關(guān)于一種自動緊急制動技術(shù)的設(shè)計(jì)研究

蘇宇鵬 錢濤 楊威 張譯丹 辛江慧

摘 要：駕駛過程中行車安全是至關(guān)重要的。文章從AEB系統(tǒng)的前車探測系統(tǒng)、多數(shù)據(jù)融合算法、制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)等方面，介紹AEB系統(tǒng)的制動解決方案及其分類。總結(jié)了ABE系統(tǒng)在車輛中的有效應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：緊急制動;躲避碰撞;執(zhí)行機(jī)構(gòu)

中圖分類號：U463.5 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）20-57-04

Abstract： Driving safety is very important during driving. This paper introduces the braking solution and its classification of AEB system from the front vehicle detection system， multi data fusion algorithm， brake actuator， etc. The effective application of Abe system in vehicle is summarized.

Keywords： Emergency braking; Collision avoidance; Actuator

CLC NO.： U463.5 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）20-57-04

前言

根據(jù)Euro NCAP定義，當(dāng)汽車感知到即將發(fā)生碰撞時(shí)，系統(tǒng)自動進(jìn)行制動來降低車速，并避免可能的碰撞，稱為自動緊急制動（AEB）[1]。自動緊急制動可有效避免追尾事故的發(fā)生，是目前行車安全的技術(shù)熱點(diǎn)。

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)水平逐年提高，汽車數(shù)量井噴式增長，但交通事故也隨之增加。當(dāng)行車遇到前方突然出現(xiàn)障礙時(shí)，司機(jī)有時(shí)會在慌亂中未能及時(shí)制動，導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。2012全年，在交通事故中有604起是因制動不當(dāng)造成，直接財(cái)產(chǎn)損失667萬元[2]。本文概述AEB系統(tǒng)的前車探測系統(tǒng)、多數(shù)據(jù)融合算法、制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)等方面，對AEB系統(tǒng)在行車安全中的作用做出總結(jié)。

1 自動緊急制動（AEB）系統(tǒng)

根據(jù)Euro NCAP統(tǒng)計(jì)，在城市中最經(jīng)常發(fā)生的交通事故，往往是兩車處在較低的相對車速下，前車已經(jīng)停止而后車?yán)^續(xù)行駛與之追尾碰撞。這種碰撞方式超過總碰撞方式的25%[3]。在高速上，當(dāng)司機(jī)分心或者沒能辨別出前方車輛已經(jīng)停止或減速行駛時(shí)，類似的追尾碰撞常常會發(fā)生。AEB系統(tǒng)是一種主動安全技術(shù)，可通過主動采取緊急制動來緩解或避免與前車相撞，屬于汽車安全輔助裝置（Car Safety Assist Assessment）的一種。

AEB系統(tǒng)的功能由前車探測系統(tǒng)、多數(shù)據(jù)融合算法、制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)共同實(shí)現(xiàn)。常見的AEB系統(tǒng)通過毫米波，激光，攝像頭等探測方式采集前方目標(biāo)信息，將信息傳輸至車輛ECU，ECU根據(jù)設(shè)定的避撞策略實(shí)時(shí)計(jì)算出與前方車輛的安全距離。通常安全距離分為兩段，當(dāng)汽車進(jìn)入首段安全距離時(shí)，若駕駛員采取最大制動力，可避免碰撞。AEB系統(tǒng)會通過發(fā)出聲音或等方式向駕駛員發(fā)出前方碰撞預(yù)警（Forward Collision Warning），并預(yù)先填充制動油路油壓以在需要制動時(shí)提供更大的制動力。若駕駛員對預(yù)警不予理睬時(shí)，系統(tǒng)會加快預(yù)警頻率，并通過點(diǎn)剎等形式進(jìn)行部分主動制動。當(dāng)汽車進(jìn)入末段安全距離時(shí)，碰撞不可避免，AEB系統(tǒng)會采取全力主動制動。AEB系統(tǒng)工作過程如圖1所示。

AEB系統(tǒng)的種類由探測前方目標(biāo)的速度決定，低速城市AEB系統(tǒng)主要適用于車速小于20km/h的情況，常采用激光雷達(dá)，探測10m內(nèi)的前方目標(biāo)。高速城際AEB系統(tǒng)主要適用于車速處于50到80km/h的情況，常采用毫米波雷達(dá)，探測100m內(nèi)的前方目標(biāo)。行人AEB系統(tǒng)常使用紅外攝像頭探測目標(biāo)行人。

2 自動緊急制動（AEB）系統(tǒng)的前車探測系統(tǒng)

AEB系統(tǒng)的前車探測系統(tǒng)影響了AEB系統(tǒng)的適用車速與適用路況，AEB系統(tǒng)的反應(yīng)速度與環(huán)境感知機(jī)構(gòu)采集前方目標(biāo)信息的速度有直接關(guān)系。在如今各汽車品牌開發(fā)AEB前車探測裝置中，通過合理搭配探測裝置，達(dá)到提高前車測得各數(shù)據(jù)的精度、辨別前方各類障礙物、減少探測與分辨時(shí)的系統(tǒng)延遲的效果[4]。目前AEB系統(tǒng)常用的傳感器有毫米波雷達(dá)、單目/雙目攝像頭、激光雷達(dá)。

2.1 毫米波雷達(dá)

毫米波工作頻率通常為30到300GHz，其頻率處于可見光和無線電之間，兼有微波測距和光電測距的特點(diǎn)。當(dāng)空氣中懸浮微粒過多時(shí)，會影響光學(xué)測距精度。而毫米波雷達(dá)由于發(fā)出的電磁波受懸浮微粒影響較小，從而能全天候工作。與激光雷達(dá)和單目/雙目攝像頭相比，毫米波雷達(dá)測速與測距的精度更高。

毫米波雷達(dá)工作原理是由振蕩器發(fā)出電磁波，通過測得出射波形與入射波形的頻率差并計(jì)算，可得到前車的車距、車速。毫米波雷達(dá)的探測分辨率隨工作頻率的增加而增加。測得距離準(zhǔn)確度、有差別地區(qū)分開兩相鄰物體最小間距的能力、速度差分辨率是其探測精度的衡量指標(biāo)[5]。

2.2 單目/雙目攝像頭

由于毫米波雷達(dá)不能實(shí)現(xiàn)對前方目標(biāo)種類的分辨，采用單目/雙目攝像頭，可獲取前方目標(biāo)的更多細(xì)節(jié)，從而令系統(tǒng)可判斷前方是成人、兒童等不同目標(biāo)，因此常常應(yīng)用于行人AEB系統(tǒng)中。

單目/雙目攝像頭工作原理主要是通過鏡片組，將景物轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號，并投射到互補(bǔ)金氧半導(dǎo)體（CMOS），光學(xué)信號被處理轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，最后采集數(shù)字信號生成圖像，并用識別算法來辨認(rèn)圖像中的物體，AEB系統(tǒng)根據(jù)不同目標(biāo)，及時(shí)調(diào)整避撞策略[6]。

2.3 激光雷達(dá)

由于單目/雙目攝像頭不能在夜間等光線條件差的情況下對前方目標(biāo)進(jìn)行有效識別，采用激光雷達(dá)具有高單色性與高方向性的特點(diǎn)，但激光雷達(dá)在惡劣天氣下的精度會受影響，且激光雷達(dá)測出相對距離。