朱 龍，周 旋，孟祥虎

（徐州徐工汽車(chē)制造有限公司，江蘇 徐州 221100）

現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)和汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展給人們帶來(lái)便利的同時(shí)，也使得交通安全環(huán)境變得更為復(fù)雜，交通事故已經(jīng)上升成為全球性災(zāi)害和世界性難題。全球范圍內(nèi)，每年有千萬(wàn)量級(jí)的交通事故發(fā)生，造成的經(jīng)濟(jì)損失多達(dá)全球GDP的1%~3%，而其中追尾事故的占比尤為凸顯［1］（美國(guó)占比為29.5%，德國(guó)為28%）。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和道路狀況的改善，我國(guó)汽車(chē)保有量持續(xù)攀升，交通事故總量呈上升趨勢(shì)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)萬(wàn)車(chē)死亡率已居世界首位［2］。面對(duì)交通安全問(wèn)題的嚴(yán)峻形勢(shì)，汽車(chē)主動(dòng)安全越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注，作為主動(dòng)安全技術(shù)的核心組成部分，前碰撞預(yù)警系統(tǒng) （Forward Collision Warning System，F(xiàn)CWS）已成為該領(lǐng)域的重要研究課題。國(guó)內(nèi)外也相繼發(fā)布了相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)的發(fā)展［3，4］。

然而，F(xiàn)CWS的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)雖測(cè)試方法類(lèi)似，但指標(biāo)有所差異。2014年我國(guó)交通部發(fā)布了針對(duì)營(yíng)運(yùn)客車(chē)的前車(chē)碰撞預(yù)警系統(tǒng)測(cè)試規(guī)范JT／T 883-2014《營(yíng)運(yùn)車(chē)輛行駛危險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)要求和測(cè)試方法》［3］（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“883”），2017年質(zhì)監(jiān)局與標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布GB／T 33577-2017《智能運(yùn)輸系統(tǒng)車(chē)輛前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)性能要求和測(cè)試規(guī)程》［5］（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“33577”），韓國(guó)國(guó)土交通部也發(fā)布了相關(guān)的測(cè)試法規(guī)推動(dòng)FCWS的落地與發(fā)展（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“KC”）［6］。本文對(duì)上述法規(guī)進(jìn)行了對(duì)比分析，并對(duì)系統(tǒng)測(cè)試性能指標(biāo)要求進(jìn)行了深入解析，為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供參考。

1 探測(cè)范圍的要求

探測(cè)范圍是視覺(jué)、毫米波雷達(dá)以及激光雷達(dá)等ADAS感知傳感器最為重要的指標(biāo)之一，探測(cè)范圍的遠(yuǎn)近直接決定了基于目標(biāo)感知報(bào)警及控制決策的及時(shí)性。探測(cè)范圍越遠(yuǎn)，越能提升車(chē)輛前方目標(biāo)與本車(chē)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)判的可靠性，從而能夠在有潛在碰撞危險(xiǎn)時(shí)，提前足夠長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行決策。顯然，針對(duì)ADAS性能測(cè)試的法規(guī)制定者深知其重要性，因此在測(cè)試項(xiàng)中也有考慮車(chē)輛動(dòng)力學(xué)及駕駛因素的探測(cè)范圍評(píng)估方法。對(duì)現(xiàn)行的法規(guī)而言，KC中沒(méi)有對(duì)傳感器探測(cè)范圍的明確規(guī)定；而883及33577對(duì)探測(cè)范圍有同樣的規(guī)定，其計(jì)算方法如下式：

式中：vmax——系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的自車(chē)最高車(chē)速；Tmax——警告后駕駛員的最長(zhǎng)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間；amin——自車(chē)滿載充分制動(dòng)時(shí)所能達(dá)到減速度的最低標(biāo)準(zhǔn)。

式 （1）計(jì)算最大距離的方式，實(shí)際上考慮了兩個(gè)方面：①駕駛員反應(yīng)時(shí)間內(nèi)的行駛距離；②駕駛員進(jìn)行制動(dòng)操作后，與車(chē)輛制動(dòng)性能相關(guān)的最大制動(dòng)距離。事實(shí)上，綜合考慮兩者得到的最大探測(cè)范圍是考慮感知可靠性的探測(cè)范圍的最不利情況，從而最大限度地保障主動(dòng)安全系統(tǒng)的有效性。以國(guó)內(nèi)高速路段限速120km／h為例，假設(shè)人的反應(yīng)時(shí)間為1s，且能達(dá)到的最小減速度為-5m／s2，則最低探測(cè)范圍應(yīng)該超過(guò)144m。這一距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)報(bào)警時(shí)刻的距離 （40~80m）。因此，KC對(duì)此沒(méi)有明確規(guī)定是不全面的。

2 碰撞時(shí)間測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)法規(guī)要求，KC、883以及33577三種標(biāo)準(zhǔn)前車(chē)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(shí)間TTC的規(guī)定如表1所示?？傮w而言，中、韓FCWS碰撞時(shí)間TTC的范圍設(shè)置不同，883對(duì)碰撞時(shí)間沒(méi)有上限要求，因此ADAS設(shè)備只要設(shè)定足夠長(zhǎng)的時(shí)間，無(wú)論是3s還是5s甚至更大的值均能通過(guò)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。顯然，這一點(diǎn)是不合理的，因?yàn)樘崆拜^長(zhǎng)時(shí)間報(bào)警 （車(chē)距足夠長(zhǎng)，并不存在碰撞危險(xiǎn)）會(huì)對(duì)駕駛員正常駕駛產(chǎn)生干擾。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，典型駕駛員感知-反應(yīng)時(shí)間范圍為0.9~2.1s，95%的駕駛員感知反應(yīng)時(shí)間為1.6s［7］?；诖?，按照法規(guī)的要求，剩下的最短操作時(shí)間如表2所示。顯然，法規(guī)規(guī)定最小TTC標(biāo)準(zhǔn)下，剩余的操作時(shí)間不足以使得車(chē)輛完全避免碰撞。

表1 TTC碰撞時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

表2 駕駛員最短操作時(shí)間

再者3種法規(guī)均對(duì)報(bào)警時(shí)刻的距離精度進(jìn)行了規(guī)定。

1）KC規(guī)定7次重復(fù)測(cè)試，至少5次通過(guò)才算通過(guò)，且5次TTC的偏差不能超過(guò)15%。

2）883規(guī)定報(bào)警時(shí)刻的距離與系統(tǒng)設(shè)定的距離偏差不能超過(guò)5%或±1m，但沒(méi)有可重復(fù)性的要求。

3）33577規(guī)定非自適應(yīng)系統(tǒng)7次重復(fù)測(cè)試，至少5次通過(guò)才算通過(guò)，且5次均需要滿足報(bào)警距離偏差不能超過(guò)15%或±2m的要求。

綜上所述，883僅考慮了系統(tǒng)的精度，并未考慮系統(tǒng)多次重復(fù)執(zhí)行時(shí)的穩(wěn)定性，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用而言，這一點(diǎn)883存在不足。KC與33577對(duì)系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性均有要求，且起到異曲同工之效。

3 ETTC的必要性

相對(duì)于883及KC，33577引入了強(qiáng)化距離碰撞時(shí)間的概念。一般而言，碰撞時(shí)間TTC確定算法是通過(guò)車(chē)輛與前方障礙物 （一般為車(chē)輛）的相對(duì)距離和平均相對(duì)速度決定［15］：

式中：V（t）——t時(shí)刻的瞬時(shí)相對(duì)速度，用以取代較小時(shí)間間隔Δt內(nèi)的平均相對(duì)速度；Z（t）—t時(shí)刻的相對(duì)距離。

事實(shí)上，本車(chē)與前車(chē)的相對(duì)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(jì)的偏差。那么，將相對(duì)加速度確定的TTC定義為T(mén)a（t），存在如下關(guān)系：

式 （3）假定從t時(shí)刻開(kāi)始直到碰撞發(fā)生，本車(chē)與前車(chē)間的相對(duì)加速度為常數(shù)a（t），且經(jīng)過(guò)Ta（t）的延時(shí)，距離減小到0。解方程 （4）可得：

為了說(shuō)明上述兩種計(jì)算TTC算法的差異，按照J(rèn)T／T 883-2014關(guān)于TTC的測(cè)試方法 （圖1），自車(chē)與前車(chē)相距30m，均以72km／h的速度同向行駛，在某一時(shí)刻前車(chē)以0.3g的減速度開(kāi)始制動(dòng)。按照標(biāo)準(zhǔn)的要求，TTC報(bào)警時(shí)間應(yīng)大于2.4s，假定TTC=2.7s報(bào)警，TTC與前車(chē)制動(dòng)時(shí)刻的關(guān)系如圖2所示。

圖1 試驗(yàn)過(guò)程示意圖

由圖2可以看出，基于相對(duì)速度的TTC確定算法在前車(chē)緊急制動(dòng)后2.52s發(fā)出警報(bào)，而基于相對(duì)加速度的TTC確定算法在前車(chē)緊急制動(dòng)后1.77s發(fā)出警報(bào)，前者比后者延遲約0.8s的時(shí)間，也就是說(shuō)，如果基于采用相對(duì)加速度的TTC確定算法將提前16m進(jìn)行報(bào)警，可以留出更為充足的反應(yīng)和制動(dòng)時(shí)間，以進(jìn)一步降低追尾碰撞發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)或者降低事故所帶來(lái)的損失。

圖2 TTC隨前車(chē)緊急制動(dòng)時(shí)間的變化

4 感知干擾測(cè)試要求

通過(guò)視覺(jué)、毫米波以及激光雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行感知與定位，會(huì)出現(xiàn)非危險(xiǎn)區(qū)域目標(biāo)的干擾。對(duì)于毫米波雷達(dá)而言尤其顯著，因?yàn)楹撩撞ɡ走_(dá)在沒(méi)有車(chē)身姿態(tài)估計(jì)和車(chē)道線約束的前提下，無(wú)法辨識(shí)目標(biāo)是否為碰撞區(qū)域的目標(biāo)。因此干擾測(cè)試的目的主要是對(duì)前車(chē)碰撞預(yù)警系統(tǒng)誤報(bào)或者誤操作的驗(yàn)證。3種規(guī)范對(duì)于該項(xiàng)內(nèi)容的考核機(jī)制如表3所示 （√表示有規(guī)定，×表示無(wú)規(guī)定）。由表3可以看出，國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)在此項(xiàng)測(cè)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(tǒng)抗干擾測(cè)試

5 結(jié)論

本文對(duì)中國(guó)和韓國(guó)關(guān)于汽車(chē)前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)的測(cè)試法規(guī)進(jìn)行了對(duì)比分析，得到的主要結(jié)論如下。

1）總體而言，中國(guó)法規(guī)測(cè)試項(xiàng)的考慮更為全面，但是對(duì)于TTC沒(méi)有規(guī)定上限，測(cè)試要求稍顯不足，韓國(guó)KC認(rèn)證沒(méi)有對(duì)探測(cè)范圍感知傳感器的重要性能指標(biāo)進(jìn)行規(guī)定，顯然是不合理的。

2）各法規(guī)對(duì)于TTC下限的規(guī)定，按照駕駛員的正常反應(yīng)時(shí)間再進(jìn)行制動(dòng)操作無(wú)法完全避免碰撞。

3）在兩車(chē)相對(duì)速度較大時(shí)，強(qiáng)化距離碰撞時(shí)間的引入是非常必要，能夠預(yù)留充足的反應(yīng)和制動(dòng)時(shí)間，使得前碰撞預(yù)警系統(tǒng)更為可靠。

4）33577是883基礎(chǔ)上的完善，參照此法規(guī)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，能夠全面反映前車(chē)碰撞系統(tǒng)的性能。