自適應巡航控制系統檢測方法對比分析

徐建勛，游國平，張儀棟，來 飛，王 戡，顏永福

(重慶車輛檢測研究院 國家客車質量監(jiān)督檢驗中心， 重慶 401122)

自適應巡航控制系統檢測方法對比分析

徐建勛，游國平，張儀棟，來 飛，王 戡，顏永福

(重慶車輛檢測研究院 國家客車質量監(jiān)督檢驗中心， 重慶 401122)

對汽車自適應巡航系統功能及原理進行闡述，重點對國際標準ISO 15622—2010和國家標準GB/T 20608—2006的試驗方法進行對比分析，同時指出試驗檢測過程中的相關注意事項，為車輛生產企業(yè)進行汽車自適應巡航系統的相關試驗測試提供參考。

自適應巡航；試驗方法；標準對比

汽車安全主要分為被動安全和主動安全。傳統的被動安全裝置如安全氣囊、安全帶、吸能器等已經廣泛應用于車輛設計制造中，對減少交通事故中的人身傷害起到了重要作用。據統計，在所有類型的道路交通事故中，由追尾、偏離車道等引起的約占全部事故的40%，而且80%以上的交通事故都是由駕駛員的誤操作或疲勞駕駛引起。隨著電子傳感器技術的飛速發(fā)展，近年汽車主動安全技術得到了質的飛越。汽車自適應巡航控制系統以半自動駕駛的方式降低駕駛員長時間高速行駛的工作強度，提高車道限速的執(zhí)行力度，能大大降低汽車高速運行中的事故發(fā)生率。

本文主要闡述自適應巡航的系統功能和運行原理，對ISO 15622—2010《Intelligent transport systems—Adaptive Cruise Control systems—Performance requirements and test procedures》和國家標準GB/T 20608—2006《智能運輸系統-自適應巡航控制系統性能要求與檢測方法》進行對比分析，同時指出測試過程中的重要參數差異，并闡述其對測試結果的影響。

1 系統功能及原理

自適應巡航控制(ACC)系統是一種智能化的自動控制系統，它是在早已存在的定速巡航控制技術的基礎上發(fā)展而來的。ACC的目的是通過對車輛縱向運動進行自動控制以減輕駕駛員的疲勞強度，保障行車安全，并通過適當的方式為駕駛員提供輔助支持[1-2]。

自適應巡航控制系統工作原理如圖1所示，其主要功能是在車輛行駛過程中探測前方車輛并測量車間距(安裝在車輛前部的車距傳感器持續(xù)掃描車輛前方道路)，同時監(jiān)控本車運動狀態(tài)(輪速傳感器采集車速信號)、駕駛員操作指令(中斷巡航指令等)，將數據輸入到ACC控制單元。當與前車之間的距離過小時，ACC控制單元可以通過與制動防抱死系統、發(fā)動機控制系統協調動作，使車輪適當制動，并使發(fā)動機的輸出功率下降，以使ACC車輛與前方車輛始終保持安全距離。

圖1 ACC系統工作原理Fig.1 Working principle ACC system

車間距離傳感器采用了微波雷達。當同一條車道前方沒有車輛時，像通常的巡航控制一樣按照設定的車速行駛；當前方出現車輛時，以低于設定車速行駛，控制本車與前方車輛在合理間距內。4種典型的功能如圖2所示。

圖2 ACC的4種典型功能示意圖

1) 當前方無車輛時,ACC車輛將處于普通的巡航駕駛狀態(tài),按照駕駛員設定的車速行駛,駕駛員只需要進行方向控制(勻速控制)。

2) 當ACC車輛前方出現目標車輛時,如果目標車輛的速度小于ACC車輛,則ACC車輛將自動進行減速控制，確保兩車的距離為所設定的安全距離。

3) 當兩車之間的距離等于安全距離時采取跟隨控制,即與目標車輛以相同的車速行駛。

4) 當前方的目標車輛發(fā)生移線或主車移線行駛使得主車前方無行駛車輛時，ACC系統將對主車進行加速控制，使主車恢復至設定的行駛速度。

2 測試標準差異

目前，針對汽車自適應巡航的標準主要有ISO 15622—2010和國家標準GB/T 20608—2006。由于各自的標準體系以及產品類型有所不同，國標與ISO之間的測試方法和測試參數存在部分差異。

2.1 車間時距閾值

車間時距是指本車駛過連續(xù)車輛車間距的時間間隔，如圖3所示。τ=c/v，其中：c為前車尾部與本車頭部之間的距離；v為本車行駛速度。

圖3 車間時距示意圖

當車間時距小于τmin時，車輛必須采取減速措施，以保證跟車安全。

GB/T 20608—2006中申明的車間時距要求：在各種車速情況下，τmin應大于等于1s，提供的車間時距應在1.5～2.2 s。

ISO 15622—2010中申明的車間時距要求：在各種車速情況下，τmin應大于等于0.8 s，提供的車間時距應在1.2～2 s。

由此可見，ISO 15622—2010中提出的ACC自適應巡航車距相比GB 20608—2006更近，ACC控制器作用時間需要提高約20%。由于車距更接近，能使單位路段上跟車數量提高，也可以降低由于中間穿插車輛引起的誤報和緊急事故發(fā)生。同時，車距縮短也體現出國外現有ACC系統從硬件到控制策略軟件等各方面的技術進步。

但是，從驗證試驗的角度來分析，考慮到在ACC控制策略失效的狀況下反應時間將大大縮短，因此試驗過程中對測試車輛的安全措施提出了更高的要求，需要駕駛機器人進行輔助保護或者設置可靠的提醒策略協助駕駛員快速介入，以避免測試過程中發(fā)生意外。

2.2 ACC的操作限制及制動燈控制

ACC作為主動安全項目，會自動介入駕駛員的駕駛活動中，其介入的時機和閾值會直接影響行駛的安全性和平順性，因此標準中對ACC的使用最低時速及剎車介入、撤出時機等項目都提出了要求[3]。

ACC系統進行正向加速操作的前提是車速在最低巡航速度以上，即vlow=5 m/s。當ACC系統正處于關閉過程中、并且車輛速度低于vlow時，不允許突然撤銷制動力。最低的設定車速應為vset_min≥7 m/s。

在ACC系統的平均減速度方面，ISO 15622—2010規(guī)定不應大于3.5 m/s，GB/T 20608—2006中規(guī)定不應大于3.0 m/s。

此條目反映了現有ISO 15622—2010中對于ACC操作的限值寬于GB/T 20608—2006的要求，ISO中規(guī)定的車輛減速度要高于GB中規(guī)定限值17%。由于減速度直接影響的是駕駛的穩(wěn)定性和平順性，因此需要避免急加速和急減速。

但是，從實際試驗測試過程來看，在ISO標準中放寬減速度限值與縮短車間時距具有相關性。在相應的車間時距限值下，若不提高減速度限值，易導致ACC控制策略失效，車間時距不足以使車輛制動到安全距離，從而導致車輛追尾，因此ISO和GB中提供的減速度都要能滿足各自的車間時距要求，所以在舒適性和平順性上GB的指標更加合理。

2.3 制動燈控制(僅適用于ACC2型系統)

ACC2型系統不僅可以對發(fā)動機和變速器進行調節(jié)，還可以直接控制制動系統，以達到更有效的車間時距控制。其控制模式示意圖如圖4所示。在此系統工作過程中會進行自動制動操作，此時制動燈會點亮。當ACC系統執(zhí)行了其他減速操作時，制動燈也需要被點亮，以提示后車[4-9]。

圖4 ACC2控制模式示意圖

在制動燈的控制點亮時間測試項目中，ISO 15622—2010中規(guī)定為350 ms，GB/T 20608—2006中規(guī)定為100 ms。經測試，這兩個反應時間對于后車的安全警示幾乎沒有影響，但若后車跟隨太近，則會影響后車駕駛員踩剎車踏板的時機。如反應時間為0.25 s，則在70 km/h的速度下制動能縮短2～5 m的剎車距離，會影響到行車安全。因此可以看出，GB的規(guī)定值對于后車安全性更有效，值得推廣應用。

2.4 ACC測試環(huán)境溫度的限定

ACC測試環(huán)境要求為平坦干燥的瀝青或混凝土路面，水平能見度大于1 km。

ACC測試環(huán)境溫度ISO 15622—2010規(guī)定為-20～40 ℃，GB/T 20608—2006規(guī)定為0～40 ℃。

ACC系統主要為電子部件，包括雷達、控制器、作動器等部分。ISO將試驗溫度擴展到常規(guī)冬季氣溫，充分考慮了系統工作的穩(wěn)定性要求，更能綜合評價ACC系統的耐候性，對于裝車系統的安全性和可靠性提供了有力的試驗支撐。

2.5 ACC毫米波雷達參數差異

雷達是ACC系統的重要部件，汽車上主要使用紅外激光雷達和毫米波雷達。隨著技術的發(fā)展，從成本和穩(wěn)定性角度來看，毫米波雷達越來越多地應用于汽車行業(yè)中。毫米波雷達就是工作在毫米波波段的雷達。雷達向周圍發(fā)射無線電波，通過測定和分析反射波以計算障礙物的距離、方向和大小。正如毫米波雷達名字所示，其發(fā)射的無線電波為波長在1～10 mm、頻率在20～300 GHz的毫米波。汽車毫米波雷達工作頻段為21.65～26.65 GHz和76～81 GHz。比較常見的汽車毫米波雷達工作頻率在24，77，79 GHz這3個頻率附近。

ISO 15622—2010中毫米波雷達測試頻率范圍為20～95 GHz。

GB/T 20608—2006中毫米波雷達測試頻率范圍為50～95 GHz。

由此可以看出國內外在毫米波雷達應用上的差異。國外測試頻段更加寬(主要是針對24 GHz雷達產品)，也代表了新型雷達的應用趨勢。同時由于頻段使用不同，各種抗干擾指標也有所不同，需要在測試過程中提供不同的測試工況。

2.6 彎道適應能力測試的目標車尾部安裝物

彎道適應能力測試主要考核ACC系統對道路幾何結構參數的預測能力，同時兼顧到ACC傳感器的視野范圍。其駕駛場景為：本車以車間時距控制模式跟隨同一車道上的目標車(二者縱向中心線的橫向偏差為±0.5 m)。測試之前，本車和目標車應滿足給定的初始條件。測試車道設置示例如圖5所示。

1.測試開始時，主車位于具有恒定半徑的測試車道上，且滿足其他初始條件；2.當主車開始減速(正確反應)或車頭時距降至2/3τmax時，測試結束。

圖5 測試車道設置示例

Fig.5 Example of test track layout

在目標車尾部需要安裝測試目標，參考平面尺寸相同(高度0.9 m，與車身等寬)，但國內外標準對于測試目標離地高度的要求有差異：ISO 15622—2010為0.6±0.1 m，GB/T 20608—2006為0.2 m。ISO更好地區(qū)分了乘用車、貨車或者客車的離地間隙特征，在測試中更能體現ACC系統工作的安全范圍，并提供了更可靠的試驗支撐。

從實際測試結果來看，依據ISO標準的試驗雷達覆蓋范圍有更高的要求，從而提高了系統識別率和可靠性。

3 建議

本文對汽車自適應巡航系統功能及原理進行了闡述，重點對國際標準ISO 15622—2010和國家標準GB/T 20608—2006的試驗方法進行了對比分析，指出了試驗檢測過程中的重要參數差異，分析了其影響因素，并提出以下建議：

1) 建議盡量提升ACC策略效率，縮短車間時距，從而提高整體路面使用效率。

2) 建議使用GB/T 20608—2006的制動燈觸發(fā)時間閾值，延長后車制動反應時間，提高行駛安全性。

3) 建議擴展GB標準中的環(huán)境溫度范圍、雷達頻率范圍、目標車尾部測試目標規(guī)格等參數，使國內外標準接軌，為汽車自適應巡航應用提供更好的測試手段。

[1] ISO 15622—2010.Intelligent transport systems—Adaptive Cruise Control systems-Performance requirements and test procedures[S].Switzerland:ISO copyright office,2010.

[2] GB/T 20608—2006.智能運輸系統-自適應巡航控制系統性能要求與檢測方法[S].北京：中國標準出版社，2007.

GB/T 20608—2006.Intelligent transportation systems-Performance requirements and testing methods of adaptive cruise control system[S].Beijing:China Standards Press,2007.

[3] 張景波,劉昭度,齊志權,等.汽車自適應巡航控制系統的發(fā)展[J].車輛與動力技術,2003,90(2):44-49.

ZHANG Jingbo,LIU Zhaodu,QIN Zhiquan,et al.Development of the Adaptive Cruise Control for Cars[J].Acta Armamentarll The Volume of Tank,Armored Vehicle and Engine,2003,90(2):44-49.

[4] 張德兆,王建強,劉佳熙,等.加速度連續(xù)型自適應巡航控制模式切換策略[J].清華大學學報(自然科學版),2010(8):1277-1281.

ZHANG Dezhao,WANG Jianqiang,LIU Jiaxi，et al.Switching strategy for adaptive cruise control modes for continuous acceleration[J].Journal of Tsinghua University(Science and Technology),2010( 8):1277-1281.

[5] 裴曉飛,劉昭度,馬國成.一種汽車巡航控制的分層控制算法[J].北京理工大學學報,2012,32(3):43-47.

PEI Xiaofei,LIU Zhaodu,MA Guocheng.A Hierarchical Control Algorithm of Automobile Cruise System[J].Transactions of Beijing Institute of Technology,2012,32(3):43-47.

[6] 王景武,金立生.車輛自適應巡航控制系統控制技術的發(fā)展[J].汽車技術,2004(7):1-3.

WANG Jingwu,JIN Lisheng. Development of control technology of vehicle adaptive cruising control systems[J].Automotive Technology,2004(7):1-3.

[7] 王躍建,侯德藻,李克強,等. 基于 I TS的汽車主動避撞性關鍵技術研究( 一)[J].汽車技術,2003(3):3-8.

WANG Yuejian,HOU Dezao,LI Keqiang,et al.Study on key technology of active collision prevention based on ITS (I)[J].Automotive Technology,2003(3):3-8.

[8] YI K,MOON I.A driver-adaptive s top-and-go cruise control strategy[C]//Proceeding of the 2004 IE EE International Conference on Networking,Sensing & C on trol.T aipei,China:IEEE Press,2004:601-606.

[9] BRANICKY M S.Stability of sw itch ed and hyb rid systems[C] //Proceeding of th e 33rd Conference on Decision and Control. Lake Buena Vista,USA:IEEE Press,1994:3498-3503.

(責任編輯 劉 舸)

Contrastive Analysis of Adaptive Cruise Control Systems Test Procedures

XU Jian-xun, YOU Guo-ping， ZHANG Yi-dong, LAI Fei, WANG Kan, YAN Yong-fu

(National Coach Quality Supervision and Test Center, Chongqing Vehicle Test & Research Institute, Chongqing 401122, China)

The function and principle of self-adaptive cruise control system would be expounded. The difference of ISO 15622—2010 and GB/T 20608—2006 would be analyzed. The test process attentions would be pointed out and it would provide reference of ACC systems test for vehicle production enterprises.

self-adaptive cruise control; test procedure; comparative analysis

2016-11-24

徐建勛(1989—)，男，博士，副研究員，主要從事車輛工程研究，E-mail：540605827@qq.com。

徐建勛，游國平，張儀棟，等.自適應巡航控制系統檢測方法對比分析[J].重慶理工大學學報(自然科學)，2017(2):23-27.

format：XU Jian-xun, YOU Guo-ping， ZHANG Yi-dong, et al.Contrastive Analysis of Adaptive Cruise Control Systems Test Procedures[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(2):23-27.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.02.004

U461.91

A

1674-8425(2017)02-0023-05