汽車前碰撞預警系統測試法規的對比解析

朱 龍，周 旋，孟祥虎

（徐州徐工汽車制造有限公司，江蘇 徐州 221100）

現代交通運輸業和汽車工業的快速發展給人們帶來便利的同時，也使得交通安全環境變得更為復雜，交通事故已經上升成為全球性災害和世界性難題。全球范圍內，每年有千萬量級的交通事故發生，造成的經濟損失多達全球GDP的1%~3%，而其中追尾事故的占比尤為凸顯［1］（美國占比為29.5%，德國為28%）。隨著經濟的快速發展和道路狀況的改善，我國汽車保有量持續攀升，交通事故總量呈上升趨勢，據統計，我國萬車死亡率已居世界首位［2］。面對交通安全問題的嚴峻形勢，汽車主動安全越來越受到廣泛的關注，作為主動安全技術的核心組成部分，前碰撞預警系統 （Forward Collision Warning System，FCWS）已成為該領域的重要研究課題。國內外也相繼發布了相關行業標準推動汽車主動安全技術的發展［3，4］。

然而，FCWS的測試標準雖測試方法類似，但指標有所差異。2014年我國交通部發布了針對營運客車的前車碰撞預警系統測試規范JT／T 883-2014《營運車輛行駛危險預警系統技術要求和測試方法》［3］（下文簡稱“883”），2017年質監局與標準委員會聯合發布GB／T 33577-2017《智能運輸系統車輛前向碰撞預警系統性能要求和測試規程》［5］（下文簡稱“33577”），韓國國土交通部也發布了相關的測試法規推動FCWS的落地與發展（下文簡稱“KC”）［6］。本文對上述法規進行了對比分析，并對系統測試性能指標要求進行了深入解析，為系統開發和應用提供參考。

1 探測范圍的要求

探測范圍是視覺、毫米波雷達以及激光雷達等ADAS感知傳感器最為重要的指標之一，探測范圍的遠近直接決定了基于目標感知報警及控制決策的及時性。探測范圍越遠，越能提升車輛前方目標與本車的相對運動狀態預判的可靠性，從而能夠在有潛在碰撞危險時，提前足夠長的時間進行決策。顯然，針對ADAS性能測試的法規制定者深知其重要性，因此在測試項中也有考慮車輛動力學及駕駛因素的探測范圍評估方法。對現行的法規而言，KC中沒有對傳感器探測范圍的明確規定；而883及33577對探測范圍有同樣的規定，其計算方法如下式：

式中：vmax——系統運行時的自車最高車速；Tmax——警告后駕駛員的最長制動反應時間；amin——自車滿載充分制動時所能達到減速度的最低標準。

式 （1）計算最大距離的方式，實際上考慮了兩個方面：①駕駛員反應時間內的行駛距離；②駕駛員進行制動操作后，與車輛制動性能相關的最大制動距離。事實上，綜合考慮兩者得到的最大探測范圍是考慮感知可靠性的探測范圍的最不利情況，從而最大限度地保障主動安全系統的有效性。以國內高速路段限速120km／h為例，假設人的反應時間為1s，且能達到的最小減速度為-5m／s2，則最低探測范圍應該超過144m。這一距離遠遠超過報警時刻的距離 （40~80m）。因此，KC對此沒有明確規定是不全面的。

2 碰撞時間測試標準

根據法規要求，KC、883以及33577三種標準前車碰撞工況CCRs （Car-to-Car，stationary）、CCRm （Car-to-Car，moving）以及CCRb（Car-to-Car，braking）下碰撞時間TTC的規定如表1所示。總體而言，中、韓FCWS碰撞時間TTC的范圍設置不同，883對碰撞時間沒有上限要求，因此ADAS設備只要設定足夠長的時間，無論是3s還是5s甚至更大的值均能通過測試標準。顯然，這一點是不合理的，因為提前較長時間報警 （車距足夠長，并不存在碰撞危險）會對駕駛員正常駕駛產生干擾。

據統計，典型駕駛員感知-反應時間范圍為0.9~2.1s，95%的駕駛員感知反應時間為1.6s［7］。基于此，按照法規的要求，剩下的最短操作時間如表2所示。顯然，法規規定最小TTC標準下，剩余的操作時間不足以使得車輛完全避免碰撞。

表1 TTC碰撞時間標準對比

表2 駕駛員最短操作時間

再者3種法規均對報警時刻的距離精度進行了規定。

1）KC規定7次重復測試，至少5次通過才算通過，且5次TTC的偏差不能超過15%。

2）883規定報警時刻的距離與系統設定的距離偏差不能超過5%或±1m，但沒有可重復性的要求。

3）33577規定非自適應系統7次重復測試，至少5次通過才算通過，且5次均需要滿足報警距離偏差不能超過15%或±2m的要求。

綜上所述，883僅考慮了系統的精度，并未考慮系統多次重復執行時的穩定性，對于實際應用而言，這一點883存在不足。KC與33577對系統的精度和穩定性均有要求，且起到異曲同工之效。

3 ETTC的必要性

相對于883及KC，33577引入了強化距離碰撞時間的概念。一般而言，碰撞時間TTC確定算法是通過車輛與前方障礙物 （一般為車輛）的相對距離和平均相對速度決定［15］：

式中：V（t）——t時刻的瞬時相對速度，用以取代較小時間間隔Δt內的平均相對速度；Z（t）—t時刻的相對距離。

事實上，本車與前車的相對加速度一般不為0，因此假定其為0的做法可能引起TTC估計的偏差。那么，將相對加速度確定的TTC定義為Ta（t），存在如下關系：

式 （3）假定從t時刻開始直到碰撞發生，本車與前車間的相對加速度為常數a（t），且經過Ta（t）的延時，距離減小到0。解方程 （4）可得：

為了說明上述兩種計算TTC算法的差異，按照JT／T 883-2014關于TTC的測試方法 （圖1），自車與前車相距30m，均以72km／h的速度同向行駛，在某一時刻前車以0.3g的減速度開始制動。按照標準的要求，TTC報警時間應大于2.4s，假定TTC=2.7s報警，TTC與前車制動時刻的關系如圖2所示。

圖1 試驗過程示意圖

由圖2可以看出，基于相對速度的TTC確定算法在前車緊急制動后2.52s發出警報，而基于相對加速度的TTC確定算法在前車緊急制動后1.77s發出警報，前者比后者延遲約0.8s的時間，也就是說，如果基于采用相對加速度的TTC確定算法將提前16m進行報警，可以留出更為充足的反應和制動時間，以進一步降低追尾碰撞發生的風險或者降低事故所帶來的損失。

圖2 TTC隨前車緊急制動時間的變化

4 感知干擾測試要求

通過視覺、毫米波以及激光雷達對目標進行感知與定位，會出現非危險區域目標的干擾。對于毫米波雷達而言尤其顯著，因為毫米波雷達在沒有車身姿態估計和車道線約束的前提下，無法辨識目標是否為碰撞區域的目標。因此干擾測試的目的主要是對前車碰撞預警系統誤報或者誤操作的驗證。3種規范對于該項內容的考核機制如表3所示 （√表示有規定，×表示無規定）。由表3可以看出，國內標準在此項測試要求比KC更完善，且33577考慮的因素最多，更為全面考慮各種傳感器可能存在的缺陷。

表3 系統抗干擾測試

5 結論

本文對中國和韓國關于汽車前向碰撞預警系統的測試法規進行了對比分析，得到的主要結論如下。

1）總體而言，中國法規測試項的考慮更為全面，但是對于TTC沒有規定上限，測試要求稍顯不足，韓國KC認證沒有對探測范圍感知傳感器的重要性能指標進行規定，顯然是不合理的。

2）各法規對于TTC下限的規定，按照駕駛員的正常反應時間再進行制動操作無法完全避免碰撞。

3）在兩車相對速度較大時，強化距離碰撞時間的引入是非常必要，能夠預留充足的反應和制動時間，使得前碰撞預警系統更為可靠。

4）33577是883基礎上的完善，參照此法規的測試標準，能夠全面反映前車碰撞系統的性能。