收稿日期：2020-08-24
作者简介：赵晨光（1993—），男，从事汽车主动安全性能研究工作。
系统参数优化
赵晨光，应宇汀，李振中
（中汽研汽车检验中心（宁波）有限公司，浙江 宁波 315336）
摘 要：安全距离是汽车自动紧急制动系统控制策略中的重要参数之一。文章以一辆营运货车为研究对象，介绍了该货车自动紧急制动系统的控制策略及安全距离参数的计算模型，提出了一种安全距离参数的验证及调整方法。依据标准JT/T 1242-2019《营运车辆自动紧急制动系统性能要求和试验规程》的测试场景，采用所提方法分别在目标静止和目标移动场景下对安全距离参数模型进行调试和调整，使该车辆自动紧急制动系统性能完全符合标准JT/T 1242-2019的要求。
关键词：自动紧急制动系统；安全距离；控制策略；追尾报警
中图分类号 ：U467.3 文献标识码 ：A 文章编号 ：2096-5427(2020)06-0030-05doi:10.13889/j.issn.2096-5427.2020.06.006
Parameter Optimization of Automatic Emergency Braking System for
Commercial Vehicle Based on JT/T 1242-2019
ZHAO Chenguang, YING Yuting, LI Zhenzhong
( CATARC Automotive Test Center(Ningbo)Co., Ltd., Ningbo, Zhejiang 315336, China )
Abstract: Safety distance parameter is one of the most important parameters in the control strategy of automatic emergency braking system(AEBS). This paper introduced the control strategy of the automatic emergency braking system and the calculation model of safety distance parameters of an operating truck, and proposed a verification and adjustment method for safety distance parameters. Through the test scenarios of JT/T 1242-2019 Performance requirements and test procedures for advanced emergency braking system of commercial vehicle , the safety range parameter model is debugged and verified in car-to-car rear stationary test and moving test, so that the automatic emergency braking system of the vehicle can fully meet the requirements of JT/T 1242-2019.
Keywords: automatic emergency braking system(AEBS); safety distance; control strategy; forward collision warning
0 引言
近年来，随着经济飞速发展和人民生活水平的不断提高，我国汽车拥有量越来越大。据统计，到2018年底，我国汽车拥有量已达到23 231.23万辆，其中包括公路营运汽车1 435.48万辆[1]
。营运车辆在我们日常生活中扮演着十分重要的角，其安全性能也越来越受到大家的关注。自动紧急制动系统（automatic emergency braking system ，AEBS ）的应用，能够帮助汽车驾驶员
避免追尾事故，有效减少交通事故的发生。
目前，AEBS 控制算法的制定主要有3种方法。第一种方法是基于车辆间的相对运动关系，通过获得的
车辆状态信息评估前方碰撞威胁。比如日本马自达公司开发了一种车辆前方碰撞预警系统[2]
，该系统通过对车辆运动学关系的分析来确定紧急情况下的安全制动距离。第二种方法是利用人的认知行为作为车辆安全行驶状态判断指标。比如Hay ward 根据驾驶员在开车过程中可以对行车危险进行准确判断和评估的行为，提出了一种早期的人认知行为模型[2]
；Gibson 和Lee 利用人对碰撞
发生时间的预测和判断，而不是基于距离和撞上前车的时间，制定出一种汽车防碰撞预警策略[2]
。第三种方法是利用驾驶员试验数据统计或拟合出的参数及曲线，建立安全车距与车速、加速度等状态量之间的数值模型，以此作为车辆安全行驶状态判断指标。比如美国密歇根大学研究人员设计了IC CFOT 数据库，提出了一种控制算法性能评估方法，从统计学角度比较了几种追尾报警算法的性能，进而用于其功能的改进和参数的优化[2]
。上述3种方法都是基于车辆理想状态下的参数模型而设计，但车辆实际道路行驶过程与理想状态的具有一定的差异。因此，本文分析了基于安全距离参数的汽车AEBS 系统控制算法模型，并在控制算法模型的基础上利用预验证试验对安全距离参数进行调整，使车辆性能满足标准JT/T 1242-2019《营运车辆自动紧急制动系统性能要求和试验规程》的要求。
1 车辆AEBS 系统及其控制策略优化
车辆AEBS 系统通过车载传感器识别前方障碍物，并通过计算与前方障碍物的距离和相对速度等参数
来判断车辆与前方障碍物存在碰撞的可能性：当这种可能性存在时，系统会向驾驶员发出碰撞预警，提醒驾驶员避开碰撞，此时驾驶员可以通过操纵方向盘或踩制动踏板方式来避免碰撞；当碰撞无法避免时，系统会自动全力制动以降低因车辆与障碍物碰撞而造成的伤害。AEBS 工作流程见图1[3]
。
1.1 控制策略
控制策略是指导AEBS 系统工作的核心，系统的控制器内设定了整车紧急制动所需的条件。一个好的控制策略应能使AEBS 系统在适当的时间介入并发出碰撞预警，提醒驾驶员以避免碰撞且不给驾驶员带来过多干扰。
本文测试车辆AEBS 系统采用激光雷达和摄像头融合的环境感知系统，系统精度高、范围广、不受光
照影响[4]
。其系统控制策略是基于车距的判断，控制模型中定义了报警安全距离和制动安全距离。当车辆检测到自车与目标相对距离小于报警安全距离时，说明自车与目
标物有碰撞的可能，需要发出碰撞预警来提醒驾驶员及时避让；当自车与目标物间的间距小于制动安全距离时，需要AEBS 系统快速介入并制动，以避免碰撞的发生或降低碰撞造成的伤害。
控制策略中除了依靠车距进行安全状态判断外，还需要考虑到自车的速度以及自车与目标的相对速度。当自车车速较快时，刹车距离长，此时需要AEBS 系统较早介入以避免碰撞，因此需要设置一个较长的报警安全距离和制动安全距离。当自车速度较慢时，需要设置一个较短的报警安全距离和制动安全距离，以防止AEBS 系统过早介入。
AEBS 系统介入后，需要根据自车与目标的相对速度进行判断：当相对速度大于零时，车辆自动紧急制动系统继续制动；当相对速度小于等于零时，自动紧急制动系统解除制动。AEBS 系统控制逻辑见图2。
1.2 制动安全距离的计算模型及优化
制动安全距离是AEBS 系统中十分重要的参数，因此制动安全距离参数的确定对于AEBS 系统非常重
要。制动安全距离的确定方法有多种模型，本文选择的是基于制动过程的制动安全距离模型。
车辆制动过程可分为5个阶段：驾驶员反应阶段、
踏板空行程阶段、制动力增长阶段、持续制动阶段以及制动释放阶段。整个过程减速度曲线如图3所示。
图3中，τ1为驾驶员反应时间，τ2′为消除制动系统间隙时间，τ2″为制动力持续增长时间，τ3为制动力保持时间，τ4为制动释放时间，a b 为最大减速度。则制动距
图1 AEBS 工作流程
Fig. 1
Operation process of AEBS
图2 AEBS 控制逻辑
Fig. 2
Control logic of AEBS
图3 车辆制动过程
Fig. 3
Vehicle braking process
离为
（1）
式中：D ——制动距离；v 2——自车速度。
考虑到车辆自车制动停止后仍需要与前车保持一定距离，因此制动安全距离模型为
D br = D + d 0 （2）式中：D br ——制动安全距离；d 0——制动后与前车的距离，一般取值2~5 m [5]
。
在实际安全距离参数设置过程中，需要先对车辆制动特性进行检测，再根据车辆实际的制动特性曲线对车辆的制动安全距离参数进行最终的确定。
上述制动安全距离确定方法中，仅考虑到了自车的速度；而在实际道路行驶过程中，如果前方目标不是静止的，则采用由上述方法确定的制动安全距离参数仍然会造成AEBS 系统过早介入的情况。例如，当自车检测到与前车的距离小于等于安全距离D br 时，车辆AEBS 系统开始介入，但由于此时前车具有一定的速度，导致在自车制动停止之后，自车与前车的距离变大，不符合实际驾驶需求。因此，制动安全距离的确定除考虑自车车速外，还应该考虑自车与前车的相对速度、路面的附着系数、前车的运动状态等因素。针对目标车辆的运动
状态，将其制动安全距离计算公式进一步细化完善：
（3）
式中：v 1——目标车速；a max ——自车最大制动减速度。1.3 报警安全距离计算模型及优化
在制动前需要向驾驶员发出报警信号，提醒驾驶员采取措施，报警安全距离的计算应该根据驾驶员的反应时间进行：
D w = D br + (v 2-v 1) τ1 （4）式中：D w ——报警安全距离；τ1——驾驶员反应时间，一般取0.3~2 s 。
考虑到驾驶员年龄、驾驶习惯等个性化差异，选择合适的反应时间值：该值太大，会导致报警过早，驾驶员对自动紧急制动系统失去信任；值过小，会导致报警过晚，驾驶员来不及反应。本文选择的驾驶员反应时间为0.8 s 。
2 高级辅助驾驶测试系统
本文采用高级辅助驾驶测试系统（advanced driver assistance systems, ADAS ）针对车辆AEBS 系统进行试验。该系统主要由GPS 惯导测量系统（RT3002）、驾驶机器人、RT-Range S 、RT-Base 、麦克风及摄像头等组成。其中驾驶机器人用于控制测试车辆、目标车辆以及行人；GPS 惯导测量系统能够提供车辆速度、位置、加速度等信息；RT-Base 能够通过差分技术使GPS 惯导测量系统精度更高；RT-Range S 包括hunter 和target ，hunter 被安装在测试车辆上，target 被安装在目标车辆或目标假人（行人）上，hunter 和target 能够实时通信，并且根据位置信息计算出测试车辆和目标车
辆或行人之间的横向距离、纵向距离及碰撞时间（TTC ）等参数；麦克风和摄像头能够同步采集车辆声音报警信号和视觉报警信号。ADAS 系统基本架构见图4[6]
。
图4 高级辅助驾驶测试系统基本架构
Fig. 4
Basic architecture of ADAS
距离。
分析表2中数据，在40 km/h 车速下，被测车辆一级预警和二级预警相对紧急制动时刻的时差、预警阶段减速量、制动阶段减速量、发出一级预警时的TTC 以及紧急制动时的TTC 都符合标准要求，因此可以判定AEBS 系统在该测试场景下符合标准要求。在80 km/h 车速下，被测车辆二级预警相对紧急制动时刻的时差、预警阶段减速量、制动阶段减速量以及紧急制动时的TTC 符合标准要求，由于AEBS 系统未发出一级预警，因此AEBS 系统在该场景下的测试不符合标准要求。
由表2可知，在车辆高速工况下，由于制动安全距离参数的设置值较小，导致在制动安全距离基础上设置的报警安全距离参数也偏小，造成车辆AEBS 系统检测到需要发出一级预警时还未来得及发出一级预警，又检测到车辆与目标的距离达到发出二级预警条件。在此情况下AEBS 系统制动系统发出的一级预警直接被二级预警覆盖，表现出来为车辆未发出一级预警，直接发出二级预警。
根据表2中数据进行分析，车辆在80 km/h 车速下，在发生碰撞时ΔV 2为67.3 km/h ，即发生碰撞时车辆速度为12.7 km/h ；ΔT 2为0.84 s ，标准要求为大于0.8 s ，此时ΔT 2已经非常接近标准要求的限值；而T 1的值为2.03 s ，标准要求小于等于3 s ，不符合标准要求。因此，需要增大安全距离。
4.2 调整安全距离后的预试验
根据车辆制动特性，在现有安全距离参数基础上，增大4 m ，调整安全距离后重新进行目标车辆静止场景的预试验，测试结果见表3及图6、图7。
3 基于标准JT/T 1242-2019 的安全距离典型标准JT/T 1242-2019规定了营运车AEBS 系统测试方法，测试项目包括目标检测距离测试、目标检测宽度测试、目标车辆静止测试、目标车辆移动测试、弯道横向目标识别测试、误响应测试、行人测试和车路通信测试。本文主要通过目标车辆静止测试和目标车辆移动测试来验证AEBS 系统安全距离的设置是否合理[7]
。3.1 目标车辆静止测试场景
目标车辆静止位于车道中心，与被测车辆方向一致；测试车辆分别以40 km/h 和80 km/h 的速度沿车道中心匀速驶向目标车辆。一旦当被测车辆与目标车辆发生碰撞，或被测车辆制动停止但并未与目标车辆发生碰撞，试验即结束。
3.2 目标车辆移动测试场景
目标车辆和被测车辆方向一致，以12 km/h 的速度沿车道中心匀速行驶；被测车辆以80 km/h 的速度沿车道中心匀速行驶。一旦被测车辆和目标车辆发生碰撞，或被测车辆制动停止但未与目标车辆发生碰
撞，试验即结束。
针对典型测试场景的评价技术指标见表1，其中V g
为目标速度；V t 为被测车辆速度；ΔT 1和ΔT 2分别为一级预警和二级预警相对紧急制动时刻的时差，为报警时间；ΔV 1为预警阶段减速量；ΔV 2为制动阶段减速量；T 为发出一级预警时的TTC ；T 1为紧急制动时的TTC 。
4 AEBS 系统安全距离参数验证试验
4.1 AEBS 系统预试验
考虑到AEBS 系统的安全性和可靠性，报警安全距离和制动安全距离不是一个固定的数值。首先需要根据车辆的制动特性，设置初始报警安全距离和制动安全距离参数；然后，进行AEBS 系统的预试验，验证初始参数是否符合标准JT/T 1242-2019要求。本次预试验选择目标车辆静止的场景进行验证，试验结果见表2，试验照片见图5。表2中，S a 为制动时距离，S b 为制动后
表1 典型场景评价技术指标
Tab. 1 Technical indicators for typical scenarios
表2
预试验结果Tab. 2 Pre-test results
测试场景
图5 目标车辆静止测试
Fig. 5 Car-to-car rear stationary test
注：a ——未发生碰撞。
注：b ——发生碰撞；c ——未发出一级碰撞预警。
4.4 试验结果分析
由表3和表4可知，当自车速度为80 km/h 、目标车辆静止时，被测车开始制动时其与前车间的距离为48.01 m ，制动后被测车与前车距离为1.33 m ，因此AEBS 系统在此条件下的制动安全距离为48.01 m ；在目标车辆移动时，自车开始制动时的距离为44.86 m ，
制动后自车与前车间的距离为11.0 m ，因此AEBS 系统在此条件下的制动安全距离参数为44.86 m 。
试验结果表明，车辆安全距离参数的设定充分考虑了被测车与目标车辆的相对距离，证明了该车辆自动紧急制动系统控制策略的合理性。
5 结语
本文通过实车试验验证，在目标车辆静止及目标车辆移动场景下，车辆制动安全距离参数分别为48.01 m 和44.86 m 。通过预验证试验可知，由于控制算法模型与车辆实际行驶过程中的差异，在由控制算法确定好安全距离参数后，还需要通过预验证试验对其进行调整。但在确定最终报警安全距离和制动安全距离参数时，需要根据车辆实际状态进行反复调试，不能仅依据模型进行确定。参考文献：
[1] 何仁, 冯海鹏.自动紧急制动(AEB)技术的研究与进展[J].汽车
安全与节能学报, 2019, 10(1):1-15.
[2] 狄佐龙.车辆自动紧急制动系统控制算法仿真分析[J].汽车工业
研究, 2019(2):47-53.
由表3中数据可知，调整安全距离后，在40 km/h 和80 km/h 车速下，被测车辆的技术指标都满足标准要求（表1），因此可以判定AEBS 系统在目标静止测试场景下符合标准要求。4.3 目标车辆移动场景测试
对车辆进行目标车辆移动场景测试，驾驶员按照标准要求的速度匀速驾驶被测车辆（图8）。测试过程中被测车辆中心位置与目标轨迹中心横向偏差不得大于20%[7]
。试验照片见图8，试验结果见表4和图9。由数据可知，在目标移动场景下，制动安全距离为44.86 m ，制动距离为33.86 m 。
表3 调整安全距离后的预试验结果
Tab. 3 Pre-test results after adjusting the safe distance
图6 被测车40 km/h 时测试结果
Fig. 6
Test results as the tested vehicle is at 40 km/h
图7 被测车80 km/h 时测试结果
Fig. 7
Test results as the tested vehicle is at 80 km/h
图8 目标车辆移动测试
Fig. 8
Car-to-car rear moving test
图9 目标车辆移动测试结果
Fig. 9
Car-to-car rear moving test results
表4 目标车辆移动和行人测试结果Tab. 4 Car-to-car rear moving and
car-to-pedestrian test results
（下转第41页）汽车主动安全性
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