基于Euro-NCAP的汽車主動安全測試技術分析[1]

文/曹建永 曹 寅 張建文

基于Euro-NCAP的汽車主動安全測試技術分析[1]

文/曹建永 曹 寅 張建文

論文主要介紹了汽車主動安全技術的新特征，概述了Euro-NCAP中汽車主動安全系統測試涉及的主要標準，并對標準的體系結構、技術內容等進行了較詳細分析。

主動安全 汽車 標準 測試

隨著汽車工業的快速發展和汽車保有量的急劇增長，道路交通安全問題日益突出。為減少道路交通事故，改善道路交通安全，從汽車整車企業到零部件企業，對汽車安全性越來越重視，諸多安全技術在汽車上得到迅速應用。各國政府也相繼出臺了一系列的標準和法規，對汽車安全性能與評價作了明確規定。隨著汽車被動安全技術的日趨完善，以預防事故發生或減輕事故發生程度為目的的汽車主動安全技術，已成為當今道路交通的迫切需要，電子控制技術的進步促進了先進主動安全技術的迅速發展和應用，相關的標準和法規也成為了汽車界所關注的重點。

一、汽車主動安全技術新特征

相比傳統車輛技術，汽車主動安全技術具有以下技術特征：以半導體微控制、傳感器、雷達、視覺影像等先進技術為基礎，通過特定算法為駕駛人員提供各種預警信息，協助處理車身穩定控制，以降低交通事故的發生率。安全系統設計和功能安全是汽車主動安全系統的核心部分。

安全系統設計是指從車身整體安全的角度出發，采用先進的傳感器技術，提醒或干預車輛行駛狀態，提高汽車的行駛穩定性，從而避免事故發生；功能安全則指的是系統應具有完備的自我診斷功能，不會存在由于電子電器功能故障而導致不合理的風險。在當前汽車主動安全控制技術實際應用中，還是處于多種主動安全子系統共存的狀況。

二、汽車主動安全技術測試標準概述

1. 汽車主動安全系統

汽車主動安全系統也可分為“輔助”和“干預”兩種類型。駕駛輔助系統主要有自適應巡航系統（ACC）、自動泊車輔助系統（APA）、自動緊急制動輔助系統（AEB）等（見表1）。干預控制系統主要是指車輛底盤集成控制系統，如制動防抱死系統（ABS）、四輪轉向控制系統（4WS）和牽引力控制系統（TCS）等（見表2）。

表1 駕駛輔助系統

表2 車輛底盤控制系統

2. 典型汽車主動安全測試標準

隨著行車安全日益受到人們的重視，越來越多的車企把主動安全系統升級為汽車的一項標準配置。汽車電子主動安全市場上，目前主要還是歐美一些國際品牌車企在引導整個市場需求，并制定相關技術標準，特別是在歐洲、北美地區的一些國家，均對汽車主動安全系統提出了相應的法規或強制要求等。例如：源自工業功能安全和IEC 61508“電氣/電子/可編程電子安全相關系統功能安全”系列標準的ISO 26262“道路車輛功能安全”系列國際標準，以及歐洲新車安全評價（Euro-NCAP）的主動安全要求（車輛穩定控制技術、自動緊急制動技術以及車道偏離報警技術）。在國內，各廠商正在積極跟進國際標準，但總體來看，國內還沒有明確的強制性標準或法規。

3. ISO 26262標準

ISO 26262是從電子、電氣及可編程器件功能安全的基本標準——IEC 61508派生出來的，主要定位在汽車行業中特定的電氣器件、電子設備和可編程電子器件等專門用于汽車領域的部件，是旨在提高汽車電子、電氣產品功能安全的國際標準。ISO 26262從2005年11月起正式開始制定，經歷了大約6年左右的時間，于2011年11月正式頒布。根據標準和規定，2015年歐洲車廠開始全面導入符合ISO 26262標準的車用元件。

隨著系統復雜性的提高、軟件和機電設備的應用，來自系統失效和隨機硬件失效的風險也日益增加，ISO 26262為汽車安全提供了一個生命周期（管理、開發、生產、經營、服務和報廢）理念，并在這些生命周期階段提供必要的支持。該標準涵蓋功能性安全方面的整體開發過程（包括需求規劃、設計、實施、集成、驗證、確認和配置）。

ISO 26262標準根據安全風險程度對系統或系統某組成部分確定劃分由A到D的安全需求等級——汽車安全完整性等級（ASIL）。其中，D級為最高等級，需要最嚴苛的安全需求。未來汽車主動安全系統的發展趨勢是要達到ASIL-C/D等級。此外，通過雷達、攝像頭等主動安全系統，將輔助駕駛人員在沒有預計或路況不明的情況下，做出是否需要提前制動的預判，從而提高整體汽車智能化水平。

ISO 26262主要用于安裝在最大總質量不超過3.5 t乘用車上的一個或多個電子系統的安全相關系統。ISO 26262唯一不適用于為殘疾人設計的特殊目的車輛的電子系統。

4. 車輛穩定控制系統測試標準

車身穩定控制系統的功能要求通過電子控制方法來提高車輛動力學穩定性，必須包括方向控制和側翻控制兩個方面。方向控制：要求在不足轉向或過度轉向情況下，并且在車輛物理極限內，使車輛按駕駛員意圖保持方向穩定性；側翻控制：要求在車輛即將發生側翻的情況下，使車輛在物理極限內保持穩定性。目前，關于車身穩定控制系統的標準，主要是歐洲的ECE R13《乘用車制動系統型式批準的統一規定》 和美國FMVSS 126《車輛穩定控制系統》的試驗標準，以及我國2014年發布的推薦標準GB/T 30677-2014《輕型汽車電子穩定性控制系統性能要求及試驗方法》，其核心內容是頻率為0.7 Hz的正弦延遲試驗。

GB/T 30677-2014標準中正弦延遲試驗方法大體如下：首先，進行緩慢增加轉向試驗，車輛以（80±2）km/h的速度勻速行駛，轉向盤轉角以13.5o/s角速度勻速增加，直到車輛的側向加速度約為5 m/s2（0.5 g）；然后，開始正弦延遲試驗，車速為（80±2）km/h，轉向盤的輸入（見圖1），正弦曲線的起始振幅為1.5A（A為上述緩慢增加轉向試驗中，使車輛產生3 m/s2即0.3 g穩態側向加速度的轉向盤轉角），每次試驗振幅的遞增幅度為0.5 A，直到正弦曲線的振幅增加到6.5 A或是270 °。

5. AEBs測試標準

AEBs由測距、數據分析和執行機構系統3大子系統組成。其中，測距系統的核心包括微波雷達、激光雷達和視頻系統等。它可以提供前方道路全面、準確、實時的圖像與路況信息。AEBs采用雷達或者攝像頭等傳感器，測量與前車或者障礙物的距離，然后，通過數據分析將測出的距離與報警距離、安全距離進行比較，小于報警距離閥值時就進行聲音提示，而小于安全距離時即使在駕駛員沒來得及踩制動踏板的情況下，AEBs也會啟動，使汽車自動制動，從而為安全出行保駕護航。目前，關于AEBs標準，主要是歐洲的ECE R131、Euro-NCAP自主緊急制動試驗和美國公路安全保險協會的自主緊急制動試驗。其核心工況是車與車的制動工況和車與人的制動工況，工作形式主要有AEBs結合碰撞預警功能（FCW）、單獨AEB 以及單獨FCW 三種形式。

① 車與車的制動工況

?靜態制動工況試驗。靜態制動工況試驗描述的是試驗車在一定的車速下接近前方靜止車輛，然后試驗車的AEBs進行制動測試。根據系統分類和工作方式分類，測試流程和測試方法見表3，試驗示意圖見圖2。

表3 靜態制動工況試驗速度參數表 km/h

圖2 靜態制動工況試驗示意圖

?勻速制動工況試驗。勻速制動工況試驗描述的是試驗車在一定車速下接近前方勻速運動車輛，然后試驗車的AEBs進行制動測試。根據系統分類和工作方式分類，測試流程和測試方法見表4，試驗示意圖見圖3。

表4 勻速制動工況試驗速度參數表 km/h

圖3 勻速制動工況試驗示意圖

?變速制動工況試驗。變速制動工況試驗描述的是試驗車在一定車速下接近前方以一定減速度制動的車輛，然后試驗車的AEBs進行制動測試。根據系統分類和工作方式分類，測試流程和測試方法見表5，試驗示意圖見圖4。

表5 變速制動工況試驗速度參數表

圖4 變速制動工況試驗示意圖

② 車與行人制動工況

目前，車與行人工況還未正式加入測試規范中，試驗方法和規范也正在研究過程中，可能的工況主要分成以下3種情況。

工況1：清晰狀態下遇到行人，從左側人行道進入車道；

工況2：隱蔽狀態下遇到行人，從左側人行道進入車道；

工況3：清晰狀態下遇到行人，從右側人行道快步進入車道。

6. 車道偏離報警系統測試標準

系統首先通過狀態感知模塊、獲得道路幾何特征和車輛的動態參數，然后由車道偏離評價算法對車道偏離的可能性進行評價，必要的時候通過信號顯示界面向駕駛員報警。車道偏離預警系統的研究主要集中在，基于視覺的車道偏離預警系統上。偏道警告系統的警告標準可分為4種：

? 基于車輛在車道中的當前位置（CCP）；

? 基于將來偏離量的不同（FOS）；

? 基于車輛將橫越車道邊界的時間（TLC）；

? 基于知識的道路場景感知（KBIRS），其中TLC標準使用最為廣泛。

目前，關于車道偏離報警系統的標準主要是歐洲的ECE R130、ISO 17361:2007《智能交通系統-車道偏離系統的性能要求及試驗方法》和GB/ T 26773-2011《智能運輸系統 車道偏離報警系統性能要求與檢測方法》。

三、汽車主動安全技術未來發展

汽車主動安全技術未來發展主要可包括：

底盤集成控制會成為一個主要趨勢。通過中央控制器將制動、懸架、轉向、動力傳動，通過CAN總線協調控制，形成一體化的安全控制系統。

車聯網應用將把汽車納入網絡世界，提升汽車智能化水平。未來更高級別、采用雷達和攝像技術的ADAS高級駕駛員輔助系統將會成為行業開發的又一個重點。隨著技術的發展，無人駕駛技術將會得到迅速發展和應用。

[1] 劉佳熙,郭輝,李君.汽車電子電氣系統的功能安全標準 ISO 26262[J].上海汽車,2011,10:57～61.

[2] 梁榮亮,高明秋,郭魁元,等. 基于GTR.8和FMVSS 126的ESC測評方法研究[J].汽車工程,2014(3):321-327.

[3] 曹寅,朱春嵩,黃先國.自動緊急制動系統性能測試方法分析[J].質量與標準化,2014(6):51-54.

（作者單位：國家機動車產品質量監督檢驗中心（上海））

信息專遞——

寧波特種設備安全工作再添新舉措

3月18日，中國特檢院臨港設備安全評價（寧波）中心正式掛牌運行。寧波是華東地區最重要的石化產業基地之一，并擁有全球首個8億噸港。該中心的正式運行，是寧波市特檢院聯合中國特檢院共同為寧波市及周邊地區大型儲罐、港口設備、石化裝置等提供強有力的技術支撐和優質高效的安全保障服務，促進特種設備安全運行水平，提升和服務寧波臨港產業發展的一項重要舉措。未來，該中心會抓住主題、找準重點，更好地服務好寧波及周邊地區的臨港設備安全。

The paper describes the new features of automotive active safety technology, outlines the relevant main standards in Euro-NCAP involving automobile active safety systems test, and analyzes the system structure and technical content of the standard in detail.

Active Safety; Vehicle; Standards; Test

注：[1]本項目由上海市優秀學術/技術帶頭人計劃資助（項目編號：16XD1421400）。