不良天氣下車輛后方AEB系統(tǒng)測試及評價方法

摘 要：本研究針對不良天氣下車輛后方AEB系統(tǒng)測試及評價方法的缺失，通過分析現(xiàn)有法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中的車輛后方AEB系統(tǒng)測試場景和不良天氣下AEB系統(tǒng)測試場景，設(shè)計了四個用于在不良天氣下測試車輛后方AEB系統(tǒng)性能的場景，并給出了評價方法，形成了一套完整的不良天氣工況下車輛后方AEB系統(tǒng)測試及評價方法。測試結(jié)果表明本研究提出的測試場景和評價方法能夠有效地檢驗不良天氣下車輛后方AEB系統(tǒng)功能。

關(guān)鍵詞：不良天氣 AEB 測試場景

近年來，隨著汽車保有量的逐年提升，汽車在主動安全方面的性能優(yōu)劣已經(jīng)成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)之一。汽車主動安全功能通過高級駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driving Assistant System，ADAS）實現(xiàn)，自動緊急制動（Automatic Emergency Braking，AEB）系統(tǒng)作為ADAS范疇中的一種主動安全技術(shù)也受到了廣泛重視。AEB系統(tǒng)通過雷達(dá)和攝像頭等傳感器設(shè)備實時監(jiān)測車輛行駛方向的環(huán)境，在可能發(fā)生碰撞危險時，向駕駛員提供報警并自行啟動車輛制動系統(tǒng)使車輛減速，以避免碰撞或減輕碰撞效果[1]。在國內(nèi)外，AEB系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)已較為完善，如GB/T 39901-2021 《乘用車自動緊急制動系統(tǒng)（AEBS）性能要求和試驗方法》以及UN ECE R152《關(guān)于 M1和 N1型機(jī)動車高級緊急制動系統(tǒng)（AEBS）型式認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》等，相關(guān)的評價標(biāo)準(zhǔn)也為AEB系統(tǒng)的評價構(gòu)建了完善的體系，如E-NCAP（歐盟新車安全評鑒協(xié)會）和C-NCAP（中國新車評價規(guī)程）等。這些標(biāo)準(zhǔn)主要側(cè)重于對良好天氣工況下的車輛AEB系統(tǒng)的功能提出要求和試驗方法，對于不良天氣工況下的車輛AEB系統(tǒng)的功能要求和試驗方法缺乏理論指導(dǎo)。針對現(xiàn)有AEB系統(tǒng)測試評價方法中雨霧等復(fù)雜天氣場景考慮不足的問題，張新鋒等[2]根據(jù)事故數(shù)據(jù)在現(xiàn)有C-NCAP測試場景的基礎(chǔ)上添加降雨或降雪構(gòu)建了10個雨霧天氣下的AEB系統(tǒng)測試場景。然而，這些場景的設(shè)計也只考慮了對車輛前向AEB系統(tǒng)功能的測試，并未涉及后向AEB系統(tǒng)功能。據(jù)中國交通事故深度調(diào)查（CIDAS）數(shù)據(jù)庫顯示：（1）按照事故碰撞部位統(tǒng)計，人類駕駛汽車碰撞部位中尾部占比最大，高達(dá)29.9%；（2）在事故的易發(fā)和常發(fā)交通場景中，停車、倒車等場景占比20.2%，處于典型沖突場景的第一序列[3]。從這些數(shù)據(jù)中可以看出，汽車后向AEB系統(tǒng)功能也應(yīng)受到廣泛關(guān)注。

本文定義不良天氣條件包括雪、霧、雨三種類型，通過分析現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于車輛后方主動安全技術(shù)的試驗規(guī)程，結(jié)合現(xiàn)有交通場景中高發(fā)的事故場景對不良天氣下車輛后方AEB系統(tǒng)的測試進(jìn)行了研究。

1 不良天氣下的AEB系統(tǒng)功能的研究

AEB系統(tǒng)主要由感知模塊、決策模塊和執(zhí)行模塊組成。感知模塊運(yùn)用環(huán)境感知的傳感器對車輛運(yùn)行過程中的周圍環(huán)境進(jìn)行實時檢測得到車輛所處位置的環(huán)境信息。決策模塊的核心是控制算法，利用環(huán)境信息進(jìn)行決策，輸出制動信號控制車輛制動系統(tǒng)。執(zhí)行模塊通過車輛制動系統(tǒng)執(zhí)行制動指令，以達(dá)到車輛減速或停車的目的。

在自動駕駛車輛上用于環(huán)境感知的傳感器主要包括：激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、GPS定位及慣性導(dǎo)航以及其他光電（如紅外線）傳感器[4]。各類傳感器都有感知盲區(qū)，這些區(qū)域會隨著車輛所處環(huán)境的變化而變化，在自動駕駛車行進(jìn)過程中，這些傳感器會互相配合并運(yùn)用時序關(guān)聯(lián)的環(huán)境感知技術(shù)，使自動駕駛車盲區(qū)縮小到可接受的范圍。然而，目前社會上的自動駕駛車輛等級多在L2及以下，并非所有自動駕駛車輛都裝備了這些傳感器。盡管各傳感器都有自身的優(yōu)勢，但在煙塵、雨、霧、雪以及低能見度等條件下進(jìn)行環(huán)境識別依然困難，所以在不良天氣下，車載感知傳感器的工作性能受到影響，系統(tǒng)不能夠準(zhǔn)確感知周圍環(huán)境，可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故[5]。

在決策模塊，AEB系統(tǒng)的決策控制策略分為三級，包括碰撞預(yù)警信號、部分制動信號以及全力制動信號。AEB系統(tǒng)會在緊急情況即將發(fā)生時通過聲學(xué)、光學(xué)或觸覺等形式進(jìn)行預(yù)警以提醒駕駛員，若預(yù)警后駕駛員未采取避讓或制動措施，則執(zhí)行模塊會在部分制動信號的指導(dǎo)下采取制動力較小的制動措施以降低車速，通過車輛運(yùn)行狀態(tài)的變化提醒駕駛員行駛過程遇到緊急情況，若駕駛員仍未采取制動措施，則AEB系統(tǒng)將會在全力制動信號的作用下控制車輛全力制動，以確保人車安全[6]。然而，在不良天氣情況下，例如雨雪天氣，路面的附著系數(shù)降低，可能會導(dǎo)致即使車輛以全力制動狀態(tài)控制車輛減速卻依然無法使車輛在碰撞前停車的目的。由此可以看出，車輛行駛場景的復(fù)雜多變對AEB系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。

此外，上述研究中關(guān)于車輛AEB系統(tǒng)性能的研究大多數(shù)是面向車輛前方AEB系統(tǒng)功能的，很少涉及對車輛后方AEB系統(tǒng)功能的研究。為保證在不良天氣下的車輛后方AEB系統(tǒng)功能仍能對人車安全起到有效的保護(hù)作用，有必要進(jìn)行相應(yīng)的測試場景設(shè)計。

2 不良天氣下車輛后方AEB系統(tǒng)測試場景分析

在已有的測試規(guī)程中，對于車輛后方AEB系統(tǒng)功能的測試場景有E-NCAP2023版中的CPRA/CPRC（車輛倒車撞擊成人/兒童）場景和C-NCAP2024版中的RCTB（后方交通穿行制動）場景。CRRA/CPRC場景涉及車輛倒車情況下后方有行人通過或靜止時的測試細(xì)節(jié)，RCTB場景涉及車輛后方有目標(biāo)物橫穿的測試細(xì)節(jié)。這些場景均屬良好天氣情況下的車輛后方AEB測試場景。對于車輛在不良天氣下的AEB功能測試場景有《IVISTA中國智能汽車指數(shù)測評規(guī)程》中的CCRs（車輛直行與前方靜止目標(biāo)車輛）場景和CPLA-25（成人縱向追尾25%）場景。CCRs和CPLA-25場景中有在雨天進(jìn)行試驗的工況。這些場景都屬于在不良天氣情況下的車輛前方AEB測試場景。在不良天氣下，例如雨霧天氣，由于車輛傳感器的視距不足或傳感器識別功能受到影響，車輛后方AEB的功能在這些場景中無法得到驗證。

3 不良天氣下車輛后方AEB系統(tǒng)測試方法及結(jié)果

3.1 測試條件的基本要求

從以上的分析可知，車輛后方AEB系統(tǒng)功能的觸發(fā)主要與車輛倒車有關(guān)，且雪、霧場景的構(gòu)建難度較大，所以本文主要設(shè)計幾種雨天情況下的倒車場景來測試車輛后方AEB系統(tǒng)功能。

對于車輛后向AEB系統(tǒng)的性能要求如下：車輛掛倒擋時此功能同時激活，且在有碰撞風(fēng)險發(fā)生前通過聲音或光學(xué)報警提示駕駛員，在有碰撞風(fēng)險發(fā)生時采取緊急制動措施，使車輛停車。該功能在車輛倒車過程中應(yīng)保持持續(xù)開啟狀態(tài)，僅能通過駕駛員手動關(guān)閉，且關(guān)閉該功能時手動操作行為應(yīng)不少于兩次。

測試環(huán)境的基本要求如下：

1）風(fēng)速不超過5m/s；

2）溫度介于-10℃和30℃之間；

3）試驗方向的能見度不低于500m；

4）在試驗開始前5分鐘啟動降雨，并穩(wěn)定在短時中雨級別（短時降雨量為3.5±0.3mm/h）；

5）場景中涉及的目標(biāo)物包括機(jī)動車和行人兩種類型。對于行人而言，需要打傘，將雨傘通過支架與行人目標(biāo)物進(jìn)行固定；雨傘半徑55cm。對于機(jī)動車而言，應(yīng)為普通大批量生產(chǎn)的汽車，軸距應(yīng)滿足2.3m～2.9m的范圍。

3.2 測試場景的設(shè)計及評價方法

結(jié)合以上對于車輛后方AEB系統(tǒng)性能測試場景和不良天氣下AEB系統(tǒng)性能測試場景，本研究從典型的事故高發(fā)和易發(fā)情況的基礎(chǔ)上構(gòu)建了四種不良天氣下的AEB測試場景，如圖1所示，V1表示試驗車速度，V2表示目標(biāo)物速度，M點(diǎn)表示碰撞點(diǎn)。場景1和2表示在不良天氣下車輛倒車遇到后方有目標(biāo)物橫穿的情況，場景1測試的是車輛后方的AEB性能，場景2是車輛后方AEB系統(tǒng)的誤作用測試。場景3和4為車輛與后方目標(biāo)物對向行駛時的場景，場景3屬于常見的側(cè)方停車場景，場景4屬于常規(guī)的倒車場景，但在雨天情況下，后視鏡中不易觀察到后方打傘兒童，所以也屬易發(fā)生交通事故的情形。

對于這些測試場景的評價方法主要在于測試指標(biāo)上，包括試驗車報警時刻的TTC（碰撞時間）、試驗車是否采取緊急制動措施以及是否碰撞。對于場景1、場景3和場景4而言，試驗車報警時刻的TTC在合理閾值內(nèi)（參考C-NCAP 2024版中后方交通穿行提示場景，取TTC≥1.7s）、采取緊急制動措施并未發(fā)生碰撞，則認(rèn)為試驗通過。對于場景2而言，試驗車不發(fā)生報警且不采取制動措施，則認(rèn)為試驗通過。

3.3 測試結(jié)果

為檢驗該測試場景及評價方法的有效性，利用試驗區(qū)內(nèi)車輛（簡稱A車）在雨天情況下進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表1所示。試驗結(jié)果表明，A車在場景1和場景4中表現(xiàn)優(yōu)異，均通過試驗，在場景2和3中表現(xiàn)欠佳，可能是因為在不良天氣下倒車，車輛后方AEB系統(tǒng)在目標(biāo)物周圍存在其他障礙物時功能不穩(wěn)定。該試驗結(jié)果表明3.2節(jié)中提出的測試場景及評價方法能夠有效檢驗不良天氣下車輛后方AEB功能。

4 結(jié)語

本文首先對車輛在不良天氣下后方AEB性能的測試場景的迫切需求進(jìn)行了說明，從系統(tǒng)的工作原理入手揭示車輛在不良天氣下后方AEB性能難以得到驗證的原因。隨后，以現(xiàn)有規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，對不良天氣下AEB系統(tǒng)功能測試場景和車輛后方AEB系統(tǒng)功能測試場景進(jìn)行了簡要分析。最后，結(jié)合現(xiàn)有高發(fā)和易發(fā)的交通事故場景，設(shè)計了四個測試不良天氣下車輛后向AEB系統(tǒng)性能的場景，并給出了相應(yīng)的評價方法，試驗結(jié)果表明該研究中提出的測試場景及評價方法能夠有效檢驗不良天氣下車輛后方AEB功能，這些工作對日后智能網(wǎng)聯(lián)汽車標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程的完善具有一定的推動作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國汽車技術(shù)研究中心有限公司.C-NCAP管理規(guī)則（2024年版）[S].中國汽車技術(shù)研究中心，2024.

[2]張新鋒，李浩，宋瑞，等.雨霧天氣下的自動緊急制動系統(tǒng)測試評價方法研究[J].汽車工程學(xué)報，2023，13（05）：623-634.

[3]中國汽車技術(shù)研究中心有限公司.自動駕駛汽車交通安全白皮書[EB/OL].（2024-07-22）[2025-01-09].http：//www.199it.com/archives/1368401.html.

[4]蘇欣.自動駕駛車模擬仿真測試場景構(gòu)建及風(fēng)險評價[D].西安：長安大學(xué)，2020.

[5]毛成洋.不良天氣環(huán)境下自動駕駛車輛視距安全研究[D].南京：東南大學(xué)，2023.

[6]盧嘉燁，郭斌，胡曉峰，等.自動緊急制動系統(tǒng)仿真及測試平臺研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2024，47（18）：127-132.