AEB系统性能与碰撞时间关联性研究

刘建平 郑望晓 郑阳

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广州 511400）

主题词：AEB系统 碰撞时间 制动执行策略

1 前言

自动紧急制动（Autonomous Emergency Break，AEB）系统利用现代传感器技术实时对车辆的周围环境和车辆行驶状态进行探测，并根据算法预判当前环境的危险程度，当检测到前方有潜在碰撞危险时，系统向驾驶员发出警告以提醒驾驶员采取措施规避危险，并在驾驶员没有及时对警告信号做出正确反应且碰撞危险变得十分紧急时，系统提供制动力，通过自动制动等主动介入方式来避免碰撞事故的发生或减轻碰撞事故的严重程度[1-3]。目前，欧洲新车安全评鉴协会（Euro NCAP）已将AEB纳入新车主动安全的评价规程，而我国最新版的CNCAP（2018版）也开始将AEB纳入新车评价规程。本文将依据实车测试结果对AEB激活时刻的碰撞时间（Time To Collision,TTC）、制动系统响应时间、最大减速度等进行分析，为设定AEB系统策略和性能目标提供数据支撑，以提升AEB系统在NCAP评价规程中的得分率。

2 AEB工作原理分析

AEB的关键是避撞算法，因避撞算法决定了预警的时机和逻辑，其核心问题是确定合适的介入时刻。碰撞时间是评价交通安全的微观指标，是指某一时刻本车与目标车之间发生碰撞前的剩余时间。在同一车况下，在碰撞时间较大时制动效能较好，且不易发生事故。但是该情形下用户体验很差，用户需要的是相对激进的危险制动时机，即TTC足够小时AEB就应采取制动措施，即应遵循两个原则：一是为不影响用户体验，制动时刻应晚于驾驶员的最迟制动时刻和驾驶员的最迟转向时刻；二是制动时刻应早于制动系统将车辆刹停的最迟制动时刻[4]，确保制动效能，达到避撞的目的。

3 试验研究

3.1 试验方法

选取6款具有代表性且配置有AEB功能的车辆进行试验，包括一款轿车（A）、三款SUV（B、C、D）、一款MVP（E）及一款纯电动车（F）。测试工况选用欧洲新车评价规程(Euro-NCAP)的前车静止(Car to Car Rear sta⁃tionary,CCRs)工况[5]，即本车以10 km/h的梯度从10 km/h递增到50 km/h。前车为Euro-NCAP测试车辆目标(Eu⁃rope Vehicle Target，EVT)模型并保持静止，如图1所示。

图1 前车静止（CCRs）测试工况

试验中采用了E-NCAP中定义的ABD驾驶机器人（含转向、制动和油门机器人）、OxTS陀螺仪、基站及数传系统、Euro-NCAP测试车辆目标等设备，试验过程精确控制试验车的速度、加速度、方向和距离，实时采集测试车辆速度、减速度、碰撞时间TTC、测试车辆与目标之间距离等。

3.2 试验结果

通过试验得出各车型能实现的最高避撞车速见表1。由表1可知，各车型之间最高避撞速度较接近，但实际用户体验却存在较明显差异。经统计，各车型在各速度点AEB制动时的TTC如图2所示。

表1 各车型CCRs工况最高避撞车速

图2 各车型AEB激活时刻TTC与速度关系曲线

由图2可看出，在各车速点AEB制动时，B车型TTC最小，E车型的TTC最大，整体上各车型的TTC随车速的增加呈逐步增大的趋势。但F车型在各车速下AEB激活时刻TTC一致性较差，在车速为10 km/h时TTC为1.4 s，实际体验中能感知该车速下AEB制动时机略显提前，用户体验不佳。

B车型AEB制动时TTC值最小，即同一车速下B车型的AEB制动时机最晚，但在CCRs工况下，最高避撞车速仍能达到45 km/h。通过对试验采集的数据进一步分析可知，不同车型在同一车速、一定制动TTC情况下，AEB系统所能提供的减速效果与其策略设定及搭载的车辆制动系统性能直接关联。其中，不同厂商的AEB系统控制策略有不同的风格，而制动系统性能与制动系统的响应时间和所能达到的最大减速度相关。

4 AEB制动执行策略和性能分析

4.1 AEB性能与TTC及制动系统性能关联性分析

因在各车速下F车型AEB系统激活TTC一致性差，且低速时（10 km/h）的TTC过大，由此可推断该车型AEB系统激活TTC的设定策略不够完善。进一步分析其减速度数据可知，AEB系统在各车速点均采用一级制动，液压制动系统响应时间略长（制动后约750 ms才达到最大减速度9.2 m/s2），且在最大减速度点保压时间不够（图3），故F车型在车速为45 km/h时，AEB系统虽在TTC为1.2 s时即开始制动，但仍未最终实现避撞。

图3 F车型减速度曲线

由图2可看出，B车型在各车速点AEB激活时刻的TTC随车速提高逐渐增加，呈一致性分布，其TTC最大值仅为0.75 s，符合紧急制动定义，实际评价中该车型自动制动时机合理，不影响用户体验。另外，该车采用的新型制动助力器的液压制动系统响应快，通过试验数据分析表明，在AEB系统开始制动270 ms后，制动系统即达到最大减速度，同时能提供足够的保压时间（图4），故能明显提升制动效能。在执行策略方面，该车同样采用的是一级制动，由此表明，在所测试的几款车型中，B车型AEB系统激活时刻的TTC最小，但该车型制动系统响应速度快，且能提供足够大的最大减速度（约10 m/s2），故能实现最高车速（45 km/h）下的自动避撞。

图4 B车型减速度曲线

4.2 AEB系统请求制动执行策略分析

通过对多个车型试验结果的分析可知，在AEB系统请求制动策略设定方面主要分为两类，一是采用一级制动，即AEB系统开始制动后直接达到其所需的最大减速度值，如图5所示；二是采用两级制动，即AEB系统开始制动直至车辆停止过程中，AEB系统提供不同减速度值的两级制动。

图5 采用一级制动减速度曲线

AEB系统二级制动策略分为3种类型：

a.根据AEB系统控制策略，AEB系统首先请求制动系统执行第一级较大减速度（约7m/s2）来降低本车车速，同时通过其算法实时计算与目标车的相对速度和距离，若仍存在与目标车的碰撞风险，则在某一时刻以最大减速度再执行二级制动，直至车辆制动减速至停止，称为第Ⅰ类型，如图6所示；

图6 第Ⅰ类型二级制动曲线

b.AEB系统先请求制动系统执行较小的一级减速度（约2 m/s2），若此时驾驶员仍未踩下制动踏板，或驾驶员介入后车辆减速度仍不能使本车避免发生碰撞；则在某一时刻AEB系统将请求制动系统执行二级制动，使本车减速度达到最大值，直至本车制动减速至停止，称为第Ⅱ类型，如图7所示；

图7 第Ⅱ类型二级制动曲线

c.AEB系统首先请求制动系统以最大减速度执行一级制动，然后根据其算法执行二级制动，在某一时刻降低减速度至某一数值，直至本车停止，避免与目标车发生碰撞，称为第Ⅲ类型，如图8所示。

由图6～图8可看出，不同车辆搭载的AEB系统算法策略有明显区别，AEB系统采用的二级减速方案也不同。对于采用第Ⅱ类型的二级减速策略的AEB系统，车辆进行紧急制动前先执行一段较小的减速度提醒后车，能有效降低被追尾的风险。用户体验方面，第一级制动的减速度较小，更多是提醒驾驶员存在碰撞风险，提示其进行主动制动。实车体验表明，采用第Ⅱ类型二级制动策略时体验感更佳。

图8 第Ⅲ类型二级制动曲线

5 结束语

通过对大量实测数据的分析表明，在CCRS试验工况中，不同车速对应AEB介入时的TTC存在差异，低速时（＜20 km/h）的TTC设定应更小，采用单级制动，以提升用户体验；在更高速度下应采取两级减速策略，AEB系统激活后能更为舒适、平顺地介入，制动效果更强、速度减小率更大，在AEB系统工作的过程中用户体验优于仅采用单级制动的方案。文献[6]指出液压制动器起作用时间是0.2～0.9 s，故AEB系统的TTC设置在0.5～1.2 s之间更为合理，同时，根据不同车速选择不同的TTC，使得随车速的增加AEB系统激活TTC也逐步变大。