李文禮，郭文博，石曉輝，陸 宇，張友松

（重慶理工大學(xué) 汽車零部件先進(jìn)制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400054）

隨著我國(guó)汽車保有量的快速增加，因交通事故造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失也越來越大，作為智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)能夠彌補(bǔ)駕駛員判斷及操作失誤的不足，可以減少38%的交通事故的發(fā)生，對(duì)提高交通安全、避免或緩解碰撞事故具有重大作用［1］。隨著車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出來很多避撞模型，主要可分為安全距離模型和安全時(shí)間模型。對(duì)于安全距離模型，具有代表性的有NHTSA模型［2］、Mazda模型［3］、Honda模型［4］等。袁朝春等［5－6］考慮車輛制動(dòng)性能等因素，建立了能同時(shí)兼顧駕駛安全和道路使用率的主動(dòng)避撞DRV安全距離模型。劉志強(qiáng)等［7］以車輛臨界避撞條件下所需的最小減速度為閾值建立了DAC模型，其避撞率和及時(shí)性相比于TTC模型都有一定的提高。對(duì)于安全時(shí)間模型，胡遠(yuǎn)志等［8］基于新的碰撞時(shí)間TTC開發(fā)了一種體現(xiàn)駕駛員控制優(yōu)先性和協(xié)調(diào)性的主動(dòng)避撞系統(tǒng)。裴曉飛等［9］提出碰撞時(shí)間余量的概念，設(shè)計(jì)了一種符合駕駛員避撞特性的分級(jí)報(bào)警／避撞算法。蘭鳳崇等［10］根據(jù)汽車追尾適度深度調(diào)查分析確定制動(dòng)減速度，在考慮舒適性的條件下確定碰撞時(shí)間閾值建立主動(dòng)避撞模型，其可在相對(duì)車速65 km／h以內(nèi)有效避撞。這些主動(dòng)避撞模型通常都采用了固定的參數(shù)，忽略了不同類型的駕駛員、不同的行車狀況的差異。對(duì)于不同類型的駕駛員在不同行車的狀況下，對(duì)主動(dòng)避撞系統(tǒng)激活的時(shí)刻和制動(dòng)停止后與前方障礙物保持的安全距離的要求都是不同的，這些因素不但會(huì)影響駕駛員駕駛時(shí)的緊張程度和安全感，還可能會(huì)在一定程度上影響交通，降低道路的運(yùn)行效率。

考慮駕駛員類型和車輛行駛工況因素，建立了縱向和橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型；利用模糊控制具有魯棒性強(qiáng)、具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力、適用于解決過程控制中的非線性問題的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于模糊控制的車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)，模糊控制器Ⅰ選取駕駛員類型和主車車速為輸入?yún)?shù)、主動(dòng)制動(dòng)閾值為輸出參數(shù)，根據(jù)駕駛員類型和行車工況的不同來控制不同的制動(dòng)時(shí)刻，模糊控制器Ⅱ選取相對(duì)速度和相對(duì)距離，輸出制動(dòng)信號(hào)以對(duì)車輛制動(dòng)過程中的制動(dòng)壓力進(jìn)行控制，并通過Prescan仿真平臺(tái)對(duì)該主動(dòng)避撞系統(tǒng)的有效性進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

1 主車危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型與主動(dòng)避撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在主車行駛過程中，主要是根據(jù)主車危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型來判斷其危險(xiǎn)狀態(tài)以決定是否需要激活主動(dòng)避撞系統(tǒng)及激活主動(dòng)避撞系統(tǒng)的時(shí)機(jī)。錯(cuò)誤地激活主動(dòng)避撞系統(tǒng)不但無法有效地幫助駕駛員避免危險(xiǎn)狀況發(fā)生，而且還可能會(huì)在一定程度下影響道路交通，降低運(yùn)行效率。主車危險(xiǎn)狀態(tài)判別要分為橫向和縱向兩個(gè)方面進(jìn)行判斷，當(dāng)2個(gè)條件全部滿足時(shí)，車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)才會(huì)被激活。

1.1 縱向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型建立

對(duì)于主動(dòng)避撞系統(tǒng)，基于安全時(shí)間算法相比于安全距離算法更能體現(xiàn)駕駛員在自然駕駛狀態(tài)下的感知和判斷習(xí)慣。將以安全時(shí)間算法為基礎(chǔ)建立縱向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型，根據(jù)主車與前方障礙物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和位置關(guān)系計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的碰撞時(shí)間，并通過比較其與主動(dòng)制動(dòng)閾值的大小，來判斷主車縱向是否處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

碰撞時(shí)間（TTC）為主車和前方障礙物均保持當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下到發(fā)生碰撞所剩余的時(shí)間，即

式中：drel為當(dāng)前時(shí)刻主車與前方障礙物的相對(duì)距離；vrel為主車與前方障礙物的相對(duì)車速；v1為當(dāng)前時(shí)刻主車的車速；v2為當(dāng)前時(shí)刻前方障礙物的速度。計(jì)算出的碰撞時(shí)間TTC的值越小，則主車與前方障礙物發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)程度越大。

在車輛實(shí)際行駛過程中，一個(gè)激進(jìn)并具有較好反應(yīng)能力的駕駛員，可能會(huì)感到因系統(tǒng)設(shè)定的主動(dòng)制動(dòng)閾值過大而導(dǎo)致激活主動(dòng)避撞系統(tǒng)的時(shí)刻過早，一方面過早的激活主動(dòng)避撞系統(tǒng)可能會(huì)導(dǎo)致駕駛員失去對(duì)主動(dòng)避撞系統(tǒng)的信任而關(guān)閉該系統(tǒng)，另一方面也可能會(huì)在一定程度上影響交通，降低道路的運(yùn)行效率；而對(duì)于一個(gè)保守且反應(yīng)能力較差的駕駛員，可能會(huì)感到由于系統(tǒng)所設(shè)定的主動(dòng)制動(dòng)閾值過小而導(dǎo)致主動(dòng)避撞系統(tǒng)的激活時(shí)刻過晚，并且車輛停下時(shí)與前方障礙物保持的安全距離過小，對(duì)于這種類型的駕駛員來說可能并不安全，這種情況會(huì)使其過度緊張而產(chǎn)生驚慌感。另外，對(duì)于行車狀況的不同，駕駛員駕駛時(shí)的緊張程度和注意力集中程度也不同，當(dāng)車輛處于高速行駛且有危險(xiǎn)狀況即將發(fā)生的情況下，由于環(huán)境復(fù)雜，駕駛員通常較早地使車輛進(jìn)入緊急制動(dòng)狀態(tài)；而車輛處于低速行駛且有危險(xiǎn)即將發(fā)生的情況下，駕駛員通常會(huì)較晚地采取緊急制動(dòng)措施。因此，基于不同類型駕駛員特性并考慮不同行車狀況的縱向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型才能充分保證主動(dòng)避撞系統(tǒng)的高效工作。本文采用模糊控制來得到不同類型駕駛員和不同行車狀況下主動(dòng)避撞系統(tǒng)中主動(dòng)制動(dòng)閾值。

該模糊控制器Ⅰ選取駕駛員類型和主車車速為輸入?yún)?shù)，取主動(dòng)制動(dòng)閾值TTC1為輸出參數(shù)。對(duì)于駕駛員類型，根據(jù)駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的快慢，將駕駛員類型分為激進(jìn)型、成熟型和保守型，其模糊集合為｛aggressive（激進(jìn)型），ripe（成熟型），conservation（保 守 型）｝，論 域 范 圍 為［1，1.4］。對(duì)于主車車速（km／h），其模糊集合為｛Z0，P1，P2，P3，P4，P5｝，論域范圍為［0，100］。輸出量主動(dòng)制動(dòng)閾值的模糊集合為｛P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7｝，論域范圍為［0.8，1.8］。輸入輸出的隸屬度函數(shù)曲線如圖1所示。隸屬度函數(shù)采用三角形函數(shù)和梯形函數(shù)，模糊關(guān)系法則為Mamdani。模糊規(guī)則表如表1所示。模糊控制輸入輸出變量關(guān)系曲面如圖2所示。

圖1 各變量的輸入輸出隸屬度函數(shù)曲線

表1 模糊規(guī)則

圖2 模糊控制輸入輸出變量關(guān)系曲面

車輛行駛過程中前方車道有障礙物出現(xiàn)，當(dāng)由前后兩車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)計(jì)算出的TTC值小于等于主動(dòng)制動(dòng)閾值TTC1時(shí)，駕駛員若未能采取避撞措施，則此時(shí)縱向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型將車輛的狀態(tài)判定為縱向危險(xiǎn)狀態(tài)，如圖3所示。

圖3 縱向危險(xiǎn)狀態(tài)區(qū)域劃分示意圖

1.2 橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型建立

在車輛行駛過程中，其前方的障礙物主要有同車道或鄰車道的車輛、行人和穿越主車所在車道的車輛、行人，其中鄰車道的車輛或行人和即將穿越主車車道的車輛或行人可能會(huì)導(dǎo)致主車主動(dòng)避撞系統(tǒng)的“誤激活”，因此需要建立橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型來判斷主車前方障礙物是否屬于危險(xiǎn)目標(biāo)，從而決定是否需要激活主動(dòng)避撞系統(tǒng)。首先需要建立數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊來對(duì)傳感器模型輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到主車與前方障礙物的橫向距離和縱向距離。傳感器探測(cè)的距離為主車與前方障礙物的直線距離，通過式（3）（4）將主車與前方障礙物的直線距離轉(zhuǎn)換為橫向距離和縱向距離。

式中：L為主車與前方障礙物的直線距離；S為主車與前方障礙物的橫向距離；D為主車與前方障礙物的縱向距離；θ為前方障礙物相對(duì)于主車的方位角。當(dāng)主車與前方障礙物的橫向距離S≥W／2時(shí)，判斷前方障礙物為非危險(xiǎn)目標(biāo)，因此不會(huì)在行駛過程中激活主動(dòng)避撞系統(tǒng)。當(dāng)主車與前方障礙物的橫向距離S≤W／2時(shí)，前方障礙物可能有變道、轉(zhuǎn)向或穿越車道的趨勢(shì)，則判斷該目標(biāo)車輛為危險(xiǎn)目標(biāo)。如圖4所示，當(dāng)前方障礙物處于1、4區(qū)域時(shí)，橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型判斷此時(shí)為橫向安全狀態(tài)；當(dāng)前方障礙物處于2、3橫向危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，則橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型判斷此時(shí)為橫向危險(xiǎn)狀態(tài)。其中，W為車道寬度，一般為3.5～4 m，本文取W＝3.8 m。

圖4 橫向危險(xiǎn)狀態(tài)區(qū)域劃分示意圖

當(dāng)縱向和橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型都判斷此時(shí)車輛處于危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，如果駕駛員還是未能采取避撞措施，則車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)會(huì)被激活，代替駕駛員接替車輛控制權(quán)，制動(dòng)壓力會(huì)自動(dòng)施加以避免碰撞發(fā)生。

2 主動(dòng)避撞制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于模糊控制具有魯棒性強(qiáng)、靈活性好的特點(diǎn)，并且具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力，其設(shè)計(jì)不依靠對(duì)象精確數(shù)學(xué)模型，而是利用語言知識(shí)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和修正控制算法，適用于解決過程控制中的非線性問題［11］，因此采用模糊控制對(duì)主動(dòng)避撞制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)不同的行駛狀況調(diào)整不同的制動(dòng)措施，更能體現(xiàn)主動(dòng)避撞系統(tǒng)的智能性。

主動(dòng)避撞制動(dòng)系統(tǒng)模糊控制器Ⅱ的輸入變量為主車與前方障礙物的相對(duì)距離D（m）和主車與前方障礙物的相對(duì)速度Δv（km／h），輸出變量為主動(dòng)制動(dòng)信號(hào)S。輸入輸出參數(shù)都用7個(gè)語言變量進(jìn)行描述。主車與前方障礙物的相對(duì)距離D的模糊集合為｛VS（極?。琈S（中?。琒（?。?，M（中），B（大），MB（中大），VB（極大）｝，其論域范圍為［0，70］；主車與前方障礙物的相對(duì)速度Δv的模糊集合為｛N1，N2，N3，N4，N5，N6，N7｝，其論域范圍為［－120，0］；主動(dòng)制動(dòng)信號(hào)S的模糊集合為｛VS，MS，S，M，B，MB，VB｝，其論域范圍為［0，1］，該輸出信號(hào)將與車輛最大制動(dòng)壓力相乘得到車輛制動(dòng)壓力。輸入輸出變量的隸屬度函數(shù)曲線如圖5所示。

圖5 輸入輸出變量隸屬度函數(shù)曲線

隸屬度函數(shù)采用三角函數(shù)和梯形函數(shù)，模糊關(guān)系法則為Mamdani。推理規(guī)則如表2所示。模糊控制輸入輸出變量關(guān)系曲面如圖6所示。

表2 模糊控制規(guī)則

圖6 模糊控制輸入輸出變量關(guān)系曲面

模糊語言規(guī)則推理部分如下：

1.If（D is VS）and（Δv is N1）then（Sis M）

2.If（D is VS）and（Δv is N2）then（Sis B）

49.If（D is VB）and（Δv is N7）then（Sis M）

3 典型工況下的仿真分析

測(cè)試工況參考中國(guó)新車評(píng)價(jià)規(guī)程（C-NCAP）中關(guān)于車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的典型測(cè)試方法。選取其中前后兩車相對(duì)速度最大的工況前車靜止工況（CCRs）和車輛碰撞遠(yuǎn)端行人工況（CVFA-50）驗(yàn)證該主動(dòng)避撞系統(tǒng)的有效性。兩種工況將基于Prescan仿真平臺(tái)進(jìn)行場(chǎng)景搭建。

3.1 仿真模型搭建

在基于Prescan對(duì)車輛主動(dòng)避撞系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證時(shí)，需要通過傳感器模型感知前方危險(xiǎn)目標(biāo)的信息。因此，對(duì)主車配置傳感器模塊，選擇TIS（Technology Independent Sensor）傳感器模型，配置一個(gè)探測(cè)距離為100 m、水平探測(cè)角度為20°的長(zhǎng)距離雷達(dá)，但是由于長(zhǎng)距離雷達(dá)的探測(cè)角度過小，可能無法探測(cè)到近距離兩側(cè)的目標(biāo)，導(dǎo)致主動(dòng)避撞系統(tǒng)不能進(jìn)行正確決策，因此再配置一個(gè)探測(cè)距離為60 m、水平探測(cè)角度為50°的短距離雷達(dá)，2個(gè)傳感器的位置均安裝在主車前保險(xiǎn)杠中心。另外由于在車輛制動(dòng)過程中會(huì)發(fā)生前傾現(xiàn)象，如果雷達(dá)垂直探測(cè)角度過小，則會(huì)發(fā)生目標(biāo)信息丟失的現(xiàn)象，從而影響避撞系統(tǒng)控制策略進(jìn)行正確的決策［12］，因此，長(zhǎng)距離雷達(dá)和短距離雷達(dá)的垂直探測(cè)角均取15°。

車輛模型選用2D Simple動(dòng)力學(xué)模型，部分參數(shù)如表3所示。

表3 車輛參數(shù)

建立CCRs和CVFA-50仿真測(cè)試工況。

CCRs工況：主車以一定速度朝前方靜止的車輛勻速移動(dòng)，主車的速度范圍為10～60 km／h。

CVFA-50工況：行人以6.5 km／h的速度從測(cè)試車輛遠(yuǎn)端6 m處，沿車輛運(yùn)動(dòng)的垂直方向運(yùn)動(dòng)，要求若車輛不進(jìn)行制動(dòng)，行人將與車輛寬度50%處相撞，主車的速度范圍為20～60 km／h。

3.2 典型工況下的仿真結(jié)果分析

3.2.1 前車靜止工況（CCRs）

在城間道路交通中，車輛一般會(huì)以較高車速行駛，因此建立CCRs_1場(chǎng)景：主車以60 km／h的速度接近前方靜止車輛，主車與前車的初始距離設(shè)為60 m。仿真時(shí)長(zhǎng)設(shè)為8 s，激進(jìn)型和保守型主動(dòng)避撞控制策略仿真結(jié)果如圖7、8所示。

圖7 激進(jìn)型避撞策略曲線（CCRs_1）

圖8 保守型避撞策略曲線（CCRs_1）

由于靜止車輛始終保持在主車的正前方，因此橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型始終判斷前車位于橫向危險(xiǎn)區(qū)域，主車處于橫向危險(xiǎn)狀態(tài)。對(duì)于圖7激進(jìn)型主動(dòng)避撞控制策略，2.41 s時(shí)，由前后兩車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)計(jì)算出的TTC值小于縱向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型輸出主動(dòng)制動(dòng)閾值1.3 s，因此，此時(shí)縱向危險(xiǎn)狀態(tài)模型判斷前車位于縱向危險(xiǎn)區(qū)域，主車處于縱向危險(xiǎn)狀態(tài)，此時(shí)滿足主動(dòng)避撞系統(tǒng)激活條件，該系統(tǒng)開始對(duì)車輛進(jìn)行主動(dòng)制動(dòng)，車輛進(jìn)入減速度為－7.6 m／s2的制動(dòng)狀態(tài)，且繼續(xù)接近前方靜止車輛，車輛以－7.6 m／s2的減速度保持0.8 s后，隨著主車速度的迅速下降，碰撞風(fēng)險(xiǎn)降低，因此減速度也逐漸降低，舒適性有一定的提高，在4.95 s時(shí)，主車速度減小為0，車輛停止，此時(shí)主車與前車的相對(duì)距離為最小值2.2 m，該主動(dòng)避撞系統(tǒng)能夠有效避撞，整個(gè)避撞過程經(jīng)歷的時(shí)長(zhǎng)為2.54 s；對(duì)于圖8保守型主動(dòng)避撞控制策略，2.2 s時(shí)，TTC小于主動(dòng)制動(dòng)閾值1.5 s，此時(shí)主動(dòng)避撞系統(tǒng)被激活，激活瞬間車輛減速度達(dá)到－6.4 m／s2，由于碰撞風(fēng)險(xiǎn)較高，隨后迅速上升到－7.6 m／s2并保持0.9 s，減速度隨碰撞風(fēng)險(xiǎn)的降低而減小。在4.8 s時(shí)，主車速度減小到0，此時(shí)與前車的最小相對(duì)距離為5.6 m，該系統(tǒng)避撞成功，整個(gè)避撞過程經(jīng)歷的時(shí)長(zhǎng)為2.6 s，最大制動(dòng)減速度保持時(shí)間較短，對(duì)駕駛員駕駛影響不大。

在城市道路交通中，車輛通常會(huì)以較低的車速進(jìn)行行駛，因此建立CCRs_2場(chǎng)景：主車以30 km／h的速度接近前方靜止車輛，主車與前車的初始距離設(shè)為60 m，仿真時(shí)長(zhǎng)設(shè)為10 s，激進(jìn)型和保守型主動(dòng)避撞控制策略仿真結(jié)果如圖9、10所示。

圖9 激進(jìn)型避撞策略曲線（CCRs_2）

圖10 保守型避撞策略曲線（CCRs_2）

靜止車輛始終位于主車正前方，因此主車處于橫向危險(xiǎn)狀態(tài)。對(duì)于圖9激進(jìn)型主動(dòng)避撞控制策略，6.68 s時(shí)，TTC值小于主動(dòng)制動(dòng)閾值0.93 s，此時(shí)前車處于縱向危險(xiǎn)區(qū)域，主車處于縱向危險(xiǎn)狀態(tài)，主動(dòng)避撞系統(tǒng)介入，車輛減速度在0.5 s內(nèi)從－6.1 m／s2上升到－6.4 m／s2，隨著主車速度的迅速減小，碰撞風(fēng)險(xiǎn)開始降低，減速度也隨之減小，8.1 s時(shí)，主車速度減為0，車輛停止，與前車的最小相對(duì)距離為2.1 m，避撞成功，整個(gè)避撞過程經(jīng)歷時(shí)長(zhǎng)為1.42 s，且在制動(dòng)過程中最大減速度為－6.4 m／s2；對(duì)于圖10保守型主動(dòng)避撞控制策略，6.37 s時(shí)，TTC小于主動(dòng)制動(dòng)閾值1.24 s，此時(shí)主動(dòng)避撞系統(tǒng)介入，車輛減速度迅速達(dá)到－6.4 m／s2，在7.84 s時(shí)，主車速度減小到0，此時(shí)與前車的相對(duì)距離為最小值4.6 m，該系統(tǒng)避撞成功，且制動(dòng)過程中最大減速度達(dá)到－6.5 m／s2，整個(gè)避撞過程經(jīng)歷時(shí)長(zhǎng)為1.47 s。相比于CCRs_1測(cè)試工況，CCRs_2測(cè)試工況2種避撞策略在車輛制動(dòng)過程中最大制動(dòng)減速度分別減小了－1.2 m／s2和－1.1 m／s2，制動(dòng)過程產(chǎn)生的慣性沖擊有所減小，駕乘舒適性略有提高。

另外，當(dāng)主車以10 km／h的速度接近靜止車輛，激進(jìn)型避撞策略和保守型避撞策略分別在TTC等于0.84 s和1.16 s時(shí)對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)，激進(jìn)型主動(dòng)制動(dòng)閾值較小，避免了干擾激進(jìn)型駕駛員正常駕駛。制動(dòng)過程的最大減速度僅為5.1 m／s2，屬于中等制動(dòng)，相比于車輛以60 km／h速度行駛的CCRs_1工況，其最大制動(dòng)減速度減小了－2.5 m／s2，進(jìn)一步減輕了車輛制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性沖擊和噪聲帶給駕乘人的不適感，駕乘舒適性也得到進(jìn)一步提高。該主動(dòng)避撞控制策略兼顧了車輛高速行駛工況下的安全性和低速行駛工況下的駕乘舒適性。

主車以10～60 km／h的速度分別進(jìn)行測(cè)試，以10 km／h為間隔，在不同速度下，主車完全停止后與前方靜止車輛的相對(duì)距離如圖11所示。對(duì)于激進(jìn)型主動(dòng)避撞控制策略，車輛主動(dòng)制動(dòng)完成后，與前方靜止車輛的相對(duì)距離保持在1.5～2.2 m；對(duì)于保守型主動(dòng)避撞控制策略，車輛主動(dòng)制動(dòng)完成后，與前方靜止車輛的相對(duì)距離保持在2.2～5.8 m，均可完全避免碰撞危險(xiǎn)。

圖11 不同速度下相對(duì)距離測(cè)試結(jié)果

3.2.2 車輛碰撞遠(yuǎn)端行人工況（CVFA-50）

建立CVFA-50場(chǎng)景：主車以60 km／h的速度行駛，主車與行人的初始縱向距離為55 m，行人以6.5 km／h的速度行走，行人與主車中心線的初始距離為6 m，行人行走的路徑與主車行駛的路徑垂直。仿真時(shí)長(zhǎng)設(shè)為8 s。激進(jìn)型和保守型主動(dòng)避撞控制策略仿真結(jié)果如圖12、13所示。

圖12 激進(jìn)型避撞策略曲線（CVFA-50）

圖13 保守型避撞策略曲線（CVFA-50）

對(duì)于激進(jìn)型主動(dòng)避撞控制策略，如圖12（b），在1.95 s時(shí)，TTC值小于縱向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型輸出的主動(dòng)制動(dòng)閾值1.3 s，此時(shí)縱向危險(xiǎn)狀態(tài)模型判斷行人已位于縱向危險(xiǎn)區(qū)域，主車處于縱向危險(xiǎn)狀態(tài)，但橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型判斷行人位于橫向安全區(qū)域，不滿足主動(dòng)避撞系統(tǒng)的激活條件，在2.07 s時(shí)行人位于橫向危險(xiǎn)區(qū)域（即行人進(jìn)入主車所在車道），主車處于橫向危險(xiǎn)狀態(tài)，因此主動(dòng)避撞系統(tǒng)被激活，如圖12（a）車輛進(jìn)入減速度為－7.6 m／s2的制動(dòng)狀態(tài)，車輛以－7.6 m／s2的減速度保持0.8 s后，隨著碰撞風(fēng)險(xiǎn)降低，減速度也逐漸降低，4.67 s時(shí)，主車速度減小到0，車輛停止，此時(shí)與前方行人的縱向最小距離為0.5 m，避撞成功，整個(gè)避撞過程經(jīng)歷時(shí)長(zhǎng)為2.6 s；對(duì)于保守型主動(dòng)避撞控制策略，如圖13（b），在1.74 s時(shí)，TTC小于主動(dòng)制動(dòng)閾值1.5 s，縱向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型判斷行人位于縱向危險(xiǎn)區(qū)域，但橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型判斷行人位于橫向安全區(qū)域，主動(dòng)避撞系統(tǒng)沒有激活，在2.07 s時(shí)行人位于橫向危險(xiǎn)區(qū)域，主動(dòng)避撞系統(tǒng)被激活，此時(shí)制動(dòng)過程與激進(jìn)型主動(dòng)避撞策略相同，如圖13（a），車輛減速度迅速達(dá)到－7.6 m／s2，4.67 s時(shí)，主車速度減小到0，車輛停止，此時(shí)與前方行人的縱向最小距離為0.5 m，避撞成功。該工況下由于先判斷車輛為縱向危險(xiǎn)狀態(tài)，后判斷車輛為橫向危險(xiǎn)狀態(tài)，因此制動(dòng)時(shí)刻較晚，車輛停止后與前方行人的縱向距離較小。

根據(jù)C-NCAP中CVFA-50測(cè)試方法的要求，主車分別以20～60 km／h的速度進(jìn)行測(cè)試，以10 km／h為間隔，在不同速度下，主車完全停止后與行人的縱向相對(duì)距離如圖14所示。對(duì)于激進(jìn)型主動(dòng)避撞控制策略，車輛制動(dòng)完成后，與前方行人的縱向相對(duì)距離保持在0.5～2.3 m；對(duì)于保守型主動(dòng)避撞控制策略，車輛制動(dòng)完成后，與前方行人的縱向相對(duì)距離保持在0.5～4.8 m，均可完全避免碰撞危險(xiǎn)。

圖14 CVFA－50工況測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)論

1）綜合考慮駕駛員類型和不同的行車狀況的因素，建立了縱向和橫向危險(xiǎn)狀態(tài)判別模型，通過一個(gè)以駕駛員類型和主車車速為輸入?yún)?shù)，主動(dòng)制動(dòng)閾值為輸出參數(shù)的模糊控制器Ⅰ控制不同行車狀況中主動(dòng)避撞系統(tǒng)不同的激活時(shí)刻，并建立一個(gè)以相對(duì)速度和相對(duì)距離為輸入、以主動(dòng)制動(dòng)信號(hào)為輸出的模糊控制器Ⅱ。

2）根據(jù)C-NCAP中的CCRs和CVFA-50工況對(duì)設(shè)計(jì)的主動(dòng)避撞系統(tǒng)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的主動(dòng)避撞系統(tǒng)在所有工況下均能夠有效避免碰撞，在最危險(xiǎn)的工況下（CVFA-50，主車速度60 km／h），制動(dòng)停止后與前方目標(biāo)保持的最小相對(duì)距離為0.5 m。

3）主車在60 km／h的行駛工況下，最大制動(dòng)減速度為－7.6 m／s2，而在10 km／h的行駛工況下，最大制動(dòng)減速度為－5.1 m／s2，主動(dòng)避撞系統(tǒng)在保證車輛高速行駛工況下安全性的前提下，在一定程度上提高了車輛低速行駛工況下的駕乘舒適性，同時(shí)主動(dòng)避撞系統(tǒng)激活時(shí)機(jī)的差異還滿足了駕駛員對(duì)該系統(tǒng)的個(gè)性化要求，既能防止對(duì)激進(jìn)型駕駛員駕駛時(shí)產(chǎn)生不必要的干擾，又能保證保守型駕駛員對(duì)安全感的需求。