AEB系統性能與碰撞時間關聯性研究

劉建平 鄭望曉 鄭陽

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院,廣州 511400）

主題詞：AEB系統 碰撞時間 制動執行策略

1 前言

自動緊急制動（Autonomous Emergency Break，AEB）系統利用現代傳感器技術實時對車輛的周圍環境和車輛行駛狀態進行探測，并根據算法預判當前環境的危險程度，當檢測到前方有潛在碰撞危險時，系統向駕駛員發出警告以提醒駕駛員采取措施規避危險，并在駕駛員沒有及時對警告信號做出正確反應且碰撞危險變得十分緊急時，系統提供制動力，通過自動制動等主動介入方式來避免碰撞事故的發生或減輕碰撞事故的嚴重程度[1-3]。目前，歐洲新車安全評鑒協會（Euro NCAP）已將AEB納入新車主動安全的評價規程，而我國最新版的CNCAP（2018版）也開始將AEB納入新車評價規程。本文將依據實車測試結果對AEB激活時刻的碰撞時間（Time To Collision,TTC）、制動系統響應時間、最大減速度等進行分析，為設定AEB系統策略和性能目標提供數據支撐，以提升AEB系統在NCAP評價規程中的得分率。

2 AEB工作原理分析

AEB的關鍵是避撞算法，因避撞算法決定了預警的時機和邏輯，其核心問題是確定合適的介入時刻。碰撞時間是評價交通安全的微觀指標，是指某一時刻本車與目標車之間發生碰撞前的剩余時間。在同一車況下，在碰撞時間較大時制動效能較好，且不易發生事故。但是該情形下用戶體驗很差，用戶需要的是相對激進的危險制動時機，即TTC足夠小時AEB就應采取制動措施，即應遵循兩個原則：一是為不影響用戶體驗，制動時刻應晚于駕駛員的最遲制動時刻和駕駛員的最遲轉向時刻；二是制動時刻應早于制動系統將車輛剎停的最遲制動時刻[4]，確保制動效能，達到避撞的目的。

3 試驗研究

3.1 試驗方法

選取6款具有代表性且配置有AEB功能的車輛進行試驗，包括一款轎車（A）、三款SUV（B、C、D）、一款MVP（E）及一款純電動車（F）。測試工況選用歐洲新車評價規程(Euro-NCAP)的前車靜止(Car to Car Rear sta?tionary,CCRs)工況[5]，即本車以10 km/h的梯度從10 km/h遞增到50 km/h。前車為Euro-NCAP測試車輛目標(Eu?rope Vehicle Target，EVT)模型并保持靜止，如圖1所示。

圖1 前車靜止（CCRs）測試工況

試驗中采用了E-NCAP中定義的ABD駕駛機器人（含轉向、制動和油門機器人）、OxTS陀螺儀、基站及數傳系統、Euro-NCAP測試車輛目標等設備，試驗過程精確控制試驗車的速度、加速度、方向和距離，實時采集測試車輛速度、減速度、碰撞時間TTC、測試車輛與目標之間距離等。

3.2 試驗結果

通過試驗得出各車型能實現的最高避撞車速見表1。由表1可知，各車型之間最高避撞速度較接近，但實際用戶體驗卻存在較明顯差異。經統計，各車型在各速度點AEB制動時的TTC如圖2所示。

表1 各車型CCRs工況最高避撞車速

圖2 各車型AEB激活時刻TTC與速度關系曲線

由圖2可看出，在各車速點AEB制動時，B車型TTC最小，E車型的TTC最大，整體上各車型的TTC隨車速的增加呈逐步增大的趨勢。但F車型在各車速下AEB激活時刻TTC一致性較差，在車速為10 km/h時TTC為1.4 s，實際體驗中能感知該車速下AEB制動時機略顯提前，用戶體驗不佳。

B車型AEB制動時TTC值最小，即同一車速下B車型的AEB制動時機最晚，但在CCRs工況下，最高避撞車速仍能達到45 km/h。通過對試驗采集的數據進一步分析可知，不同車型在同一車速、一定制動TTC情況下，AEB系統所能提供的減速效果與其策略設定及搭載的車輛制動系統性能直接關聯。其中，不同廠商的AEB系統控制策略有不同的風格，而制動系統性能與制動系統的響應時間和所能達到的最大減速度相關。

4 AEB制動執行策略和性能分析

4.1 AEB性能與TTC及制動系統性能關聯性分析

因在各車速下F車型AEB系統激活TTC一致性差，且低速時（10 km/h）的TTC過大，由此可推斷該車型AEB系統激活TTC的設定策略不夠完善。進一步分析其減速度數據可知，AEB系統在各車速點均采用一級制動，液壓制動系統響應時間略長（制動后約750 ms才達到最大減速度9.2 m/s2），且在最大減速度點保壓時間不夠（圖3），故F車型在車速為45 km/h時，AEB系統雖在TTC為1.2 s時即開始制動，但仍未最終實現避撞。

圖3 F車型減速度曲線

由圖2可看出，B車型在各車速點AEB激活時刻的TTC隨車速提高逐漸增加，呈一致性分布，其TTC最大值僅為0.75 s，符合緊急制動定義，實際評價中該車型自動制動時機合理，不影響用戶體驗。另外，該車采用的新型制動助力器的液壓制動系統響應快，通過試驗數據分析表明，在AEB系統開始制動270 ms后，制動系統即達到最大減速度，同時能提供足夠的保壓時間（圖4），故能明顯提升制動效能。在執行策略方面，該車同樣采用的是一級制動，由此表明，在所測試的幾款車型中，B車型AEB系統激活時刻的TTC最小，但該車型制動系統響應速度快，且能提供足夠大的最大減速度（約10 m/s2），故能實現最高車速（45 km/h）下的自動避撞。

圖4 B車型減速度曲線

4.2 AEB系統請求制動執行策略分析

通過對多個車型試驗結果的分析可知，在AEB系統請求制動策略設定方面主要分為兩類，一是采用一級制動，即AEB系統開始制動后直接達到其所需的最大減速度值，如圖5所示；二是采用兩級制動，即AEB系統開始制動直至車輛停止過程中，AEB系統提供不同減速度值的兩級制動。

圖5 采用一級制動減速度曲線

AEB系統二級制動策略分為3種類型：

a.根據AEB系統控制策略，AEB系統首先請求制動系統執行第一級較大減速度（約7m/s2）來降低本車車速，同時通過其算法實時計算與目標車的相對速度和距離，若仍存在與目標車的碰撞風險，則在某一時刻以最大減速度再執行二級制動，直至車輛制動減速至停止，稱為第Ⅰ類型，如圖6所示；

圖6 第Ⅰ類型二級制動曲線

b.AEB系統先請求制動系統執行較小的一級減速度（約2 m/s2），若此時駕駛員仍未踩下制動踏板，或駕駛員介入后車輛減速度仍不能使本車避免發生碰撞；則在某一時刻AEB系統將請求制動系統執行二級制動，使本車減速度達到最大值，直至本車制動減速至停止，稱為第Ⅱ類型，如圖7所示；

圖7 第Ⅱ類型二級制動曲線

c.AEB系統首先請求制動系統以最大減速度執行一級制動，然后根據其算法執行二級制動，在某一時刻降低減速度至某一數值，直至本車停止，避免與目標車發生碰撞，稱為第Ⅲ類型，如圖8所示。

由圖6～圖8可看出，不同車輛搭載的AEB系統算法策略有明顯區別，AEB系統采用的二級減速方案也不同。對于采用第Ⅱ類型的二級減速策略的AEB系統，車輛進行緊急制動前先執行一段較小的減速度提醒后車，能有效降低被追尾的風險。用戶體驗方面，第一級制動的減速度較小，更多是提醒駕駛員存在碰撞風險，提示其進行主動制動。實車體驗表明，采用第Ⅱ類型二級制動策略時體驗感更佳。

圖8 第Ⅲ類型二級制動曲線

5 結束語

通過對大量實測數據的分析表明，在CCRS試驗工況中，不同車速對應AEB介入時的TTC存在差異，低速時（＜20 km/h）的TTC設定應更小，采用單級制動，以提升用戶體驗；在更高速度下應采取兩級減速策略，AEB系統激活后能更為舒適、平順地介入，制動效果更強、速度減小率更大，在AEB系統工作的過程中用戶體驗優于僅采用單級制動的方案。文獻[6]指出液壓制動器起作用時間是0.2～0.9 s，故AEB系統的TTC設置在0.5～1.2 s之間更為合理，同時，根據不同車速選擇不同的TTC，使得隨車速的增加AEB系統激活TTC也逐步變大。