訊延遲時間，即從探測系統(tǒng)發(fā)出請求到ESC接收到請求的時間，一般不會超過0.1 s（如福特領(lǐng)睿一般情況下為30～60 ms），下文中該時間固定取0.1 s。

圖2 AEB制動過程時序示意圖

制動響應(yīng)時間，即ESC系統(tǒng)從接收信號到制動接近抱死或達到-9 m/s2的制動響應(yīng)階段的時間，采用液壓制動系統(tǒng)的響應(yīng)時間為0.2～0.9 s[12]。

另外，再引入一個制動響應(yīng)延遲時間的參數(shù)。制動響應(yīng)延遲時間，定義為從探測系統(tǒng)發(fā)出請求到制動接近抱死的時間，即上述的通訊延遲時間+制動響應(yīng)時間，為整個系統(tǒng)的延遲時間。

實際上不同的車輛，制動響應(yīng)延遲時間差別比較大，受車輛的類型、重量、制動管路布置及制動類型、ESC電機能力、制動器能力等影響，一般的乘用車其值會在0.3～1 s之間。以江鈴公司生產(chǎn)汽車為例，其中制動響應(yīng)延遲時間為0.3 s左右的多為新能源車，燃油乘用車因系統(tǒng)及成本等約束一般都在0.5 s以上，如福特領(lǐng)睿平均值為0.59 s（對應(yīng)制動響應(yīng)時間為0.49 s），而皮卡及輕卡則會更長一些，空載時達到0.8 s以上，有的甚至?xí)? s以上。

表2 測試設(shè)備列表

設(shè)備名稱生產(chǎn)廠型號作用及備注 試驗車輛江鈴汽車福特領(lǐng)睿測試車輛 二輪踏板假車長沙立中CNCAP2021版兩輪踏板車測試碰撞目標(biāo) 轉(zhuǎn)向機器人ADBSR30控制測試車輛方向及車速 踏板機器人ADBCBAR600 差分GPS定位系統(tǒng)OXFORDRT3002定位及測量相對距離、速度

試驗設(shè)備包括二輪踏板電動假車及其拖拽模塊、駕駛機器人、GPS差分定位設(shè)備等，具體詳見表2。

2 試驗場景分析及模擬測試

2.1 標(biāo)準(zhǔn)場景分析

在試驗中，二輪踏板車從駕駛員側(cè)勻速橫穿，試驗車輛勻速行駛，并最終在車輛不做任何措施處理時，車輛中心點碰撞二輪踏板車前輪最前端，如圖3所示。

在試驗中，需要所有試驗項得滿分，在30 km/h及40 km/h兩個試驗場景，要么在碰撞線之前車輛制動并停車，要么提前制動并讓二輪踏板車先穿行后車輛再通過；50 km/h及60 km/h的試驗場景，要么在碰撞線前速度降超過20 km/h后以較低車速碰撞二輪踏板車，要么提前制動并讓二輪踏板車先穿行后車輛再通過。因?qū)嶋H使用場景中，肯定不期望以任何車速發(fā)生碰撞，故不對車速降20 km/h以上的情況做分析計算及模擬測試，只對完全剎停或二輪車穿過而發(fā)生避撞的情況分析。下文將針對如上述的4個場景的不同結(jié)果進行模擬分析，并得出其進入AEB制動時的TTC時刻點及需要提前多遠系統(tǒng)開始發(fā)送制動請求。

圖3 二輪踏板車自動緊急制動場景示意[13]

先計算分析在碰撞線之前，車輛已經(jīng)剎?；蛩俣冉党^20 km/h的情況，按如下公式并將其相關(guān)的信息代入：

將式（1）變形轉(zhuǎn)換成：

式中，為制動響應(yīng)時間；0為AEB制動平穩(wěn)階段的減速度平均值，前文0取-8.5 m/s2；1為車輛經(jīng)過碰撞線時的車速，即碰撞車速。按標(biāo)準(zhǔn)要求，30 km/h與40 km/h的兩個試驗場景該值為0 km/h，50 km/h試驗場景該值為30 km/h，60 km/h試驗場景該值為40 km/h，方能得滿分。0為制動響應(yīng)完成時的車速，即制動響應(yīng)階段及平穩(wěn)階段切換點時的速度，對應(yīng)上圖2中TD的車速。

再根據(jù)上述的計算，可以計算提前制動的距離：

式中，V即為響應(yīng)制動階段的任一時刻的車速。該式可以做一些變化以簡便計算，如文獻[14]中的推導(dǎo)及式（8）。

V=+At（5）

式中，A為響應(yīng)制動階段的任一時刻的加速度值，其值可由式（6）得到：

再根據(jù)的定義，可得到車輛的碰撞時間1：

按上述的公式，代入對應(yīng)場景的數(shù)據(jù)及江鈴福特領(lǐng)睿的制動響應(yīng)延遲時間參數(shù)，可以得到如表3所示的車輛碰撞時間及提前制動距離1的結(jié)果。

表3 碰撞線之前剎停的TTC1與S1值

試驗車速V/(km/h)TTL時間/sAEB過程時間T/s提前制動距離S1/m碰撞時間TTC1/s 300.31.236.140.74 0.491.336.870.82 11.588.731.05 400.31.5610.010.90 0.491.6511.010.99 11.9113.571.22 500.31.8814.791.06 0.491.9816.051.16 12.2319.331.39 600.32.2120.471.23 0.492.3122.001.32 12.5625.991.56

如果車輛制動時間較長，在未達到碰撞線之前，二輪踏板車就已經(jīng)穿過了車輛行駛區(qū)域，車輛與二輪踏板車也不會產(chǎn)生碰撞，也是滿分。這種情況下，車輛觸發(fā)AEB制動時到達碰撞線的時間，與未觸發(fā)AEB制動時到達碰撞線時間的差值1，大于二輪踏板車穿行車輛行駛區(qū)域的時間2。

1=-1（8）

乘用車輛的車寬一般在1.6～2 m之間，考慮到一定的安全余量，此處取車寬=2 m。按CNCAP的要求，二輪踏板車的長度=1.72 m。

式中，2為二輪踏板車的行駛速度，即20 km/h；計算得到二輪踏板車穿行時間2=0.49 s。

表4 二輪踏板車提前穿行的TTC1與S1值

試驗車速V/(km/h)TTL時間/sAEB過程時間T/s提前制動距離S1/m碰撞時間TTC1/s 300.31.226.140.74 0.491.326.870.83 11.548.721.02 400.31.389.870.89 0.491.4710.870.98 11.6913.381.20 500.31.5114.201.02 0.491.6015.451.11 11.8318.641.34 600.31.6319.061.14 0.491.7220.561.23 11.9624.431.46

如果1大于2，則說明二輪踏板車已經(jīng)穿行過去；否則，則說明車輛已經(jīng)到達碰撞線而二輪踏板車未完全穿行過去而產(chǎn)生了碰撞。重新計算表3的結(jié)果，將1=2代入后，再次計算、1及1值，與表3的結(jié)果取小值，即為車輛得滿分實際需要的AEB制動時間，更新如表4所示。

對比表4與表3可以看出，所有場景下，按表3的時間觸發(fā)AEB，都可使二輪踏板車先穿過行駛區(qū)域后車輛才到達碰撞線的。故所有的場景所需的時間，都可以進一步降低至表3中的值。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)場景試驗?zāi)M

根據(jù)上述的分析計算，按表4中為0.59 s的（即為0.49 s）要求寫入領(lǐng)睿的AEB控制器中，作為之后試驗時AEB的觸發(fā)值。然后按文獻[3]的要求進行試驗準(zhǔn)備，再進行AEB對二輪電動踏板車的測試，每個車速測試5次，記錄數(shù)據(jù)及結(jié)果，如圖4所示。對未發(fā)生碰撞情況，通過GPS測量二輪踏板假車通過碰撞區(qū)域時，車輛與碰撞線的距離；或者在發(fā)生碰撞情況下，測試車輛剎停時離碰撞線的距離，并用負數(shù)表示。

圖4 對二輪電動踏板車的AEB模擬測試

圖5 測試結(jié)果-剎停距離

從結(jié)果來看，上述的分析計算與測試結(jié)果相符，結(jié)果如圖5所示。各車速場景的剎停距離平均值都接近0 m，與理論分析計算基本相符。

3 實際道路場景分析

3.1 道路場景分析

在車載AEB系統(tǒng)識別到二輪車（包括二輪踏板電動車、二輪跨騎電動車等）的前提下，實際道路場景與試驗場景的最大差異在于二輪電動車穿行時車速會變化，如在電動車發(fā)現(xiàn)車輛時會有提前減速以避讓車輛；極少數(shù)時也會出現(xiàn)二輪電動車先減速但同時發(fā)現(xiàn)車輛也減速且車速較低后，二輪車主發(fā)現(xiàn)危險解除，再勻速或加速并以期望提前通過車輛行駛區(qū)域。

實際道路場景中，不考慮車輛的行為下，有以下幾種二輪車橫穿正碰的情況：二輪車很早就發(fā)現(xiàn)了車輛，并提前減速后停止于車輛行駛區(qū)域前，避讓行車輛，讓車輛先行通行；二輪車初始時未發(fā)現(xiàn)車輛，并保持勻速行駛，隨后發(fā)現(xiàn)車輛后，或減速或來不及減速，最終與車輛發(fā)生碰撞；二輪車保持勻速或略微減速行駛，并通過車輛行駛區(qū)域后，車輛才到達碰撞線。實際中二輪車與車輛還有斜切碰撞等情況[5]，與CNCAP場景有較大差異，下文不做分析論證。實際中，第一種與第三種場景是最多的，即未發(fā)生事故，發(fā)生碰撞事故的占極少數(shù)。

橫穿正碰的場景，后兩種分別對應(yīng)上文中試驗場景的在碰撞線之前剎?；蚨嗆囂崆按┬械膱鼍暗囊螅芍苯犹子脺y試場景相對應(yīng)結(jié)果及AEB觸發(fā)的時間要求，下文對第一種情況做分析計算。

市面上的電動車，因結(jié)構(gòu)、制動器磨損程度、胎壓等不同，制動能力有較大的差異，其中最低要求為GB 17761電動自行車安全技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的，前后閘一起平均減速小于-3.44 m/s2，其對應(yīng)的制動距離0分別為7 m[15]；最高的實際可達到甚至小于-9 m/s2。本文取-8.5 m/s2，按制動響應(yīng)時間0.2 s算[16]，不考慮二輪車上人員的反應(yīng)時間的情況下，按式（4）算約為2.36 m，基本與文獻[17-18]對應(yīng)。對應(yīng)CNCAP2021版中的測試二輪車穿行速度車速5.56 m/s(20 km/h)，假設(shè)二輪車提前減速并在車輛行駛區(qū)域前停止，分別計算制動時刻2：

2=0.50（11）

代入二輪車的制動距離0，即可計算出二輪車提前減速的時間2，如表5所示顯示二輪車不同制動距離下的提前制動時間2。

從表5結(jié)果顯示，如果取最好的剎車性能，并以最大的能力制動，二輪車只需要提前碰撞0.60 s 制動即可，比表4車輛的1所有值都要短些。即表明，如果車輛以在CNCAP對二輪踏板車的所有試驗場景得滿分的策略及時間，原封不動地運用于實際道路上，往往會出現(xiàn)二輪車晚于車輛AEB觸發(fā)的時刻點制動，但停止在了行駛區(qū)域之前不會與車輛碰撞，而車輛卻早早地進入AEB制動并帶來不好的體驗，加大誤制動的概率。

表5 二輪車制動停止于車輛行駛區(qū)域外的TTC2及S2值

二輪車的制動距離S0/mTTC2/s提前制動距離S2/m 2.360.603.36 71.408

3.2 道路場景試驗?zāi)M

按表4及表3中的參數(shù)調(diào)整AEB控制器的觸發(fā)時間參數(shù)，按表5中的2.36 m的制動距離設(shè)置二輪踏板假車的相關(guān)運動參數(shù)，使二輪踏板假車在碰撞區(qū)域前停止。同樣按文獻[3]的要求進行試驗準(zhǔn)備，再進行AEB對二輪電動踏板車的測試，每個車速測試5次，記錄數(shù)據(jù)及結(jié)果。

測試發(fā)現(xiàn)，所有的場景都是車輛先觸發(fā)AEB，二輪踏板車后制動減速；除了自車車速為30 km/h的場景，在其他車速的場景時，車輛都會在AEB制動一段時間后中斷AEB制動請求，圖6為各場景下車輛穿過碰撞線時的車速（即中斷AEB時的車速）。

圖6 二輪車剎停在安全區(qū)時車輛的車速

從上述分析及模擬測試結(jié)果看，CNCAP的試驗畢竟是實際道路場景的模擬簡化，AEB系統(tǒng)如果只考慮使用全力的AEB制動及CNCAP滿分TTC的參數(shù)而不做實際道路場景分析及區(qū)分，針對二輪車穿行，AEB系統(tǒng)在實際道路中，其適用性及客戶體驗不會太好。AEB系統(tǒng)在針對實際道路場景時，需要根據(jù)實際的復(fù)雜情況細化場景中車輛及二輪車的各種參數(shù)及二輪電動車駕駛行為，以提高二輪電動車場景中，車輛觸發(fā)AEB的客戶體驗，如過濾部分會出現(xiàn)誤制動的情況，或同時采用一些策略如分級制動等。

同時，從上述的分析也可以得出，針對二輪車橫穿甚至其他場景，車輛駕駛員不能完全依靠FCW、AEB等駕駛輔助系統(tǒng)，應(yīng)在發(fā)現(xiàn)可能存在危險時，主動鳴笛、降速、讓行等操作，排除危險。

4 結(jié)論

1）分析CNCAP中AEB對二輪踏板車的試驗場景，結(jié)合車輛的制動特性及相關(guān)響應(yīng)延遲參數(shù)，得出了滿分通過試驗的要求下，AEB系統(tǒng)觸發(fā)的碰撞時間值。

2）根據(jù)滿分通過試驗的AEB系統(tǒng)觸發(fā)所需要的碰撞時間，進一步結(jié)合實際二輪電動車的碰撞沖突場景與二輪電動力制動性能，得出針對二輪車穿行，AEB系統(tǒng)在實際道路中，其適用性及客戶體驗不會太好。AEB系統(tǒng)在針對實際道路場景時，需要根據(jù)實際的復(fù)雜情況細化場景中車輛及二輪車的各種參數(shù)及二輪電動車駕駛行為，以提高二輪電動車場景中，車輛觸發(fā)AEB的客戶體驗。同時，車輛駕駛員應(yīng)主動鳴笛、降速、讓行等操作，排除危險。

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Analysis & Verification Test for AEB to Two-Wheel Electric Bicycle Test of CNCAP 2021

ZHAN Houshun, LUO Huaping, YUAN Ying, DENG Jing

( Jiangling Motors Company Limited, Nanchang 330001, China )

January 1st 2022, the standard CNCAP 2021 edition has implemented, and there is a Chinese unique scenario test that autonomous emergency braking (AEB) to two-wheel electric bicycle. Based on the requirement of the test, and combined the character of the vehicle brake system, analyzed and calculated the requirement of full score of the test, and produced the result of the AEB trigger TTC. And then verified the TTC by real vehicle test. Accorded the TTC and AEB trigger strategy, and combined the collision scenario of the two-wheel electric bicycle and vehicle, and the character of the two-wheel electric bicycle brake system, furtherly produced the result form analysis and test that, it doesn't fit very well that use the strategy and TTC of AEB in the real road scenario. It needs more meticulous strategy based on the complex scenario of the character of the vehicle and the two-wheel electric bicycle and the operation of the two-wheel electric bicycle, to improve the customer experience of AEB system.

CNCAP2021; Two-wheel electric bicycle; Autonomous emergency braking; Real road scenario

U467.1

A

1671-7988(2023)10-40-07

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.008

詹厚順（1983—），男，碩士，工程師，研究方向為輔助駕駛開發(fā)、設(shè)計、標(biāo)定等，E-mail:hzhan@jmc.com.cn。