基于Euro-NCAP的汽車主動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)分析[1]

文/曹建永 曹 寅 張建文

基于Euro-NCAP的汽車主動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)分析[1]

文/曹建永 曹 寅 張建文

論文主要介紹了汽車主動(dòng)安全技術(shù)的新特征，概述了Euro-NCAP中汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)測(cè)試涉及的主要標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)、技術(shù)內(nèi)容等進(jìn)行了較詳細(xì)分析。

主動(dòng)安全 汽車 標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)試

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展和汽車保有量的急劇增長(zhǎng)，道路交通安全問(wèn)題日益突出。為減少道路交通事故，改善道路交通安全，從汽車整車企業(yè)到零部件企業(yè)，對(duì)汽車安全性越來(lái)越重視，諸多安全技術(shù)在汽車上得到迅速應(yīng)用。各國(guó)政府也相繼出臺(tái)了一系列的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，對(duì)汽車安全性能與評(píng)價(jià)作了明確規(guī)定。隨著汽車被動(dòng)安全技術(shù)的日趨完善，以預(yù)防事故發(fā)生或減輕事故發(fā)生程度為目的的汽車主動(dòng)安全技術(shù)，已成為當(dāng)今道路交通的迫切需要，電子控制技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了先進(jìn)主動(dòng)安全技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)也成為了汽車界所關(guān)注的重點(diǎn)。

一、汽車主動(dòng)安全技術(shù)新特征

相比傳統(tǒng)車輛技術(shù)，汽車主動(dòng)安全技術(shù)具有以下技術(shù)特征：以半導(dǎo)體微控制、傳感器、雷達(dá)、視覺(jué)影像等先進(jìn)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)特定算法為駕駛?cè)藛T提供各種預(yù)警信息，協(xié)助處理車身穩(wěn)定控制，以降低交通事故的發(fā)生率。安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)和功能安全是汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)的核心部分。

安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)是指從車身整體安全的角度出發(fā)，采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)，提醒或干預(yù)車輛行駛狀態(tài)，提高汽車的行駛穩(wěn)定性，從而避免事故發(fā)生；功能安全則指的是系統(tǒng)應(yīng)具有完備的自我診斷功能，不會(huì)存在由于電子電器功能故障而導(dǎo)致不合理的風(fēng)險(xiǎn)。在當(dāng)前汽車主動(dòng)安全控制技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中，還是處于多種主動(dòng)安全子系統(tǒng)共存的狀況。

二、汽車主動(dòng)安全技術(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)概述

1. 汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)

汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)也可分為“輔助”和“干預(yù)”兩種類型。駕駛輔助系統(tǒng)主要有自適應(yīng)巡航系統(tǒng)（ACC）、自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng)（APA）、自動(dòng)緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)（AEB）等（見(jiàn)表1）。干預(yù)控制系統(tǒng)主要是指車輛底盤集成控制系統(tǒng)，如制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）、四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)（4WS）和牽引力控制系統(tǒng)（TCS）等（見(jiàn)表2）。

表1 駕駛輔助系統(tǒng)

表2 車輛底盤控制系統(tǒng)

2. 典型汽車主動(dòng)安全測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

隨著行車安全日益受到人們的重視，越來(lái)越多的車企把主動(dòng)安全系統(tǒng)升級(jí)為汽車的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)配置。汽車電子主動(dòng)安全市場(chǎng)上，目前主要還是歐美一些國(guó)際品牌車企在引導(dǎo)整個(gè)市場(chǎng)需求，并制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，特別是在歐洲、北美地區(qū)的一些國(guó)家，均對(duì)汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)提出了相應(yīng)的法規(guī)或強(qiáng)制要求等。例如：源自工業(yè)功能安全和IEC 61508“電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)功能安全”系列標(biāo)準(zhǔn)的ISO 26262“道路車輛功能安全”系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以及歐洲新車安全評(píng)價(jià)（Euro-NCAP）的主動(dòng)安全要求（車輛穩(wěn)定控制技術(shù)、自動(dòng)緊急制動(dòng)技術(shù)以及車道偏離報(bào)警技術(shù)）。在國(guó)內(nèi)，各廠商正在積極跟進(jìn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但總體來(lái)看，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有明確的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)。

3. ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)

ISO 26262是從電子、電氣及可編程器件功能安全的基本標(biāo)準(zhǔn)——IEC 61508派生出來(lái)的，主要定位在汽車行業(yè)中特定的電氣器件、電子設(shè)備和可編程電子器件等專門用于汽車領(lǐng)域的部件，是旨在提高汽車電子、電氣產(chǎn)品功能安全的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。ISO 26262從2005年11月起正式開始制定，經(jīng)歷了大約6年左右的時(shí)間，于2011年11月正式頒布。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，2015年歐洲車廠開始全面導(dǎo)入符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的車用元件。

隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的提高、軟件和機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用，來(lái)自系統(tǒng)失效和隨機(jī)硬件失效的風(fēng)險(xiǎn)也日益增加，ISO 26262為汽車安全提供了一個(gè)生命周期（管理、開發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、服務(wù)和報(bào)廢）理念，并在這些生命周期階段提供必要的支持。該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋功能性安全方面的整體開發(fā)過(guò)程（包括需求規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施、集成、驗(yàn)證、確認(rèn)和配置）。

ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)程度對(duì)系統(tǒng)或系統(tǒng)某組成部分確定劃分由A到D的安全需求等級(jí)——汽車安全完整性等級(jí)（ASIL）。其中，D級(jí)為最高等級(jí)，需要最嚴(yán)苛的安全需求。未來(lái)汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是要達(dá)到ASIL-C/D等級(jí)。此外，通過(guò)雷達(dá)、攝像頭等主動(dòng)安全系統(tǒng)，將輔助駕駛?cè)藛T在沒(méi)有預(yù)計(jì)或路況不明的情況下，做出是否需要提前制動(dòng)的預(yù)判，從而提高整體汽車智能化水平。

ISO 26262主要用于安裝在最大總質(zhì)量不超過(guò)3.5 t乘用車上的一個(gè)或多個(gè)電子系統(tǒng)的安全相關(guān)系統(tǒng)。ISO 26262唯一不適用于為殘疾人設(shè)計(jì)的特殊目的車輛的電子系統(tǒng)。

4. 車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)的功能要求通過(guò)電子控制方法來(lái)提高車輛動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性，必須包括方向控制和側(cè)翻控制兩個(gè)方面。方向控制：要求在不足轉(zhuǎn)向或過(guò)度轉(zhuǎn)向情況下，并且在車輛物理極限內(nèi)，使車輛按駕駛員意圖保持方向穩(wěn)定性；側(cè)翻控制：要求在車輛即將發(fā)生側(cè)翻的情況下，使車輛在物理極限內(nèi)保持穩(wěn)定性。目前，關(guān)于車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，主要是歐洲的ECE R13《乘用車制動(dòng)系統(tǒng)型式批準(zhǔn)的統(tǒng)一規(guī)定》 和美國(guó)FMVSS 126《車輛穩(wěn)定控制系統(tǒng)》的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，以及我國(guó)2014年發(fā)布的推薦標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30677-2014《輕型汽車電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)性能要求及試驗(yàn)方法》，其核心內(nèi)容是頻率為0.7 Hz的正弦延遲試驗(yàn)。

GB/T 30677-2014標(biāo)準(zhǔn)中正弦延遲試驗(yàn)方法大體如下：首先，進(jìn)行緩慢增加轉(zhuǎn)向試驗(yàn)，車輛以（80±2）km/h的速度勻速行駛，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角以13.5o/s角速度勻速增加，直到車輛的側(cè)向加速度約為5 m/s2（0.5 g）；然后，開始正弦延遲試驗(yàn)，車速為（80±2）km/h，轉(zhuǎn)向盤的輸入（見(jiàn)圖1），正弦曲線的起始振幅為1.5A（A為上述緩慢增加轉(zhuǎn)向試驗(yàn)中，使車輛產(chǎn)生3 m/s2即0.3 g穩(wěn)態(tài)側(cè)向加速度的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角），每次試驗(yàn)振幅的遞增幅度為0.5 A，直到正弦曲線的振幅增加到6.5 A或是270 °。

5. AEBs測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

AEBs由測(cè)距、數(shù)據(jù)分析和執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)3大子系統(tǒng)組成。其中，測(cè)距系統(tǒng)的核心包括微波雷達(dá)、激光雷達(dá)和視頻系統(tǒng)等。它可以提供前方道路全面、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的圖像與路況信息。AEBs采用雷達(dá)或者攝像頭等傳感器，測(cè)量與前車或者障礙物的距離，然后，通過(guò)數(shù)據(jù)分析將測(cè)出的距離與報(bào)警距離、安全距離進(jìn)行比較，小于報(bào)警距離閥值時(shí)就進(jìn)行聲音提示，而小于安全距離時(shí)即使在駕駛員沒(méi)來(lái)得及踩制動(dòng)踏板的情況下，AEBs也會(huì)啟動(dòng)，使汽車自動(dòng)制動(dòng)，從而為安全出行保駕護(hù)航。目前，關(guān)于AEBs標(biāo)準(zhǔn)，主要是歐洲的ECE R131、Euro-NCAP自主緊急制動(dòng)試驗(yàn)和美國(guó)公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)的自主緊急制動(dòng)試驗(yàn)。其核心工況是車與車的制動(dòng)工況和車與人的制動(dòng)工況，工作形式主要有AEBs結(jié)合碰撞預(yù)警功能（FCW）、單獨(dú)AEB 以及單獨(dú)FCW 三種形式。

① 車與車的制動(dòng)工況

?靜態(tài)制動(dòng)工況試驗(yàn)。靜態(tài)制動(dòng)工況試驗(yàn)描述的是試驗(yàn)車在一定的車速下接近前方靜止車輛，然后試驗(yàn)車的AEBs進(jìn)行制動(dòng)測(cè)試。根據(jù)系統(tǒng)分類和工作方式分類，測(cè)試流程和測(cè)試方法見(jiàn)表3，試驗(yàn)示意圖見(jiàn)圖2。

表3 靜態(tài)制動(dòng)工況試驗(yàn)速度參數(shù)表 km/h

圖2 靜態(tài)制動(dòng)工況試驗(yàn)示意圖

?勻速制動(dòng)工況試驗(yàn)。勻速制動(dòng)工況試驗(yàn)描述的是試驗(yàn)車在一定車速下接近前方勻速運(yùn)動(dòng)車輛，然后試驗(yàn)車的AEBs進(jìn)行制動(dòng)測(cè)試。根據(jù)系統(tǒng)分類和工作方式分類，測(cè)試流程和測(cè)試方法見(jiàn)表4，試驗(yàn)示意圖見(jiàn)圖3。

表4 勻速制動(dòng)工況試驗(yàn)速度參數(shù)表 km/h

圖3 勻速制動(dòng)工況試驗(yàn)示意圖

?變速制動(dòng)工況試驗(yàn)。變速制動(dòng)工況試驗(yàn)描述的是試驗(yàn)車在一定車速下接近前方以一定減速度制動(dòng)的車輛，然后試驗(yàn)車的AEBs進(jìn)行制動(dòng)測(cè)試。根據(jù)系統(tǒng)分類和工作方式分類，測(cè)試流程和測(cè)試方法見(jiàn)表5，試驗(yàn)示意圖見(jiàn)圖4。

表5 變速制動(dòng)工況試驗(yàn)速度參數(shù)表

圖4 變速制動(dòng)工況試驗(yàn)示意圖

② 車與行人制動(dòng)工況

目前，車與行人工況還未正式加入測(cè)試規(guī)范中，試驗(yàn)方法和規(guī)范也正在研究過(guò)程中，可能的工況主要分成以下3種情況。

工況1：清晰狀態(tài)下遇到行人，從左側(cè)人行道進(jìn)入車道；

工況2：隱蔽狀態(tài)下遇到行人，從左側(cè)人行道進(jìn)入車道；

工況3：清晰狀態(tài)下遇到行人，從右側(cè)人行道快步進(jìn)入車道。

6. 車道偏離報(bào)警系統(tǒng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

系統(tǒng)首先通過(guò)狀態(tài)感知模塊、獲得道路幾何特征和車輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)，然后由車道偏離評(píng)價(jià)算法對(duì)車道偏離的可能性進(jìn)行評(píng)價(jià)，必要的時(shí)候通過(guò)信號(hào)顯示界面向駕駛員報(bào)警。車道偏離預(yù)警系統(tǒng)的研究主要集中在，基于視覺(jué)的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)上。偏道警告系統(tǒng)的警告標(biāo)準(zhǔn)可分為4種：

? 基于車輛在車道中的當(dāng)前位置（CCP）；

? 基于將來(lái)偏離量的不同（FOS）；

? 基于車輛將橫越車道邊界的時(shí)間（TLC）；

? 基于知識(shí)的道路場(chǎng)景感知（KBIRS），其中TLC標(biāo)準(zhǔn)使用最為廣泛。

目前，關(guān)于車道偏離報(bào)警系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)主要是歐洲的ECE R130、ISO 17361:2007《智能交通系統(tǒng)-車道偏離系統(tǒng)的性能要求及試驗(yàn)方法》和GB/ T 26773-2011《智能運(yùn)輸系統(tǒng) 車道偏離報(bào)警系統(tǒng)性能要求與檢測(cè)方法》。

三、汽車主動(dòng)安全技術(shù)未來(lái)發(fā)展

汽車主動(dòng)安全技術(shù)未來(lái)發(fā)展主要可包括：

底盤集成控制會(huì)成為一個(gè)主要趨勢(shì)。通過(guò)中央控制器將制動(dòng)、懸架、轉(zhuǎn)向、動(dòng)力傳動(dòng)，通過(guò)CAN總線協(xié)調(diào)控制，形成一體化的安全控制系統(tǒng)。

車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將把汽車納入網(wǎng)絡(luò)世界，提升汽車智能化水平。未來(lái)更高級(jí)別、采用雷達(dá)和攝像技術(shù)的ADAS高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)將會(huì)成為行業(yè)開發(fā)的又一個(gè)重點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人駕駛技術(shù)將會(huì)得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。

[1] 劉佳熙,郭輝,李君.汽車電子電氣系統(tǒng)的功能安全標(biāo)準(zhǔn) ISO 26262[J].上海汽車,2011,10:57～61.

[2] 梁榮亮,高明秋,郭魁元,等. 基于GTR.8和FMVSS 126的ESC測(cè)評(píng)方法研究[J].汽車工程,2014(3):321-327.

[3] 曹寅,朱春嵩,黃先國(guó).自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)性能測(cè)試方法分析[J].質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)化,2014(6):51-54.

（作者單位：國(guó)家機(jī)動(dòng)車產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（上海））

信息專遞——

寧波特種設(shè)備安全工作再添新舉措

3月18日，中國(guó)特檢院臨港設(shè)備安全評(píng)價(jià)（寧波）中心正式掛牌運(yùn)行。寧波是華東地區(qū)最重要的石化產(chǎn)業(yè)基地之一，并擁有全球首個(gè)8億噸港。該中心的正式運(yùn)行，是寧波市特檢院聯(lián)合中國(guó)特檢院共同為寧波市及周邊地區(qū)大型儲(chǔ)罐、港口設(shè)備、石化裝置等提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐和優(yōu)質(zhì)高效的安全保障服務(wù)，促進(jìn)特種設(shè)備安全運(yùn)行水平，提升和服務(wù)寧波臨港產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)重要舉措。未來(lái)，該中心會(huì)抓住主題、找準(zhǔn)重點(diǎn)，更好地服務(wù)好寧波及周邊地區(qū)的臨港設(shè)備安全。

The paper describes the new features of automotive active safety technology, outlines the relevant main standards in Euro-NCAP involving automobile active safety systems test, and analyzes the system structure and technical content of the standard in detail.

Active Safety; Vehicle; Standards; Test

注：[1]本項(xiàng)目由上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)/技術(shù)帶頭人計(jì)劃資助（項(xiàng)目編號(hào)：16XD1421400）。