黃超智， 龍軍， 周金應(yīng)， 李可

(中國汽車工程研究院股份有限公司， 重慶 401122)

隨著居民生活水平的日益提高，汽車保有量不斷提升，道路交通量快速增長，特別是高速公路交通量持續(xù)高位運(yùn)行，造成交通事故頻發(fā)，給社會(huì)帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。為降低交通事故發(fā)生的可能性，越來越多的主動(dòng)安全系統(tǒng)在汽車上推廣應(yīng)用，自動(dòng)緊急制動(dòng)(Autonomous Emergency Braking,AEB)系統(tǒng)便是其中之一。歐盟新車安全評(píng)鑒協(xié)會(huì)Euro NCAP的研究結(jié)果表明，AEB能有效避免27%的碰撞事故。

1 AEB標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求

汽車安全要求的日益嚴(yán)格，使AEB逐漸成為汽車標(biāo)配。歐盟商用車自2013年11月起必須按照法規(guī)要求裝配AEB系統(tǒng)，Euro NCAP于2014年正式將AEB納入新車安全評(píng)價(jià)加分項(xiàng)中。

中國GB 7258-2017《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》要求車長大于11 m的公路客車和旅游客車裝備符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的車道保持輔助系統(tǒng)和AEB系統(tǒng)，該條款自2021年1月1日起對(duì)所有新定型車輛實(shí)施。為進(jìn)一步提升營運(yùn)車輛的安全技術(shù)水平，交通運(yùn)輸部于2016年12月30日發(fā)布JT/T 1094-2016《營運(yùn)客車安全技術(shù)條件》，要求車長大于9 m的營運(yùn)客車裝備符合JT/T 883規(guī)定的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)(LDWS)和自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)(AEBS)，該條款對(duì)于AEBS的要求于2019年4月1日起開始對(duì)所有新生產(chǎn)車型實(shí)施。2018年2月26日發(fā)布的JT/T 1178.1-2018《營運(yùn)貨車安全技術(shù)條件 第1部分：載貨汽車》規(guī)定，總質(zhì)量大于或等于12 000 kg且最高車速大于90 km/h的載貨汽車應(yīng)安裝AEBS，該條款將于2021年5月1日起實(shí)施。2019年3月15日發(fā)布的JT/T 1178.2-2019《營運(yùn)貨車安全技術(shù)條件 第2部分：牽引車輛與掛車》規(guī)定，最高車速大于或等于90 km/h的牽引車輛應(yīng)安裝AEBS，AEBS的性能應(yīng)符合JT/T 1242-2019《營運(yùn)車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)性能要求和測試規(guī)程》的規(guī)定，該條款將于2021年5月1日起實(shí)施。

交通運(yùn)輸部于2019年4月1日開始實(shí)施JT/T 1242-2019，目前營運(yùn)車輛AEB測試均按該標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。該文針對(duì)JT/T 1242-2019規(guī)定的測試工況構(gòu)建AEB測試系統(tǒng)并開展實(shí)車測試，為后續(xù)相關(guān)測試的開展及標(biāo)準(zhǔn)完善提供借鑒。

2 AEB原理概述

AEB是一種通過自動(dòng)制動(dòng)來避免或緩解碰撞的主動(dòng)安全技術(shù)，主要由測距、數(shù)據(jù)分析和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大模塊構(gòu)成。其中：測距模塊主要用于獲取周邊交通狀況，包含單/雙目攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等多種傳感器；數(shù)據(jù)分析模塊根據(jù)傳感器獲取的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)判斷與前方車輛或行人發(fā)生碰撞的可能性，計(jì)算距離小于等于報(bào)警距離時(shí)通過聲音、圖像等對(duì)駕駛員發(fā)出報(bào)警提示，計(jì)算距離小于安全距離時(shí)自動(dòng)采取剎車制動(dòng)。

如圖1所示，AEB系統(tǒng)在t0時(shí)刻感知到前方目標(biāo)；車輛行駛到t1時(shí)刻，如果駕駛員未進(jìn)行較強(qiáng)制動(dòng)，AEB系統(tǒng)將發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并預(yù)先填充制動(dòng)系統(tǒng)；t2時(shí)刻，如果駕駛員仍未進(jìn)行緊急制動(dòng)或避讓，AEB系統(tǒng)將限制發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩進(jìn)行短時(shí)緊急制動(dòng)，目的是給駕駛員進(jìn)行觸覺報(bào)警；t3時(shí)刻，如果駕駛員仍未采取避免碰撞措施，AEB系統(tǒng)計(jì)算出碰撞危險(xiǎn)程度已達(dá)到臨界制動(dòng)點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)全力制動(dòng)以避免或緩解碰撞。

圖1 AEB系統(tǒng)的工作過程

3 典型AEB道路測試工況及評(píng)價(jià)方法

JT/T 1242-2019中規(guī)定了目標(biāo)檢測距離、目標(biāo)檢測寬度、目標(biāo)車輛靜止、目標(biāo)車輛移動(dòng)、彎道橫向目標(biāo)識(shí)別、誤響應(yīng)、行人和車路通信8種道路測試工況，各工況的評(píng)價(jià)指標(biāo)見表1。

3.1 目標(biāo)檢測距離測試

目標(biāo)車輛靜止且與被測車輛方向一致，被測車輛距離目標(biāo)車輛200 m時(shí)開始測試，測試中被測車輛與目標(biāo)車輛的中心線偏差不超過被測車輛寬度的±20%。被測車輛與目標(biāo)車輛發(fā)生碰撞或與目標(biāo)車輛距離小于2 m且無法探測到目標(biāo)車輛時(shí)，結(jié)束測試。

3.2 目標(biāo)檢測寬度測試

目標(biāo)車輛靜止且與被測車輛方向一致，被測車輛位于車道中心線，被測車輛與車道中心線偏差不超過被測車輛寬度的±20%。左側(cè)檢測寬度測試時(shí)，目標(biāo)車輛左側(cè)車輛壓被測車輛左側(cè)車道線；右側(cè)檢測寬度測試時(shí)，目標(biāo)車輛右側(cè)車輛壓被測車輛右側(cè)車道線。被測車輛距離目標(biāo)車輛200 m時(shí)測試開始，距離小于150 m時(shí)測試結(jié)束。

表1 AEB道路測試主要評(píng)價(jià)指標(biāo)要求

注：TTC為被測車輛與目標(biāo)障礙物在t時(shí)刻發(fā)生碰撞所需時(shí)間，TTC=車間距離/(被測車輛速度-目標(biāo)車輛速度)；緊急制動(dòng)階段為被測車輛以至少4 m/s2的減速度開始減速的階段。

3.3 目標(biāo)車輛靜止測試

目標(biāo)車輛靜止且與被測車輛方向一致，被測車輛分別以40和80 km/h的速度行駛，距離目標(biāo)車輛150 m時(shí)開始測試，車速誤差保持在±2 km/h，被測車輛與目標(biāo)車輛的中心線偏差不超過被測車輛寬度的±20%。被測車輛與目標(biāo)車輛發(fā)生碰撞或避免碰撞時(shí)，結(jié)束測試。

3.4 目標(biāo)車輛移動(dòng)測試

目標(biāo)車輛靜止且與被測車輛方向一致，被測車輛和目標(biāo)車輛分別以80和12 km/h的速度沿車道中心線直線行駛。被測車輛距離目標(biāo)車輛150 m時(shí)開始測試，被測車輛和目標(biāo)車輛的速度誤差均保持在±2 km/h，被測車輛與目標(biāo)車輛的中心線偏差不超過被測車輛寬度的±20%。

3.5 彎道橫向目標(biāo)識(shí)別測試

測試道路為曲率半徑為250或150 m的彎道。曲率半徑為250 m時(shí)，被測車輛、相鄰車道前車和目標(biāo)車輛均以大于等于50 km/h的速度同方向行駛；曲率半徑為150 m時(shí)，被測車輛、相鄰車道前車和目標(biāo)車輛均以大于等于40 km/h的速度同方向行駛。被測車輛和目標(biāo)車輛在同車道行駛，相鄰車道前車在目標(biāo)車輛外側(cè)車道行駛，車間距離不會(huì)觸發(fā)預(yù)警。開始測試后，相鄰車道前車將速度降至25 km/h以下，被測車輛超過相鄰車道前車時(shí)AEBS不應(yīng)預(yù)警且不發(fā)生制動(dòng)。然后目標(biāo)車輛將速度降至被測車輛發(fā)生碰撞預(yù)警的速度，測試結(jié)束。測試開始前，3臺(tái)車輛的速度誤差至少2 s保持在±3 km/h；測試開始到結(jié)束，被測車輛的速度誤差保持在±3 km/h(見圖2)。

圖2 彎道橫向目標(biāo)識(shí)別測試示意圖

3.6 誤響應(yīng)測試

被測車輛以50 km/h的速度勻速行駛至少60 m后穿過2輛靜止的前車。2輛前車車頭方向與被測車輛一致，車身間距為4.5 m，車輛尾部處于同一平面。被測車輛的速度允許誤差為±2 km/h，2輛靜止前車的橫向和縱向距離允許誤差均為±0.1 m。

3.7 行人測試

測試開始時(shí)，被測車輛沿預(yù)定車道中心線(B-B)加速至60 km/h并穩(wěn)定車速，同時(shí)控制行人從被測車輛車道中心線左側(cè)6 m處沿A-A路徑運(yùn)動(dòng)，行人的加速距離F為1.5 m。被測車輛與行人的碰撞點(diǎn)為L，行人距離L點(diǎn)4.5 m時(shí)應(yīng)達(dá)到8 km/h的目標(biāo)速度。如果被測車輛AEBS自動(dòng)制動(dòng)或產(chǎn)生碰撞，則結(jié)束測試(見圖3)。

圖3 行人測試示意圖

3.8 車路通信測試

測試道路路側(cè)單元以10次/s的頻率廣播發(fā)送障礙物狀態(tài)信息，被測車輛以72 km/h的速度勻速行駛，距離模擬地理位置至少150 m時(shí)開始測試。測試過程中，被測車輛的速度誤差保持在±2 km/h，被測車輛的中心線偏差不超過被測車輛寬度的±20%。

4 AEB測試系統(tǒng)及測試場景構(gòu)建

4.1 AEB測試系統(tǒng)構(gòu)建

AEB測試系統(tǒng)測量被測車輛和目標(biāo)車輛的速度、減速度、相對(duì)距離等參數(shù)，具有較高的精度要求。為保證測試的可靠性和重復(fù)性，采用專業(yè)的測試設(shè)備進(jìn)行測試。目前國內(nèi)AEB測試主要通過VBOX系統(tǒng)或駕駛機(jī)器人系統(tǒng)完成，VBOX系統(tǒng)安裝及操作相對(duì)簡單，但無法進(jìn)行行人測試。為提高測試效率，除行人測試采用駕駛機(jī)器人系統(tǒng)外，其他測試均采用VBOX系統(tǒng)。

VBOX測試系統(tǒng)主要由VBOX 3i RTK、固定基站、基站通信模塊、雙車通信模塊、PC端等構(gòu)成(見圖4)。其中：VBOX 3i RTK為數(shù)據(jù)采集單元，是VBOX 3i雙天線的支持RTK的版本，其采樣頻率最大為100 Hz。VBOX 3i RTK帶有文件管理器，通過文件管理器可更改動(dòng)態(tài)模式和濾波器設(shè)置、設(shè)置滑移角數(shù)據(jù)并定義天線位置等。固定基站基于差分技術(shù)并通過通信天線和基站通信模塊實(shí)時(shí)發(fā)送位置校準(zhǔn)信息，使VBOX 3i RTK獲得±2 cm的位置精度。雙車通信模塊可將目標(biāo)車輛的位置、車速等參數(shù)傳輸給被測車輛。

圖4 VBOX測試系統(tǒng)的基本架構(gòu)

駕駛機(jī)器人測試系統(tǒng)主要由駕駛機(jī)器人、RT 3002、RT Range、固定基站等組成(見圖5)。其中：駕駛機(jī)器人用于操縱車輛或假人運(yùn)動(dòng)，其控制器使用美國PMAC運(yùn)動(dòng)控制板卡，等同于一個(gè)三軸伺服電機(jī)系統(tǒng)，可通過調(diào)節(jié)比例-積分-微分(PID)控制其運(yùn)動(dòng)執(zhí)行精度。RT 3002配合固定基站使用，固定基站通過無線通信向RT 3002實(shí)時(shí)提供位置校準(zhǔn)信息，RT 3002向駕駛機(jī)器人提供定位、導(dǎo)航等信息。RT Range包括Hunter和Target兩種，Hunter安裝于被測車輛，Target安裝于目標(biāo)車輛或行人系統(tǒng)。RT Range可將目標(biāo)車輛或行人的位置、速度等實(shí)時(shí)傳輸給被測車輛并計(jì)算與目標(biāo)車輛或行人的橫向距離、縱向距離、TTC等參數(shù)。

最終搭建的AEB測試系統(tǒng)見圖6。

圖5 駕駛機(jī)器人測試系統(tǒng)的基本架構(gòu)

圖6 AEB測試系統(tǒng)

4.2 AEB測試場景構(gòu)建

目前AEB系統(tǒng)基本為Ⅰ類系統(tǒng)，不具備車路通信功能，且目標(biāo)檢測距離測試和目標(biāo)檢測寬度測試不需要額外儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，彎道橫向目標(biāo)識(shí)別測試和誤響應(yīng)測試僅為功能性驗(yàn)證測試。因此，僅對(duì)目標(biāo)車輛靜止測試、目標(biāo)車輛移動(dòng)測試和行人測試進(jìn)行說明。

目標(biāo)車輛靜止測試場景構(gòu)建見圖7。為保證測試的安全性，測試中采用軟性目標(biāo)車輛，其視覺、雷達(dá)和反射量屬性與實(shí)際M1類車輛相同。軟性目標(biāo)車輛處于基準(zhǔn)點(diǎn)位置，被測車輛和軟性目標(biāo)車輛處于同一測試車道，被測車輛位于軟性目標(biāo)車輛后部一定距離，分別進(jìn)行40、80 km/h車速下的測試。

圖7 目標(biāo)車輛靜止測試場景

目標(biāo)車輛移動(dòng)測試場景構(gòu)建見圖8。軟管用于連接移動(dòng)拖車和軟性目標(biāo)車輛，目標(biāo)車輛的測試設(shè)備安裝于移動(dòng)拖車上，碰撞基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置于軟性目標(biāo)車輛尾部。測試過程中，由拖車拖動(dòng)軟性目標(biāo)車輛以12 km/h的速度行駛，被測車輛試驗(yàn)速度為80 km/h。

圖8 目標(biāo)車輛移動(dòng)測試場景

行人測試場景構(gòu)建見圖9。目標(biāo)假人固定于移動(dòng)平臺(tái)，移動(dòng)平臺(tái)隨張緊帶運(yùn)動(dòng)，張緊帶通過轉(zhuǎn)向機(jī)器人進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通過駕駛機(jī)器人設(shè)置行人移動(dòng)速度、行走路徑等信息，對(duì)被測車輛進(jìn)行60 km/h速度下的試驗(yàn)。

圖9 行人測試場景

5 AEB實(shí)車測試

5.1 試驗(yàn)車輛

選取某M3類客車進(jìn)行試驗(yàn)。該客車搭載由某款77 GHz毫米波雷達(dá)和某款單目攝像頭構(gòu)成的AEB系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作速度為15～90 km/h。試驗(yàn)車輛的基本參數(shù)見表2。

表2 試驗(yàn)車輛的基本參數(shù)

5.2 測試結(jié)果分析

根據(jù)所構(gòu)建的測試系統(tǒng)和測試場景對(duì)試驗(yàn)車輛進(jìn)行目標(biāo)車輛靜止、目標(biāo)車輛移動(dòng)和行人測試。

目標(biāo)車輛靜止測試結(jié)果見圖10和表3。被測車輛以40 km/h的速度勻速接近靜止的目標(biāo)車輛，TTC為3.4 s時(shí)，產(chǎn)生碰撞預(yù)警，緊急制動(dòng)前2.1 s產(chǎn)生一級(jí)預(yù)警，緊急制動(dòng)前1.4 s產(chǎn)生二級(jí)預(yù)警，預(yù)警階段速度減小量為8.5 km/h；TTC為1.8 s時(shí)，AEB系統(tǒng)控制被測車輛進(jìn)行緊急制動(dòng)，未與目標(biāo)車輛發(fā)生碰撞。

圖10 目標(biāo)車輛靜止測試結(jié)果

表3 AEB實(shí)車測試結(jié)果

目標(biāo)車輛移動(dòng)測試結(jié)果見圖11和表3。目標(biāo)車輛以12 km/h的速度勻速直線行駛，被測車輛以80 km/h的速度勻速接近。TTC為3.7 s時(shí)，產(chǎn)生碰撞預(yù)警，緊急制動(dòng)前2.0 s產(chǎn)生一級(jí)預(yù)警，緊急制動(dòng)前1.4 s產(chǎn)生二級(jí)預(yù)警，預(yù)警階段速度減小量為8.6 km/h；TTC為2.0 s時(shí)，AEB系統(tǒng)控制被測車輛進(jìn)行緊急制動(dòng)，未與目標(biāo)車輛發(fā)生碰撞。

圖11 目標(biāo)車輛移動(dòng)測試結(jié)果

行人測試結(jié)果見圖12和表3。TTC為3.6 s時(shí)，產(chǎn)生碰撞預(yù)警，緊急制動(dòng)前2.8 s產(chǎn)生一級(jí)預(yù)警，緊急制動(dòng)前2.2 s產(chǎn)生二級(jí)預(yù)警，預(yù)警階段速度減小量為13.9 km/h；TTC為1.1 s時(shí)，AEB系統(tǒng)控制被測車輛進(jìn)行緊急制動(dòng)，被測車輛速度減小量為35.4 km/h。

圖12 行人測試結(jié)果

6 結(jié)語

該文根據(jù)AEB系統(tǒng)配置要求和JT/T 1242-2019規(guī)定的典型測試工況搭建VBOX系統(tǒng)和駕駛機(jī)器人系統(tǒng)兩種AEB測試系統(tǒng)，通過構(gòu)建目標(biāo)車輛靜止、目標(biāo)車輛移動(dòng)和行人等測試場景，對(duì)某客車的AEB系統(tǒng)進(jìn)行測試，結(jié)果表明該車輛AEB系統(tǒng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。后續(xù)研究中，應(yīng)對(duì)頻繁隨意變道、急加速急減速、車輛與電瓶車碰撞等中國特有事故場景下的AEB性能進(jìn)行測試，為標(biāo)準(zhǔn)完善提供借鑒。