面向車輛后方緊急制動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試及評(píng)價(jià)技術(shù)研究

摘要：針對(duì)車輛后方緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試與評(píng)價(jià)方法的缺失，通過分析后向緊急制動(dòng)實(shí)現(xiàn)方案和現(xiàn)有車輛后方先關(guān)的法規(guī)及測(cè)試評(píng)價(jià)體系，提出了4個(gè)較為有代表性的面向車輛后方緊急制動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試場(chǎng)景和一個(gè)誤觸發(fā)場(chǎng)景，并給出了評(píng)價(jià)方法，形成了一套較為完善的面向車輛后方緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試與評(píng)價(jià)方法。

關(guān)鍵詞：車輛后方主動(dòng)安全；緊急制動(dòng)系統(tǒng)；測(cè)試與評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：U467.5 收稿日期：2024-10-12

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.11.020

1 前言

隨著汽車保有量的不斷增長(zhǎng)，交通事故數(shù)量也在不斷增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年有數(shù)千萬(wàn)人在交通事故中受傷，造成世界間接損失約2萬(wàn)億美金[1]。汽車主動(dòng)安全技術(shù)可有效減少事故發(fā)生，其中車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)是重要的組成部分。目前車輛前方自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)了良好的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。此外，相關(guān)的車輛前方自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也較為完善，如歐洲的ECE R152《關(guān)于M1和N1型機(jī)動(dòng)車高級(jí)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（AEBS）型式認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》，我國(guó)的推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 39901—2021《乘用車自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（AEBS）性能要求及試驗(yàn)方法》，強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《輕型汽車自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法》也完成首輪驗(yàn)證，ENCAP和CNCAP等相關(guān)測(cè)試規(guī)程也較為完善。

在車輛前方自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試評(píng)價(jià)體系逐步完善的同時(shí)，車輛后方的緊急制動(dòng)系統(tǒng)也同樣應(yīng)被重視。據(jù)美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）統(tǒng)計(jì)初始碰撞點(diǎn)在車輛后部的事故約占22.5%，倒車或在停車位發(fā)生的事故約占2.3%[2]。因此，車輛后方的緊急制動(dòng)系統(tǒng)也逐漸受到行業(yè)的關(guān)注，越來越多的車輛開始配置面向車輛后方的緊急制動(dòng)系統(tǒng)。

面向車輛后方緊急制動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試評(píng)價(jià)方法是車輛后方主動(dòng)安全的重要組成部分，一個(gè)全面完整的面向車輛后方緊急制動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試評(píng)價(jià)方法可以引導(dǎo)鼓勵(lì)零部件企業(yè)和自研的主機(jī)廠更好地開發(fā)相關(guān)車輛后方的緊急制動(dòng)系統(tǒng)樣車。目前關(guān)于車輛后向主動(dòng)安全法規(guī)和測(cè)試評(píng)價(jià)規(guī)程以車輛后向報(bào)警為主，面向車輛后方緊急制動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試及評(píng)價(jià)規(guī)程在E-NCAP 2023中存在極少量類似測(cè)試場(chǎng)景，缺乏系統(tǒng)的車輛后方緊急制動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試場(chǎng)景及測(cè)試評(píng)價(jià)方法，故一個(gè)完整、全面、面向車輛后方的緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景及測(cè)試評(píng)價(jià)方法亟待研究。

本文通過分析車輛后方緊急制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理，以及現(xiàn)行相關(guān)車輛后方主動(dòng)安全測(cè)試法規(guī)、測(cè)試規(guī)程，結(jié)合現(xiàn)實(shí)中高發(fā)的事故典型場(chǎng)景設(shè)計(jì)出面向車輛后方緊急制動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試及評(píng)價(jià)方法，并進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，證明了本文提出測(cè)試及評(píng)價(jià)方法的科學(xué)性、有效性和可操作性。

2 車輛后向緊急制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

目前，針對(duì)側(cè)方和后方盲區(qū)引起的交通事故，車輛通常配備了盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Blind Spot Monitor，BSM），以檢測(cè)和警示可能與車輛發(fā)生碰撞的其他車輛。BSM通過車載傳感器（如雷達(dá)）獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，如車速、方向盤轉(zhuǎn)角、車距等，并通過數(shù)據(jù)處理器對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷車輛周圍是否有其他車輛[3]。如果發(fā)現(xiàn)盲區(qū)內(nèi)有其他車輛，BSM會(huì)計(jì)算出它們與車輛的距離和相對(duì)速度，并判斷是否可能與車輛發(fā)生碰撞。如果判斷可能發(fā)生碰撞，BSM會(huì)計(jì)算出碰撞的嚴(yán)重程度，并通過警示燈或蜂鳴器發(fā)出警示。國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者和工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)的預(yù)警系統(tǒng)主要通過機(jī)器視覺技術(shù)、毫米波雷達(dá)技術(shù)和超聲波傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)。其中，機(jī)器視覺技術(shù)和毫米波雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛。

不同的傳感器具有不同的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，目前主流后向探測(cè)系統(tǒng)解決方案如表1所示，激光雷達(dá)由于比其他傳感器更大，且價(jià)格昂貴，這使得在后向探測(cè)中難以推廣，故不作探討。目前應(yīng)用最多的是毫米波雷達(dá)，利用后向雷達(dá)與角雷達(dá)的組合進(jìn)行后向全方位的檢測(cè)，但其檢測(cè)范圍很小，檢測(cè)速度慢，且不能提供環(huán)境顏色。此外，純視覺傳感器方案也有所應(yīng)用，但其對(duì)光線強(qiáng)度非常敏感，只適用于光線條件好的場(chǎng)景?；谏鲜鰡我粋鞲衅鞯娜秉c(diǎn)，越來越多融合方案被提及，但目前融合難度大，導(dǎo)致技術(shù)水平參差不齊，更需要對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)和評(píng)價(jià)[4]。

車輛后向緊急制動(dòng)系統(tǒng)在工作時(shí)期間傳感器采集物體的位置和運(yùn)動(dòng)、目標(biāo)車輛的運(yùn)動(dòng)以及駕駛員動(dòng)作的信息，并通過控制器對(duì)上述信息進(jìn)行綜合評(píng)估。如果存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)，車輛后向緊急制系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)制動(dòng)動(dòng)作，以避免或至少減輕碰撞。如果司機(jī)不進(jìn)行干預(yù)，則車輛后向緊急制動(dòng)系統(tǒng)繼續(xù)制動(dòng)，直到車輛完全停止。

3 現(xiàn)行法規(guī)及測(cè)試規(guī)程分析

3.1 車輛后向報(bào)警類法規(guī)及測(cè)試規(guī)程

在車輛發(fā)生事故時(shí)分心駕駛（包括打電話、發(fā)短信、吃東西和其他非駕駛活動(dòng)）是交通事故的主要誘因，車輛后向報(bào)警系統(tǒng)可及時(shí)有效的給予駕駛員聲學(xué)、光學(xué)、震動(dòng)等信號(hào)的有效提示，并起到警醒作用。目前相關(guān)的法規(guī)主要有歐洲的ECE R158（用于倒車和機(jī)動(dòng)車關(guān)于駕駛員識(shí)別車輛后方弱勢(shì)道路使用者的設(shè)備核準(zhǔn)的統(tǒng)一條款）、印度的AIS-145，澳大利亞的Australian Design Rule 108/00、我國(guó)推薦性標(biāo)準(zhǔn)《乘用車后部交通穿行提示系統(tǒng)性能要求及試驗(yàn)方法》和C-NCAP2024 RCTA等。

ECE R158作為最早的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)被廣泛借鑒，AIS-145，Australian Design Rule 108/00與ECE R158類似。上述主要測(cè)試場(chǎng)景如圖1所示，主要針對(duì)后方靜態(tài)障礙物全方位、多點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)試，觀察車輛是否發(fā)出報(bào)警。

《乘用車后部交通穿行提示系統(tǒng)性能要求及試驗(yàn)方法》和C-NCAP2024后方交通穿行提示系統(tǒng)（RCTA）測(cè)試則是針對(duì)后方穿行的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)物進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試場(chǎng)景分別如圖2所示，C-NCAP2024 RCTA測(cè)試引入了更多中國(guó)特色目標(biāo)物，使場(chǎng)景更符合中國(guó)國(guó)情，測(cè)試難度也更大。

3.2 后向制動(dòng)類法規(guī)及測(cè)試規(guī)程

目前后向制動(dòng)相關(guān)法規(guī)和測(cè)試規(guī)程主要有兩種，即E-NCAP2023 CRRA/CPRC和C-NCAP2024 RCTB，其中ENCAP從2020版就加入了后向制動(dòng)相關(guān)的場(chǎng)景。目前最新的E-NCAP2023版中CPRA/CPRC場(chǎng)景如圖3所示，主要考察車輛在不同速度下對(duì)于行人目標(biāo)的檢測(cè)和制動(dòng)。

C-NCAP2024的RCTA場(chǎng)景中，若RCTA無法滿足TTC（Time to Collision）≥1.7，可選擇在RCTA場(chǎng)景（如圖2所示）的基礎(chǔ)上進(jìn)行RCTB試驗(yàn)，倒車速度為10 km/h，考察車輛對(duì)于兒童行人、電動(dòng)自行車和踏板是摩托車的探測(cè)和制動(dòng)。

4 測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方法

通過上文分析，并根據(jù)車輛實(shí)現(xiàn)后方緊急制動(dòng)的相關(guān)原理和現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)和測(cè)試評(píng)價(jià)規(guī)程，針對(duì)速度低于10 km/h時(shí)的車輛后方緊急制動(dòng)系統(tǒng)提出測(cè)試場(chǎng)景及評(píng)價(jià)方法。行人及其他道路弱勢(shì)交通參與者（Vulnerable Road Users，VRU）是本文研究的關(guān)鍵，針對(duì)其他道路使用者（如車輛）和固定物體（包括基礎(chǔ)設(shè)施元件，如墻壁、柱子）的碰撞在低速倒車狀態(tài)下很難發(fā)生安全相關(guān)事故，故本文不針對(duì)此類目標(biāo)物進(jìn)行討論。

4.1 基本要求

車輛后方緊急制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，無論施加的轉(zhuǎn)向角度如何，其功能都應(yīng)激活。如果車速超過制造商規(guī)定的上限，車輛后方緊急制動(dòng)功能可將不再激活，但系統(tǒng)最大運(yùn)行速度不應(yīng)低于10 km/h。車輛后方緊急制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)始終自動(dòng)激活，駕駛員可以手動(dòng)關(guān)閉車輛后方緊急制動(dòng)功能，關(guān)閉此功能的操作次數(shù)至少為兩次操作。

車輛后方緊急制動(dòng)功能應(yīng)在制動(dòng)干預(yù)之前通過聲音或視覺信號(hào)警告駕駛員潛在的碰撞，以引起駕駛員的注意。在需要即時(shí)制動(dòng)激活的情況下，可以在制動(dòng)激活的同時(shí)提供報(bào)警信號(hào)。駕駛員通過視覺、聽覺或觸覺信號(hào)被立即告知每個(gè)車輛后方的緊急制動(dòng)，其中制動(dòng)加速度可以被識(shí)別為觸覺信號(hào)。

本文通過減速來避免碰撞，不考慮具體的制動(dòng)方法，且不考慮為避免碰撞而實(shí)行的轉(zhuǎn)向干預(yù)。

4.2 測(cè)試環(huán)境和測(cè)試目標(biāo)物要求

測(cè)試環(huán)境對(duì)于車輛后方緊急制系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果和一致性具有較大的影響，故應(yīng)針對(duì)測(cè)試環(huán)境做出相應(yīng)的規(guī)定，測(cè)試期間的環(huán)境條件應(yīng)滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：

a.風(fēng)速不超過5 m/s；b.溫度介于-15 ℃和40 ℃之間；c.非降水天氣（沒有下雨、雨夾雪、下雪等）；d.最低光照強(qiáng)度為2 000勒克斯；e.試驗(yàn)方向的能見度不低于500 m；f.試驗(yàn)路面峰值附著系數(shù)大于0.9，且干燥、平整、堅(jiān)實(shí)。

對(duì)于行人目標(biāo)和兒童行人目標(biāo)物，需滿足ISO 19206相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于電動(dòng)自行車目標(biāo)物，外觀需符合 GB 17761—2018《電動(dòng)自行車安全技術(shù)規(guī)范》的要求。障礙車輛應(yīng)為普通大批量生產(chǎn)的汽車，軸距應(yīng)滿足2.3～2.9 m的范圍要求。

4.3 測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)

根據(jù)上文分析，綜合考慮事故發(fā)生典型場(chǎng)景、駕駛員駕駛習(xí)慣等綜合因素，提出了面向車輛后方緊急制系統(tǒng)的4個(gè)典型測(cè)試場(chǎng)景。該4種場(chǎng)景能夠較好地覆蓋不同的VRU、車輛運(yùn)行軌跡、車輛運(yùn)行速度和駕駛員駕駛習(xí)慣等，能夠做到少場(chǎng)景、大覆蓋的試驗(yàn)測(cè)試設(shè)計(jì)宗旨。此外，本文針對(duì)車輛后方緊急制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種誤作用場(chǎng)景，以測(cè)試車輛不會(huì)因?yàn)檫^度設(shè)計(jì)而導(dǎo)致的誤作用頻發(fā)的情況。4個(gè)測(cè)試場(chǎng)景如圖4所示，分別為車輛倒車靜止行人場(chǎng)景、車輛倒車入庫(kù)靜止蹲姿兒童場(chǎng)景、車輛倒車后向電動(dòng)自行車橫穿場(chǎng)景和車輛倒車兒童橫穿鬼探頭，誤作用場(chǎng)景如圖5所示。

上述場(chǎng)景中測(cè)試車輛速度、目標(biāo)物類型、目標(biāo)物速度、駕駛員在倒車過程中是否輕踩制動(dòng)等參數(shù)設(shè)置如表2所示，通過上述場(chǎng)景和相關(guān)參數(shù)設(shè)置可以進(jìn)行試驗(yàn)。

對(duì)于車輛后方緊急制系統(tǒng)，使用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要分為兩個(gè)方面，即倒車過程中是否與目標(biāo)物發(fā)生碰撞和報(bào)警時(shí)刻，具體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：

a.是否發(fā)生碰撞：若發(fā)生碰撞則為不通過，若未發(fā)生碰撞則為通過測(cè)試。

b.報(bào)警時(shí)刻：車輛應(yīng)在不晚于制動(dòng)干預(yù)之前發(fā)出聲音或視覺信號(hào)警告。

如以上兩項(xiàng)內(nèi)容均滿足，則視為通過該場(chǎng)景的測(cè)試。誤作用場(chǎng)景中，車輛不發(fā)生報(bào)警且不產(chǎn)生制動(dòng)，則視為通過誤作用場(chǎng)景的測(cè)試。

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)車輛后向緊急制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案和目前現(xiàn)有的后向相關(guān)測(cè)試法規(guī)進(jìn)行分析，結(jié)合車輛后向倒車緊急制動(dòng)系統(tǒng)的功能特點(diǎn)和現(xiàn)有法規(guī)中的啟示，通過測(cè)試車輛速度、目標(biāo)物類物、目標(biāo)物速度和駕駛員習(xí)慣以及測(cè)試場(chǎng)景的定義，提出了4種車輛后向緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景和一種誤作用測(cè)試場(chǎng)景，并形成了一套較為完整面向車輛后方的緊急制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景及測(cè)試評(píng)價(jià)方法，研究結(jié)論對(duì)于緊急制動(dòng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)和測(cè)試具有重要的意義。

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作者簡(jiǎn)介：

沈亮屹，男，1995年生，工程師，研究方向?yàn)槠囍鲃?dòng)安全檢驗(yàn)等。