汽車前碰撞預警系統ISO 15623標準和NHTSA 26555評價規程對比試驗

賀錦鵬馬芳武劉衛國,3李博,3朱西產

（1.同濟大學；2.浙江吉利汽車研究院有限公司；3.浙江省汽車安全技術研究重點實驗室）

汽車前碰撞預警系統ISO 15623標準和NHTSA 26555評價規程對比試驗

賀錦鵬1,2馬芳武2劉衛國2,3李博2,3朱西產1

（1.同濟大學；2.浙江吉利汽車研究院有限公司；3.浙江省汽車安全技術研究重點實驗室）

為正確理解國際上普遍采用的汽車前碰撞告警系統性能標準和評價規程，以完善我國汽車前碰撞告警系統標準，對比分析了ISO 15623標準和NHTSA 26555評價規程中對前汽車碰撞告警系統自身特性、試驗工況、告警距離計算等方面的要求，并對某車型配置前碰撞預警系統的告警距離與兩標準要求告警距離進行了對比分析。結果表明，ISO 15623在系統告警、探測區域和試驗工況方面要求更完整，NHTSA 26555在試驗準備和試驗程序方面規定的更具體。建議我國在制定汽車前碰告警系統性能標準和法規時，以ISO 15623為主，適當加入NHTSA 26555的優勢部分。

1 前言

隨著交通運輸業的飛速發展，交通事故已成為我國面臨的嚴重問題[1]。汽車前碰撞告警系統（Forward Collision Warning Systems，FCWS）通過雷達、攝像頭等傳感器實時獲取和處理環境信息，輔助駕駛員識別和判斷交通環境中的潛在危險，通過預先發出的相應告警來輔助駕駛員回避交通事故，以提高駕駛舒適性和安全性[2]。目前，國際上制定了前碰撞告警系統的標準和評價規程，其中被廣泛使用的是國際標準化組織的ISO 15623[3]和美國高速公路安全管理局新車評價規程的NHTSA 26555[4]。我國也在參照ISO標準來制定前碰撞告警系統的國家標準[5，6]，但研究人員對汽車安全相關的國際標準/評價規程的性能要求對比多集中于乘員安全保護[7，8]和兒童安全保護領域[9]，而對FCWS的相關法規介紹較少，且對于美國新車評價規程的介紹側重于碰撞試驗和翻滾試驗[10]，沒有對FCWS相關標準的介紹。

為此，從FCWS性能要求、試驗工況、環境要求、告警距離計算方式等方面對比分析ISO 15623標準和NHTSA 26555評價規程，并對某車型進行了告警距離分析，分析結果對于正確理解國際前碰撞告警標準/評價規程、完善我國前碰撞告警標準、檢驗自主品牌車輛制造企業產品性能具有重要意義。

2 ISO 15623 和NHTSA 26555 的對比分析

2.1 FCWS性能要求對比

ISO 15623根據FCWS在不同曲率彎道（彎道半徑r）上的工作能力分為FCWS I（r≥500 m）、FCWS II（r≥250 m）和FCWS III（r≥125 m）等3類，同時明確規定了FCWS探測距離、最小檢測寬度和檢測高度并具有相應的試驗程序，而NHTSA26555對此并無明確規定，兩者探測區域要求對比見表1。

ISO 15623明確規定了FCWS的應用范圍、工作范圍和傳感器類別，而NHTSA 26555規定的FCWS應用范圍屬于ISO 15623的一部分，且未規定FCWS的工作范圍。同樣，ISO 15623規定了FCWS告警級別和告警方式，在早期告警級別要求中規定使用2種級別的告警，后來則將預備碰撞告警由強制改為可選項[3，11]，另外特別要求在碰撞告警中必須應用視覺告警，詳細規定了使用制動方式的觸覺告警形式（表2），并且ISO 15623對FCWS工作狀態指示、FCWS故障指示和FCWS受限提醒提出了要求且推薦了指示方式。而NHTSA 26555僅在FCWS告警級別和告警方式上作了簡單規定，且僅對FCWS受限提醒提出了要求。ISO 15623對FCWS自身性質方面的規定比NHTSA 26555更復雜更完整，兩者對比見表3。

表1 ISO 15623與NHTSA 26555的FCWS探測區域要求對比

表2 ISO 15623告警方式要求

表3 ISO 15623與NHTSA 26555對FCWS自身特性要求對比

2.2FCWS性能試驗工況及要求對比

ISO 15623和NHTSA 26555都規定了FCWS應具有的動態性能，并制定了詳細的試驗規程和試驗工況，見表4。

表4 ISO 15623與NHTSA 26555的FCWS性能試驗工況及要求對比

在試驗工況方面，ISO 15623規定了6種試驗工況，包括與表1對應的2種傳感器探測區域和精確度試驗、1種縱向目標辨識試驗、2種側向目標辨識試驗和1種上方目標辨識試驗。ISO 15623在試驗工況中更多考慮了滋擾告警/誤告警方面的工況，特別是后4種試驗工況均包含滋擾告警/誤告警的試驗項目，以檢測FCWS對與自車相距較遠前車、非自車行駛軌跡上前車等較小潛在碰撞危險目標物體的辨識能力，而滋擾告警/誤告警率同樣是告警系統所應重視的性能之一[12]。NHTSA 26555僅規定了3種試驗工況，均為直道縱向目標辨識試驗，并且未考慮滋擾告警/誤告警方面的試驗。另外，ISO 15623和NHTSA 26555均未考慮下方目標辨識試驗工況和前車cut-in/cut-out試驗工況。

在試驗程序方面，ISO 15623對于試驗車輛的位置、車速、間距等進行了規定，對試驗過程的描述未量化，如側向目標辨識中前車減速的開始時刻、減速度要求等，并且也未規定試驗結果的報警時刻，僅給出了推薦的計算方法和計算參數的取值范圍。而NHTSA 26555對試驗程序進行了詳細規定，包括車輛位置及其允許偏差、車速及其允許偏差、試驗結束條件、試驗有效性條件等，并且規定了試驗結果的評價方法。除此之外，NHTSA 26555還對試驗儀器的量程、分辨率、精確度、刷新率、安放位置和校準方法，以及試驗車輛的準備、試驗數據的后處理方法等進行了規定，并新增了濾波器設計方面的規定[4，13]。

2.3 FCWS性能試驗環境要求對比

ISO 15623對FCWS性能試驗環境的要求比NHTSA 26555的要求簡單，其僅對試驗道路、試驗時間、試驗溫度和水平能見度作了規定。而NHTSA 26555考慮到試驗結果的可靠性，額外對試驗場地、試驗風速制定了要求，并針對使用攝像頭傳感器的FCWS規定了在日照角度特別低時的試驗布置要求，兩者對比結果見表5。

表5 ISO 15623與NHTSA 26555對FCWS性能試驗環境要求對比

除此之外，當FCWS系統使用光學雷達和電波雷達傳感器時，ISO15623詳細規定了試驗目標的光學雷達反射系數（Reflection Coefficient of test target，RCTT）要求和雷達散射截面（Radar cross section，RCS）要求，并在附錄中說明了該參數的計算方法，但是對于FCWS系統使用攝像頭傳感器對應的試驗目標特性并未明確規定。而NHTSA 26555規定試驗目標應使用中等尺寸轎車或相應的車輛模型，并要求配備后方車牌來降低FCWS檢測目標車輛的難度，但并未明確規定車輛模型的雷達反射屬性要求，兩者對比結果見表6。

表6 ISO 15623與NHTSA 26555對FCWS性能試驗目標車輛要求對比

2.4 告警距離計算方法對比

ISO 15623使用車輛運動學計算車輛在不同工況下應與目標車輛保持的安全距離，其在計算公式中引入駕駛員反應時間T[14]和車輛制動減速度a[15]用以計算報警時自車與目標車輛間距，并給出了不同車速/相對車速情況下特定T值和a值對應的報警間距變化曲線。而NHTSA 26555僅給出了TTC的計算公式，并未給出計算公式中參數的推薦取值范圍，兩者對比結果見表7。

表7 ISO 15623與NHTSA 26555的告警距離計算方法對比

2.5 其它方面對比

ISO 15623對FCWS狀態遷移、告警抑制/延遲條件以及FCWS作為自適應巡航系統（Adaptive Cruise Control，ACC）或自動緊急制動系統（Automatic Emergency Braking，AEB）的子功能的技術要求都有相應的規定，并特別對傳感器的用戶安全有所要求[16]。而NHTSA 26555在上述因素方面規定較少，僅規定FCWS可以是ACC的子系統，但在試驗中不能使用任何形式的ACC自動控制，另外NHTSA 26555規定不能使用CAN數據判斷FCWS是否滿足試驗工況的告警距離要求。

3 試驗驗證

以安裝有前碰撞告警系統的某車型為試驗車型，對該車的FCWS告警距離與ISO 15623和NHTSA 26555推薦/要求告警距離進行對比分析，以驗證試驗車前碰撞告警系統是否滿足ISO 15623和NHTSA 26555要求。ISO 15623使用表4最小告警距離公式進行計算，駕駛員反應時間T和自車制動減速度a取ISO 15623推薦值T=0.8 s和a=6.67 m/s2，并另外取3組數值T1=1.5 s和a1=3.6 m/s2、T2=0.66 s和a2=5.3 m/s2以及T3=0.4 s和a3=7.0 m/s2，以提供更多對比依據。由于NHTSA 26555未規定推薦的告警距離，此處將其試驗工況中制定車速下的TTC告警要求假設為適用于所有車速范圍，并根據表7中相應公式計算最小告警間距D，為有所區別，將NHTSA 26555規定的指定車速下的告警距離使用“*”進行標記。

圖1分別為ISO 15623、NHTSA 26555和試驗車在目標車輛靜止、減速、慢速和兩車同速等工況下的告警距離。由圖1可看出，在目標車輛靜止工況下，ISO15623和NHTSA 26555要求的告警距離相差較小；考慮到車輛低速情況下發生前方碰撞危險性較小，規定試驗車車速＜30km/h時不產生報警，當車速≥30km/h時，試驗車產生的告警距離更貼近ISO 15623推薦值T=0.8s和a=6.67m/s2產生的結果；在車速較低情況下，試驗車產生的告警距離稍低于NHTSA 26555規定的距離，但在NHTSA 26555指定的試驗車速下，試驗車產生的告警距離滿足要求。在目標車輛減速工況下，為便于對比，圖1b使用VSV=72km/h和aTV=-3.0m/s2的計算參數。在相對車速低于62km/h時，NHTSA 26555允許更近的告警距離，特別是NHTSA26555試驗工況下的告警距離明顯低于ISO 15623；試驗車產生的告警距離在較低相對車速時稍低于ISO 15623推薦值，較高車速時位于（T1=1.5s和a1=3.6m/s2）和（T2=0.66s和a2=5.3m/s2）2條曲線之間；在相對車速為70 km/h時，由于目標車速過低，FCWS使用了目標車輛靜止工況的子控制策略，獲得的告警距離與目標車輛靜止工況下相同，表現在圖1b中為一個明顯的轉折。在目標車輛慢速工況下，試驗車型對于相對車速較低和相對車速較高情況使用不同的控制策略，因此在相對車速等于20 km/h附近出現明顯的轉折，但告警距離均滿足NHTSA26555要求。對于兩車同速工況，考慮到該工況主要發生在高速公路的跟車行駛中，以及前碰撞告警系統作為自適應巡航控制系統子系統的情況，試驗車僅在車速≥80 km/h時產生告警，其告警距離位于于ISO 15623推薦值（T=0.8s和a=6.67m/s2）和（T2=0.66s和a2=5.3m/s2）之間。

以上對比結果表明，在目標車輛靜止工況下ISO 15623和NHTSA 26555要求的告警距離相差較小；在目標車輛減速工況下，NHTSA 26555在零相對車速工況下的告警距離明顯低于ISO 15623的告警距離；試驗車產生的告警距離在所有工況中更貼近ISO 15623推薦值T=0.8 s和a=6.67 m/s2的曲線，并且滿足NHTSA 26555指定試驗車速的試驗要求。

4 標準綜合分析

在FCWS性能要求方面，ISO 15623的規定相對于NHTSA 26555更完善。ISO 15623要求FCWS的分類和FCWS結構更細致，要求告警條件和告警方式更完整，要求FCWS狀態指示更全面，并規定了FCWS探測區域的邊界要求和性能試驗方法。

在FCWS性能試驗工況方面，ISO 15623的試驗工況比NHTSA 26555要求的工況更完整，除要求縱向目標辨識之外，還包括側向目標辨識、上方目標識辨識、滋擾目標辨識和傳感器探測區域及精確度的試驗，并且有效地將滋擾目標辨識和障礙目標辨識結合在同一工況中進行試驗。

在試驗準備和試驗程序方面，NHTSA 26555對試驗設備和試驗步驟的要求更具體詳細，并考慮了試驗環境對不同傳感器的影響。ISO 15623對目標車輛的要求更具體。

在告警距離計算方面，ISO 15623規定了最小告警距離計算公式及其參數的推薦取值，而NHTSA26555僅規定了TTC的計算方法和特定工況下的最小告警距離。與ISO 15623相比，NHTSA 26555規定的試驗車速下告警距離更近。本文中試驗車產生的告警距離更貼近ISO 15623推薦值曲線，并且滿足NHTSA 26555規定試驗車速的試驗要求。

通過對比分析前碰撞告警系統的ISO 15623標準和NHTSA 26555評價規程可知，ISO 15623在FCWS告警要求、FCWS探測區域要求和FCWS性能試驗工況方面要優于NHTSA 26555；NHTSA 26555在試驗準備和試驗程序方面優于ISO 15623；本文中試驗車產生的告警距離滿足法規要求。

目前，我國前碰撞告警系統的相關國家標準基本采用ISO 15623標準制定[7，8]，建議我國在制定相關標準時，應該以ISO 15623為主，適當加入NHTSA 26555的優勢部分，有利于對我國汽車主動安全產品同時滿足ISO 15623和NHTSA 26555，提高產品性能。

5 研究方向

5.1 人機交互界面評價方法的研究

人機交互界面（Human Machine Interface，HMI）的設計對FCWS的性能具有重要影響，很大程度上決定了駕駛員對FCWS的接受度[17]。HMI的評價方法、駕駛員在使用HMI時產生的額外負擔、駕駛舒適程度、HMI的可用性以及HMI對駕駛員駕駛行為的影響及其表現形式是今后的一個研究方向。

5.2 我國駕駛員駕駛習慣及特性的研究

目前我國仍使用歐美日等國對駕駛員行為習慣的研究成果，特別在主動安全系統的控制邏輯計算中，使用的相關參數均來自于國際上采用的推薦值，如駕駛員制動反應時間[14，18]、制動減速度等，沒有形成完整理論體系，所以對于客戶群的駕駛習慣及特性的研究也是今后的一個研究方向。

5.3 符合我國駕駛員駕駛習慣的試驗工況研究

我國駕駛員的駕駛習慣與歐美等國存在較大差異，國際標準或評價規范中的性能試驗方法，特別是試驗工況的設計是否滿足我國駕駛員對危險的預期感應，是否能準確評測FCWS對我國駕駛員的適應性仍未確定。因此，我國相應主動安全系統的性能試驗工況及其評價標準的制定是需要進行探討和研究的主要問題。

1宋健，王偉偉，李亮，等.汽車安全技術的研究現狀和展望.汽車安全與節能學報，2010，1（2）:98～106.

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3International Organization for Standardization.Intelligent Transport Systems-Forward vehicle collision warning systems-Performance requirements and test procedures. ISO 15623，Switzerland，2012.

4National Highway Traffic Safety Administration（NHTSA）. FORWARD COLLISION WARNING SYSTEM CONFIRMATION TEST.Washington:U.S.Department of Transportation，2013.

5中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會.營運車輛行駛危險預警系統技術要求和試驗方法JT/Txxxxx—xxxx（征求意見稿）.北京，2011.

6中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會.《車輛前向碰撞預警系統性能要求和測試規程》GB/Txxxxx—xxxx（工作組討論稿）.北京，2012.

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9張金換，李志剛，胡敬文等.汽車兒童安全保護的歐美法規對比及未來研究方向.汽車安全與節能學報，2011，3（2）: 185～191.

10岳國輝，陳現嶺，張凱.美國NHTSA 2010年版新車評價規程的實例解析.汽車安全與節能學報，2012，2（3）:129～135.

11International Organization for Standardization.Intelligent Transport Systems-Forward vehicle collision warning systems-Performance requirements and test procedures. ISO 15623，Switzerland，2002.

12Erik H..Nuisance vs False Collision Warnings During Driving.Goteborg，Sweden:ChalmersUniversityof Technology，2009.

13National Highway Traffic Safety Administration（NHTSA）. FORWARD COLLISION WARNING SYSTEM CONFIRMATION TEST.Washington:U.S.Department of Transportation，2006.

14JOHANSSON，G.and RUMAR，K.Driver's Brake Reaction Times.Human Factors，vol.13，No.1，23-27，1971.

15Japan Automobile Manufacturers′Association（English translation of revised version）.Tokyo，Japan..

16International Electrotechnical Commission.Safety of laser products;part 1;equipment classification，requirements and user's guide.IEC 825-1，1993.

17Amditis A，Andreone L，Polychronopoulos A，et al. Design and development of an adaptive integrated drivervehicle interface:overview of the AIDE project.2005.

18劉斌，邱少波，李紅建.解放J6商用車前撞告警系統開發.汽車技術，2012（4）:17～19.

（責任編輯文楫）

修改稿收到日期為2013年8月13日。

Comparative Test between ISO 15623 on Forward Vehicle Collision Warning System and NHTSA 26555 Assessment Program

He Jinpeng1，2，Ma Fangwu2，Liu Weiguo2，3，Li Bo2，3，Zhu Xichan1
（1.Tongji University;2.Geely Automobile Research Institute;3.Zhejiang Key Laboratory of Automobile Safety Technology）

To have a correct understanding of forward vehicle collision warning system and assessment program which are widely used in the world，and perfect standard of the warning system in China，the requirement of ISO15620 and NHTSA26555 assessment program are compared and analyzed in term of system characteristic，test conditions and warning distance calculation of the warning system in this paper.Also，the warning distance of a vehicle equipped with such warning system is analyzed and compared with that required by the two standards mentioned above.The results show that ISO 15623 has more complete and detailed requirements in system warning，detection range and test conditions，while NHTSA 26555 has more specific stipulations in respect to test preparation and test procedure.It is suggested in the paper that ISO 15623 should be preferred when developing performance standards and regulations related to forward vehicle collision warning system in China，however，advantages of NHTSA 26555 should also be included where appropriate.

Forward vehicle collision warning system;ISO;NHTSA;Comparative test

汽車前碰撞預警系統ISONHTSA對比試驗

U467.1+4

A

1000-3703（2014）07-0028-06