Honda模型在前車緊急制動(dòng)場(chǎng)景下的碰撞風(fēng)險(xiǎn)分析及優(yōu)化

劉海峰

摘 要：基于傳統(tǒng)的安全距離模型——Honda模型，考慮了前車在自車自動(dòng)緊急制動(dòng)功能觸發(fā)時(shí)刻突然制動(dòng)的情況，分析了Honda模型在避撞功能上的風(fēng)險(xiǎn);引入駕駛員一般的跟車距離特性，提出了新的安全距離模型;建立了CarSim+Simulink聯(lián)合仿真模型，用于測(cè)試新的安全距離模型的避撞效果，結(jié)果符合預(yù)期。

關(guān)鍵詞：安全距離模型;自動(dòng)緊急制動(dòng);聯(lián)合仿真

1 研究背景和意義

當(dāng)前，為了減少交通事故數(shù)量、減少擁堵、減少排放、增加駕駛員可用時(shí)間，新的汽車技術(shù)大都朝著自動(dòng)駕駛（Autonomous Driving，AD）領(lǐng)域發(fā)展。作為自動(dòng)駕駛關(guān)鍵技術(shù)之一的自動(dòng)緊急制動(dòng)（Autonomous Emergency Braking，AEB），就是各企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)不遺余力研究和完善的方向。Euro NCAP研究表明[1]，AEB可以避免27%的碰撞事故。奔馳汽車公司通過對(duì)各類交通事故進(jìn)行研究后表明，如果駕駛員相比發(fā)生事故時(shí)可以提前1s意識(shí)到碰撞危險(xiǎn)并采取避撞措施，則可以避免90%交通事故[2]。AEB系統(tǒng)的作用就是通過自動(dòng)緊急制動(dòng)將碰撞事故扼殺在發(fā)生之前。

已有的研究基本上都是假設(shè)AEB全制動(dòng)觸發(fā)后，前車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不發(fā)生改變，沒有看到有考慮自車AEB全制動(dòng)觸發(fā)后前車由勻速行駛突然制動(dòng)對(duì)避撞帶來的影響。因此，本文通過經(jīng)典安全距離模型——Honda模型[3]，來對(duì)這一影響進(jìn)行分析并進(jìn)行優(yōu)化。

2 Honda安全距離模型

Honda安全距離模型的制動(dòng)安全距離由以下公式得出：

Honda模型的制動(dòng)安全距離隨自車車速及兩車相對(duì)車速的關(guān)系如圖1所示。

該模型在前車低速時(shí)采用兩車的最大減速度來計(jì)算制動(dòng)安全距離;在前車較高車速時(shí)，考慮前車當(dāng)前的車速值來計(jì)算，并未考慮前車可能采取的減速度。Honda模型傾向于較短的制動(dòng)安全距離，相對(duì)比較激進(jìn)。這樣設(shè)定模型的目的在于，給足駕駛員可能采取避撞措施的空間，盡可能不提前對(duì)車輛進(jìn)行干預(yù)。

3 碰撞分析

根據(jù)Honda模型的參數(shù)[4]設(shè)計(jì)，取兩車的最大減速度α1，α2均為-7.8m/s2，剎停時(shí)安全車距為ds=1m，系統(tǒng)延遲時(shí)間t1=0.5s，制動(dòng)時(shí)間t2=1.5s。

如果不考慮前車可能有的制動(dòng)操作，Honda模型下兩車的碰撞速度分布如圖2（a）所示;考慮在自車AEB觸發(fā)情況下前車突然緊急制動(dòng)，兩車的碰撞速度分布如圖2（b）所示。兩種情況下碰撞速度的對(duì)比圖如圖2（c）所示。

從圖2（a）中我們可以看出，原有的Honda安全距離模型在不考慮前車突然制動(dòng)情況下能夠避免大部分行駛工況的碰撞，僅僅在自車車速較高（>75km/h）且相對(duì)車速也較高（>85km/h）的行駛工況下會(huì)出現(xiàn)碰撞，碰撞的最高速度能達(dá)到約45km/h;若考慮自車AEB觸發(fā)時(shí)前車的制動(dòng)情況，我們可以從圖2（b）中看到在自車車速較高時(shí)大部分工況都不能完全避撞，最大碰撞速度約為45km/h。

4 Honda安全距離模型的改進(jìn)

顯然我們?nèi)绻?guī)避自車AEB觸發(fā)時(shí)前車突然緊急制動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，就需要對(duì)已有的安全距離模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。根據(jù)某車型2696公里的道路測(cè)試數(shù)據(jù)，由五名經(jīng)驗(yàn)不同的司機(jī)共同完成，提取出一般駕駛員在跟車狀態(tài)下采取制動(dòng)措施時(shí)的兩車相對(duì)縱向距離隨車速的關(guān)系。

對(duì)所有距離點(diǎn)進(jìn)行最小二乘回歸得到一條跟車距離關(guān)于車速的回歸線（如圖3中綠色線）：

這條回歸線將作為調(diào)整安全距離模型的參考，認(rèn)為系統(tǒng)設(shè)定的安全距離如果大于回歸線對(duì)應(yīng)車速的安全距離，則表現(xiàn)為提前干預(yù)駕駛員的正常操作，若小于關(guān)系線得到的安全距離，則可能制動(dòng)過晚威脅到駕駛員的安全。

如圖4所示，對(duì)Honda模型進(jìn)行分析，紅色面為Honda安全距離模型，綠色面為不考慮自車AEB觸發(fā)時(shí)前車制動(dòng)情況下的最低安全距離，從這兩個(gè)圖可以看出，Honda模型在較低相對(duì)車速工況下留有一定的安全余地，而在小部分的較高相對(duì)車速工況下，允許了一定的碰撞。如果不考慮自車AEB觸發(fā)前車制動(dòng)情況，它能在保證駕駛員安全和不過多干預(yù)駕駛員正常操作上做到一個(gè)較好的平衡。但如果考慮了前車突然的制動(dòng)情況，完全避撞所需的最低安全距離如圖4中藍(lán)色面所示，不難看出，在自車車速較高的情況下很大范圍內(nèi)Honda模型都無法有效避撞。因此我們需要對(duì)安全距離模型進(jìn)行一定的優(yōu)化，優(yōu)化的目標(biāo)為：在自車AEB觸發(fā)時(shí)前車突然全制動(dòng)情況下，自車高速行駛時(shí)兩車的碰撞速度低于30km/h，自車低速行駛時(shí)則能夠完全避撞。圖4中的綠色直線為駕駛員跟車距離的回歸，優(yōu)化后的安全距離要盡量以此為邊界。

為了更好地優(yōu)化安全距離模型，我們先設(shè)置好允許的碰撞速度（如圖5），最高允許碰撞車速不超過30km/h，大部分行駛工況下能夠完全避撞，然后反推出優(yōu)化后的安全距離（如圖6青色面）。

5 Simulink-CarSim聯(lián)合仿真

搭建AEB系統(tǒng)仿真模型，Simulink中返回制動(dòng)主缸壓力與四個(gè)車輪的轉(zhuǎn)矩，作為CarSim的輸入，然后輸出特定測(cè)試條件下相對(duì)縱向距離、相對(duì)車速、兩車車速等。聯(lián)合仿真模型如圖7所示。

選擇自車車速為90km/h，前車車速為60km/h的場(chǎng)景進(jìn)行仿真測(cè)試，設(shè)置的碰撞速度為0km/h，由優(yōu)化后的安全距離模型得到相應(yīng)的AEB觸發(fā)距離為25.102m，在CarSim中設(shè)置好前車的行駛參數(shù)。前車與自車的制動(dòng)減速度均取-7.8m/s2，測(cè)試結(jié)果為成功避撞（如圖8所示）。兩車的車速變化如圖9所示。

6 結(jié)論

傳統(tǒng)的安全距離模型往往很難找到安全性與舒適性的平衡點(diǎn)。本文在Honda模型的基礎(chǔ)上，通過分析自車AEB觸發(fā)時(shí)，不考慮和考慮前車制動(dòng)帶來的碰撞影響。發(fā)現(xiàn)Honda模型在自車車速較低時(shí)能夠避撞，在自車車速較高時(shí)不能做到完全避撞，且碰撞速度為45km/h左右，對(duì)特定行駛場(chǎng)景下的安全帶來了較大的威脅。對(duì)此，考慮了自車AEB觸發(fā)時(shí)前車突然緊急制動(dòng)的情景，優(yōu)化了原有的模型，得到了一個(gè)新的距離模型。新的模型符合駕駛員的跟車距離特性，從而提高了安全性的同時(shí)也能保證不過早干預(yù)駕駛員。通過Simulink和CarSim聯(lián)合仿真，自車以90km/h的車速、前車以60km/h的車速勻速行駛時(shí)，考慮自車AEB觸發(fā)時(shí)前車突然緊急制動(dòng)，仿真結(jié)果顯示避撞。

參考文獻(xiàn)：

[1]Euro-NCAP.Test Protocol-AEB systems Version 1.1[R]. 2015.

[2]H.H.Mernel.Applications of Microwaves and Millimeterwaves for Vehicle Communications and Control in Europe[J].IEEE MTT-S，1992：609-612.

[3]Fujita Y，Akuzawa K，Sato M.Radar brake system[J].JSAE Review，1995，16（02）：219.

[4]Peter Seiler，Bongsob Song，J.Karl Hedrick.Development of a collision avodiance system[J].Journal of Biosystems Engineering，2（25）：145-150.