基于CANape／VBox的前碰撞預警系統安全距離報警策略研究

李 軍，吳方義，劉衛東，鄧 晶，王愛春，黃少堂，方宜學

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

隨著汽車保有量的不斷提高和公路運輸行業的發展，交通事故發生的頻率次數也不斷上升，據交通部的統計數據顯示，2016年全國共發生道路交通事故16.5萬起，造成5.18萬人死亡、59.9萬人受傷，交通事故發生的主要原因是駕駛員疲勞駕駛和分神引起的碰撞。基于毫米波雷達的FCW （Forward Collision Warning，前碰撞預警），可以對前方車輛和非機動車輛 （自行車、電動車及摩托車）進行防碰撞預警，當對前方同向行駛的車輛存在碰撞風險時為駕駛員提供警告，以視覺報警、聽覺報警、觸覺報警的形式提醒駕駛員注意周邊環境，可以有效減少交通事故的發生，以及降低人員財產的損失。為此，FCW作為汽車高級駕駛輔助系統之一，在保證汽車行車安全上起了重要作用。

1 前碰撞預警系統組成與工作原理

1.1 前碰撞預警系統組成

前碰撞預警系統組成如圖1所示，其主要組成部分有：FCW控制器、毫米波雷達、人機交互系統等。

1.2 前碰撞預警系統工作原理

FCW包含以下3個子功能：安全距離報警、預報警、緊急報警。其中預報警是危險等級已經比較高，如果駕駛員不采取必要的措施，很有可能會發生碰撞。緊急報警是危險等級已經很高了，再不采取措施，將觸發緊急制動 （如果有配置該功能）或即將碰撞上前車。

圖1 FCW系統組成

安全距離報警是危險等級最低時的報警提示，目的是提示駕駛員跟車車距過小。盡管在這種狀況下可能不會有碰撞危險，但是駕駛員也應調整自己的駕駛行為，保持合理車距，這樣如果前方車輛突然緊急制動，駕駛員才能夠做出反應以避免事故的發生。當駕駛行為處于潛在危險狀態同時車間時距TimeGap（某一時刻，以自車車速到目標車的時間）低于給定值時，將觸發安全距離報警。

因為安全距離的觸發點較早，誤觸發不可能完全避免，但安全距離報警是最有效的報警提示，能把危險事故扼殺在萌芽階段。為了減少由于“報警難題”產生的誤觸發，該系統的報警策略充分考慮到了可能的影響因素：絕對和相對速度，目標的分類 （移動或靜止），駕駛員狀態估算 （注意力集中／不集中）等，達到可接受的誤觸發率和功能的實際效果兩者的平衡。下文介紹的安全距離報警參數標定測試驗證方法就是為了達到這種平衡。

2 測試方法

2.1 縱向靜止目標測試

測試工況如圖2所示，目標車停在車道中心，縱軸方向與道路邊緣平行，且前車與自車朝向一致。自車向前車尾部接近。自車以額定速度20m／s在車道中心朝前車行駛，系統應能夠在TTC最小為2.1s時發出報警。

圖2 識別靜止前車測試

2.2 縱向低速目標測試

測試工況如圖3所示，目標車停在車道中心，前車以9m／s的恒定速度沿車道中心行駛，自車以額定速度20m／s在車道中心朝前車行駛，當兩車相距150m測試開始，系統應能夠在TTC最小為2s時發出報警。

圖3 識別低速行駛前車測試

2.3 縱向制動目標測試

測試工況如圖4所示，自車和前車以20m／s的恒定速度在平直車道中間行駛。在前車開始制動前，自車與前車間距離保持在30m。前車以0.3g的恒定減速度進行制動，系統應該能夠在TTC最小為2.4s時發出報警。

圖4 識別減速行駛前車測試

2.4 最短報警距離理論計算

對于2.2和2.3描述的測試工況的最短期望報警距離可以使用如下公式計算，假定駕駛人對報警的反應時間Tresp=0.8s，能夠使自車恰好達到與目標車相同的車速，且不發生碰撞所需要的最小減速度arep=6.67m／s2。

式中：Xc_min_Warning——最短報警距離；aTV——目標車輛的減速度；vr——相對車速。

對于2.3描述的測試工況，假設兩車碰撞時的車速剛好相等，可得到如下等式：

其中測試開始時兩車的車速v=20m／s，目標車輛的減速度aTV=3m／s2，可計算得到從測試開始到自車開始制動的時間t1=3.3173s，自車開始制動到兩車剛好車速相等的時間t2=2.7117s。則最短期望報警距離可以使用如下公式計算：

安全距離報警時TTC和時距理論最小值見表1。

表1 安全距離報警時TTC和時距理論最小值

3 實車標定與測試

標定測試以本公司某款在研大型SUV車型 （配備前碰撞預警系統）為例，進行安全距離報警策略研究以及相關參數的標定。

3.1 標定與測試設備搭建

FCW系統測試過程中，需測量并記錄車輛的縱向速度、車輛間距離等參數，具體儀器連接如圖5所示。其中VBOX以及天線和通信設備用于各工況測試數據的收集、分析及處理；CANape用于安全距離報警的標定參數設置；攝像頭用于采集測試工況的視頻信息。CANape／VBox測試界面如圖6所示。

圖5 CANape／Vbox測試系統框圖

圖6 CANape／VBox測試界面

3.2 實車標定測試

由前面的分析可知，安全距離報警條件主要受跟車時間距和相對車速的影響，為了減少誤觸發對報警增加了延時，這3個參數都可以通過CANape在線更改。通過VBOX可以測得報警時的本車車速、兩車的相對距離和目標車的車速，即可計算出報警時的TTC。表2記錄了多次有效測試的結果，其中包括默認參數1次，靜止目標、低速目標、制動目標各3次。根據實車測試結果與理論計算結果對比，以及實際駕駛體驗可知以下。

1）對于靜止目標，安全報警時的車間距離有40m，并無碰撞的風險，所以對于靜止目標安全距離報警無實際提醒作用，可以刪除該工況下的安全距離報警。

2）安全距離報警時的TTC測試結果比理論結果要小，不符合法規的要求，所以安全距離報警不能按照TTC的值進行。

3）安全距離報警本應該是跟車距離較近，相對車速不大，但又長時間跟著前車時，提醒駕駛員保持兩車間的安全距離。但在實車測試體驗時，發現當自車以相對較大車速接近前車時，駕駛員已經感覺到了碰撞風險，但由于跟車時間未達到，故沒有報警，駕駛體驗很差。所以在實車標定階段，對默認參數進行了更改，并在不同工況下進行驗證，最終選取了最優的標定參數，即報警延時時間距0.7s、報警延時相對車速9.9m／s、報警延時時間0.5s。

表2 安全距離報警測試結果

4 結論

本文介紹了一種FCW的系統結構與原理，著重介紹了其安全距離報警的報警策略，并介紹了一種報警參數標定和實車測試驗證、主觀駕駛體驗相結合的開發驗證方法。通過對本公司一款在研車型研發中的實際應用可知，本文介紹的安全報警策略和標定測試驗證方法確實可行，有著重要的實用價值和使用意義。