自動緊急制動系統控制策略設計

中圖分類號：U463.5 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）08-0112-03

【Abstract】Thevehicle AEB system can significantly improve the safety of the vehicleduring driving.Therefore，the researchontherelated technologiesandcontrolstrategiesof theAEBsystem hasimportantpractical significance.This paper introduces the working principle of the AEBsystem，thecompositionand functions of each part，and studies and analyzestheAEBsystem test methodsathomeandabroad;compares theexistingsafetydistance model，andoptimizes the control strategydesign basedonthe ideaof hierarchicalcontrol;further selectstheactualvehicle parameters ofacertain passenger car，determines thereasonable model parameter values，and buildsa Carsim/Simulink joint simulation model; finally，acording tothetestrequirementsspecifiedbyC-NCAP（O18version），theestablished hierarchical control strategyissimulatedunderthreetypicalworkingconditionsof thevehicletoverifyitsefectivenessinprecisecontrolof thewholevehicle.

【Key words】 AEB； safety distance model；hierarchical control strategy； joint simulation

0 引言

自動緊急制動系統（AutonomousEmergencyBrak-ing，AEB）的控制模塊會根據得到的自車和前方車輛方位、速度、距離等相關信息，對控制量進行計算判斷，針對危險狀況給出警告或主動制動以防止碰撞發生。本文通過設計精準的車輛安全控制策略，實現對自車狀態實時有效地判斷，提高系統的可靠性以及車輛行駛的安全性。下文將從安全狀態判別模型和控制方式兩方面研究安全控制策略。

1自動緊急制動系統安全模型分析

目前主流的車輛安全狀態判斷模型主要分為安全距離模型以及安全時間模型。安全距離模型的核心在于兩車之間的車距，將此距離與安全距離進行比較，判斷是否存在碰撞危險；安全時間模型的核心在于碰撞時間（Time-To-Collision，TTC），即自車與前車以相同速度行駛在同一路線上，發生碰撞時所用的時間。將此時間與預設的時間閾值進行比較，判別出當前車輛的安全狀態。

1.1安全距離模型分析

以下將詳細介紹現有安全狀態判斷模型，并探尋模型間的互補性，以求建立更準確有效的安全狀態判斷模型，實現避撞的同時不影響道路的通行能力。其中精確有效的安全狀態判別模型搭建對系統實現良好的效果有著至關重要的作用。

1）基于車間時距的安全距離模型。車輛的車間時距，是指在同一車道上行駛的前后車輛，連續通過同一段道路截面時經歷的時間間隔。在此安全距離模型中，當自車與前方目標車之間速度相近時，兩車間的跟隨距離與自車速度可認為呈線性關系[2。這是基于車間時距的安全距離模型的理論基礎，具體表示如下：

S=v₁t+d

式中：S——行駛過程中兩車之間的安全距離;（2 v₁ ——自車車速;t—車間時距； d —自車與前方目

標車的安全停止距離。

基于車間時距的安全距離模型公式簡單，其有效作用的前提條件是自車與前方目標車車速相差不大。若是兩車之間的車速差值較大時，可能存在安全隱患，同時使得模型獲得的安全距離值較小3。同時也未能充分考慮到前方目標車突然停止的情況。

2）基于制動過程的安全距離模型。基于制動過程的安全距離模型主要是車輛遇到突發危險狀況時，駕駛員采取緊急制動操作直至車輛停止，將該時間段內車輛所駛過的距離作為判定標準。其公式具體可表達為：

式中：t—駕駛員反應到制動起作用經過的時間； a_max ——自車最大制動減速度; d 車輛停止后自車與前方目標車之間的距離。

制動過程的安全距離模型主要針對的是緊急制動狀況，即前方目標車輛突然間停止的情形；而對于處在運動狀態的車輛，該模型設計會使得安全距離過大，直接影響駕駛體驗感。

3）基于駕駛員預估安全距離模型。基于駕駛員預估安全距離模型主要根據在駕乘過程中，駕駛員對于車輛的實時狀況進行個人的主觀預估，從而確定兩車的安全距離。實際行駛中，駕駛員往往會通過直觀的兩車相對距離以及相對速度，以此來預估經過 t₀ 時間后兩車間距大小；將此距離與實際行駛過程中駕駛員預估的距離進行比較。該模型公式為：

式中： Δv 一兩車相對速度； a₂^. 前方車輛加速度； d_b 駕駛員主觀判斷的臨界車距。

該模型將駕駛人主觀感受考慮在內，切合駕駛員駕駛特性，缺點在于前方車輛信息參數獲取困難。

1.2 安全時間模型分析

AEB系統通過將自車速度安全減至與EVT車速一致或者直接剎停來實現避撞。因此在安全時間模型中，系統控制模塊計算碰撞時間（Time-To-Colli-sion，TTC）并與預設的時間閾值比較，以決定是否需要強制介入進行制動干預。若TTC值小于預設時間，且駕駛員未及時進行干預，AEB系統將自主進行緊急制動，具體的TTC模型為：

式中： D_rel. —實際車距與安全距離兩者之差，即相對車距; V_rel? ———自車與前方目標車之間的相對車速。由以上模型關系式可推導得出：

d_br=TTC×V_rel+d₀

式中： d_br —自車在制動時間內所駛過的距離;d₀ ——自車與前方目標車之間的最小安全距離。

最小安全車距 d₀ 取值若是過小，則可能出現制動不及導致碰撞；若車距設置過大，則車輛頻繁進行主動制動，導致駕乘體驗不佳，且使得道路資源的利用效率降低。本文綜合考量車輛駕駛路面以及環境影響，取值 d₀=1m ，同時該值支持修改，可在模型中進行調整。具體的TTC模型結構如圖1所示。

圖1TTC模型結構

2安全距離與TTC結合的制動模型與策略研究

2.1安全距離與TTC結合的制動模型分析

綜上所述，車輛安全狀態判斷模型的時間指標TTC能夠定量地表征車輛的實時狀態、駕駛員及制動系統的反應操作時間。因此在不干擾正常駕駛的前提下，考慮碰撞時間TTC的模型性能最優。基于TTC的安全時間模型只引入兩車相對距離以及相對速度兩個行駛狀態參數，搭建的安全距離模型不夠準確5，無法明確界定合適的制動減速度以及安全時間閾值，缺乏對乘員舒適性的考慮，不能保證控制策略的可靠性。

因此，本文著眼于前后車行駛過程中位移變化，搭建基于安全距離與TTC的車輛安全狀態判斷模型，實時判斷是否存在碰撞風險，同時比較安全距離模型的減速度與TTC模型的減速度，在保證車輛行駛安全性的前提下，選擇較小值作為制動減速度，提高駕駛員行車舒適性，使得AEB系統兼得安全性能與舒適性能。

安全距離模型如圖2所示，安全距離和TTC結合模型如圖3所示。

圖2安全距離模型

圖3安全距離和TTC結合模型

圖3中，TTCCalculation模塊基于自車與前車的相對距離和相對速度來計算TTC值；Stopping TimeCalculation模塊分別計算前向碰撞預警系統FCW在第1階段和第2階段部分制動PB以及第3階段完全制動FB的停止時間；AEBLogic模塊是一種狀態機，將TTC與停止時間進行比較，以確定FCW和AEB是否激活。

2.2分級制動策略分析建模

在制定車輛制動控制策略時，為避免高速制動過晚安全性不足、低速制動過早舒適性有失的情況，不能簡單地將TTC值設為某一固定值，亦不能將其作為制動策略的唯一判斷標準，需要多個參數進行綜合全面的約束。因此，本文除TTC外，將車輛速度范圍進行劃分，參考駕駛員駕乘習慣設計不同的系統輸出減速度，將車速、TTC以及輸出減速度三個參數作為制動策略的判定標準。

參考C-NCAPAEBCCR測試工況，測試車速之間幅度較小，因此將車輛速度分為三個層次：車速低于 20km/h. 車速介于 20～50km/h， 車速大于 50km/h 相應地，針對不同工況給予三個不同的TTC值。

當車輛以 20km/h 以下的車速行駛時，制動到靜止的時間較短，為避免AEB系統介入較早使得制動停正距離過大，TTC值設置應較小。當車輛以大于50km/h 的車速行駛時，制動到靜止的時間較長，為避免碰撞，此時需要AEB系統較早介入干預，因此TTC值設置應相對較大。當車輛以 20～50km/h 的車速行駛時，速度適中，TTC設置也應適當。同時基于以上制動過程分析，需考慮制動器作用時間、駕駛員反應時間等。綜上分析，車速低于 20km/h 時，TTC為1s；車速介于 20～50km/h 時，TTC為1.5s;車速大于 50km/h 時，TTC為 1.8s 。

由于AEB系統目的在于緊急情況下保證行駛安全性，因此通常以最大制動減速度制動，選擇性忽略駕駛舒適性。若是能夠提前對碰撞做出預判進行輕微制動，在不影響舒適性的同時，避免碰撞發生，即發現車輛前方存在障礙物時，先小幅度制動，之后再根據主觀判斷逐漸加大制動強度進行避撞。兩車間距較小時，需要施加較大的減速度，反之間距較大時，可相應減小減速度輸出。

因此，在研究仿真時，將AEB系統的制動分為3個階段：第1、第2階段部分制動，分別輸出 -4m/s² 以及 -6m/s² 制動減速度；第3階段完全制動，輸出 -8m/s² 制動減速度。系統先對車輛進行部分制動（第1、第2階段部分制動），將車速由高速行駛降為低速或中低速，之后再進行全力制動直到車輛靜止。具體的控制策略如圖4所示。

圖4控制策略圖

3總結

本文主要對車輛AEB系統的安全狀態判斷模型進行探究。對比分析目前常用的安全狀態判斷模型優劣，搭建了基于安全距離和TTC的車輛安全狀態判斷模型，以判斷車輛實時狀態。同時確定相關參數，設計更加高效的車輛安全控制策略，為AEB系統控制策略的有效性驗證奠定基礎。

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（編輯楊凱麟）