駕駛員介入的AEB系統建模與仿真

李迎弟

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駕駛員介入的AEB系統建模與仿真

李迎弟

（長安大學，陜西 西安 710014）

現有的AEB系統在駕駛員介入后，無論駕駛員操作是否正確，系統都會自動取消介入。為了優化這一性能，文章根據所設計的有駕駛員介入的自動緊急制動系統算法流程圖，基于臨界安全距離模型，利用PID控制方法在Simulink中建立車輛自動緊急制動模型，并與Carsim整車模型進行聯合仿真。通過仿真驗證了所設計算法及自動緊急制動模型的合理性，從一定程度上對現有AEB系統進行了優化。

駕駛員介入；AEB；系統建模；聯合仿真

引言

車輛的追尾碰撞是道路交通中發生最頻繁的事故之一，誘因是駕駛員注意力的分散或是對交通狀況的誤判[1]。AEB系統可以監測前方路況與車輛移動情況，如果探測到潛在的風險，它將采取預制動措施，提醒駕駛員風險的存在；如果在反應時間內未接到駕駛員的制動干預指令，該系統則會自動制動來避免事故。然而當AEB系統預警后，一旦有駕駛員介入，無論駕駛員的操作是否正確，AEB系統都會自動取消介入并將控制權完全交還給駕駛員[2-3]。這類系統已經較為成熟，比如Volvo的CitySafety系統、Mercedes-Benz的Pre-Safe系統。

駕駛員行為介入的自動緊急制動系統在曹寅、朱春嵩等的《自動緊急制動系統性能測試》中也有提出，以及同濟大學李霖的《智能汽車自動緊急控制策略》中主要從理論方面分析了有駕駛員轉向介入的自動緊急制動控制策略。本文基于現有的AEB系統控制策略，臨界預警距離時刻至臨界制動距離時刻這一反應時間段內駕駛員采取錯誤響應（誤踩加速踏板、反向猛打轉向盤）而造成AEB系統凍結這一性能進行優化。

1 駕駛員介入的自動緊急制動控制策略

汽車遇到障礙物后，當實際距離大于臨界預警距離時，駕駛員應該進行制動或者恰當的轉向操作。若駕駛員不動作且當實際距離小于臨界預警距離而大于臨界制動距離時，AEB系統發出預警警告后，若駕駛員進行了足夠的制動或恰當的轉向，則AEB系統不介入；若駕駛員制動力不足則需AEB系統進行制動力補充，或駕駛員因緊張等個人因素造成的誤踩加速踏板造成的實際縱向距離小于等于臨界制動縱向距離時或反方向轉向至有并行車輛的車道時，則需要AEB系統進行自動制動。

1.1 車輛動力學模型

為驗證自動緊急制動系統控制策略的準確性，首先需要在CarSim中建立起整車模型。本文以某款實際車型為參考，查閱該車的相關參數并在Carsim中建立整車模型如圖1所示。

圖1 Carsim整車動力學模型

1.2 臨界安全車距模型

車輛避撞系統主要是為了減少事故發生率，因此以減小車輛速度和與前車保持足夠的車間距離為基本準則，避免事故發生的前提是判斷當前車輛的安全狀態。為了完成對車輛安全狀態判斷，第一步是計算車輛的安全車距模型。

本文中安全距離模型有兩級，第一級為預警提示，第二級為自動制動。由于不同駕駛員對提醒信號的反應時間不同，查閱相關資料，得到相當數量樣本后，回歸處理，最終得到計算公式。

安全距離模型的預警臨界距離為：

安全距離模型的制動臨界距離為：

式中：v自車速度，v是兩車相對速度；a是自車制動減速度，a是前車制動減速度；1是系統延遲時間，2是制動時間；d是預警臨界安全距離,d是制動臨界安全距離。

1.3 有駕駛員介入的自動緊急制動系統算法設計

本文提出一種考慮駕駛員行為介入的自動緊急制動控制策略，用于實時監測在緊急工況下駕駛員的制動干預操作是否正確合理，如果不合理則有自動緊急制動系統進行主動制動，并凍結駕駛員的錯誤操作行為。原理是通過雷達獲取前車的信息包括前車速度、相對距離，通過本車傳感器獲取本車速度、加速度、方向盤轉角、節氣門開度位置、制動踏板位置等信息。車輛安全狀態邏輯運算的基本思想是把傳感器檢測本車與前方目標車輛之間的相對縱向距離按照某種安全車距算法計算的臨界縱向安全距離進行實時比較來判定本車是否安全。

圖2 自動緊急制動系統算法流程圖

1.4 在simulink中建立自動緊急制動系統控制模塊

根據駕駛員介入的自動緊急制動系統算法流程圖，基于臨界安全距離模型，利用PID控制方法在Simulink中建立車輛自動緊急制動系統模型（主要包括控制策略模塊和機械系統模塊），如圖3所示。控制策略模塊根據傳感器輸入的兩車車速、相對距離等經過PID控制方法調節輸出自車期望減速度至機械系統模塊，機械系統模塊主要是將得到的期望減速度轉化成制動輪缸壓力施加到執行模塊。

1.5 聯合仿真

通過在Carsim中對前置雷達的安裝位置、檢測距離、檢測角度等參數進行設置，使得雷達能夠實時測量車輛前方是否有緊急障礙物。

圖4 緊急制動工況兩車車速

根所建立的自動緊急制動控制器，在CarSim中建立仿真道路模型，即選取一條直道對該算法進行仿真分析。如圖4所示，緊急制動工況中前車在以90km/h的速度正常行駛過程中突然減速，后車檢測到前車的距離和車速，計算該距離能夠進行緊急制動，則模擬駕駛員對本車進行一個加速度輸入，后車能夠在系統允許的反應時間內啟動自動緊急制動系統有效避撞。制動過程中的制動主缸壓力如圖5所示。

圖5 緊急制動工況主缸壓力

2 結論

通過對Carsim和Simulink進行聯合仿真，分別對駕駛員不介入和駕駛員介入（包括系統預警后加速、側向車道有障礙轉彎、側向車道無障礙轉彎 ）等工況進行了仿真，最終驗證了所設計模型和算法的準確性。

[1] European new car assessment programme test protocol-AEB systems vison 1.1[S]. Geneva: EURO-NCAP,2015.

[2] 李霖,朱西產.智能汽車自動緊急控制策略[J].同濟大學學報,2015, 43（11）:0253-374X.

[3] 曹寅,朱春嵩.自動緊急制動系統性能測試[J].機動車專欄,2014,51（30）:1271-1280.

Modeling and simulation of AEB system with driver intervention

Li Yingdi

( Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710014 )

The existing AEB system automatically cancels the intervention of the system after the driver intervention, regardless of whether the driver is operating correctly.in order to optimize this performance, According to the designed algorithm of automatic emergency braking system with driver intervention, based on the critical safety distance model, the vehicle automatic emergency braking model is established in Simulink by PID control method, and co-simulation with Carsim vehicle model. The rationality of the designed algorithm and the automatic emergency braking model is verified by simulation, and the existing AEB system is optimized to some extent.

driver intervention; AEB; system modeling; co-simulation

A

1671-7988(2019)03-113-03

U471.3

A

1671-7988(2019)03-113-03

U471.3

李迎弟，碩士，就讀于長安大學汽車學院。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.03.035