Honda模型在前車緊急制動場景下的碰撞風險分析及優化

劉海峰

摘 要：基于傳統的安全距離模型——Honda模型，考慮了前車在自車自動緊急制動功能觸發時刻突然制動的情況，分析了Honda模型在避撞功能上的風險;引入駕駛員一般的跟車距離特性，提出了新的安全距離模型;建立了CarSim+Simulink聯合仿真模型，用于測試新的安全距離模型的避撞效果，結果符合預期。

關鍵詞：安全距離模型;自動緊急制動;聯合仿真

1 研究背景和意義

當前，為了減少交通事故數量、減少擁堵、減少排放、增加駕駛員可用時間，新的汽車技術大都朝著自動駕駛（Autonomous Driving，AD）領域發展。作為自動駕駛關鍵技術之一的自動緊急制動（Autonomous Emergency Braking，AEB），就是各企業和科研機構不遺余力研究和完善的方向。Euro NCAP研究表明[1]，AEB可以避免27%的碰撞事故。奔馳汽車公司通過對各類交通事故進行研究后表明，如果駕駛員相比發生事故時可以提前1s意識到碰撞危險并采取避撞措施，則可以避免90%交通事故[2]。AEB系統的作用就是通過自動緊急制動將碰撞事故扼殺在發生之前。

已有的研究基本上都是假設AEB全制動觸發后，前車運動狀態不發生改變，沒有看到有考慮自車AEB全制動觸發后前車由勻速行駛突然制動對避撞帶來的影響。因此，本文通過經典安全距離模型——Honda模型[3]，來對這一影響進行分析并進行優化。

2 Honda安全距離模型

Honda安全距離模型的制動安全距離由以下公式得出：

Honda模型的制動安全距離隨自車車速及兩車相對車速的關系如圖1所示。

該模型在前車低速時采用兩車的最大減速度來計算制動安全距離;在前車較高車速時，考慮前車當前的車速值來計算，并未考慮前車可能采取的減速度。Honda模型傾向于較短的制動安全距離，相對比較激進。這樣設定模型的目的在于，給足駕駛員可能采取避撞措施的空間，盡可能不提前對車輛進行干預。

3 碰撞分析

根據Honda模型的參數[4]設計，取兩車的最大減速度α1，α2均為-7.8m/s2，剎停時安全車距為ds=1m，系統延遲時間t1=0.5s，制動時間t2=1.5s。

如果不考慮前車可能有的制動操作，Honda模型下兩車的碰撞速度分布如圖2（a）所示;考慮在自車AEB觸發情況下前車突然緊急制動，兩車的碰撞速度分布如圖2（b）所示。兩種情況下碰撞速度的對比圖如圖2（c）所示。

從圖2（a）中我們可以看出，原有的Honda安全距離模型在不考慮前車突然制動情況下能夠避免大部分行駛工況的碰撞，僅僅在自車車速較高（>75km/h）且相對車速也較高（>85km/h）的行駛工況下會出現碰撞，碰撞的最高速度能達到約45km/h;若考慮自車AEB觸發時前車的制動情況，我們可以從圖2（b）中看到在自車車速較高時大部分工況都不能完全避撞，最大碰撞速度約為45km/h。

4 Honda安全距離模型的改進

顯然我們如果要規避自車AEB觸發時前車突然緊急制動的風險，就需要對已有的安全距離模型進行適當的調整。根據某車型2696公里的道路測試數據，由五名經驗不同的司機共同完成，提取出一般駕駛員在跟車狀態下采取制動措施時的兩車相對縱向距離隨車速的關系。

對所有距離點進行最小二乘回歸得到一條跟車距離關于車速的回歸線（如圖3中綠色線）：

這條回歸線將作為調整安全距離模型的參考，認為系統設定的安全距離如果大于回歸線對應車速的安全距離，則表現為提前干預駕駛員的正常操作，若小于關系線得到的安全距離，則可能制動過晚威脅到駕駛員的安全。

如圖4所示，對Honda模型進行分析，紅色面為Honda安全距離模型，綠色面為不考慮自車AEB觸發時前車制動情況下的最低安全距離，從這兩個圖可以看出，Honda模型在較低相對車速工況下留有一定的安全余地，而在小部分的較高相對車速工況下，允許了一定的碰撞。如果不考慮自車AEB觸發前車制動情況，它能在保證駕駛員安全和不過多干預駕駛員正常操作上做到一個較好的平衡。但如果考慮了前車突然的制動情況，完全避撞所需的最低安全距離如圖4中藍色面所示，不難看出，在自車車速較高的情況下很大范圍內Honda模型都無法有效避撞。因此我們需要對安全距離模型進行一定的優化，優化的目標為：在自車AEB觸發時前車突然全制動情況下，自車高速行駛時兩車的碰撞速度低于30km/h，自車低速行駛時則能夠完全避撞。圖4中的綠色直線為駕駛員跟車距離的回歸，優化后的安全距離要盡量以此為邊界。

為了更好地優化安全距離模型，我們先設置好允許的碰撞速度（如圖5），最高允許碰撞車速不超過30km/h，大部分行駛工況下能夠完全避撞，然后反推出優化后的安全距離（如圖6青色面）。

5 Simulink-CarSim聯合仿真

搭建AEB系統仿真模型，Simulink中返回制動主缸壓力與四個車輪的轉矩，作為CarSim的輸入，然后輸出特定測試條件下相對縱向距離、相對車速、兩車車速等。聯合仿真模型如圖7所示。

選擇自車車速為90km/h，前車車速為60km/h的場景進行仿真測試，設置的碰撞速度為0km/h，由優化后的安全距離模型得到相應的AEB觸發距離為25.102m，在CarSim中設置好前車的行駛參數。前車與自車的制動減速度均取-7.8m/s2，測試結果為成功避撞（如圖8所示）。兩車的車速變化如圖9所示。

6 結論

傳統的安全距離模型往往很難找到安全性與舒適性的平衡點。本文在Honda模型的基礎上，通過分析自車AEB觸發時，不考慮和考慮前車制動帶來的碰撞影響。發現Honda模型在自車車速較低時能夠避撞，在自車車速較高時不能做到完全避撞，且碰撞速度為45km/h左右，對特定行駛場景下的安全帶來了較大的威脅。對此，考慮了自車AEB觸發時前車突然緊急制動的情景，優化了原有的模型，得到了一個新的距離模型。新的模型符合駕駛員的跟車距離特性，從而提高了安全性的同時也能保證不過早干預駕駛員。通過Simulink和CarSim聯合仿真，自車以90km/h的車速、前車以60km/h的車速勻速行駛時，考慮自車AEB觸發時前車突然緊急制動，仿真結果顯示避撞。

參考文獻：

[1]Euro-NCAP.Test Protocol-AEB systems Version 1.1[R]. 2015.

[2]H.H.Mernel.Applications of Microwaves and Millimeterwaves for Vehicle Communications and Control in Europe[J].IEEE MTT-S，1992：609-612.

[3]Fujita Y，Akuzawa K，Sato M.Radar brake system[J].JSAE Review，1995，16（02）：219.

[4]Peter Seiler，Bongsob Song，J.Karl Hedrick.Development of a collision avodiance system[J].Journal of Biosystems Engineering，2（25）：145-150.