自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)檢測方法對比分析

徐建勛，游國平，張儀棟，來 飛，王 戡，顏永福

(重慶車輛檢測研究院 國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心， 重慶 401122)

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)檢測方法對比分析

徐建勛，游國平，張儀棟，來 飛，王 戡，顏永福

(重慶車輛檢測研究院 國家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心， 重慶 401122)

對汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)功能及原理進(jìn)行闡述，重點(diǎn)對國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 15622—2010和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20608—2006的試驗(yàn)方法進(jìn)行對比分析，同時(shí)指出試驗(yàn)檢測過程中的相關(guān)注意事項(xiàng)，為車輛生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的相關(guān)試驗(yàn)測試提供參考。

自適應(yīng)巡航；試驗(yàn)方法；標(biāo)準(zhǔn)對比

汽車安全主要分為被動安全和主動安全。傳統(tǒng)的被動安全裝置如安全氣囊、安全帶、吸能器等已經(jīng)廣泛應(yīng)用于車輛設(shè)計(jì)制造中，對減少交通事故中的人身傷害起到了重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在所有類型的道路交通事故中，由追尾、偏離車道等引起的約占全部事故的40%，而且80%以上的交通事故都是由駕駛員的誤操作或疲勞駕駛引起。隨著電子傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，近年汽車主動安全技術(shù)得到了質(zhì)的飛越。汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)以半自動駕駛的方式降低駕駛員長時(shí)間高速行駛的工作強(qiáng)度，提高車道限速的執(zhí)行力度，能大大降低汽車高速運(yùn)行中的事故發(fā)生率。

本文主要闡述自適應(yīng)巡航的系統(tǒng)功能和運(yùn)行原理，對ISO 15622—2010《Intelligent transport systems—Adaptive Cruise Control systems—Performance requirements and test procedures》和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20608—2006《智能運(yùn)輸系統(tǒng)-自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)性能要求與檢測方法》進(jìn)行對比分析，同時(shí)指出測試過程中的重要參數(shù)差異，并闡述其對測試結(jié)果的影響。

1 系統(tǒng)功能及原理

自適應(yīng)巡航控制(ACC)系統(tǒng)是一種智能化的自動控制系統(tǒng)，它是在早已存在的定速巡航控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。ACC的目的是通過對車輛縱向運(yùn)動進(jìn)行自動控制以減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度，保障行車安全，并通過適當(dāng)?shù)姆绞綖轳{駛員提供輔助支持[1-2]。

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)工作原理如圖1所示，其主要功能是在車輛行駛過程中探測前方車輛并測量車間距(安裝在車輛前部的車距傳感器持續(xù)掃描車輛前方道路)，同時(shí)監(jiān)控本車運(yùn)動狀態(tài)(輪速傳感器采集車速信號)、駕駛員操作指令(中斷巡航指令等)，將數(shù)據(jù)輸入到ACC控制單元。當(dāng)與前車之間的距離過小時(shí)，ACC控制單元可以通過與制動防抱死系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作，使車輪適當(dāng)制動，并使發(fā)動機(jī)的輸出功率下降，以使ACC車輛與前方車輛始終保持安全距離。

圖1 ACC系統(tǒng)工作原理Fig.1 Working principle ACC system

車間距離傳感器采用了微波雷達(dá)。當(dāng)同一條車道前方?jīng)]有車輛時(shí)，像通常的巡航控制一樣按照設(shè)定的車速行駛；當(dāng)前方出現(xiàn)車輛時(shí)，以低于設(shè)定車速行駛，控制本車與前方車輛在合理間距內(nèi)。4種典型的功能如圖2所示。

圖2 ACC的4種典型功能示意圖

1) 當(dāng)前方無車輛時(shí),ACC車輛將處于普通的巡航駕駛狀態(tài),按照駕駛員設(shè)定的車速行駛,駕駛員只需要進(jìn)行方向控制(勻速控制)。

2) 當(dāng)ACC車輛前方出現(xiàn)目標(biāo)車輛時(shí),如果目標(biāo)車輛的速度小于ACC車輛,則ACC車輛將自動進(jìn)行減速控制，確保兩車的距離為所設(shè)定的安全距離。

3) 當(dāng)兩車之間的距離等于安全距離時(shí)采取跟隨控制,即與目標(biāo)車輛以相同的車速行駛。

4) 當(dāng)前方的目標(biāo)車輛發(fā)生移線或主車移線行駛使得主車前方無行駛車輛時(shí)，ACC系統(tǒng)將對主車進(jìn)行加速控制，使主車恢復(fù)至設(shè)定的行駛速度。

2 測試標(biāo)準(zhǔn)差異

目前，針對汽車自適應(yīng)巡航的標(biāo)準(zhǔn)主要有ISO 15622—2010和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20608—2006。由于各自的標(biāo)準(zhǔn)體系以及產(chǎn)品類型有所不同，國標(biāo)與ISO之間的測試方法和測試參數(shù)存在部分差異。

2.1 車間時(shí)距閾值

車間時(shí)距是指本車駛過連續(xù)車輛車間距的時(shí)間間隔，如圖3所示。τ=c/v，其中：c為前車尾部與本車頭部之間的距離；v為本車行駛速度。

圖3 車間時(shí)距示意圖

當(dāng)車間時(shí)距小于τmin時(shí)，車輛必須采取減速措施，以保證跟車安全。

GB/T 20608—2006中申明的車間時(shí)距要求：在各種車速情況下，τmin應(yīng)大于等于1s，提供的車間時(shí)距應(yīng)在1.5～2.2 s。

ISO 15622—2010中申明的車間時(shí)距要求：在各種車速情況下，τmin應(yīng)大于等于0.8 s，提供的車間時(shí)距應(yīng)在1.2～2 s。

由此可見，ISO 15622—2010中提出的ACC自適應(yīng)巡航車距相比GB 20608—2006更近，ACC控制器作用時(shí)間需要提高約20%。由于車距更接近，能使單位路段上跟車數(shù)量提高，也可以降低由于中間穿插車輛引起的誤報(bào)和緊急事故發(fā)生。同時(shí)，車距縮短也體現(xiàn)出國外現(xiàn)有ACC系統(tǒng)從硬件到控制策略軟件等各方面的技術(shù)進(jìn)步。

但是，從驗(yàn)證試驗(yàn)的角度來分析，考慮到在ACC控制策略失效的狀況下反應(yīng)時(shí)間將大大縮短，因此試驗(yàn)過程中對測試車輛的安全措施提出了更高的要求，需要駕駛機(jī)器人進(jìn)行輔助保護(hù)或者設(shè)置可靠的提醒策略協(xié)助駕駛員快速介入，以避免測試過程中發(fā)生意外。

2.2 ACC的操作限制及制動燈控制

ACC作為主動安全項(xiàng)目，會自動介入駕駛員的駕駛活動中，其介入的時(shí)機(jī)和閾值會直接影響行駛的安全性和平順性，因此標(biāo)準(zhǔn)中對ACC的使用最低時(shí)速及剎車介入、撤出時(shí)機(jī)等項(xiàng)目都提出了要求[3]。

ACC系統(tǒng)進(jìn)行正向加速操作的前提是車速在最低巡航速度以上，即vlow=5 m/s。當(dāng)ACC系統(tǒng)正處于關(guān)閉過程中、并且車輛速度低于vlow時(shí)，不允許突然撤銷制動力。最低的設(shè)定車速應(yīng)為vset_min≥7 m/s。

在ACC系統(tǒng)的平均減速度方面，ISO 15622—2010規(guī)定不應(yīng)大于3.5 m/s，GB/T 20608—2006中規(guī)定不應(yīng)大于3.0 m/s。

此條目反映了現(xiàn)有ISO 15622—2010中對于ACC操作的限值寬于GB/T 20608—2006的要求，ISO中規(guī)定的車輛減速度要高于GB中規(guī)定限值17%。由于減速度直接影響的是駕駛的穩(wěn)定性和平順性，因此需要避免急加速和急減速。

但是，從實(shí)際試驗(yàn)測試過程來看，在ISO標(biāo)準(zhǔn)中放寬減速度限值與縮短車間時(shí)距具有相關(guān)性。在相應(yīng)的車間時(shí)距限值下，若不提高減速度限值，易導(dǎo)致ACC控制策略失效，車間時(shí)距不足以使車輛制動到安全距離，從而導(dǎo)致車輛追尾，因此ISO和GB中提供的減速度都要能滿足各自的車間時(shí)距要求，所以在舒適性和平順性上GB的指標(biāo)更加合理。

2.3 制動燈控制(僅適用于ACC2型系統(tǒng))

ACC2型系統(tǒng)不僅可以對發(fā)動機(jī)和變速器進(jìn)行調(diào)節(jié)，還可以直接控制制動系統(tǒng)，以達(dá)到更有效的車間時(shí)距控制。其控制模式示意圖如圖4所示。在此系統(tǒng)工作過程中會進(jìn)行自動制動操作，此時(shí)制動燈會點(diǎn)亮。當(dāng)ACC系統(tǒng)執(zhí)行了其他減速操作時(shí)，制動燈也需要被點(diǎn)亮，以提示后車[4-9]。

圖4 ACC2控制模式示意圖

在制動燈的控制點(diǎn)亮?xí)r間測試項(xiàng)目中，ISO 15622—2010中規(guī)定為350 ms，GB/T 20608—2006中規(guī)定為100 ms。經(jīng)測試，這兩個反應(yīng)時(shí)間對于后車的安全警示幾乎沒有影響，但若后車跟隨太近，則會影響后車駕駛員踩剎車踏板的時(shí)機(jī)。如反應(yīng)時(shí)間為0.25 s，則在70 km/h的速度下制動能縮短2～5 m的剎車距離，會影響到行車安全。因此可以看出，GB的規(guī)定值對于后車安全性更有效，值得推廣應(yīng)用。

2.4 ACC測試環(huán)境溫度的限定

ACC測試環(huán)境要求為平坦干燥的瀝青或混凝土路面，水平能見度大于1 km。

ACC測試環(huán)境溫度ISO 15622—2010規(guī)定為-20～40 ℃，GB/T 20608—2006規(guī)定為0～40 ℃。

ACC系統(tǒng)主要為電子部件，包括雷達(dá)、控制器、作動器等部分。ISO將試驗(yàn)溫度擴(kuò)展到常規(guī)冬季氣溫，充分考慮了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性要求，更能綜合評價(jià)ACC系統(tǒng)的耐候性，對于裝車系統(tǒng)的安全性和可靠性提供了有力的試驗(yàn)支撐。

2.5 ACC毫米波雷達(dá)參數(shù)差異

雷達(dá)是ACC系統(tǒng)的重要部件，汽車上主要使用紅外激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)。隨著技術(shù)的發(fā)展，從成本和穩(wěn)定性角度來看，毫米波雷達(dá)越來越多地應(yīng)用于汽車行業(yè)中。毫米波雷達(dá)就是工作在毫米波波段的雷達(dá)。雷達(dá)向周圍發(fā)射無線電波，通過測定和分析反射波以計(jì)算障礙物的距離、方向和大小。正如毫米波雷達(dá)名字所示，其發(fā)射的無線電波為波長在1～10 mm、頻率在20～300 GHz的毫米波。汽車毫米波雷達(dá)工作頻段為21.65～26.65 GHz和76～81 GHz。比較常見的汽車毫米波雷達(dá)工作頻率在24，77，79 GHz這3個頻率附近。

ISO 15622—2010中毫米波雷達(dá)測試頻率范圍為20～95 GHz。

GB/T 20608—2006中毫米波雷達(dá)測試頻率范圍為50～95 GHz。

由此可以看出國內(nèi)外在毫米波雷達(dá)應(yīng)用上的差異。國外測試頻段更加寬(主要是針對24 GHz雷達(dá)產(chǎn)品)，也代表了新型雷達(dá)的應(yīng)用趨勢。同時(shí)由于頻段使用不同，各種抗干擾指標(biāo)也有所不同，需要在測試過程中提供不同的測試工況。

2.6 彎道適應(yīng)能力測試的目標(biāo)車尾部安裝物

彎道適應(yīng)能力測試主要考核ACC系統(tǒng)對道路幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的預(yù)測能力，同時(shí)兼顧到ACC傳感器的視野范圍。其駕駛場景為：本車以車間時(shí)距控制模式跟隨同一車道上的目標(biāo)車(二者縱向中心線的橫向偏差為±0.5 m)。測試之前，本車和目標(biāo)車應(yīng)滿足給定的初始條件。測試車道設(shè)置示例如圖5所示。

1.測試開始時(shí)，主車位于具有恒定半徑的測試車道上，且滿足其他初始條件；2.當(dāng)主車開始減速(正確反應(yīng))或車頭時(shí)距降至2/3τmax時(shí)，測試結(jié)束。

圖5 測試車道設(shè)置示例

Fig.5 Example of test track layout

在目標(biāo)車尾部需要安裝測試目標(biāo)，參考平面尺寸相同(高度0.9 m，與車身等寬)，但國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對于測試目標(biāo)離地高度的要求有差異：ISO 15622—2010為0.6±0.1 m，GB/T 20608—2006為0.2 m。ISO更好地區(qū)分了乘用車、貨車或者客車的離地間隙特征，在測試中更能體現(xiàn)ACC系統(tǒng)工作的安全范圍，并提供了更可靠的試驗(yàn)支撐。

從實(shí)際測試結(jié)果來看，依據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)雷達(dá)覆蓋范圍有更高的要求，從而提高了系統(tǒng)識別率和可靠性。

3 建議

本文對汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)功能及原理進(jìn)行了闡述，重點(diǎn)對國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 15622—2010和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20608—2006的試驗(yàn)方法進(jìn)行了對比分析，指出了試驗(yàn)檢測過程中的重要參數(shù)差異，分析了其影響因素，并提出以下建議：

1) 建議盡量提升ACC策略效率，縮短車間時(shí)距，從而提高整體路面使用效率。

2) 建議使用GB/T 20608—2006的制動燈觸發(fā)時(shí)間閾值，延長后車制動反應(yīng)時(shí)間，提高行駛安全性。

3) 建議擴(kuò)展GB標(biāo)準(zhǔn)中的環(huán)境溫度范圍、雷達(dá)頻率范圍、目標(biāo)車尾部測試目標(biāo)規(guī)格等參數(shù)，使國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)接軌，為汽車自適應(yīng)巡航應(yīng)用提供更好的測試手段。

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(責(zé)任編輯 劉 舸)

Contrastive Analysis of Adaptive Cruise Control Systems Test Procedures

XU Jian-xun, YOU Guo-ping， ZHANG Yi-dong, LAI Fei, WANG Kan, YAN Yong-fu

(National Coach Quality Supervision and Test Center, Chongqing Vehicle Test & Research Institute, Chongqing 401122, China)

The function and principle of self-adaptive cruise control system would be expounded. The difference of ISO 15622—2010 and GB/T 20608—2006 would be analyzed. The test process attentions would be pointed out and it would provide reference of ACC systems test for vehicle production enterprises.

self-adaptive cruise control; test procedure; comparative analysis

2016-11-24

徐建勛(1989—)，男，博士，副研究員，主要從事車輛工程研究，E-mail：540605827@qq.com。

徐建勛，游國平，張儀棟，等.自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)檢測方法對比分析[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2017(2):23-27.

format：XU Jian-xun, YOU Guo-ping， ZHANG Yi-dong, et al.Contrastive Analysis of Adaptive Cruise Control Systems Test Procedures[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(2):23-27.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.02.004

U461.91

A

1674-8425(2017)02-0023-05