劉國(guó)慶，趙振東，吳金國(guó)

（南京工程學(xué)院 汽車(chē)軌道交通學(xué)院，江蘇 南京 211167）

隨著汽車(chē)保有量的不斷增加，由汽車(chē)碰撞導(dǎo)致的交通事故也越來(lái)越多，道路交通安全性顯得愈發(fā)重要。因此，自動(dòng)緊急制動(dòng) （Autonomous Emergency Braking, AEB）系統(tǒng) 也成為汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。AEB系統(tǒng)通過(guò)安裝在車(chē)輛前方的雷達(dá)等傳感器對(duì)前方道路狀況進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)系統(tǒng)判斷車(chē)輛與前方目標(biāo)物存在碰撞危險(xiǎn)時(shí)，首先通過(guò)聲光預(yù)警等方式提醒駕駛者，如果駕駛者在一定時(shí)間內(nèi)仍未做出任何有效措施來(lái)避免碰撞，系統(tǒng)將自動(dòng)采取制動(dòng)措施來(lái)盡可能地規(guī)避碰撞或減輕事故的嚴(yán)重性。

同時(shí)，自動(dòng)緊急制動(dòng)過(guò)程中的駕乘者舒適性問(wèn)題也逐漸成為重點(diǎn)研究方向之一。為了解決AEB系統(tǒng)工作時(shí)駕乘者的舒適性問(wèn)題，本文基于優(yōu)化后的Honda算法，在典型工況下通過(guò)CarSim與Simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真，驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性。

1 安全距離模型

當(dāng)車(chē)輛以一定的初速度開(kāi)始制動(dòng)，直到車(chē)輛完全停止時(shí)所行駛的距離為制動(dòng)距離。為了避免與障礙物發(fā)生碰撞，車(chē)輛在剎停時(shí)應(yīng)與前車(chē)保持一定距離。經(jīng)典的縱向安全距離模型有Mazda模型、Honda模型、Berkeley模型以及Time To Collision模型，其他一些模型均是在其基礎(chǔ)上改良出來(lái)的。本文選擇Honda模型作為安全距離模型，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

1.1 Honda模型

Honda模型分為預(yù)警距離與制動(dòng)距離兩部分，其算法如下：

式中，為Honda模型的預(yù)警距離，為Honda模型的時(shí)間參數(shù)，為相對(duì)車(chē)速，為Honda模型距離參數(shù)。

1.2 模型優(yōu)化

根據(jù)Honda模型的實(shí)際測(cè)試表現(xiàn)來(lái)看，其制動(dòng)過(guò)程較為激進(jìn)，并且沒(méi)有將駕駛員的反應(yīng)時(shí)間考慮在內(nèi)。文獻(xiàn)[6]統(tǒng)計(jì)了駕駛員在不同類(lèi)型預(yù)警下的反應(yīng)時(shí)間，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，采用聲光預(yù)警方式的駕駛員反應(yīng)所需時(shí)間最短，為0.9 s，因此，本文選擇聲光預(yù)警的方式，并取駕駛員反應(yīng)時(shí)間=0.9 s。

文獻(xiàn)[7]提出，在滿(mǎn)足駕乘者舒適性條件下的減速度最小值為=-0.6。因此，考慮到駕乘者的舒適性問(wèn)題，取公式中主車(chē)最大減速度為6 m/s。同時(shí)，為了適應(yīng)車(chē)輛與前車(chē)的相對(duì)速度在不同范圍情況下進(jìn)行制動(dòng)時(shí)不同的安全距離，現(xiàn)將Honda模型修改如下：

2 系統(tǒng)仿真方案

2.1 系統(tǒng)仿真流程

當(dāng)車(chē)輛探測(cè)到前方有障礙物時(shí)，AEB系統(tǒng)處于待激活狀態(tài)。一旦車(chē)輛與前方障礙物的距離小于預(yù)警距離時(shí)，系統(tǒng)給予駕駛員相應(yīng)的聲光信號(hào)進(jìn)行提醒；倘若車(chē)輛與前方障礙物的距離小于安全距離，且駕駛員尚未采取任何行動(dòng)來(lái)避免碰撞發(fā)生時(shí)，AEB系統(tǒng)開(kāi)始介入工作。系統(tǒng)首先給予一個(gè)較小的制動(dòng)主缸壓力進(jìn)行制動(dòng)，然后對(duì)當(dāng)前減速度是否能夠順利實(shí)現(xiàn)車(chē)輛碰撞避免進(jìn)行判斷，判斷公式為

式中，為位移；為車(chē)輛的初始速度；為時(shí)間，為加速度。

根據(jù)式（4）所計(jì)算出的位移，與車(chē)輛傳感器測(cè)得的與前方障礙物的距離進(jìn)行對(duì)比。如果式（4）計(jì)算出的位移小于車(chē)輛與前方障礙物距離，則證明以當(dāng)前的制動(dòng)主缸壓力進(jìn)行制動(dòng)能夠順利實(shí)現(xiàn)剎停并保持一定的安全距離；如果式（4）的結(jié)果大于車(chē)輛與前方障礙物的距離，則加大制動(dòng)主缸壓力以避免碰撞。系統(tǒng)具體的工作流程如圖1所示。

2.2 仿真參數(shù)設(shè)置

在CarSim軟件中，分別搭建主車(chē)以不同車(chē)速駛向前車(chē)靜止、前車(chē)勻速以及前車(chē)突然制動(dòng)的駕駛工況，然后利用Simulink軟件搭建AEB系統(tǒng)安全距離模型以及控制模型，通過(guò)兩款軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真對(duì)AEB系統(tǒng)進(jìn)行分析和改進(jìn)。

本文采用CarSim軟件自帶的E-Class車(chē)輛模型。道路設(shè)置中選擇長(zhǎng)為1 200 m，路面附著系數(shù)為0.85的路面；雷達(dá)選擇FCW&AEB，探測(cè)范圍設(shè)置為60 m。

3 仿真結(jié)果

系統(tǒng)的測(cè)試工況選擇歐洲新車(chē)評(píng)價(jià)規(guī)程的前車(chē)靜止、前車(chē)勻速以及前車(chē)突然制動(dòng)三種典型工況。仿真中，Honda模型與本文模型均采用相同的方案進(jìn)行制動(dòng)。

3)鐵鏈等金屬材料質(zhì)量較重，抱桿安裝過(guò)程繁瑣，導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度大，安裝抱桿的時(shí)間普遍就占用整個(gè)作業(yè)一般以上的時(shí)間，作業(yè)效率低下。

3.1 前車(chē)靜止工況

設(shè)置前車(chē)為靜止?fàn)顟B(tài)，主車(chē)與前車(chē)的初始距離為60 m，選擇主車(chē)分別以20 km/h、60 km/h和80 km/h來(lái)對(duì)低速、中速、高速三種情況進(jìn)行模擬，結(jié)果如表2所示。

由上表可知，雖然Honda模型的初始制動(dòng)時(shí)刻較晚，但僅能在以20 km/h的速度行駛下避免碰撞，在60 km/h以及80 km/h工況下無(wú)法有效避免避撞，且最小減速度均大于?0.6；本文模型初始制動(dòng)時(shí)刻較Honda模型來(lái)說(shuō)較早，但是能夠在規(guī)避碰撞的基礎(chǔ)上，最小減速度均小于等于?0.6，滿(mǎn)足駕乘者舒適性指標(biāo)。

以前車(chē)靜止，主車(chē)以60 km/h駛向前車(chē)為例。由圖2可知，仿真開(kāi)始后，本文模型的主車(chē)在保持較短時(shí)間的勻速行駛后，AEB系統(tǒng)開(kāi)始工作。與Honda模型相比，本文模型的速度變化曲線和加速度曲線更為平緩，同時(shí)在制動(dòng)過(guò)程中，本文模型出現(xiàn)的最大減速度約為?0.6g左右，滿(mǎn)足駕乘者的舒適性條件，并實(shí)現(xiàn)最終剎停距離與前車(chē)保持在1.1 m。而Honda模型未能成功剎停，與前車(chē)發(fā)生碰撞。并且由于Honda模型沒(méi)有剎停成功，因此，在仿真中車(chē)速又快速恢復(fù)至60 km/h。

3.2 前車(chē)勻速工況

設(shè)置前車(chē)以20 km/h的速度勻速行駛，主車(chē)與前車(chē)的初始距離為60 m，選擇主車(chē)分別以40 km/h、60 km/h和80 km/h駛向前車(chē)，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，Honda模型和本文模型均能實(shí)現(xiàn)主車(chē)以40 km/h、60 km/h、80 km/h速度行駛時(shí)的碰撞避免，且最小減速度均一致，在40 km/h和60 km/h的測(cè)試工況下，能夠滿(mǎn)足駕乘者舒適性條件。并且在40 km/h與80 km/h速度行駛的情況下相對(duì)速度為0時(shí)距離更小，更加貼近駕駛者習(xí)慣。

以前車(chē)勻速，主車(chē)以40 km/h速度駛向前車(chē)工況為例，仿真結(jié)果如圖3所示。本文模型的初始制動(dòng)時(shí)刻較Honda模型更晚，且相對(duì)速度為0時(shí)距離更近，更加貼近駕駛?cè)藛T的駕駛習(xí)慣，同時(shí)滿(mǎn)足駕乘者舒適性條件。

3.3 前車(chē)突然減速工況

設(shè)置主車(chē)與前車(chē)車(chē)速均為50 km/h，在兩車(chē)初始距離為12 m和40 m時(shí)，前車(chē)在行駛4 s后，分別以2 m/s和6 m/s的減速度進(jìn)行制動(dòng)，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

以初始距離為40 m，前車(chē)行駛4 s后突然以2 m/s的減速度進(jìn)行制動(dòng)為例。由圖4可以看出，本文模型的初始制動(dòng)時(shí)刻較Honda模型更晚，且剎停時(shí)的相對(duì)距離為4 m，優(yōu)于Honda模型的9.2 m。

4 結(jié)論

仿真測(cè)試結(jié)果表明，優(yōu)化后的Honda模型能夠在有效實(shí)現(xiàn)規(guī)避碰撞的基礎(chǔ)上，滿(mǎn)足在大部分的典型測(cè)試工況下的駕乘者舒適性條件，并且在部分工況下的初始制動(dòng)時(shí)刻更晚，對(duì)駕駛員的影響更小，且相較于Honda模型而言，能夠在剎停時(shí)保持更加合適的距離。