基于駕駛員特性的主動(dòng)避撞分級(jí)制動(dòng)策略與驗(yàn)證?

胡遠(yuǎn)志，楊喜存，劉 西，黃 玲

(1.汽車噪聲振動(dòng)和安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400054；

2.重慶理工大學(xué)，汽車零部件先進(jìn)制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400054； 3.上汽依維柯紅巖商用車有限公司，重慶 401122)

前言

汽車主動(dòng)避撞CW/CA(collision warning/avoidance)作為一項(xiàng)先進(jìn)的主動(dòng)安全技術(shù)，在提高交通安全性方面具有重要意義。當(dāng)避撞系統(tǒng)檢測到本車與前方的障礙物之間存在潛在的碰撞危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)通過聲音和圖像等方式向駕駛員發(fā)出警告，提醒駕駛員采取措施避撞；如果駕駛員沒有做出及時(shí)有效的避撞操作，碰撞危險(xiǎn)變得十分緊急時(shí)，避撞系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)介入，接管對(duì)車輛的控制，通過主動(dòng)制動(dòng)來避免碰撞事故。

隨著智能交通系統(tǒng)在全球的興起，針對(duì)汽車主動(dòng)避撞系統(tǒng)的研究獲得了廣泛關(guān)注。尤其是在美國高速公路交通安全署NHTSA(national highway traffic safety administration)的推動(dòng)下，汽車主動(dòng)避撞系統(tǒng)開始取得了迅速發(fā)展，許多避撞模型被提出。目前國外對(duì)汽車主動(dòng)避撞系統(tǒng)的研究較多。較有代表性的有 NHTSA模型、Berkeley模型和 MAZDA模型[1－2]。韓國漢陽大學(xué)的Lee D.H.等人在研究了期望減速度和液壓制動(dòng)系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)上，提出了預(yù)測停車距離模型，其在城市避撞系統(tǒng)的研究中有很大的應(yīng)用價(jià)值[3]；文獻(xiàn)[4]中把斜坡路況考慮在內(nèi)，提出了在斜坡路況下確定制動(dòng)施加時(shí)間的方法，優(yōu)化了主動(dòng)避撞系統(tǒng)在斜坡路況下的制動(dòng)性能；文獻(xiàn)[5]中為解決近距離穩(wěn)定跟車工況中前車突然制動(dòng)，本車將會(huì)有發(fā)生追尾碰撞危險(xiǎn)的問題，引入了THW(time-headway)的概念即兩車相對(duì)距離除以本車速度，可準(zhǔn)確識(shí)別此種危險(xiǎn)工況；文獻(xiàn)[6]中采用單目攝像頭識(shí)別車輛和車道線的方案，用于開發(fā)主動(dòng)避撞系統(tǒng)，且識(shí)別到的車輛寬度、位置和速度等信息通過卡爾曼濾波的方式進(jìn)行處理，同時(shí)，為增加系統(tǒng)的魯棒性，對(duì)檢測到的車道線信息和單目攝像頭模型進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，得到的TTC(碰撞時(shí)間)估計(jì)結(jié)果較好，提高了避撞系統(tǒng)的性能；文獻(xiàn)[7]中結(jié)合滑動(dòng)輪胎模型估算出路面摩擦力峰值，然后根據(jù)摩擦力峰值再估算出TTC對(duì)應(yīng)的制動(dòng)力閾值，使避撞系統(tǒng)對(duì)不同路面的適應(yīng)性更好；文獻(xiàn)[8]中基于阻抗控制設(shè)計(jì)了本車與前車和本車與后車的3車駕駛場景的主動(dòng)避撞系統(tǒng)，且本車采用PI控制器跟蹤阻抗控制產(chǎn)生的參考輸入，能有效減輕3車場景中的碰撞；文獻(xiàn)[9]中在普通基于車與車之間避撞系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了行人避撞的功能，當(dāng)本車車速低于35 km/h時(shí)，可實(shí)現(xiàn)本車與前方車輛或行人的完全避撞；文獻(xiàn)[10]中通過駕駛模擬器采集行人在道路中的行走數(shù)據(jù)，開發(fā)了用于行人避撞系統(tǒng)的駕駛員意圖檢測算法；文獻(xiàn)[11]中介紹了由日本豐田汽車公司提出的行人主動(dòng)避撞系統(tǒng)的測試方法，進(jìn)一步推動(dòng)了行人主動(dòng)避撞系統(tǒng)的發(fā)展；文獻(xiàn)[12]中對(duì)主動(dòng)避撞系統(tǒng)的技術(shù)要求、成本和安全收益做了詳細(xì)分析；文獻(xiàn)[13]中對(duì)國際上已經(jīng)推出的主動(dòng)避撞系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和具體的測試方法做了詳細(xì)介紹。

我國針對(duì)汽車主動(dòng)避撞系統(tǒng)的研究也有一些成果。清華大學(xué)侯德藻等人對(duì)主動(dòng)避撞系統(tǒng)的研究取得了很大的突破，建立了反映駕駛員駕駛特點(diǎn)的新型安全距離模型[14]；北京理工大學(xué)的裴曉飛、劉存星等人采用避撞時(shí)間余量來判斷當(dāng)前工況的危險(xiǎn)程度，利用較優(yōu)變道軌跡模型進(jìn)行變道操作判斷，設(shè)計(jì)了符合駕駛員避撞特性的主動(dòng)避撞系統(tǒng)，建立了車輛緊急變道避撞安全距離模型[15－17]；同濟(jì)大學(xué)的李霖、馮弟瑤等人根據(jù)真實(shí)交通危險(xiǎn)工況中駕駛員的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間和真實(shí)追尾事故，分別構(gòu)建了危險(xiǎn)估計(jì)模型并進(jìn)行事故重建，設(shè)計(jì)了融合制動(dòng)控制和轉(zhuǎn)向控制的避撞系統(tǒng)，并提出了系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化方法[18－22]。

目前研究的汽車主動(dòng)避撞系統(tǒng)，大多數(shù)采用安全距離模型，即通過各種傳感器獲得車間相對(duì)運(yùn)動(dòng)信息，當(dāng)實(shí)際車距小于模型計(jì)算的預(yù)警安全距離或制動(dòng)安全距離時(shí)，主動(dòng)避撞系統(tǒng)的聲光預(yù)警和制動(dòng)干預(yù)則會(huì)相繼介入；另外，也有一部分模型是利用車間相對(duì)距離、相對(duì)速度和相對(duì)加速度建立的安全時(shí)距模型。但就駕駛員對(duì)主動(dòng)避撞系統(tǒng)的接受程度而言，現(xiàn)有避撞系統(tǒng)的預(yù)警/制動(dòng)策略仍有較大的改進(jìn)空間：一是要更為準(zhǔn)確地表征當(dāng)前工況的危險(xiǎn)程度；二是要制定符合駕駛員特性的避撞預(yù)警/制動(dòng)策略。

本文中首先提出了一種新的危險(xiǎn)判定指標(biāo)TTC的建模方法，它充分利用已知車間相對(duì)運(yùn)動(dòng)信息，來準(zhǔn)確有效地評(píng)估當(dāng)前工況的碰撞危險(xiǎn)程度。然后基于TTC和本車車速設(shè)計(jì)了主動(dòng)避撞系統(tǒng)的分級(jí)制動(dòng)策略，并對(duì)制動(dòng)時(shí)機(jī)和期望減速度進(jìn)行了實(shí)車標(biāo)定；引入了預(yù)警門限值Tw，以TTC為判斷條件設(shè)計(jì)了主動(dòng)避撞系統(tǒng)的防撞預(yù)警策略，并采用聲光預(yù)警的方式幫助駕駛員實(shí)現(xiàn)有效避撞。最后通過實(shí)車試驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)功能的有效性和實(shí)用性。

1 危險(xiǎn)判定指標(biāo)

對(duì)于主動(dòng)避撞系統(tǒng)的研究，有些采用安全距離模型中的安全距離來評(píng)估當(dāng)前工況的危險(xiǎn)程度[14]；有些采用Berkeley模型中的危險(xiǎn)系數(shù)來評(píng)估當(dāng)前工況的危險(xiǎn)程度[1]。安全距離和危險(xiǎn)系數(shù)本質(zhì)上只是一種基于距離的線性指標(biāo)，未必能準(zhǔn)確地對(duì)碰撞威脅做出實(shí)時(shí)評(píng)估。如果采用一種基于時(shí)間的危險(xiǎn)判定指標(biāo)，能直觀反映出當(dāng)前工況下的安全時(shí)間余量，就更加接近與駕駛員自然的感知和判斷習(xí)慣。同時(shí)，該指標(biāo)還應(yīng)能充分利用獲得的本車及前車的行車狀態(tài)信息。判定當(dāng)前工況危險(xiǎn)程度的一種常用方法是使用TTC，即碰撞時(shí)間，一部分TTC建模方法只引入了前車與本車的相對(duì)距離和相對(duì)速度兩個(gè)行車狀態(tài)信息，建立的安全時(shí)距模型不夠準(zhǔn)確[4]，另一部分TTC的建模方法雖引入了前車與本車的相對(duì)加速度，但也同時(shí)引入了本車的速度和減速度，且對(duì)工況的分類過于繁瑣，影響安全時(shí)距模型的實(shí)時(shí)性[16]。

汽車主動(dòng)避撞系統(tǒng)作為智能交通系統(tǒng)的組成部分，開發(fā)應(yīng)體現(xiàn)人—車—路一體化的思想，為體現(xiàn)這一要求和提高系統(tǒng)的使用性能，汽車主動(dòng)避撞系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求。

(1)安全時(shí)距模型建模要準(zhǔn)確。由于主動(dòng)制動(dòng)會(huì)比聲光報(bào)警帶給駕駛員更強(qiáng)烈的主觀感受，甚至不適，因此，應(yīng)避免主動(dòng)制動(dòng)的頻繁介入，而一旦介入，則希望車輛以合適的減速度進(jìn)行制動(dòng)，直至速度與前車速度相同。

(2)安全時(shí)距模型使用的行車信息在主動(dòng)避撞系統(tǒng)條件下應(yīng)能容易獲得，且要充分利用所獲得的行車信息，同時(shí)建模邏輯要盡量簡潔，以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。本車速度和加速度等行車信息可通過本車的傳感器獲得，前車的位置、速度和加速度等行車信息可通過本車的雷達(dá)傳感器獲得，所有行車信息的數(shù)據(jù)均通過CAN總線傳輸至主動(dòng)避撞系統(tǒng)的控制器。

(3)安全時(shí)距模型應(yīng)在保證安全性的情況下兼顧道路利用率。主動(dòng)避撞系統(tǒng)的目的是避免追尾事故，理論上將TTC的閾值設(shè)置得越大，制動(dòng)越提前，碰撞發(fā)生前速度的降幅越大，就越能消除碰撞的威脅。但是道路的容量與車輛的行駛速度成正比，而與車輛的相對(duì)距離成反比。同時(shí)，TTC的閾值如果設(shè)置過小，會(huì)出現(xiàn)預(yù)警和制動(dòng)太晚的情況，造成駕駛員緊張，甚至發(fā)生碰撞。

(4)依據(jù)安全時(shí)距模型進(jìn)行行車安全狀態(tài)的判斷結(jié)果和控制結(jié)果應(yīng)反映相同條件下駕駛員的實(shí)際駕駛特點(diǎn)。

(5)安全時(shí)距模型適用的工況能涵蓋一般道路交通的大多數(shù)工況。

現(xiàn)有的模型不能滿足以上要求，下面以上述要求為基礎(chǔ)，建立了汽車主動(dòng)避撞的安全時(shí)距模型，提出了一種新的TTC建模方法。

新的TTC計(jì)算公式為

式中：Drel為前車與本車之間的相對(duì)距離，m；vrel為前車與本車之間的相對(duì)速度，m/s；arel為前車與本車之間的相對(duì)減速度，m/s2，可通過相對(duì)車速vrel的歷史信息差分獲得，并對(duì)其進(jìn)行必要的卡爾曼濾波處理。

根據(jù)運(yùn)動(dòng)關(guān)系方程[16]：

(1) 當(dāng) vrel＜0，arel≠0，則由式(2)求得 TTC 為

(2) 當(dāng) vrel＜0，arel＝ 0，即前車速度小于本車速度，且兩車均保持勻速行駛，則式(2)可簡化為

(3) 當(dāng) vrel＝0，arel＜0，則式(2)可簡化為

(4) 當(dāng) vrel＝0，arel＞0，得到的 TTC 公式同式(7)。

但因arel＞0，故式(7)無實(shí)數(shù)解，表明兩車不會(huì)發(fā)生碰撞。

(5) 當(dāng) vrel＝0，arel＝0，即兩車速度相同，且均保持勻速行駛，則式(2)變?yōu)?/p>

但因?qū)嶋H的行駛工況中，兩車的初始車距不可能為0，故表明此種工況下兩車不會(huì)發(fā)生碰撞。

(6)特別地，當(dāng)vrel＞0，即兩車的相對(duì)速度大于0，前車的速度大于本車的速度，不存在追尾的威脅，因此主動(dòng)避撞系統(tǒng)只考慮vrel≤0的情況[16]。

綜上所述，TTC可表示為

2 主動(dòng)避撞制動(dòng)策略設(shè)計(jì)

危險(xiǎn)判定指標(biāo)TTC能定量反映出當(dāng)前工況下駕駛員或主動(dòng)避撞控制系統(tǒng)進(jìn)行避撞操作的時(shí)間余量，因此可以直接作為主動(dòng)避撞系統(tǒng)的有效判據(jù)，如圖1所示。面對(duì)同車道前方突然出現(xiàn)的障礙目標(biāo)，一旦駕駛員未能及時(shí)采取正確的避撞操作，主動(dòng)避撞系統(tǒng)能立即代替駕駛員接管車輛控制權(quán)。當(dāng)TTC小于制動(dòng)觸發(fā)時(shí)刻 TTC1時(shí)，制動(dòng)壓力將被自動(dòng)施加。

圖1 分級(jí)預(yù)警/制動(dòng)邏輯

制定主動(dòng)避撞系統(tǒng)的制動(dòng)策略時(shí)，希望高速時(shí)制動(dòng)策略能以較小的減速度較早介入(高速時(shí)，以較大減速度制動(dòng)，容易使車輛失穩(wěn)，且使駕駛員緊張、不適)，低速時(shí)制動(dòng)策略以較大的減速度較晚介入，同時(shí)這也比較符合一般駕駛員發(fā)現(xiàn)車道前方出現(xiàn)障礙目標(biāo)時(shí)，先以較小減速度制動(dòng)，再根據(jù)主觀判斷逐漸增大減速度制動(dòng)來避免碰撞的駕駛習(xí)慣。因此，不能設(shè)定單一的TTC閾值，僅以TTC作為制動(dòng)策略的判定條件，會(huì)造成高速制動(dòng)過晚、低速制動(dòng)過早的問題[15]。據(jù)此，本文中以TTC和車速兩個(gè)參數(shù)共同作為制動(dòng)策略的判定條件，制定避撞系統(tǒng)的制動(dòng)策略。

首先按照本車車速vhost把行駛工況分為3種：9 km/h＜vhost≤20 km/h，為低速行駛工況；20 km/h＜vhost＜50 km/h，為中速行駛工況；vhost≥50 km/h，為高速行駛工況。然后，針對(duì)3種不同的行駛工況設(shè)置了3個(gè)對(duì)應(yīng)的TTC閾值。當(dāng)車速與TTC同時(shí)滿足一組條件時(shí)，系統(tǒng)則會(huì)給出對(duì)應(yīng)的特定期望減速度aexp。

文獻(xiàn)[11]中研究了6種典型危險(xiǎn)工況下駕駛員制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，平均值分布在1.02～1.36 s之間，因此設(shè)定9 km/h＜vhost≤20 km/h對(duì)應(yīng)的TTC閾值為1 s，20 km/h＜vhost＜50 km/h 對(duì)應(yīng)的 TTC 閾值為1.4 s，vhost≥50 km/h 對(duì)應(yīng)的 TTC 閾值為 1.8 s。

而在制動(dòng)減速度方面，NHTSA通過對(duì)83名駕駛員的避撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)計(jì)出駕駛員制動(dòng)過程中的平均減速度和最大減速度[23]，如表1所示。由表1可以看出，絕大多數(shù)駕駛員的平均減速度不會(huì)超過0.55 g，而避撞過程中的最大減速度幾乎是平均減速度的2倍。因此，設(shè)定制動(dòng)策略的3組本車車速、TTC閾值(按照本車車速和TTC由小到大的順序)對(duì)應(yīng)的期望減速度分別為8，6和4 m/s2，保證駕駛員有充足的時(shí)間完成避撞選擇(制動(dòng)/轉(zhuǎn)向)，并采取相應(yīng)的避撞操作。

表1 駕駛員的制動(dòng)減速度統(tǒng)計(jì)分布表[23] g

通過實(shí)車試驗(yàn)和標(biāo)定，最終確定車速、TTC和期望減速度的數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 本車車速、TTC和期望減速度對(duì)比

主動(dòng)避撞系統(tǒng)的制動(dòng)策略如圖2所示。

在主動(dòng)避撞系統(tǒng)啟動(dòng)主動(dòng)制動(dòng)功能的任何時(shí)刻，當(dāng)駕駛員踩制動(dòng)踏板或加速踏板行程大于20%時(shí)，系統(tǒng)功能會(huì)立即退出，駕駛員都能主導(dǎo)對(duì)車輛的操作，以保證駕駛員的控制優(yōu)先權(quán)。

3 主動(dòng)避撞預(yù)警策略設(shè)計(jì)

主動(dòng)避撞預(yù)警策略的關(guān)鍵是預(yù)警時(shí)機(jī)的選擇。如果不能及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，駕駛員可能因?yàn)樽⒁饬Σ患小⑵v等原因沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)而發(fā)生碰撞事故；如果系統(tǒng)預(yù)警過于頻繁，不僅無法有效幫助駕駛員避免潛在的碰撞事故，反而會(huì)分散駕駛員的注意力，使其過度緊張，成為其精神負(fù)擔(dān)[23]。

圖2 主動(dòng)避撞系統(tǒng)的制動(dòng)策略流程圖

因TTC是一種基于時(shí)間的表征量，故比安全距離模型更適合駕駛員直接感知判斷的習(xí)慣，也有利于結(jié)合駕駛員反應(yīng)時(shí)間對(duì)預(yù)警門限進(jìn)行調(diào)節(jié)。為應(yīng)對(duì)不同程度的碰撞威脅，同時(shí)盡可能適應(yīng)大多數(shù)駕駛員的避撞特性，引入了一個(gè)基于相對(duì)車速、駕駛員制動(dòng)過程中減速度和駕駛員避撞反應(yīng)時(shí)間的預(yù)警門限值Tw：

式中：ad為駕駛員制動(dòng)過程中的平均減速度，m/s2；tres為駕駛員避撞的平均反應(yīng)時(shí)間，s。

根據(jù)C-NCAP中FCW(forward collision warning)預(yù)警系統(tǒng)的測試評(píng)價(jià)方法：在FCW發(fā)出預(yù)警信號(hào)1.2 s后，施加一個(gè)4 m/s2的制動(dòng)減速度，直到本車停止或與前車發(fā)生碰撞[24]。避撞系統(tǒng)的預(yù)警時(shí)間，在駕駛員有一定反應(yīng)時(shí)間的情況下，能保證駕駛員接收到信號(hào)后有足夠的時(shí)間采取有效的制動(dòng)操作而不與前車發(fā)生碰撞。因此，預(yù)警時(shí)間除與駕駛員的反應(yīng)時(shí)間有關(guān)外，還要參考車輛制動(dòng)所需的時(shí)間。

預(yù)警門限值Tw應(yīng)滿足下式：

式中：駕駛員制動(dòng)過程中的減速度ad取4 m/s2；駕駛員避撞的反應(yīng)時(shí)間tres取1.2 s。因此，式(10)可簡化為

當(dāng)TTC≤Tw時(shí)，主動(dòng)避撞系統(tǒng)預(yù)警，當(dāng)TTC＞Tw時(shí)，主動(dòng)避撞系統(tǒng)不預(yù)警。預(yù)警系統(tǒng)觸發(fā)時(shí)，會(huì)給駕駛員同時(shí)發(fā)送聲光提醒信號(hào)，視覺預(yù)警信息顯示在駕駛主儀表上，聲音預(yù)警使用蜂鳴器發(fā)出。

主動(dòng)避撞系統(tǒng)的預(yù)警策略如圖3所示。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

圖3 主動(dòng)避撞系統(tǒng)的預(yù)警策略流程圖

參照C-NCAP中關(guān)于自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)AEB(autonomous emergency braking system)的測試方法，通過實(shí)車試驗(yàn)來驗(yàn)證主動(dòng)避撞系統(tǒng)避撞策略的有效性。主動(dòng)避撞系統(tǒng)的有效性測試方法主要分為前車靜止、前車慢行和前車制動(dòng)3種工況，如表3所示。表3中vfro為前車速度，afro為前車減速度。

雖然主動(dòng)避撞系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮了一般道路交通的大多數(shù)工況，但是考慮到試驗(yàn)的安全性，本階段的研究工作只對(duì)前車靜止的CCRs_1與CCRs_3和前車慢行的CCRm_3 3種工況進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

4.1 前車靜止工況(CCRs_1)

試驗(yàn)結(jié)果如圖4和圖5所示，測試開始時(shí)本車以20 km/h勻速行駛，兩車相距100 m。15.4 s時(shí)，TTC小于防撞預(yù)警門限值，主動(dòng)避撞系統(tǒng)向駕駛員發(fā)出提示性預(yù)警，但由于本車并未制動(dòng)，兩車仍然以恒定的相對(duì)速度靠近，相對(duì)距離和TTC值逐漸減小。16.06 s時(shí)，TTC為 0.99 s，本車車速為19.24 km/h，滿足 9 km/h＜vhost≤20 km/h，TTC≤1.0 s的判定條件，處于危險(xiǎn)狀態(tài)Ⅲ，由于駕駛員沒有任何避撞動(dòng)作，系統(tǒng)開始主動(dòng)制動(dòng)，施加了約9.07 MPa的制動(dòng)壓力，產(chǎn)生了8 m/s2的減速度，相對(duì)速度減小，相對(duì)距離和TTC的值仍繼續(xù)減小，在16.63 s時(shí) TTC達(dá)到最小值 0.43 s，相對(duì)速度在17.77 s時(shí)減小為0，此時(shí)相對(duì)距離達(dá)到最小值2.65 m，成功避撞，危險(xiǎn)狀態(tài)解除。

表3 主動(dòng)避撞系統(tǒng)功能測試項(xiàng)目

4.2 前車靜止工況(CCRs_3)

試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。測試開始時(shí)本車以40 km/h勻速行駛，兩車相距 100 m。13.7 s時(shí)，TTC小于防撞預(yù)警門限值，主動(dòng)避撞系統(tǒng)向駕駛員發(fā)出提示性預(yù)警，但由于本車并未制動(dòng)，兩車仍然以恒定的相對(duì)速度靠近，相對(duì)距離和TTC值逐漸減小。16.16 s時(shí)，TTC為 1.39 s，本車車速為40.23 km/h，滿足 20 km/h＜vhost＜50 km/h，TTC≤1.4 s的判定條件，處于危險(xiǎn)狀態(tài)Ⅱ，由于駕駛員沒有任何避撞動(dòng)作，系統(tǒng)開始主動(dòng)制動(dòng)，施加了7.72 MPa的制動(dòng)壓力，產(chǎn)生了6 m/s2的減速度，相對(duì)速度減小，相對(duì)距離和TTC值仍繼續(xù)減小。17.08 s時(shí)，TTC為0.88 s，本車車速為19.99 km/h，滿足9 km/h＜vhost≤20 km/h，TTC≤1 s的判定條件，處于危險(xiǎn)狀態(tài)Ⅲ，此時(shí)駕駛員仍然沒有任何避撞動(dòng)作，系統(tǒng)繼續(xù)主動(dòng)制動(dòng)，施加了約9.07 MPa的制動(dòng)壓力，產(chǎn)生了8 m/s2的減速度，TTC繼續(xù)減小，在17.38 s時(shí)達(dá)到最小值0.85 s，相對(duì)速度在19.15 s時(shí)減小為0，此時(shí)相對(duì)距離達(dá)到最小值2.54 m，成功避撞，危險(xiǎn)狀態(tài)解除。

4.3 前車慢行工況(CCRm_3)

圖4 前車靜止工況(CCRs_1)試驗(yàn)結(jié)果

圖5 前車靜止工況(CCRs_1)試驗(yàn)現(xiàn)場

試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。測試開始時(shí)本車以65 km/h勻速行駛，兩車相距200m。12.01s時(shí)，TTC小于防撞預(yù)警門限值，主動(dòng)避撞系統(tǒng)向駕駛員發(fā)出提示性預(yù)警，但由于本車并未制動(dòng)，兩車仍然以恒定的相對(duì)速度靠近，相對(duì)距離和TTC的值逐漸減小。14.17 s時(shí)，TTC 為1.79 s，本車車速為65.18 km/h，滿足vhost≥50 km/h，TTC≤1.8 s的判定條件，處于危險(xiǎn)狀態(tài)Ⅰ，由于駕駛員沒有任何避撞動(dòng)作，系統(tǒng)開始主動(dòng)制動(dòng)，施加了5.86 MPa的制動(dòng)壓力，產(chǎn)生了4 m/s2的減速度，相對(duì)速度減小，相對(duì)距離和TTC值仍繼續(xù)減小。15.24 s時(shí)，TTC為1.38 s，本車車速為 45.49 km/h，滿足 20 km/h＜vhost＜50 km/h，TTC≤1.4 s的判定條件，處于危險(xiǎn)狀態(tài)Ⅱ，此時(shí)駕駛員仍然沒有任何避撞動(dòng)作，系統(tǒng)繼續(xù)主動(dòng)制動(dòng)，施加了約7.72 MPa的制動(dòng)壓力，產(chǎn)生了6 m/s2的減速度，TTC繼續(xù)減小，在16.44 s時(shí)達(dá)到最小值1.14 s，相對(duì)速度在16.74 s時(shí)減小為0，此時(shí)相對(duì)距離達(dá)到最小值2.61 m，成功避撞，危險(xiǎn)狀態(tài)解除。

圖8和圖9為前車靜止工況(CCRs_3)和前車慢行工況(CCRm_3)試驗(yàn)現(xiàn)場。

5 結(jié)論

提出了一種新的碰撞時(shí)間TTC的建模方法，通過充分利用車間運(yùn)動(dòng)信息，能夠直觀、準(zhǔn)確地評(píng)估當(dāng)前工況的危險(xiǎn)程度。開發(fā)了一種基于危險(xiǎn)判定指標(biāo)TTC的主動(dòng)避撞系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于TTC和本車車速的主動(dòng)避撞分級(jí)制動(dòng)策略，引入了預(yù)警門限值Tw，以TTC為判定條件，設(shè)計(jì)了通過聲光預(yù)警的主動(dòng)避撞預(yù)警策略，且根據(jù)實(shí)車的試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)定了分級(jí)制動(dòng)的介入時(shí)機(jī)。最后，通過實(shí)車試驗(yàn)，按照C-NCAP提出的AEB有效性測試方法對(duì)所開發(fā)的主動(dòng)避撞策略進(jìn)行了前車靜止和前車慢行兩種工況的驗(yàn)證。結(jié)果表明，所提出的主動(dòng)避撞策略避撞效果較好，可有效避撞，設(shè)計(jì)的分級(jí)制動(dòng)策略和預(yù)警策略符合駕駛員的避撞特性。

圖6 前車靜止工況(CCRs_3)試驗(yàn)結(jié)果

圖7 前車慢行工況(CCRm_3)試驗(yàn)結(jié)果

但是，本文中只是通過實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證了主動(dòng)避撞系統(tǒng)在前車靜止和前車慢行工況下的避撞和預(yù)警性能，后續(xù)將通過實(shí)車試驗(yàn)對(duì)本文中所研究的主動(dòng)避撞和預(yù)警策略在前車制動(dòng)工況下的性能進(jìn)行驗(yàn)證，且根據(jù)實(shí)車試驗(yàn)的結(jié)果繼續(xù)優(yōu)化分級(jí)制動(dòng)和預(yù)警策略的介入時(shí)刻及其它關(guān)鍵參數(shù)。

圖8 前車靜止工況(CCRs_3)試驗(yàn)現(xiàn)場

圖9 前車慢行工況(CCRm_3)試驗(yàn)現(xiàn)場