霧天環境對汽車AEB功能的影響

彭文耀，吳其琛

霧天環境對汽車AEB功能的影響

彭文耀1，吳其琛2

（1.湖南省平益高速公路建設開發有限公司，湖南 岳陽 414517；2.湖南省交通科學研究院有限公司，湖南 長沙 410015）

文章基于多功能視頻控制器和前置毫米波雷達的智能駕駛方案，在高速公路行駛的路況情景下，選取大霧天為影響因素建立場景模型，分析高速行駛下大霧天環境對自動緊急制動（AEB）系統功能的影響。從分析結果可知，霧天環境應使用前視雙目攝像頭以及多傳感器數據融合算法等手段以減少AEB的誤觸發狀況，提高AEB的安全性和可靠性。

霧天環境；AEB；高速行駛；智能駕駛

我國高速公路里程持續增加，高速公路上的交通事故也在持續增加，除了超速行駛外，不良視野也是造成交通事故及超大交通事故的一個原因，由于霧天環境對駕駛員的心理及生理有一定程度的影響，據統計，霧天在高速公路上發生事故的概率是正常路況的十倍，且事故多為群車的惡性事故。根據美國高速公路安全管理局（National Highway Traffic Safety Administration, NHTSA）的研究報告，自動緊急制動（Autonomous Emergency Brake, AEB）系統可有效避免約38%因人為操縱不當造成的汽車追尾事故，降低27%的交通事故率。

通常AEB功能是通過智能駕駛傳感器實現[1]，通過多功能視頻控制器和前置毫米波雷達對車道線，前方障礙物等進行數據采集，通過將圖像感知與雷達感知進行融合，提高識別的判斷，減少AEB的誤觸發[2-3]。在自動緊急制動系統性能研究方面，劉穎等[4]通過篩選與行人沖突樣本，利用聚類分析的方法進行統計學分析，根據分析得到的典型危險場景建立仿真模型并對AEB系統進行評價。宋志強等[5]根據中國行車評價規程相關要求，對相關控制參數進行調試，結果表明所開發的AEB測試設備能夠按照預期的目標進行工作。

而大霧天對多功能視頻控制器的圖像采集以及毫米波雷達波束都有很大的影響，故本文通過搭建高速公路大霧天的場景模型，仿真車輛在大霧天和正常環境下，車輛AEB功能的誤觸發及功能影響。

1 AEB概述

1.1 功能定義

AEB在即將發生事故的情況下通過輔助駕駛員來主動避免交通事故。通過前方環境的監測，當駕駛員制動過晚、制動力太小或完全沒有任何反應時采取報警、制動等方式，幫助駕駛員避免或減輕事故的危害，提高行駛安全性。AEB功能包括了安全距離報警，前方碰撞預警（車輛&行人）、自動制動警告（車輛&行人）液壓制動輔助（車輛&行人）、制動預填充（車輛&行人）和緊急制動輔助[6]。

1.2 功能場景

AEB功能是主動安全重要的一個智能駕駛功能，在開發過程中，不僅要考慮法規的標準場景，也要考慮一些非法規的特殊場景，盡可能包含現實中的各種碰撞場景，保證AEB功能在各個有風險的場景能響應，減少交通事故和減輕交通事故程度，各場景示例如表1所示。

表1 自動緊急制動系統功能場景示例

場景描述場景示例 在直道上，駕駛員駕駛主車逐漸靠近前方靜止的目標車 在直道上，駕駛員駕駛主車逐漸靠近前方以相對低速行駛的目標車 在直道上，駕駛員駕駛主車穩定跟隨目標車FO行駛。目標車突然減速 在高速公路/類高速公路的直道上，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，右邊鄰近車道前方有目標車以相同速度行駛；目標車突然制動 在高速公路/類高速公路的直道上，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，某時刻逐漸向右側車道變道；右側應急車道前方上目標車靜止 在高速公路/類高速公路的直道上，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，逐漸接近兩邊車道以較低速度行駛的目標車1和目標車2

表1 （續）

場景描述場景示例 在高速公路/類高速公路的直道入彎，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，逐漸接近左邊鄰近車道前方的靜止目標車 在高速公路/類高速公路的直道，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，快速接近車道前方飄浮的塑料袋 在高速公路/類高速公路的直道，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，逐漸接近左側相鄰車道前方以較慢速度行駛的灑水車。灑水車側向噴出的水柱覆蓋自車車道 在高速公路/類高速公路的直道，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車逐漸接近并通過接收費站 在高速公路/類高速公路的彎道，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，車道前方有靜止的三角錐 在高速公路/類高速公路彎道，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，道路前方存在整體塌陷

2 基于CarSim的AEB功能分析

2.1 CarSim 軟件簡介

CarSim軟件能夠通過搭建不同的車型及駕駛員、不同的路面條件、不同的天氣環境、不同的空氣動力學等各個因素的場景組合，通過仿真動畫能夠真實重現各個場景的情景，能夠更好地實現車輛行駛過程平順性、制動性和操縱性等各種仿真試驗，軟件由前處理模塊、數據求解模塊和后處理模塊組成[7]。

2.2 仿真過程

通過搭建一個車輛模型，和AEB所需要的傳感器，設置固定的參數為固定車輛模型，再通過搭建不同的道路模型，包括晴天的環境道路模型與大霧天的環境道路模型為變量，模擬對比分析。

道路參數設置，通過對路邊定義的參數設置、路面寬度以及場景天空（晴天、大霧天）的參數定義，分別搭建出要研究的霧天變量環境。本文建立一段摩擦系數為0.9的直線道路，道路的起始點及相關參數如表2所示。

表2 相關參數設置

路面類別比例橫向重復次數邊界值1邊界值2開始顯示位置停止顯示位置縱向間隔 道路(單車道)101-44-1001 2005 道路過渡段1 (明亮)10147.1-1001 2005 草地1(明亮)109-7.1?100-1001 2005 草地2(明亮)1097.1100-1001 2005 道路過渡段2 (明亮)10-0.969-4?7.1-1001 2005

車輛參數設置，車輛參數可直接通過定義外觀參數、簧上質量、車身的扭轉剛度等，也可以通過分別建立汽車的外觀、動力系統、懸架系統、制動系統和轉向系統、輪胎以及對懸架的K&C特性進行參數設置，可建立不同的更加接近實車的車輛模型，整車參數設置如表3所示。

表3 整車參數設置

項目單位數值項目單位數值 軸距mm2 950整車質量的慣性積kg·m20 前輪輪距mm1 600kg·m20 后輪輪距mm1 600kg·m20 整車長度mm3 050空氣動力學在車輛坐標系下的等效作用點mm-1 525 整車寬度mm1 880mm0 整車高度mm1 450mm0 整車質心高度mm720等效迎風面積m22.8 整車質量的轉動慣量kg·m2894.4等效車長mm3 050 kg·m22 687.1空氣密度kg/m31.206 kg·m22 687.1

通過設置攝像頭和雷達的，，坐標以及橫擺、俯仰角度，來保證攝像頭的視野布置要求，不會因為布置視野中出現車身結構而引起AEB 功能誤報，傳感器的布置位置滿足算法的視野要求，這是智能駕駛開發最基本的條件[8-9]，攝像頭參數如表4所示。

表4 攝像頭具體參數

參數名稱參數值參數名稱參數值 Camera_Position_X877.4Camera_Pitch_Angle0.29 Camera_Position_Y49.2Camera_Yaw_Angle0 Camera_Position_Z1 130FOV_Angle20 Camera_Roll_Angle0

2.3 仿真動畫

通過設置事件，運用CarSim軟件的模擬，可以更好地顯示3D 動畫以及設置輸出需求變量的參數曲線圖。

AEB從安全距離未探測到危險目標車輛，到前方目標車輛進入自車探測范圍內，再到滿足AEB功能觸發的條件，以及根據危險程度進行的緊急制動。

以歐洲新車安全評鑒協會標準場景的前車慢行試驗為事件觸發，編寫腳本如圖1所示。

圖1 場景事件參數設置

2.4 正常環境下AEB功能場景仿真

通過對高速公路下正常晴天環境下AEB，在直道上，駕駛員駕駛主車逐漸靠近前方以相對低速行駛的目標車場景仿真，輸出AEB過程中車輛縱向速度、車輛橫向加速度、車輛縱向加速度等參數。

根據圖2—圖6中車輛縱向速度，車輛橫向加速度、車輛縱向加速度及目標車距離等仿真參數結果分析，在晴天的環境下，當自身車輛以100 km/h的速度接近前方90 km/h，在3.136 5 s開始以最優制動減速度-2.684 m/s2減速至與前車速度相等，并保證安全距離行駛，在同速度安全行駛中，探測到前車減速至0，此過程中AEB功能條件觸發，在安全距離中剎住車。

圖2 制動力布爾值

圖3 X向加速度

圖4 AEB縱向速度

圖5 車輛橫向姿態

圖6 車輛縱向姿態

在晴天的環境下，多功能視頻控制器FOV視野可以達到最大布置規范要求，中距離毫米波雷達探測范圍廣，探測精度高；在晴天的環境下，感知融合和雷達探測融合效果佳，可有效判斷出布置視野要求內前方的目標車輛，并能實時根據前方目標車輛的速度，加速度，更準確判斷觸發 AEB 的危險條件，及時觸發 AEB 功能，具有較高準確度。在晴天的環境下，毫米波雷達探測距離可達到160 m左右，攝像頭的探測距離探測車輛可達到120 m左右。

2.5 大霧環境下AEB功能場景仿真

通過對高速公路下大霧天環境下AEB場景仿真，輸出AEB過程中車輛縱向速度、車輛橫向加速度、車輛縱向加速度等參數。

根據圖7—圖11車輛縱向速度、車輛橫向加速度、車輛縱向加速度及目標車距離等仿真參數結果分析：在大霧天的環境下，當自身車輛以 100 km/h的速度接近前方90 km/h，在4.321 4 s開始以最優制動減速度-4.131 m/s2減速至與前車速度相等，并保證安全距離行駛，在同速度安全行駛中，探測到前車減速至0，此過程中AEB功能條件觸發，在安全距離中剎住車。

圖7 制動力布爾值

圖8 X向加速度

圖9 AEB縱向速度

同一個車輛模型，同一個型號及同性能的多功能視頻控制器，同一個布置規范及FOV視野面，大霧天環境比晴天環境，攝像頭探測并識別出前車目標的距離變短，攝像頭的感知能力實時性和目標識別檢測能力，目標距離測算等功能變差。

圖10 車輛橫向姿態

圖11 車輛縱向姿態

毫米波雷達探測距離遠，可穿透塵霧、灰塵、雨雪，不受惡劣天氣影響，能夠“全天候全天時”工作，目標物體的顏色形狀亦不會對其造成干擾，是通過向目標物體發射毫米波，依據反射產生的時間差、頻移等信息計算前方目標的位置、距離、速度及加速度等，但因其原理的原因目標識別難度較大，通常需和攝像頭感知融合，互補使用。

通過對比霧天的參數，發現AEB 功能在大霧天的環境下比晴天，識別到前車目標的時間較晚，導致在較短的距離內以較大的減速度進行制動，導致霧天的AEB給駕駛員和乘客的體驗感要比晴天差。

3 結論

通過以上分析，得出大霧天環境屬于一種惡劣駕駛條件，多功能視頻控制器因將白霧識別成障礙物的影響，探測距離以及障礙物識別都會下降，導致視覺感知能力變差，融合毫米波雷達的感知融合識別能力下降，而且因為大霧不能及時探測到危險障礙物或識別障礙物的有效距離變短，導致高速公路上高速行駛的車輛無法及時探測到障礙物或無法在高速中及時啟動AEB功能，導致整個AEB功能下降。

后續在開發AEB過程中，還需提高攝像頭的視野，或使用前視雙目攝像頭以及多傳感器數據融合算法等手段來應對高速行駛時惡劣條件帶來的影響，減少AEB的誤觸發狀況，提高AEB的安全性和可靠性，來輔助駕駛員從而達到降低交通事故發生的概率。

[1] 孫勇,郭魁元,高明秋.自主緊急制動系統在新車評價規程中的現狀與發展[J].汽車技術,2016,41(2):1-6.

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Influence of Foggy Environment on Automobile AEB Function

PENG Wenyao1, WU Qichen2

( 1.Hunan Pingyi Expressway Construction and Development Company Limited, Yueyang 414517, China;2.Hunan Communications Research Institute Company Limited, Changsha 410015, China )

Based on the intelligent drive scheme of multi-function video controller and front millimeter wave radar, this paper selects foggy days as the influencing factors to establish a scene model under the high-speed drive situation of expressway, and analyzes the impact of foggy days on AEB functions under high-speed drive. It can be seen from the analysis results that in foggy weather, forward-looking binocular cameras and multi-sensor data fusion algorithms should be used to reduce the false triggering of AEB and improve the security and reliability of AEB.

Foggy environment; AEB; High-speed drive; Intelligent drive

U495

A

1671-7988(2023)11-134-06

彭文耀（1969－），男，高級工程師，研究方向為公路橋梁與隧道、汽車運用，E-mail:798740032@qq.com。

湖南省交通科技項目（201817）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.024