自動(dòng)緊急制動(dòng)試驗(yàn)研究1

文 /宋雪松 曹 寅 吳海飛

由于駕駛員的分心或者誤判，車輛追尾事故是最常發(fā)生的交通事故之一。為幫助駕駛員避免該類追尾事故的發(fā)生，汽車制造商提供了一種自動(dòng)緊急剎車系統(tǒng)（AEB），該系統(tǒng)可以進(jìn)行前車碰撞預(yù)警（FCW），給予車輛適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)甚至使車輛自動(dòng)停車。

一、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

從2015年開始，歐洲新車評(píng)價(jià)組織（E-NCAP）根據(jù)2013推出的AEB-test-protocol-v-10《新乘用車自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試方法》（以下簡稱“2015 E-NCAP”），要求對(duì)新車增加此項(xiàng)目測(cè)試。聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)汽車法規(guī)中131法規(guī)（以下簡稱“ECE 131”）法規(guī)實(shí)施早于2015 E-NCAP，但主要針對(duì)商用車。目前，這兩個(gè)涉及AEB的測(cè)試方法被許多測(cè)試機(jī)構(gòu)、主機(jī)廠等參考、采用。2015 E-NCAP 中的AEB測(cè)試場景主要分為前車靜止（Car to Car Rear stationary，CCRs）、前車緩慢行駛（Car to Car Rear moving，CCRm）和前車制動(dòng)（Car to Car Rear braking，CCRb）三種工況。2016年開始要求在E-NCAP的行人保護(hù)項(xiàng)中，增加針對(duì)行人的AEB測(cè)試場景要求，本文只討論針對(duì)車輛的AEB測(cè)試。

2018 E-NCAP AEB測(cè)試場景與2015 E-NCAP AEB測(cè)試場景主要區(qū)別為：CCRb前車減速度為4 m/s2（E-NCAP為2 m/s2與6 m/s2）；增加了誤作用測(cè)試場景、相鄰車道車輛制動(dòng)試驗(yàn)和鐵板試驗(yàn)，此參考美國高速公路安全管理局（NHTSA） AEB測(cè)試場景。關(guān)于測(cè)試場景，增加了與前車橫向重疊測(cè)試場景；測(cè)試設(shè)備目標(biāo)車由氣球車變?yōu)槿蚰繕?biāo)車輛（GVT）。

二、方法關(guān)鍵點(diǎn)分析

國內(nèi)AEB測(cè)試試驗(yàn)主要使用Vbox系統(tǒng)或駕駛機(jī)器人系統(tǒng)，本文試驗(yàn)設(shè)備使用駕駛機(jī)器人系統(tǒng)（見圖1）。

圖1 某英國公司測(cè)試系統(tǒng)

通過兩套組合慣導(dǎo)系統(tǒng)（慣性導(dǎo)航與衛(wèi)星導(dǎo)航結(jié)合，主要包括GPS傳感器、陀螺儀傳感器和差分基站）和數(shù)據(jù)傳輸通訊系統(tǒng)得到高精確度的相對(duì)距離/報(bào)警時(shí)刻（TTC）/車輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)而驗(yàn)證測(cè)試車上所安裝的主動(dòng)安全系統(tǒng)性能指標(biāo)，例如TTC值和自動(dòng)緊急剎車碰撞減緩速度等。

1. 設(shè)備調(diào)節(jié)

ABD駕駛機(jī)器人控制器使用美國PMAC運(yùn)動(dòng)控制板卡，相當(dāng)于一個(gè)三軸伺服電機(jī)系統(tǒng)，可以通過調(diào)節(jié)比例—積分—微分（PID）控制其運(yùn)動(dòng)執(zhí)行精度。為達(dá)到試驗(yàn)測(cè)試精度要求，需要對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行PID調(diào)校，使其適配于試驗(yàn)測(cè)試車輛。

調(diào)節(jié)原則為：比例系數(shù)P的大小決定系統(tǒng)執(zhí)行響應(yīng)速度。P越大，系統(tǒng)響應(yīng)速度越快，調(diào)節(jié)精度越高；P過大，將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分系數(shù)I決定系統(tǒng)靜態(tài)誤差，I值太大，震蕩增多，I太小，系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度減小。微分系數(shù)D可以改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，D值過大或過小會(huì)使系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間變長。

針對(duì)AEB測(cè)試，駕駛機(jī)器人的PID調(diào)校分為三大類，分別為路徑跟隨調(diào)校（即對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)器人進(jìn)行調(diào)校）、速度調(diào)校（即對(duì)加速機(jī)器人與制動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行調(diào)校）和制動(dòng)機(jī)器人踏板調(diào)校（區(qū)別于速度調(diào)校中對(duì)制動(dòng)機(jī)器人的調(diào)校。其目的是使制動(dòng)減速度達(dá)到精度要求，在CCRb工況中非常重要）。路徑跟隨調(diào)校與速度調(diào)校有程序自帶調(diào)校實(shí)驗(yàn)組，通過進(jìn)行實(shí)驗(yàn)組中的試驗(yàn)，將車輛轉(zhuǎn)向、加速、制動(dòng)特性寫入控制器，通過調(diào)節(jié)參數(shù)曲線，使調(diào)校變得簡便。

在本文實(shí)驗(yàn)中，主車與從車均為直線行駛，直線路徑跟隨性能較容易達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的精度，根據(jù)調(diào)校經(jīng)驗(yàn)，在直線路徑跟隨PID調(diào)校中，對(duì)P值給定0.6～0.8值，I值和D值使用默認(rèn)值，均能到達(dá)實(shí)驗(yàn)要求精度。在速度調(diào)校過程中，一共有四種試驗(yàn)：恒定油門開度加速試驗(yàn)、油門開度交替試驗(yàn)、不同制動(dòng)行程的制動(dòng)試驗(yàn)、減速度值制動(dòng)試驗(yàn)。速度調(diào)校過程，可通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)寫入，進(jìn)行自動(dòng)整定。制動(dòng)機(jī)器人踏板調(diào)校無試驗(yàn)數(shù)據(jù)寫入自動(dòng)調(diào)校功能，需要根據(jù)試驗(yàn)設(shè)定減速度曲線與執(zhí)行結(jié)果曲線作對(duì)比，來進(jìn)行PID調(diào)校。

2. 測(cè)試試驗(yàn)分析

① 測(cè)試場景

根據(jù)E-NCAP主動(dòng)安全項(xiàng)排名，選取一款A(yù)EB分?jǐn)?shù)非常高的車型，對(duì)其進(jìn)行AEB測(cè)試研究，驗(yàn)證其AEB策略與性能。參考2015版E-NCAP AEB測(cè)試規(guī)范，綜合考慮測(cè)試安全與測(cè)試成本，簡化測(cè)試場景，設(shè)置測(cè)試場景（見表1、表2）：

表1 AEB CCR測(cè)試場景 km/h

表2 AEB CCR測(cè)試測(cè)試結(jié)果 km/h

② 測(cè)試數(shù)據(jù)分析

本文實(shí)驗(yàn)中使用陀螺儀Oxford RT3002作為測(cè)試系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（motion pack）測(cè)量工具。在進(jìn)行離線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見圖2）分析時(shí)，車輛位置與速度均為平滑曲線，采用原始數(shù)據(jù)。加速度曲線在制動(dòng)過程中波動(dòng)非常大，不能得到準(zhǔn)確的加速度與時(shí)間關(guān)系，無法判斷加速度波動(dòng)趨勢(shì)，需要對(duì)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。參照2015 E-NCAP測(cè)試規(guī)范，本文采用12極點(diǎn)無相位移巴特沃斯濾波器對(duì)加速度進(jìn)行濾波，截止頻率為10 Hz。

TTCAEB：AEB系統(tǒng)出發(fā)時(shí)刻。即：首先確定已濾波減速度曲線中首個(gè)低于1 m/s2的數(shù)據(jù)點(diǎn)，而后從此點(diǎn)前推到減速度曲線首次與0.3 m/s2的TTC時(shí)刻。

TTCFCW：FCW發(fā)出聲音警告，聲音接收器檢測(cè)到FCW報(bào)警的TTC。

通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在CCRs25 km/h、CCRs35 km/h、CCRs45 km/h測(cè)試工況下，減速度絕對(duì)值先增加到10 m/s2，再減小至約3.5 m/s2減速度，其AEB策略邏輯為：以避免碰撞為主要原則，先減速再進(jìn)行與前車的剎停距離控制。

控制策略分析：

· 其減速度控制策略相當(dāng)于在保證自身車輛安全的基礎(chǔ)上，減小了剎車減速度絕對(duì)值。在公共道路實(shí)際工況中，對(duì)AEB制動(dòng)車輛的后方車輛更友好，給后方車輛更多的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，能夠減少追尾事件；

· 在CCRm前車20 km/h工況下，測(cè)試車在速度下降至20 km/h以下，約18 km/h時(shí)，車輛不再減速，同前車一起緩慢向前行駛，即車輛不減速至剎停，能夠減少追尾事件；

· 從圖2中可以發(fā)現(xiàn)測(cè)試車剎停后，車輛前緣距離氣球車相對(duì)距離范圍在0.1 m ～1.5 m內(nèi)，距離分布保持穩(wěn)定，能夠增加駕駛員對(duì)AEB系統(tǒng)的理解，從而更好地掌握對(duì)AEB介入時(shí)的狀態(tài)變化。

③ 測(cè)試主觀評(píng)價(jià)

測(cè)試車的安全帶張緊器在TTC約3 s時(shí)，會(huì)自動(dòng)張緊。首先，能起到除視覺與聲覺外的觸覺FCW報(bào)警。其次，在進(jìn)行AEB測(cè)試時(shí)，能明顯地減緩由AEB介入導(dǎo)致的減速度急增的不適感。

三、不足與展望

圖2 CCRs35測(cè)試數(shù)據(jù)

本文試驗(yàn)設(shè)計(jì)屬于黑箱測(cè)試，主要通過對(duì)測(cè)試車輛與目標(biāo)車輛的運(yùn)動(dòng)參數(shù)如速度、加速度、相對(duì)距離等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可進(jìn)一步討論這些車輛內(nèi)其他系統(tǒng)參數(shù)與AEB系統(tǒng)的相互影響，例如在NHTSA AEB 報(bào)告中，對(duì)TTCFCW與油門開度變化進(jìn)行研究，F(xiàn)CW報(bào)警后約1.5 s，油門開度開始下降，F(xiàn)CW報(bào)警后約2.5 s油門開度降至0。

2018版E-NCAP的出臺(tái)將極大地推動(dòng)我國汽車市場AEB裝車率，從而降低車輛碰撞損失。但測(cè)試場景中尚無我國特有事故場景，如車輛與電動(dòng)二輪車的同向碰撞場景。

目前大多數(shù)自動(dòng)緊急制動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試場景僅代表在較理想光照條件下封閉道路場景中對(duì)前車的正向碰撞測(cè)試，在真實(shí)道路碰撞事故場景中，測(cè)試車與前方車輛會(huì)存在不同車輛航向角，不同車輛中心重疊，其他車輛對(duì)測(cè)試車影響的情況，使得安裝有AEB的車輛無法進(jìn)行有效的自動(dòng)緊急制動(dòng)。在實(shí)際工作中，對(duì)測(cè)試車與前車以正向不同重疊率工況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)不同航向角工況仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。