淺談自動緊急制動(AEB)技術(shù)的研究現(xiàn)狀及趨勢

楊 斌 袁勝學(xué) 王朝新

(陜汽集團(tuán)商用車有限公司，陜西寶雞 722400)

0 引言

在汽車工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的背景下，我國汽車保有量不斷提升。汽車固然可以改變?nèi)藗兊牧?xí)慣及生活方式，但同樣帶來較多的問題及影響，尤其因制動不當(dāng)造成的交通事故頻發(fā)，導(dǎo)致人員傷亡數(shù)量不斷提升，同時產(chǎn)生大量的經(jīng)濟(jì)損失。自動緊急制動（AEB）能夠很大程度上避免或緩解追尾事故的發(fā)生，保護(hù)駕乘人員安全。因此，為減少因制動因素所導(dǎo)致的交通事故，應(yīng)加強(qiáng)AEB技術(shù)研究的重視，并通過建立健全運(yùn)行方案，對故障產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析，加強(qiáng)多種主動安全協(xié)同工作研究，多方位提升主動安全性能。

1 自動緊急制動(AEB)系統(tǒng)概念及原理

在Euro NCAP統(tǒng)計下，城市交通事故主要原因就是兩車處在較低相對車速下，牽扯已經(jīng)停止的車輛與其追尾碰撞，這種碰撞超過交通總事故碰撞的25%左右。當(dāng)駕駛員出現(xiàn)分心或無法分辨前方車輛速度、沒有意識到存在碰撞危險或者發(fā)生碰撞時間過短時導(dǎo)致來不及對碰撞進(jìn)行正確的處理，則會出現(xiàn)類似追尾的情況，產(chǎn)生的影響較為嚴(yán)重。針對AEB系統(tǒng)的研究，應(yīng)加強(qiáng)重視對當(dāng)前系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，通過理論與實踐研究對系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀了解充分，最大化發(fā)揮研究的效果，為汽車領(lǐng)域的應(yīng)用提供幫助。

AEB是在車輛處于緊急工況下通過主動制動方式來緩解或者避免碰撞的主動安全技術(shù)，屬于一種汽車安全輔助駕駛系統(tǒng)。根據(jù) Euro NCAP 定義，當(dāng)汽車感知到即將發(fā)生碰撞時，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)。AEB種類根據(jù)不同路況主要分為城市AEB、城際AEB以及行人AEB，其系統(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)共同實現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)計算出車輛的碰撞風(fēng)險達(dá)到臨界報警點(diǎn)(t)時，系統(tǒng)會通過視覺、聲音等方式向駕駛員發(fā)出預(yù)警，提醒駕駛員提前做出避免碰撞的操作；如果駕駛員沒有對預(yù)警及時做出正確反應(yīng)操作時(t)，系統(tǒng)會加快預(yù)警頻率同時通過輕微振動制動踏板或轉(zhuǎn)向盤等額外的方式向駕駛員發(fā)出警告，系統(tǒng)此時會通過點(diǎn)剎、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩限制等方式進(jìn)行部分主動制動。當(dāng)系統(tǒng)計算的碰撞危險程度達(dá)到臨界制動點(diǎn)(t)時，已經(jīng)無法人為避免與前方目標(biāo)碰撞，系統(tǒng)會進(jìn)行自動全力制動來緩解或避免碰撞，其工作過程如圖1所示。

圖1 自動緊急制動(AEB)系統(tǒng)原理圖

2 自動緊急制動(AEB)系統(tǒng)相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和測評方法

近年來伴隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車主動安全技術(shù)日新月異。主動安全相關(guān)法律法規(guī)不斷建立健全，2016年至2020年間交通部基于不同類型營運(yùn)車輛分別發(fā)布了營運(yùn)客車、載貨汽車、牽引車和半掛車、危險貨物運(yùn)輸車等安全技術(shù)條件，明確了各車型對AEB的具體車型配置要求，如表1所示。

表1 各車型的AEB配置要求

我國對AEB測評方法的建立起步較歐美國家晚，2017年4月20日，中國汽車技術(shù)研究中心發(fā)布了中國新車評價規(guī)程(C-NCAP)管理規(guī)則(2018 年版)，該管理規(guī)則新增加車輛AEB系統(tǒng)的試驗和評價方法。2019年3月15日交通部發(fā)布JT/T 1242《營運(yùn)車輛自動緊急制動系統(tǒng)性能要求和測試規(guī)程》，同年10月國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布GB/T 38186《商用車輛自動緊急制動系統(tǒng)(AEBS)性能要求及試驗方法 》，填補(bǔ)了我國在AEB測評領(lǐng)域的空白，主動安全檢測進(jìn)入到高速發(fā)展階段。

3 自動緊急制動（AEB）系統(tǒng)避撞策略

3.1 行車間距安全距離避撞策略

行車間距安全距離避撞策略，主要就是保證汽車安全行駛，同時可以確保車輛與其他車輛保持安全距離，并從距離尺度將自車與同車道前方距離最近的車輛實時間距作為衡量形成危險狀態(tài)的指標(biāo)，通過與策略中預(yù)警安全距離的控制，實現(xiàn)更加準(zhǔn)確的對比分析，指導(dǎo)AEB系統(tǒng)作出預(yù)警和主動制動避撞操作。這種策略，主要通過與目標(biāo)車的相對車速、自車最大制動減速度、目標(biāo)車最大減速度等各項指標(biāo)進(jìn)行分析，同時考慮駕駛員的反應(yīng)時間、系統(tǒng)延遲時間等，從而提升整體規(guī)劃的效果。

3.2 駕駛員反應(yīng)特性的碰撞發(fā)生時間避撞策略

此項策略的實施，需要對駕駛員的反應(yīng)時間進(jìn)行分析，尤其是在危險情況下的認(rèn)知和判斷條件下，從時間尺度將自車當(dāng)前運(yùn)動狀態(tài)到與前車發(fā)生碰撞所剩余的碰撞發(fā)生時間(TTC)作為衡量行車危險狀態(tài)的重要指標(biāo)。在此環(huán)節(jié)進(jìn)行處理與優(yōu)化的過程中，應(yīng)對雷達(dá)獲取要點(diǎn)有著充足的掌握，得到實時TTC數(shù)值，并與系統(tǒng)所設(shè)定的碰撞預(yù)警的TTC進(jìn)行對比，指導(dǎo)AEB系統(tǒng)作出主動制動避撞操作。而且針對駕駛員反應(yīng)特性與AEB系統(tǒng)主動制動，在面臨危險時，通常人的反應(yīng)會出現(xiàn)延遲，甚至?xí)霈F(xiàn)錯誤操作的情況，所以在研究過程中應(yīng)對碰撞發(fā)生時間避撞策略進(jìn)行深入探究，通過理論與實踐的整合，將其貫穿到AEB系統(tǒng)避撞策略研究工作當(dāng)中。

3.3 制動轉(zhuǎn)向協(xié)同避撞策略

制動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)協(xié)同避撞策略利用縱向AEB系統(tǒng)及橫向轉(zhuǎn)向系統(tǒng)協(xié)同工作達(dá)到避撞目的。在探究過程中需要對AEB系統(tǒng)制動前車速高低以及通過車輛前方出現(xiàn)形成橫穿馬路或車輛違規(guī)形式等行為進(jìn)行分析，對是否影響實時TTC瞬間變化進(jìn)行探究，從而判定是否通過制動全速制動實現(xiàn)避撞，是否需要轉(zhuǎn)向系統(tǒng)協(xié)同工作來實現(xiàn)完全避撞，從而有效實現(xiàn)AEB系統(tǒng)的避撞作用。基于系統(tǒng)避撞策略展開的各環(huán)節(jié)，應(yīng)對整合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)過程制動進(jìn)行優(yōu)化，提升AEB系統(tǒng)避撞性能穩(wěn)定性。

3.4 AEB系統(tǒng)避撞總結(jié)

通過對國內(nèi)外AEB系統(tǒng)避撞策略的研究，AEB避撞策略綜合性能主要從安全性、智能性及舒適性等角度出發(fā)，其中安全性較為重要，必須要從這一層面進(jìn)行全面分析、掌握主要影響因素，不斷加強(qiáng)避撞策略研究方案，提升AEB系統(tǒng)避撞安全性。對于智能性來講，主要就是探究AEB系統(tǒng)在復(fù)雜交通場景應(yīng)對的表現(xiàn)，而舒適性則從避撞策略是否干預(yù)駕駛員正常操作來體現(xiàn)。為了實現(xiàn)較高車速下的避撞，從避撞策略的安全性考慮，目前普遍采用較為保守的安全距離避撞策略，會出現(xiàn)相較于駕駛員正常避撞操作更早地主動制動情況，從而影響駕乘體驗。因此，為了實現(xiàn)更高車速下的完全避撞并提高安全性，應(yīng)通過深入研究制動轉(zhuǎn)向協(xié)同避撞策略來實現(xiàn)高車速下的完全避撞。

4 自動緊急制動（AEB）系統(tǒng)的發(fā)展趨勢探究

汽車廠商在實踐展開研究工作的過程中，應(yīng)對系統(tǒng)的研究工作有著充足的認(rèn)識，并在現(xiàn)有成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新研究，遵循未來發(fā)展方向。

第一，針對復(fù)雜多變的交通場景下AEB避撞綜合性能的優(yōu)化，加強(qiáng)在行人突然橫穿馬路、側(cè)方突然插入車輛等復(fù)雜場景避撞效果的研究提升。借助毫米波雷擊、單目、雙目攝像頭以及激光雷達(dá)等感知技術(shù)的發(fā)展，提升AEB對于對周邊區(qū)域場景實時信息的獲取，并針對更多復(fù)雜交通場景不斷豐富AEB系統(tǒng)的避撞效果，全面提升其安全性、舒適性與智能性。

第二，全面開展更快響應(yīng)時間目標(biāo)的AEB執(zhí)行機(jī)構(gòu)裝置、簡化制動系統(tǒng)的研發(fā)工作。目前開展的AEB執(zhí)行機(jī)構(gòu)研究主要圍繞減少主動制動響應(yīng)時間和提升主動制動控制精度為目標(biāo)，應(yīng)針對緊急制動距離、主動制動響應(yīng)時間、制動系統(tǒng)的簡化設(shè)計等各項工作進(jìn)行分析研究，朝著成熟的線控制動系統(tǒng)發(fā)展，替代現(xiàn)行的AEB執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

第三，危險行駛工況下需與多種主動安全技術(shù)深度融合、協(xié)調(diào)工作。AEB系統(tǒng)主要就是輔助駕駛員在車輛處于緊急工作狀態(tài)時緩解或避免碰撞發(fā)生，而且系統(tǒng)的運(yùn)行以安全為主，屬于ADAS輔助駕駛系統(tǒng)中的一部分，對汽車安全性能要求不斷提高。AEB作為緊急狀況下的主動制動，單純的從制動方面無法實現(xiàn)對危險的全面規(guī)避，只能夠適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行減輕。因此，要 想全面提升車輛主動安全性能，則應(yīng)該將AEB與主動轉(zhuǎn)向、主動加速等安全技術(shù)進(jìn)行深度整合，將所存在的問題有效解決，使其逐漸轉(zhuǎn)變成無人駕駛技術(shù)中專門應(yīng)對緊急工況的車輛自動緊急控制系統(tǒng)。

5 總結(jié)

在近些年汽車保有量不斷提升的背景下，各廠商已加強(qiáng)對AEB碰撞策略及制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究，并取得一定的研究成果，但要想更加全面提升AEB系統(tǒng)的綜合性能，必須從多方面深入探索各項問題，如在復(fù)雜多變的場景下AEB碰撞綜合效果、響應(yīng)時間的縮短以及危險行駛情況下多種主動安全技術(shù)的協(xié)調(diào)控制等，杜絕所產(chǎn)生的影響及限制，提升技術(shù)研究的效果。