基于事故形態(tài)研究的自動(dòng)剎車系統(tǒng)效率預(yù)測

孔春玉，聶 進(jìn)

（1.廣東技術(shù)師范學(xué)院 汽車學(xué)院，廣東 廣州 510665；2.婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 婁底 417000）

基于事故形態(tài)研究的自動(dòng)剎車系統(tǒng)效率預(yù)測

孔春玉1，聶 進(jìn)2

（1.廣東技術(shù)師范學(xué)院 汽車學(xué)院，廣東 廣州 510665；2.婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 婁底 417000）

假設(shè)所有的事故車輛均已安裝自動(dòng)剎車系統(tǒng)，在事故發(fā)生前1秒，開始剎車減速。根據(jù)行人事故的事故形態(tài)、車輛和行人的運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息，分別推算出車輛和行人在事故發(fā)生前1秒的相對位置。依據(jù)假設(shè)重新計(jì)算碰撞速度和行人的死亡（重傷）風(fēng)險(xiǎn)值，通過與原始的真實(shí)行人傷亡風(fēng)險(xiǎn)比較，預(yù)測評(píng)估自動(dòng)剎車系統(tǒng)對行人損傷風(fēng)險(xiǎn)的降低效率。

事故形態(tài)；自動(dòng)剎車系統(tǒng)；效率預(yù)測

當(dāng)前，各種汽車智能安全輔助技術(shù)是汽車主動(dòng)安全研究領(lǐng)域的前沿課題，涉及行人保護(hù)方面，自動(dòng)剎車系統(tǒng)是主動(dòng)安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。文章假設(shè)對真實(shí)的行人事故車輛配置自動(dòng)剎車系統(tǒng)，通過計(jì)算行人死亡和重傷風(fēng)險(xiǎn)的降低率，預(yù)測了自動(dòng)剎車系統(tǒng)對行人損傷的防護(hù)效率。

1 材料和方法

文章首先提出以下假設(shè)：假設(shè)所有的事故車輛均已安裝自動(dòng)剎車系統(tǒng)，車輛前部中心已安裝感應(yīng)器，當(dāng)感應(yīng)器以一定的角度探測到行人，且司機(jī)未剎車，則自動(dòng)剎車系統(tǒng)啟動(dòng)，在事故發(fā)生前1s，開始剎車減速。根據(jù)IVAC行人事故的事故形態(tài)、車輛和行人的運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息，分別推算出車輛和行人在事故發(fā)生前1s的相對位置。落在感應(yīng)器探測范圍內(nèi)的事故，依據(jù)假設(shè)重新計(jì)算碰撞速度和行人的死亡（重傷）風(fēng)險(xiǎn)值，通過與原始的真實(shí)行人傷亡風(fēng)險(xiǎn)比較，預(yù)測評(píng)估自動(dòng)剎車系統(tǒng)對行人損傷風(fēng)險(xiǎn)的降低效率。

孔春玉等人根據(jù)道路環(huán)境、行人和車的運(yùn)動(dòng)軌跡將長沙行人事故形態(tài)分為F1～F9九類基本形態(tài)，每一基本形態(tài)根據(jù)具體情況又可以被細(xì)分為A、B、C、D等多種情況。本文的數(shù)據(jù)樣本來自湖南大學(xué)IVAC事故數(shù)據(jù)庫，包含83例車輛碰撞行人事故。包含9種事故形態(tài)：F1、F2、F3A、F4A、F5A、F5B、F6A、F6B、F9（如表1所示），這9種形態(tài)的事故中車輛行駛方向與行人運(yùn)動(dòng)方向夾角為0°、90°、180°或者行人靜止，可以推算出碰撞前1秒行人和車輛的相對位置。IVAC數(shù)據(jù)庫中，這九種事故形態(tài)的事故數(shù)占事故總數(shù)的93%，因此分析結(jié)果可以較好反映總體情況。83例樣本數(shù)據(jù)中，死亡事故12例，重傷事故40例。共有78例事故在碰撞前沒有剎車，占樣本總數(shù)的94%。假設(shè)所有的事故車輛均已安裝自動(dòng)剎車系統(tǒng)，車輛前部中心已安裝探測器，探測角度設(shè)為60°。

表1 IVAC數(shù)據(jù)庫行人事故形態(tài)分類說明

為了確定碰撞前1s車輛和行人的相對位置，建立一個(gè)坐標(biāo)系，以車輛前部中心點(diǎn)所在位置為原點(diǎn)O，車輛行駛方向?yàn)閅軸正向，橫縱坐標(biāo)軸如圖1所示，橫縱坐標(biāo)單位均為：m。P點(diǎn)是碰撞前1s行人的位置，xp、yp是P點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)值。確定了xp、yp即可確定碰撞前1s車輛和行人的相對位置。

圖1 碰撞前1s(0.5s)車輛和行人相對位置坐標(biāo)系

行人在車上的真實(shí)碰撞點(diǎn)橫坐標(biāo)為xa，假設(shè)行人碰撞前勻速運(yùn)動(dòng)，速度為vp，單位：m/s，則:

式中t為真實(shí)事故發(fā)生前自動(dòng)剎車啟動(dòng)的時(shí)間，t取1，單位：m/s。

本研究中83例事故均為行人與車輛前部發(fā)生碰撞，碰撞點(diǎn)的位置可根據(jù)IVAC數(shù)據(jù)庫中詳細(xì)的文字記錄或者圖片信息來判斷。為了簡化計(jì)算，將車輛前部等分為左前、中部、右前三部分，碰撞點(diǎn)的橫坐標(biāo)分別取值三部分中點(diǎn)的橫坐標(biāo)值。根據(jù)前文研究，車寬取1.8m。因此xa的取值由表2可知。

表2 車上碰撞點(diǎn)的橫坐標(biāo)值

IVAC數(shù)據(jù)庫中定性地記錄了碰撞發(fā)生前行人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：正常行走、跑動(dòng)或者靜止，但是由于缺乏相關(guān)信息，沒有關(guān)于行人速度的定量記錄。根據(jù)前文研究結(jié)果可知，Eubanks等人曾研究過行人行走速度（跑動(dòng)速度）和行人年齡的關(guān)系。文章根據(jù)行人的真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和年齡信息，取對應(yīng)的各個(gè)年齡段50百分位速度作為行人的運(yùn)動(dòng)速度vp。此處vp僅為速度絕對值，不代表行人的運(yùn)動(dòng)方向。由于真實(shí)的數(shù)據(jù)樣本中行人的運(yùn)動(dòng)方向和車輛的行駛方向的夾角為0°、90°、180°，或者行人靜止，因此，在公式（1）中，若行人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄軸正向，則vp取負(fù)值；若行人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閄軸負(fù)向，則vp取正值；若行人靜止或者平行于Y軸運(yùn)動(dòng)，則vp=0。

假設(shè)在真實(shí)的事故中，車輛在碰撞前t秒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為先勻速行駛，然后剎車作勻減速運(yùn)動(dòng)，將車輛勻速行駛的速度記為vc，單位：m/s，vc始終取正值；減速行駛時(shí)間記為t0，單位：s。根據(jù)事故樣本篩選標(biāo)準(zhǔn)，t0＜0.5s。由此可知:

式中t為真實(shí)事故發(fā)生前自動(dòng)剎車啟動(dòng)的時(shí)間，取1，單位：s。μ是滑動(dòng)摩擦系數(shù)，干燥路面μ取值0.7，潮濕路面μ取值0.6。g=9.8m/s2。

在公式2中，若行人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閅軸正向，則vp取負(fù)值；若行人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向?yàn)閅軸負(fù)向，則vp取正值；若行人靜止或者平行X軸運(yùn)動(dòng)，則vp=0。

碰撞前1s車輛和行人的相對位置確定后，綜合樣本中車輛行駛速度、碰撞速度等信息，計(jì)算出自動(dòng)剎車系統(tǒng)啟動(dòng)后新的碰撞速度v'。將v'代入行人損傷風(fēng)險(xiǎn)Logistic回歸方程，即可得到新的死亡風(fēng)險(xiǎn)值Pfat（alv'）。

根據(jù)新的碰撞速度v'可以得到新的死亡風(fēng)險(xiǎn)值Pfat（alv'）。假設(shè)原始數(shù)據(jù)樣本中的碰撞速度記為v，原始的死亡風(fēng)險(xiǎn)為Pfat（alv）?；赑(v')和P（v），可計(jì)算出自動(dòng)剎車系統(tǒng)對行人損傷風(fēng)險(xiǎn)的降低率E=（N-N'）/N=1-N'/N。其中N是由原始碰撞速度v計(jì)算得到的行人死亡人數(shù)加權(quán)值，N'是由新的碰撞速度v'計(jì)算得到的行人死亡人數(shù)加權(quán)值。因此，自動(dòng)剎車系統(tǒng)對行人死亡風(fēng)險(xiǎn)的降低率Efatal可表達(dá)為：

式中，n為事故數(shù)量，n=83。

2 研究結(jié)果

確定了碰撞前行人的相對位置后，即可得到新的碰撞速度v'。本樣本中原始碰撞速度均值為43km/h，提前1s剎車后,碰撞速度均值為9.3km/h（60°）、；其中65%（60°）的事故可以完全避免。

（1）行人損傷風(fēng)險(xiǎn)。圖2為長沙市車輛交通事故中行人死亡風(fēng)險(xiǎn)曲線。該曲線是根據(jù)長沙市交警2003～2007年采集的行人事故數(shù)據(jù)對104例IVAC行人事故進(jìn)行加權(quán)處理而得到的，能更準(zhǔn)確的反映出長沙市行人死亡風(fēng)險(xiǎn)的情況。圖中的方塊代表文章83例樣本中各個(gè)速度區(qū)間的行人死亡率。

圖2 行人死亡風(fēng)險(xiǎn)曲線和各速度區(qū)間行人死亡率

（2）自動(dòng)剎車系統(tǒng)的防護(hù)效率。根據(jù)公式3計(jì)算出自動(dòng)剎車系統(tǒng)對行人死亡風(fēng)險(xiǎn)的降低效率。結(jié)果顯示：如果在碰撞前1s啟動(dòng)自動(dòng)剎車系統(tǒng)，探測角度為60°時(shí)，自動(dòng)剎車系統(tǒng)對行人的死亡風(fēng)險(xiǎn)的降低率為86.8%。

自動(dòng)剎車系統(tǒng)防護(hù)效率的具體計(jì)算過程如下：首先確定判斷效率的基準(zhǔn)值，即根據(jù)加權(quán)損傷風(fēng)險(xiǎn)曲線計(jì)算原始的碰撞速度下行人的死亡人數(shù)為。以碰撞前1s啟動(dòng)自動(dòng)剎車系統(tǒng)，且探測角度為60°的事故為例計(jì)算防護(hù)效率。假設(shè)對所有事故應(yīng)用自動(dòng)剎車系統(tǒng)，則行人的死亡人數(shù)為2.3人，因此，防護(hù)效率Efatal=1-2.3/17.8=0.87。

3 討論

文章對自動(dòng)剎車系統(tǒng)防護(hù)效率的研究是以車輛前部碰撞行人的事故數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，前部碰撞事故是最常見的行人事故類型，IVAC行人事故統(tǒng)計(jì)顯示，在最常見的F1、F2兩種事故形態(tài)中，前部碰撞事故占到80%以上。本研究的前提條件是自動(dòng)剎車系統(tǒng)的防護(hù)效果主要依賴于感應(yīng)器的探測角度和提前剎車的時(shí)間兩個(gè)因素。感應(yīng)器探測角度的大小直接影響到感應(yīng)器的成本和對感應(yīng)系統(tǒng)的精度要求。為了估算行人和車輛在碰撞發(fā)生前的相對位置，排除了F3B、F4B等車輛轉(zhuǎn)彎碰撞行人的事故案例，此類事故在IVAC行人數(shù)據(jù)庫中所占的比例不到7%，因此，不影響研究結(jié)果的代表性和適用性。

518例IVAC行人事故中大約有26%的事故在碰撞發(fā)生前司機(jī)未剎車，本樣本83例事故中，碰撞前未剎車的事故比例高達(dá)94%，因此本研究得到的自動(dòng)剎車系統(tǒng)的防護(hù)效率可以認(rèn)為是基于未剎車事故的防護(hù)效率。

理論上，當(dāng)自動(dòng)剎車系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)刻繼續(xù)提前，系統(tǒng)的防護(hù)效率將進(jìn)一步提高。但是在真實(shí)的事故中，對司機(jī)而言，自動(dòng)剎車系統(tǒng)將是對駕駛操作行為的一種嚴(yán)重干預(yù)，可能會(huì)影響司機(jī)對車輛的操控能力，司機(jī)不一定喜歡這種影響。而且這種對司機(jī)駕駛行為的影響和干預(yù)可能會(huì)對司機(jī)產(chǎn)生消極影響，在駕駛過程中使司機(jī)產(chǎn)生松懈和依賴心理，從而降低司機(jī)的判斷力，增加事故風(fēng)險(xiǎn)。隨著自動(dòng)剎車時(shí)刻進(jìn)一步提前，這種影響可能會(huì)增大。另外，真實(shí)的道路環(huán)境中存在多種道路使用者，復(fù)雜的環(huán)境存在很多不確定性，過早地啟動(dòng)自動(dòng)剎車系統(tǒng)，還將增加誤判斷的概率。

4 結(jié)語

基于我國真實(shí)的事故案例研究表明，自動(dòng)剎車系統(tǒng)可以極大地降低行人發(fā)生死亡事故和重傷事故的風(fēng)險(xiǎn)。對于94%的案例為碰撞前司機(jī)未剎車的樣本而言，在碰撞前1s剎車，探測角度為60°時(shí)，自動(dòng)剎車系統(tǒng)對行人的死亡風(fēng)險(xiǎn)的降低率可達(dá)86.8%。增加探測角度不會(huì)顯著提高防護(hù)效率。

［1］孔春玉，楊濟(jì)匡，聶進(jìn).基于汽車碰撞行人事故形態(tài)分析的行人探測模型研究［J］.汽車工程，2010.（EI）.

［2］許洪國.交通事故分析與處理［M］.北京：人民交通出版社，2003.

Efficiency Prediction of Automatic Braking System Based on Accident Form Research

KONG Chun-yu1，NIE Jin2
（1.Automobile College of Guangdong Technique Normal University，Guangzhou，Guangdong 510665，China；2.Loudi Vocational and Technical College，Loudi，Hunan 417000，China）

This article assumes that all vehicle accidents are installed automatic braking systems，began to brake deceleration one second before the accident.According to accident form pedestrian accident，the trajectory of the vehicle and the pedestrian，motion status and other information，the paper respectively calculate the relative position of the vehicles and pedestrians one second before the accident.Recalculated based on the assumption of death（injuries）risk value collision speed and pedestrian by comparison with the original real pedestrian injury risk predictionthe paper assesses that the efficiency of the automatic braking system reduces the risk of injury to pedestrians.

accident patterns；automatic braking system；efficiency prediction

U491.31

A

2095-980X（2015）08-0051-02

2015-07-04

國家自然科學(xué)基金（51205119）基于深度交通事故調(diào)查的駕駛?cè)藨?yīng)急行為數(shù)據(jù)庫建設(shè)及數(shù)據(jù)挖掘研究．

孔春玉（1980-3），女，湖北人，博士，講師，主要研究方向：車輛與交通安全。