談東奎，胡港君，朱 波，金 來(lái)，張 捷

（1.合肥工業(yè)大學(xué)汽車(chē)工程技術(shù)研究院，合肥 230009；2.安徽三聯(lián)交通應(yīng)用技術(shù)股份有限公司，合肥 230081；3.公安部交通管理科學(xué)研究所，道路交通安全公安部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，無(wú)錫 214151；4.合肥工業(yè)大學(xué)智能制造技術(shù)研究院，合肥 230051）

前言

傳統(tǒng)的自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)一般基于安全距離模型進(jìn)行避撞決策，但在實(shí)際道路中，由于場(chǎng)景的復(fù)雜性和自身系統(tǒng)性能受限，自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)依然可能發(fā)生失效而導(dǎo)致不安全事故發(fā)生，此類(lèi)在系統(tǒng)內(nèi)部組件并未發(fā)生故障的情況下由外部環(huán)境擾動(dòng)、系統(tǒng)功能局限或人為誤操作導(dǎo)致的安全問(wèn)題被稱(chēng)為預(yù)期功能安全。智能汽車(chē)作為一個(gè)智能個(gè)體，內(nèi)在的復(fù)雜性和不確定性決定了它的安全性分析重點(diǎn)不同于傳統(tǒng)汽車(chē)的質(zhì)量保障領(lǐng)域，而是非故障安全領(lǐng)域。預(yù)期功能安全技術(shù)為智能汽車(chē)在非故障情況下提供了安全保障，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注和研究對(duì)象。

Mirko在文獻(xiàn)［4］中闡述了功能安全和預(yù)期功能安全之間的關(guān)系，John提出了預(yù)期功能安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估框架，豐富和擴(kuò)展了預(yù)期功能安全概念的內(nèi)涵。BOCH 公司把預(yù)期功能安全用于ADAS 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，并利用故障樹(shù)分析方法來(lái)分析DA/AD 系統(tǒng)，但故障樹(shù)作為傳統(tǒng)的安全分析方法，依然是基于可靠性理論分析安全性，無(wú)法涵蓋預(yù)期功能安全領(lǐng)域問(wèn)題。2011 年，Leveson提出的STPA 方法被開(kāi)始用于分析汽車(chē)預(yù)期功能安全問(wèn)題。Mahajan 等運(yùn)用STPA對(duì)車(chē)道保持系統(tǒng)進(jìn)行安全性分析，提出了系統(tǒng)改進(jìn)的安全要求。陳君毅等基于STPA 提出了一種面向高等級(jí)自動(dòng)駕駛決策系統(tǒng)的安全性開(kāi)發(fā)方法，對(duì)泊車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)改進(jìn)。

上述有關(guān)預(yù)期功能安全的研究雖取得一定理論性進(jìn)展，但在運(yùn)用到ADAS 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中依然存在以下不足：預(yù)期功能安全性在ADAS 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中如何量化以保證車(chē)輛正常安全行駛的問(wèn)題沒(méi)有探討；未能通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證考慮預(yù)期功能安全的ADAS系統(tǒng)的有效性。

本文針對(duì)以上不足，在傳統(tǒng)自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上考慮了預(yù)期功能安全，利用STPA對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安全分析，得出了系統(tǒng)的預(yù)期功能安全要求。然后圍繞感知盲區(qū)安全車(chē)速，建立車(chē)輛與盲區(qū)內(nèi)潛在行人橫穿馬路的相遇運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，計(jì)算出不碰撞行人最高車(chē)速，再加入感知盲區(qū)面積變化率、城市道路限速與最低車(chē)速等因素，綜合考慮得出盲區(qū)最佳安全車(chē)速變化曲線(xiàn)模型，接著設(shè)計(jì)速度滑?？刂破鞲櫾撍俣龋詈蠓謩e在CarSim 仿真平臺(tái)和在環(huán)仿真臺(tái)架上驗(yàn)證了該安全策略的有效性。

1 自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)安全分析

1.1 基于STPA的安全分析方法

對(duì)于智能汽車(chē)而言，與預(yù)期功能安全有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，只從獨(dú)立的組件出發(fā)設(shè)計(jì)系統(tǒng)需求是難以發(fā)現(xiàn)解決的。STPA 將重點(diǎn)從可靠性理論轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)理論并關(guān)注組件交互事故和組件故障，實(shí)現(xiàn)安全性和可靠性的分離，既能解決功能安全領(lǐng)域問(wèn)題，又能處理預(yù)期功能安全領(lǐng)域問(wèn)題。

STPA 將安全定義為一個(gè)控制問(wèn)題，把危害歸結(jié)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行缺少安全限制的原因，通過(guò)控制系統(tǒng)的行為來(lái)限制系統(tǒng)的安全。其安全分析流程主要分為4個(gè)步驟：

（1）明確系統(tǒng)的功能；

（2）建立系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)；

（3）識(shí)別不安全控制行為，確定危險(xiǎn)事件；

（4）分析危險(xiǎn)事件發(fā)生的原因，提出安全要求。

1.2 自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的安全分析

自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的功能為減速避障，其輸入為車(chē)輛當(dāng)前速度與障礙物位置，輸出為目標(biāo)速度。利用STPA對(duì)其進(jìn)行安全性分析，可以得到自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的不安全控制行為及其不安全控制行為原因，見(jiàn)表1。前3種均為系統(tǒng)組件因故障而造成的危險(xiǎn)，屬于功能安全問(wèn)題，最后一種是由于外部遮擋物的存在和傳感器自身性能的限制而產(chǎn)生的感知盲區(qū)現(xiàn)象，屬于預(yù)期功能安全問(wèn)題。

表1 自動(dòng)緊急制動(dòng)功能安全分析

安全分析結(jié)果表明要想解決感知盲區(qū)帶來(lái)的預(yù)期功能安全問(wèn)題，須在傳統(tǒng)的自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)里加入感知盲區(qū)車(chē)速規(guī)劃策略，提前減速來(lái)應(yīng)對(duì)潛在的障礙物。

2 盲區(qū)場(chǎng)景下車(chē)輛安全車(chē)速?zèng)Q策

針對(duì)感知盲區(qū)現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外多采用V2X 技術(shù)解決傳感器性能不足的問(wèn)題，但成本高昂，短時(shí)間難以實(shí)現(xiàn)。Yoshihara 等和Morales 等分別提出了基于Frenet 框架的安全駕駛模型和提取人類(lèi)駕駛特征的強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型，模擬專(zhuān)家駕駛員遇到盲區(qū)的行駛速度，但模型過(guò)于保守，極大影響車(chē)輛在盲區(qū)下的通行速度。袁朝春等將傳感器感知盲區(qū)邊緣線(xiàn)作為障礙物，根據(jù)邊緣線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)變化，建立安全距離模型避免車(chē)輛發(fā)生追尾事故，但沒(méi)有考慮盲區(qū)下的人車(chē)相遇場(chǎng)景。

基于以上研究的不足，為對(duì)突然出現(xiàn)的行人進(jìn)行安全避撞，考慮盲區(qū)對(duì)車(chē)輛的速度影響，尋求一個(gè)緊急制動(dòng)前的車(chē)輛安全車(chē)速顯得至關(guān)重要。

2.1 盲區(qū)場(chǎng)景下車(chē)輛-行人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

車(chē)輛在與盲區(qū)內(nèi)的行人相遇前，為兼顧安全性和通過(guò)時(shí)長(zhǎng)，車(chē)速應(yīng)盡可能在避免碰撞行人的基礎(chǔ)上保證更高；出于對(duì)行人發(fā)現(xiàn)車(chē)輛后可能做出加速向前奔跑的躲避行為的考慮，車(chē)輛應(yīng)優(yōu)先讓行人通過(guò)。根據(jù)以上兩點(diǎn)行車(chē)原則，可將車(chē)輛在盲區(qū)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分為兩個(gè)階段：

（1）階段1，車(chē)輛沒(méi)有遇到盲區(qū)內(nèi)行人，保持一個(gè)較高車(chē)速；

（2）階段2，車(chē)輛感知到行人，進(jìn)行緊急制動(dòng)，最后在行人橫穿軌跡線(xiàn)前停止，并建立以下模型，如圖1所示。

圖1 盲區(qū)場(chǎng)景下車(chē)輛與行人相遇運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

車(chē)輛從點(diǎn)勻速沿軸方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)盲區(qū)內(nèi)處一行人勻速沿軸方向運(yùn)動(dòng)，時(shí)間后，車(chē)輛到達(dá)點(diǎn)，行人到達(dá)點(diǎn)，車(chē)輛傳感器剛好檢測(cè)到行人闖入，自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)觸發(fā)，車(chē)輛以最大加速度緊急制動(dòng)，在點(diǎn)處前停止運(yùn)動(dòng)。人-車(chē)相對(duì)關(guān)系有：

式中：v為車(chē)輛行駛速度；a為車(chē)輛制動(dòng)減速度；為車(chē)輛從進(jìn)入盲區(qū)到發(fā)現(xiàn)行人后經(jīng)過(guò)時(shí)間；為行人與車(chē)輛的縱向距離。

根據(jù)正弦定理有：

其中：

式中：為盲區(qū)縱向長(zhǎng)度；為車(chē)輛傳感器與盲區(qū)的橫向距離；為車(chē)輛傳感器與盲區(qū)的縱向距離；為行人速度，1.5 m/s；為行人與車(chē)輛的橫向距離。

聯(lián)立式（1）～式（4），可求得不碰撞行人最高車(chē)速為

取=4.2 m，=30 m=10 m，a=4 m·s，在Matlab仿真計(jì)算得v=(，)，如圖2所示。

圖2 車(chē)輛與盲區(qū)內(nèi)行人不碰撞時(shí)對(duì)應(yīng)的最高車(chē)速

2.2 最佳安全車(chē)速

2.1 節(jié)中求得的不碰撞行人最高車(chē)速是盲區(qū)安全車(chē)速考量的重要指標(biāo)，但隨著的減小，v也會(huì)逐漸減小，發(fā)生“死鎖”現(xiàn)象。上述模型存在以下問(wèn)題：

（1）沒(méi)有考慮到盲區(qū)面積的大小，忽略盲區(qū)內(nèi)行人的潛在概率；

（2）模型過(guò)于保守，將安全標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格限制為車(chē)速降為零。

為解決上述問(wèn)題，提高車(chē)輛通過(guò)盲區(qū)速度，利用不碰撞行人最高車(chē)速v、盲區(qū)面積變化率、城市道路限速與最低車(chē)速等因素綜合計(jì)算盲區(qū)的安全車(chē)速，構(gòu)建式（6），且≤。

式中為盲區(qū)面積，=0.5(+)，為盲區(qū)寬度。

盲區(qū)面積變化率：

式中為預(yù)期功能起作用時(shí)的初始盲區(qū)長(zhǎng)度，由式（9）得到。式（9）中40為車(chē)輛百公里制動(dòng)距離，m。

最后調(diào)節(jié)求得最佳安全車(chē)速。

3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)主要由盲區(qū)緊急制動(dòng)決策層、速度跟蹤控制層、執(zhí)行層和傳感器組成，如圖3所示。決策層根據(jù)車(chē)輛上的傳感器不斷檢測(cè)周邊盲區(qū)的信息，包括盲區(qū)縱向長(zhǎng)度、車(chē)輛傳感器與盲區(qū)的橫向距離和車(chē)輛傳感器與盲區(qū)的縱向距離，用于計(jì)算車(chē)輛的最佳安全車(chē)速，同時(shí)實(shí)時(shí)采集車(chē)輛當(dāng)前行駛速度v、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)力矩反饋給非線(xiàn)性觀(guān)測(cè)器和速度控制器?？刂茖訉Q策層輸出的車(chē)輛期望速度和目標(biāo)加速度經(jīng)過(guò)逆縱向動(dòng)力學(xué)模型轉(zhuǎn)換成期望油門(mén)開(kāi)度和期望制動(dòng)壓力，利用切換控制器輸出給執(zhí)行層中的發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)期望速度的跟蹤控制。

圖3 考慮預(yù)期功能安全的智能汽車(chē)自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 車(chē)速跟蹤控制器設(shè)計(jì)

車(chē)輛本身是一個(gè)參數(shù)不確定的高度非線(xiàn)性系統(tǒng)，且容易受到外部干擾，本文在滑?？刂破骰A(chǔ)上加入了非線(xiàn)性干擾觀(guān)測(cè)器，并設(shè)計(jì)了油門(mén)/制動(dòng)切換控制器完成油門(mén)、制動(dòng)器平穩(wěn)切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)期望安全車(chē)速的良好跟蹤。

4.1 車(chē)輛縱向動(dòng)力學(xué)模型

整車(chē)縱向動(dòng)力學(xué)方程為

式中：為整車(chē)質(zhì)量；為車(chē)速；為驅(qū)動(dòng)力；為地面制動(dòng)力；為滾動(dòng)阻力，=sin；為空氣阻力，=；為空氣阻力系數(shù)；為重力加速度；為道路坡度；為滾動(dòng)阻力系數(shù)。

車(chē)速與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系為

式中：為車(chē)輪半徑；為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；為變速器傳動(dòng)比；為主減速器傳動(dòng)比。

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與驅(qū)動(dòng)力矩的關(guān)系為

式中：為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩；為驅(qū)動(dòng)力矩。

聯(lián)立式（10）～式（12）得

用等效1 階慣性環(huán)節(jié)描述發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)系的動(dòng)態(tài)過(guò)程，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與油門(mén)開(kāi)度和制動(dòng)力矩與制動(dòng)壓力之間的關(guān)系為

4.2 油門(mén)/制動(dòng)滑?？刂破?/h3>

式（13）可改寫(xiě)為

4.2.1 非線(xiàn)性干擾觀(guān)測(cè)器

定義觀(guān)測(cè)誤差為

式中：、為滑?？刂破鞯妮敵?；、為非線(xiàn)性干擾觀(guān)測(cè)器的輸出。

4.2.2 油門(mén)滑?？刂破?/p>

當(dāng)采取油門(mén)控制時(shí)，制動(dòng)力為0，由式（13）和式（22）得到加入非線(xiàn)性干擾觀(guān)測(cè)器的車(chē)輛油門(mén)控制模型為

定義第1滑模面為

式中：為滑模面系數(shù)；=-。

要想達(dá)到理想的滑動(dòng)模態(tài)控制，需滿(mǎn)足：

由式（23）和式（25）可得，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩等效控制律為

采用等速趨近率，滑模變結(jié)構(gòu)控制律為

式中為反饋增益系數(shù)。

則發(fā)動(dòng)機(jī)期望轉(zhuǎn)矩為

定義第2滑模面為

采用等速趨近率：

式中為反饋增益系數(shù)。

由式（14）、式（29）和式（30）得期望油門(mén)開(kāi)度為

4.2.3 制動(dòng)滑?？刂破?/p>

當(dāng)采取制動(dòng)控制時(shí)，驅(qū)動(dòng)力矩為0，由式（13）和式（22）得加入非線(xiàn)性干擾觀(guān)測(cè)器的車(chē)輛制動(dòng)控制模型為

定義第3滑模面為

式中：為滑模面系數(shù)；=-。

要想達(dá)到理想的滑動(dòng)模態(tài)控制，需滿(mǎn)足：

由式（32）和式（34）可得制動(dòng)力矩等效控制律為

采用等速趨近率，滑模變結(jié)構(gòu)控制律為

式中為反饋增益系數(shù)。

則制動(dòng)期望力矩為

定義第4滑模面為

采用等速趨近率：

式中為反饋增益系數(shù)。

由式（15）、式（38）和式（39）得期望制動(dòng)壓力為

4.3 切換控制器

在進(jìn)行車(chē)速跟蹤時(shí)，需要油門(mén)和制動(dòng)器聯(lián)合控制實(shí)現(xiàn)。本文設(shè)計(jì)了節(jié)氣門(mén)/制動(dòng)控制切換時(shí)的加速度基準(zhǔn)曲線(xiàn)：

在基準(zhǔn)加速度附近設(shè)置了切換門(mén)限，保證油門(mén)/制動(dòng)較快響應(yīng)的同時(shí)能平穩(wěn)過(guò)渡，如表2所示。

表2 執(zhí)行器切換策略

5 仿真驗(yàn)證與分析

5.1 感知盲區(qū)下最佳安全車(chē)速仿真

城市中大貨車(chē)造成的盲區(qū)最為普遍，本文以此確定盲區(qū)仿真參數(shù)，如表3 所示，進(jìn)行感知盲區(qū)下最佳安全車(chē)速仿真，取=0.6，結(jié)果如圖4所示。

表3 仿真參數(shù)

由圖4 可見(jiàn)，隨著車(chē)輛傳感器與盲區(qū)的縱向距離變化，感知盲區(qū)下車(chē)輛運(yùn)動(dòng)可分為4個(gè)過(guò)程：

圖4 感知盲區(qū)下最佳安全車(chē)速曲線(xiàn)

（1）勻速運(yùn)動(dòng)：車(chē)輛距盲區(qū)較遠(yuǎn)，盲區(qū)不影響車(chē)速；

（2）快減速運(yùn)動(dòng)：車(chē)輛進(jìn)入盲區(qū)影響范圍，車(chē)速快速下降；

（3）慢減速運(yùn)動(dòng)：車(chē)輛進(jìn)入盲區(qū)一段距離，車(chē)速下降速率開(kāi)始緩慢；

（4）加速運(yùn)動(dòng)：車(chē)輛快駛出盲區(qū)，加速離開(kāi)。

隨著傳感器與盲區(qū)的橫向距離的增大，車(chē)輛開(kāi)始減速時(shí)刻會(huì)提前，車(chē)速變化也會(huì)趨緩。

5.2 感知盲區(qū)下車(chē)輛通過(guò)仿真

傳統(tǒng)的自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)由于無(wú)法感知到盲區(qū)內(nèi)的潛在行人，為規(guī)避行人碰撞風(fēng)險(xiǎn)，駕駛員在遇到盲區(qū)時(shí)會(huì)采取以下兩種操作：

（1）在距離盲區(qū)一定距離時(shí)先勻減速；

（2）減速至通過(guò)盲區(qū)前達(dá)到安全車(chē)速后，保持勻速并通過(guò)盲區(qū)。

為驗(yàn)證基于感知盲區(qū)下最佳安全車(chē)速的自動(dòng)緊急系統(tǒng)的有效性，設(shè)計(jì)如下兩個(gè)試驗(yàn)，取=4.2。

試驗(yàn)1：為車(chē)輛設(shè)置3 種行駛策略，初始速度均設(shè)置為城市道路限速=16.67 m/s，并從同一地點(diǎn)出發(fā)。策略1：車(chē)輛按照盲區(qū)下最佳安全車(chē)速做減速運(yùn)動(dòng)；策略2：車(chē)輛以2.5 m/s減速度做勻減速運(yùn)動(dòng)減速至最低車(chē)速；策略3：車(chē)輛做勻速運(yùn)動(dòng)。車(chē)輛分別按照以上3種策略行駛，直至通過(guò)盲區(qū)。

試驗(yàn)2：車(chē)輛行駛策略、初始速度和出發(fā)地點(diǎn)保持不變，但在距離盲區(qū)消失30 m 時(shí)，盲區(qū)區(qū)域中線(xiàn)處有一行人在縱向距離盲區(qū)2 m 處以1.5 m/s 速度開(kāi)始橫向穿過(guò)道路，車(chē)輛在檢測(cè)到行人后做緊急制動(dòng)，直至停車(chē)。

5.3 仿真結(jié)果與分析

5.3.1 快速性

圖5～圖7為試驗(yàn)1下的仿真結(jié)果。

由圖5 可知，車(chē)輛在策略1 下比在策略3 下行駛通過(guò)盲區(qū)的時(shí)刻只晚0.46 s，而車(chē)輛在策略2下比在策略3 下行駛通過(guò)盲區(qū)的時(shí)刻晚了1.76 s。由圖6和圖7 可知，車(chē)輛在策略1 下比在策略3 下行駛通過(guò)盲區(qū)時(shí)落后7.64 m，車(chē)輛在策略2 下卻比在策略3下行駛通過(guò)盲區(qū)時(shí)落后了29.29 m。以上表明，按照感知盲區(qū)下最佳安全車(chē)速行駛的車(chē)輛雖然進(jìn)行了減速操作，但在沒(méi)有行人時(shí)能快速通過(guò)盲區(qū)。

圖5 盲區(qū)內(nèi)無(wú)行人車(chē)速變化圖

圖6 盲區(qū)內(nèi)無(wú)行人通過(guò)車(chē)輛位移變化圖

圖7 盲區(qū)內(nèi)無(wú)行人通過(guò)車(chē)輛與盲區(qū)消失界限距離變化圖

5.3.2 安全性

圖8～圖10為試驗(yàn)2下的仿真結(jié)果。

圖8 盲區(qū)內(nèi)有行人通過(guò)車(chē)速變化圖

圖9 盲區(qū)內(nèi)有行人通過(guò)車(chē)輛位移變化圖

圖10 盲區(qū)內(nèi)有行人通過(guò)車(chē)輛與行人距離變化圖

由圖8可知，車(chē)輛在策略1、策略2和策略3下行駛分別在4.09、4.25、4.07 s后發(fā)現(xiàn)行人并進(jìn)行緊急制動(dòng)，且車(chē)輛分別在6.22、5.90、6.74 s 后速度降為零。由圖9 可知，車(chē)輛在策略1 下比在策略3 下行駛發(fā)現(xiàn)行人時(shí)的位移少2.38 m，比在策略2 下行駛發(fā)現(xiàn)行人時(shí)的位移大2.26 m。

由圖10 可知，車(chē)輛在策略3 下行駛越過(guò)了行人橫穿軌跡8.21 m，對(duì)行人造成極大威脅，而車(chē)輛在策略1 與在策略2 下行駛都能在行人橫穿馬路的軌跡前及時(shí)停住車(chē)，保證行人的安全，且車(chē)輛在策略1行駛停車(chē)時(shí)僅僅與行人橫穿軌跡距離為2.475 m，車(chē)輛在策略2 下行駛達(dá)到10.45 m。綜上可知，車(chē)輛按感知盲區(qū)下最佳安全車(chē)速曲線(xiàn)行駛能有效利用盲區(qū)的長(zhǎng)度，在盡量保證行人安全的前提下，快速通過(guò)盲區(qū)。

6 硬件在環(huán)仿真臺(tái)架試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證該系統(tǒng)的有效性，搭建了硬件在環(huán)仿真臺(tái)架，總體方案如圖11所示。

圖11 仿真臺(tái)架方案

試驗(yàn)3：駕駛員控制車(chē)輛以車(chē)速16.67 m/s 勻速駛?cè)朊^(qū)，后自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)介入接管車(chē)輛進(jìn)行制動(dòng)減速，在距離盲區(qū)消失30 m 時(shí)，盲區(qū)區(qū)域中線(xiàn)處一行人在縱向距離盲區(qū)2 m 處以1.5 m/s 速度開(kāi)始橫向穿過(guò)道路，車(chē)輛在檢測(cè)到行人后做緊急制動(dòng)，直至停車(chē)。試驗(yàn)結(jié)果如圖12～圖15所示。

圖12 和圖13 表明該系統(tǒng)的硬件在環(huán)試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果基本保持一致，車(chē)輛能按照最佳安全車(chē)速曲線(xiàn)變化行駛，并能在行人橫穿軌跡前1.16 m 停車(chē)，保證了感知盲區(qū)下車(chē)輛行駛的安全性。

圖12 速度變化圖

圖13 位移、距離變化圖

由圖14 可知，線(xiàn)控制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)壓力輸出存在0.2 s的遲滯，最終導(dǎo)致車(chē)輛與行人橫穿軌跡線(xiàn)距離較仿真結(jié)果縮短了1.315 m，但整體上對(duì)安全性影響較小。圖15 顯示在汽車(chē)遇到行人后車(chē)輛制動(dòng)減速度短時(shí)間增加到0.74，超過(guò)了人體舒適加速度的極限值0.5，會(huì)讓駕駛員有短暫不適的感覺(jué)?？梢酝ㄟ^(guò)限制緊急制動(dòng)最大制動(dòng)壓力來(lái)改善舒適性，但與此同時(shí)也會(huì)減低一定的安全性。

圖14 制動(dòng)壓力變化圖

圖15 主車(chē)加速度變化圖

7 結(jié)論

（1）從考慮預(yù)期功能安全角度出發(fā)，在傳統(tǒng)的自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)上增加感知盲區(qū)場(chǎng)景下安全車(chē)速規(guī)劃，以保證感知盲區(qū)下車(chē)輛通過(guò)安全性；

（2）設(shè)計(jì)了基于非線(xiàn)性干擾觀(guān)測(cè)器的速度滑模控制器，抵抗外部干擾和車(chē)輛本身的不確定性，精確地跟蹤感知盲區(qū)場(chǎng)景下最佳安全車(chē)速；

（3）在CarSim 仿真平臺(tái)上開(kāi)展感知盲區(qū)內(nèi)無(wú)行人通過(guò)與有行人通過(guò)兩種試驗(yàn)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的快速性和安全性，最后搭建了硬件在環(huán)仿真臺(tái)架，進(jìn)一步驗(yàn)證了該制動(dòng)系統(tǒng)的有效性。