交叉路口轎車(chē)-電動(dòng)兩輪車(chē)的AEB 控制策略研究?

祝 琳 錢(qián)宇彬 郭風(fēng)虎

（上海工程技術(shù)大學(xué) 上海 201620）

1 引言

隨著人們經(jīng)濟(jì)水平的提高和汽車(chē)技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車(chē)已經(jīng)逐漸成為家庭的標(biāo)配，隨之而來(lái)的問(wèn)題就是道路交通的擁堵程度日益增加，交通事故的數(shù)量也在逐年增加［1］，研究表明，在我國(guó)交通事故發(fā)生率是發(fā)達(dá)國(guó)家的6 倍~18 倍［2］。通過(guò)分析我國(guó)道路交通情況，可以發(fā)現(xiàn)在交叉路口處的事故發(fā)生率占到了總體交通事故70%，而在交叉路口處發(fā)生的事故又有70%~90%是因?yàn)轳{駛員操作不當(dāng)所造成的［3］。如今交通的擁擠程度在逐漸增加，人們?yōu)榱斯?jié)約時(shí)間和考慮環(huán)保等因素，電動(dòng)兩輪車(chē)逐漸成為人們短距離出行的主要交通工具，涉及電動(dòng)兩輪車(chē)的交通事故量、騎車(chē)人傷亡數(shù)都在急劇上升，如何在駕駛員未操作的情況下進(jìn)行車(chē)輛控制，從而避免碰撞顯得尤為重要［4］。國(guó)內(nèi)外根據(jù)真實(shí)的事故對(duì)車(chē)-車(chē)避撞中AEB 系統(tǒng)在各種事故形態(tài)下的效果進(jìn)行了研究，并根據(jù)相關(guān)研究對(duì)AEB 系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試與優(yōu)化，建立了相關(guān)AEB 系統(tǒng)的測(cè)試方法［5~12］，但是借鑒國(guó)外的測(cè)試場(chǎng)景不能夠反映復(fù)雜的中國(guó)道路交通特征，目前還沒(méi)有針對(duì)具有中國(guó)特色的電動(dòng)兩輪車(chē)的主動(dòng)避撞系統(tǒng)。因此本文將對(duì)危險(xiǎn)目標(biāo)為電動(dòng)兩輪車(chē)的事故進(jìn)行分析，進(jìn)行交叉路口處汽車(chē)對(duì)電動(dòng)兩輪車(chē)的AEB 控制策略的研究。

2 建立事故信息數(shù)據(jù)庫(kù)

論文以所選的NAIS-松江地區(qū)的62 起真實(shí)轎車(chē)-電動(dòng)兩輪車(chē)事故案例進(jìn)行深度分析，并通過(guò)PC-Crash 軟件進(jìn)行事故重建，整合得到完整的前期數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)樣本信息見(jiàn)表1。

表1 事故信息

3 分級(jí)制動(dòng)策略設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)警及分級(jí)制動(dòng)工況

針對(duì)國(guó)內(nèi)復(fù)雜的交通場(chǎng)景，分級(jí)制動(dòng)［13］選用了三種情況分析汽車(chē)與電動(dòng)兩輪車(chē)的運(yùn)動(dòng)工況。

1）接近靜止障礙物

當(dāng)進(jìn)行部分制動(dòng)時(shí)可以判斷制動(dòng)距離為

2）接近勻速障礙物

自身車(chē)輛制動(dòng)距離：

3）接近減速障礙物

自身車(chē)輛制動(dòng)距離：

前車(chē)制動(dòng)距離：

3.2 預(yù)警及制動(dòng)時(shí)間閾值

在建立事故信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，有22 起事故是包含有EDR 數(shù)據(jù)，對(duì)于車(chē)輛在不同減速度下，達(dá)到最優(yōu)的避撞程度做了相關(guān)統(tǒng)計(jì)，如表2 所示，考慮到車(chē)內(nèi)的乘員制動(dòng)沖擊和制動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)的車(chē)身不穩(wěn)定因素［14］，制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)減速度需要有一個(gè)閾值。

在仿真過(guò)程中，根據(jù)自車(chē)與電動(dòng)兩輪車(chē)之間的狀態(tài)，LRR，SRR 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩車(chē)之間的距離，由兩車(chē)之間的相對(duì)速度，計(jì)算出即將發(fā)生碰撞時(shí)間T，由此可判斷時(shí)間指標(biāo)Tb，定義：1）Tb=3.7s 時(shí)，執(zhí)行AEB 系統(tǒng)的預(yù)警策略，提示駕駛員，前方有危險(xiǎn)發(fā)生，監(jiān)測(cè)駕駛員是否對(duì)車(chē)輛采取措施解除危險(xiǎn)。2）如果駕駛員未對(duì)車(chē)輛進(jìn)行采取措施，將在Tb=1.7 s時(shí)對(duì)車(chē)輛施加4m/s2的制動(dòng)減速度進(jìn)行預(yù)制動(dòng)使車(chē)速降下來(lái)一部分，從真實(shí)EDR數(shù)據(jù)和表2中可知駕駛員最常用的制動(dòng)減速度為4m/s2~5m/s2，考慮到策略可靠性和駕駛員舒適性，選用4m/s2的制動(dòng)減速度進(jìn)行預(yù)制動(dòng)，此狀態(tài)下車(chē)輛的事故避免率也在60%~70%左右。3）如果在預(yù)制動(dòng)情況下，駕駛員未進(jìn)行緊急制動(dòng)或者仍然不能避免事故發(fā)生，則會(huì)在Tb=0.7s時(shí)對(duì)車(chē)輛施加8m/s2的制動(dòng)減速度，以此減速度至車(chē)輛停止或與障礙物發(fā)生碰撞為止。

表2 不同減速度下避撞時(shí)間占比

4 仿真驗(yàn)證

本次仿真車(chē)輛各參數(shù)模型調(diào)用CarSim 中已經(jīng)搭建好的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型，電動(dòng)兩輪車(chē)選用系統(tǒng)自帶模型，進(jìn)行基本參數(shù)調(diào)整，給定運(yùn)動(dòng)特性，通過(guò)調(diào)入的毫米波雷達(dá)、雙目攝像頭傳感器模型，進(jìn)行整體的仿真驗(yàn)證工況。本文參考2018 版C-NCAP 的要求，選用CCRs、CCRm、CCRb三個(gè)測(cè)試場(chǎng)景，即自身車(chē)輛運(yùn)動(dòng)，目標(biāo)車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)情況分別為靜止、勻速、減速［15］。再對(duì)汽車(chē)直行電動(dòng)兩輪車(chē)橫向通過(guò)路口這個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證車(chē)輛在轉(zhuǎn)向制動(dòng)后對(duì)駕駛員的碰撞損傷減小情況的影響。毫米波雷達(dá)安裝在保險(xiǎn)杠正中間位置，雙目攝像頭安裝在前風(fēng)擋玻璃上端中間，方向皆為縱向水平向前［16］。

4.1 汽車(chē)接近靜止目標(biāo)

1）以30km/h接近靜止目標(biāo)

仿真工況：自車(chē)車(chē)速為30km/h 初始速度行駛，和目標(biāo)電動(dòng)兩輪車(chē)之間的距離為100m，電動(dòng)兩輪車(chē)靜止。

如圖1~圖4 所示，自車(chē)勻速行駛8.28s 后Tb達(dá)到車(chē)輛危險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)啟動(dòng)閾值，繼續(xù)前行檢測(cè)時(shí)間指標(biāo)Tb達(dá)到制動(dòng)閾值1.7s，此時(shí)AEB 向車(chē)輛輸出-4m/s2的制動(dòng)減速度，車(chē)輛勻減速接近目標(biāo)。時(shí)間指標(biāo)Tb持續(xù)減小，但減小速率有所下降，在11.28s 時(shí)時(shí)間指標(biāo)Tb小于0.7s，此時(shí)啟動(dòng)緊急制動(dòng)策略，控制策略向車(chē)輛輸出-8m/s2的制動(dòng)減速度。當(dāng)11.84s自車(chē)車(chē)輛停止，此時(shí)自車(chē)和目標(biāo)車(chē)輛之間的距離為3.22m。驗(yàn)證了文中設(shè)計(jì)的控制策略在此工況下可以避免碰撞事故的發(fā)生。

圖1 兩車(chē)速度變化曲線

圖2 兩車(chē)加速度變化曲線

圖3 兩車(chē)相對(duì)距離變化曲線

圖4 時(shí)間指標(biāo)Tb變化曲線

2）以65km/h接近靜止目標(biāo)

仿真工況：自車(chē)車(chē)速為65km/h 初始速度行駛，和目標(biāo)電動(dòng)兩輪車(chē)之間的距離為150m，電動(dòng)兩輪車(chē)靜止。

如圖5~圖8，車(chē)輛行駛4.6s 后預(yù)警系統(tǒng)被觸發(fā)，提示駕駛員危險(xiǎn)接近，當(dāng)Tb值小于等于1.7s時(shí)，AEB 輸出一個(gè)-4m/s2的制動(dòng)減速度，使車(chē)輛速度降下來(lái)在進(jìn)行判斷，在8.21s 時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)Tb值小于0.7時(shí)，控制策略會(huì)輸出一個(gè)-8m/s2的制動(dòng)減速度，使車(chē)輛速度進(jìn)行緊急降低或靜止，最后在9.77s 時(shí)停止在距離目標(biāo)1.65m。則可以認(rèn)定為設(shè)計(jì)的控制策略可以在此工況下達(dá)到避撞效果。

圖5 兩車(chē)速度變化曲線

圖8 時(shí)間指標(biāo)Tb變化曲線

圖6 兩車(chē)加速度變化曲線

圖7 兩車(chē)相對(duì)距離變化曲線

對(duì)前期建立的數(shù)據(jù)庫(kù)中的14 起關(guān)于自車(chē)接近靜止目標(biāo)的真實(shí)交通事故案例均進(jìn)行仿真分析，得出的結(jié)果與原事故進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表3。

表3 CCRs場(chǎng)景真實(shí)事故與仿真結(jié)果對(duì)比

4.2 其他工況

對(duì)汽車(chē)接近勻速目標(biāo)場(chǎng)景下的14起真實(shí)交通事故，汽車(chē)接近勻減速目標(biāo)的14 起，汽車(chē)接近橫向勻速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的18 起，分別帶入AEB 控制策略進(jìn)行仿真驗(yàn)證，得出的結(jié)果與原始的事故數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析AEB 控制策略的效用，分別如表4~表6 所示。

表4 CCRm場(chǎng)景真實(shí)事故與仿真結(jié)果對(duì)比

DATA-18 DATA-24 DATA-27 DATA-30 DATA-36 DATA-39 DATA-44 DATA-48 DATA-52 DATA-53 DATA-56 DATA-58 DATA-59 DATA-62 65 38 40 60 65 57 50 66 69 58 65 44 53 72 21 19 21 14 15 20 16 27 18 21 16 22 17 17 39 10 7 10 49 20 14 42 50 22 10 16 16 13 11 0002 1 001 0 20 00000-3.21 2.00 3.14-0.79 1.80--2.14 0.70 1.30 1.13 0.79編號(hào) VC0（km/h）VE0（km/h）VC1（km/h）VC2（km/h） D（m）

表5 CCRb場(chǎng)景真實(shí)事故與仿真結(jié)果對(duì)比

表6 橫向勻速場(chǎng)景真實(shí)事故與仿真結(jié)果對(duì)比

DATA-26 DATA-32 DATA-35 DATA-40 DATA-43 DATA-45 DATA-50 DATA-54 DATA-55 DATA-61 75 66 49 50 39 58 82 62 75 48 24 20 19 15 24 15 15 20 18 23 28 23 10 17 8 21 32 12 22 13 9000001 1 000-0.84 3.00 1.21 2.17 0.97-1.29 0.50 2.70編號(hào) VC0（km/h）VE0（km/h）VC1（km/h）VC2（km/h） D（m）

4.3 仿真結(jié)果與真實(shí)事故數(shù)據(jù)對(duì)比分析

由上文分析整理可以得到AEB 系統(tǒng)仿真效用分析結(jié)果，如表7。

表7 AEB系統(tǒng)仿真效用

由表可知，論文中AEB 控制策略在基于真實(shí)事故數(shù)據(jù)的驗(yàn)證中，效果較為明顯。汽車(chē)車(chē)速為65km/h 以下時(shí)，接近靜止目標(biāo)的避撞率達(dá)到91.7%，接近勻速目標(biāo)時(shí)避撞率達(dá)到91.7%，接近減速目標(biāo)時(shí)達(dá)到90.9%，接近橫向勻速目標(biāo)時(shí)避撞率相對(duì)偏低為84.6%，車(chē)速大于65km/h時(shí)的避撞率都有所下降。但通過(guò)表3~表6的詳細(xì)參數(shù)可以看出，無(wú)法避免碰撞發(fā)生的案例，碰撞時(shí)車(chē)速也相較原始數(shù)據(jù)有了較為明顯的降低，可以有效地降低碰撞對(duì)騎車(chē)人帶來(lái)的傷害。

5 結(jié)語(yǔ)

論文按照C-NCAP中對(duì)AEB測(cè)試場(chǎng)景的規(guī)范，將62 起轎車(chē)-電動(dòng)兩輪車(chē)事故在仿真系統(tǒng)中添加AEB 控制策略后進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)此AEB 系統(tǒng)作用前后的避撞效果做了分析，結(jié)果表明：汽車(chē)車(chē)速在65km/h 以下時(shí)，汽車(chē)接近前方靜止電動(dòng)兩輪車(chē)、勻速行駛電動(dòng)兩輪車(chē)、勻速制動(dòng)兩輪車(chē)場(chǎng)景下避撞成功率均在90%以上，在汽車(chē)接近橫向勻速行駛電動(dòng)車(chē)的場(chǎng)景下，避撞率為84.6%，AEB 系統(tǒng)介入后，不能避免的碰撞事故，車(chē)速也有明顯降低，可以有效減小碰撞對(duì)騎車(chē)人的傷害。驗(yàn)證了文中設(shè)計(jì)的AEB系統(tǒng)控制策略的可靠性。