基于舒適性考慮的AEB仿真測試

劉國慶，趙振東，吳金國

（南京工程學(xué)院 汽車軌道交通學(xué)院，江蘇 南京 211167）

隨著汽車保有量的不斷增加，由汽車碰撞導(dǎo)致的交通事故也越來越多，道路交通安全性顯得愈發(fā)重要。因此，自動緊急制動 （Autonomous Emergency Braking, AEB）系統(tǒng) 也成為汽車主動安全技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。AEB系統(tǒng)通過安裝在車輛前方的雷達(dá)等傳感器對前方道路狀況進(jìn)行探測，當(dāng)系統(tǒng)判斷車輛與前方目標(biāo)物存在碰撞危險時，首先通過聲光預(yù)警等方式提醒駕駛者，如果駕駛者在一定時間內(nèi)仍未做出任何有效措施來避免碰撞，系統(tǒng)將自動采取制動措施來盡可能地規(guī)避碰撞或減輕事故的嚴(yán)重性。

同時，自動緊急制動過程中的駕乘者舒適性問題也逐漸成為重點研究方向之一。為了解決AEB系統(tǒng)工作時駕乘者的舒適性問題，本文基于優(yōu)化后的Honda算法，在典型工況下通過CarSim與Simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真，驗證系統(tǒng)的可靠性。

1 安全距離模型

當(dāng)車輛以一定的初速度開始制動，直到車輛完全停止時所行駛的距離為制動距離。為了避免與障礙物發(fā)生碰撞，車輛在剎停時應(yīng)與前車保持一定距離。經(jīng)典的縱向安全距離模型有Mazda模型、Honda模型、Berkeley模型以及Time To Collision模型，其他一些模型均是在其基礎(chǔ)上改良出來的。本文選擇Honda模型作為安全距離模型，并對其進(jìn)行優(yōu)化。

1.1 Honda模型

Honda模型分為預(yù)警距離與制動距離兩部分，其算法如下：

式中，為Honda模型的預(yù)警距離，為Honda模型的時間參數(shù)，為相對車速，為Honda模型距離參數(shù)。

1.2 模型優(yōu)化

根據(jù)Honda模型的實際測試表現(xiàn)來看，其制動過程較為激進(jìn)，并且沒有將駕駛員的反應(yīng)時間考慮在內(nèi)。文獻(xiàn)[6]統(tǒng)計了駕駛員在不同類型預(yù)警下的反應(yīng)時間，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，采用聲光預(yù)警方式的駕駛員反應(yīng)所需時間最短，為0.9 s，因此，本文選擇聲光預(yù)警的方式，并取駕駛員反應(yīng)時間=0.9 s。

文獻(xiàn)[7]提出，在滿足駕乘者舒適性條件下的減速度最小值為=-0.6。因此，考慮到駕乘者的舒適性問題，取公式中主車最大減速度為6 m/s。同時，為了適應(yīng)車輛與前車的相對速度在不同范圍情況下進(jìn)行制動時不同的安全距離，現(xiàn)將Honda模型修改如下：

2 系統(tǒng)仿真方案

2.1 系統(tǒng)仿真流程

當(dāng)車輛探測到前方有障礙物時，AEB系統(tǒng)處于待激活狀態(tài)。一旦車輛與前方障礙物的距離小于預(yù)警距離時，系統(tǒng)給予駕駛員相應(yīng)的聲光信號進(jìn)行提醒；倘若車輛與前方障礙物的距離小于安全距離，且駕駛員尚未采取任何行動來避免碰撞發(fā)生時，AEB系統(tǒng)開始介入工作。系統(tǒng)首先給予一個較小的制動主缸壓力進(jìn)行制動，然后對當(dāng)前減速度是否能夠順利實現(xiàn)車輛碰撞避免進(jìn)行判斷，判斷公式為

式中，為位移；為車輛的初始速度；為時間，為加速度。

根據(jù)式（4）所計算出的位移，與車輛傳感器測得的與前方障礙物的距離進(jìn)行對比。如果式（4）計算出的位移小于車輛與前方障礙物距離，則證明以當(dāng)前的制動主缸壓力進(jìn)行制動能夠順利實現(xiàn)剎停并保持一定的安全距離；如果式（4）的結(jié)果大于車輛與前方障礙物的距離，則加大制動主缸壓力以避免碰撞。系統(tǒng)具體的工作流程如圖1所示。

2.2 仿真參數(shù)設(shè)置

在CarSim軟件中，分別搭建主車以不同車速駛向前車靜止、前車勻速以及前車突然制動的駕駛工況，然后利用Simulink軟件搭建AEB系統(tǒng)安全距離模型以及控制模型，通過兩款軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真對AEB系統(tǒng)進(jìn)行分析和改進(jìn)。

本文采用CarSim軟件自帶的E-Class車輛模型。道路設(shè)置中選擇長為1 200 m，路面附著系數(shù)為0.85的路面；雷達(dá)選擇FCW&AEB，探測范圍設(shè)置為60 m。

3 仿真結(jié)果

系統(tǒng)的測試工況選擇歐洲新車評價規(guī)程的前車靜止、前車勻速以及前車突然制動三種典型工況。仿真中，Honda模型與本文模型均采用相同的方案進(jìn)行制動。

3)鐵鏈等金屬材料質(zhì)量較重，抱桿安裝過程繁瑣，導(dǎo)致勞動強度大，安裝抱桿的時間普遍就占用整個作業(yè)一般以上的時間，作業(yè)效率低下。

3.1 前車靜止工況

設(shè)置前車為靜止?fàn)顟B(tài)，主車與前車的初始距離為60 m，選擇主車分別以20 km/h、60 km/h和80 km/h來對低速、中速、高速三種情況進(jìn)行模擬，結(jié)果如表2所示。

由上表可知，雖然Honda模型的初始制動時刻較晚，但僅能在以20 km/h的速度行駛下避免碰撞，在60 km/h以及80 km/h工況下無法有效避免避撞，且最小減速度均大于?0.6；本文模型初始制動時刻較Honda模型來說較早，但是能夠在規(guī)避碰撞的基礎(chǔ)上，最小減速度均小于等于?0.6，滿足駕乘者舒適性指標(biāo)。

以前車靜止，主車以60 km/h駛向前車為例。由圖2可知，仿真開始后，本文模型的主車在保持較短時間的勻速行駛后，AEB系統(tǒng)開始工作。與Honda模型相比，本文模型的速度變化曲線和加速度曲線更為平緩，同時在制動過程中，本文模型出現(xiàn)的最大減速度約為?0.6g左右，滿足駕乘者的舒適性條件，并實現(xiàn)最終剎停距離與前車保持在1.1 m。而Honda模型未能成功剎停，與前車發(fā)生碰撞。并且由于Honda模型沒有剎停成功，因此，在仿真中車速又快速恢復(fù)至60 km/h。

3.2 前車勻速工況

設(shè)置前車以20 km/h的速度勻速行駛，主車與前車的初始距離為60 m，選擇主車分別以40 km/h、60 km/h和80 km/h駛向前車，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，Honda模型和本文模型均能實現(xiàn)主車以40 km/h、60 km/h、80 km/h速度行駛時的碰撞避免，且最小減速度均一致，在40 km/h和60 km/h的測試工況下，能夠滿足駕乘者舒適性條件。并且在40 km/h與80 km/h速度行駛的情況下相對速度為0時距離更小，更加貼近駕駛者習(xí)慣。

以前車勻速，主車以40 km/h速度駛向前車工況為例，仿真結(jié)果如圖3所示。本文模型的初始制動時刻較Honda模型更晚，且相對速度為0時距離更近，更加貼近駕駛?cè)藛T的駕駛習(xí)慣，同時滿足駕乘者舒適性條件。

3.3 前車突然減速工況

設(shè)置主車與前車車速均為50 km/h，在兩車初始距離為12 m和40 m時，前車在行駛4 s后，分別以2 m/s和6 m/s的減速度進(jìn)行制動，測試結(jié)果如表4所示。

以初始距離為40 m，前車行駛4 s后突然以2 m/s的減速度進(jìn)行制動為例。由圖4可以看出，本文模型的初始制動時刻較Honda模型更晚，且剎停時的相對距離為4 m，優(yōu)于Honda模型的9.2 m。

4 結(jié)論

仿真測試結(jié)果表明，優(yōu)化后的Honda模型能夠在有效實現(xiàn)規(guī)避碰撞的基礎(chǔ)上，滿足在大部分的典型測試工況下的駕乘者舒適性條件，并且在部分工況下的初始制動時刻更晚，對駕駛員的影響更小，且相較于Honda模型而言，能夠在剎停時保持更加合適的距離。