基于行人橫穿場景的AEB系統(tǒng)性能測試與評價研究

蘇占領(lǐng)，牛成勇，徐建勛，張國勇，劉冰玉

基于行人橫穿場景的AEB系統(tǒng)性能測試與評價研究

蘇占領(lǐng)1,2，牛成勇1,2，徐建勛1，張國勇1，劉冰玉3

（1.招商局檢測車輛技術(shù)研究院國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車質(zhì)量檢驗中心，重慶 401329；2.汽車主動安全測試技術(shù)重慶市工業(yè)和信息化重點實驗室，重慶 401329；3.通用技術(shù)集團國測時柵科技有限公司，重慶 401329）

為研究不同感知方案對自動緊急制動（AEB）系統(tǒng)性能的影響，按照Euro-NCAP行人橫穿CPFA-50測試場景對某兩臺乘用車進行多次測試，在Euro-NCAP規(guī)程的評價指標外，引入AEB系統(tǒng)剎停后距行人的距離、預(yù)警時刻TTC、預(yù)警距緊急制動的時間間隔和最大減速度等參數(shù)，并通過對樣車AEB系統(tǒng)緊急制動過程的分析以及駕駛員心率的監(jiān)測，最終對不同感知方案的優(yōu)劣進行分析，并對AEB系統(tǒng)的性能和舒適性進行評價。

自動緊急制動（AEB）系統(tǒng)；預(yù)警TTC；舒適性；減速度變化率；測試評價

近年來，車輛主動安全技術(shù)已成為車輛安全性和智能化的研究熱點，其中自動緊急制動系統(tǒng)(以下簡稱AEB系統(tǒng))在車輛主動安全的研究中十分重要[1]，根據(jù)CIDAS交通事故數(shù)據(jù)庫關(guān)于行人交通事故的統(tǒng)計，2020年間因車輛未配置AEB系統(tǒng)而造成的行人交通事故較2019年增加10.98%。當(dāng)行人出現(xiàn)在正在行駛車輛的前方，駕駛員沒有制動或制動不及時而發(fā)生碰撞危險時，通過車輛AEB系統(tǒng)來避免碰撞的發(fā)生，可有效減少行人碰撞事故，提升行人和車輛行駛的安全性[2-3]。

當(dāng)前AEB系統(tǒng)在乘用車上的配置率越來越高，其性能的優(yōu)劣也越來越被關(guān)注，如何通過場地試驗對不同型號乘用車的行人AEB系統(tǒng)性能進行測試和評價就顯得十分重要[4]。本文通過搭建Euro-NCAP（2020版）測試工況，對某2臺樣車的行人AEB系統(tǒng)的性能和舒適性進行分析和評價，為后續(xù)AEB系統(tǒng)的舒適性評價提供一種可能的測試方法。

1 AEB系統(tǒng)的組成及工作原理

當(dāng)前國內(nèi)乘用車所配置的行人AEB系統(tǒng)的功能架構(gòu)主要由感知模塊、決策模塊和執(zhí)行模塊組成，如圖1所示。

圖1 行人AEB系統(tǒng)的組成

在實際的道路駕駛中，行人AEB系統(tǒng)的感知模塊利用傳感器（攝像頭、雷達）對周圍環(huán)境進行感知和識別，并采集所識別目標的相對位置、距離、速度等數(shù)據(jù)信息；隨后決策層通過對應(yīng)的算法對所采集數(shù)據(jù)進行運算和處理，以此判斷所識別目標物是否存在“碰撞風(fēng)險”；最后系統(tǒng)通過執(zhí)行模塊對有“碰撞風(fēng)險”的目標物進行聲音或光學(xué)預(yù)警，并在駕駛員無制動、制動力不足和制動不及時時緊急執(zhí)行制動，避免或緩解碰撞的發(fā)生[5-7]。

2 行人AEB系統(tǒng)性能測試及評價

2.1 測試場景及設(shè)備

為進行分析研究，選取某2臺國產(chǎn)乘用車（記為A樣車和B樣車，A、B樣車所配置的毫米波雷達為同一型號））在重慶機動車強檢試驗場進行測試，其感知方案如表1所示。

考慮Euro-NCAP的行人AEB測試工況較多，為便于分析，在此選取較典型的遠端行人橫穿（CPFA-50）場景下車速為40 km/h的工況進行場地測試，如圖2所示。該工況下行人橫穿速度為8 km/h，行人目標與樣車碰撞位置為樣車前端結(jié)構(gòu)的50%處，也即在測試過程中若樣車無任何制動減速，樣車與橫穿的行人將在測試設(shè)定坐標位置發(fā)生碰撞，且碰撞發(fā)生時行人剛好移動至樣車前保正前方的50%處。

表1 樣車感知方案

樣車A車B車 傳感器數(shù)量12 感知方案毫米波雷達毫米波雷達+攝像頭

圖2 A和B樣車進行遠端行人（CPFA-50）測試

為排除測試結(jié)果的偶然性，在CPFA-50的場景下，分別對2臺樣車進行車速為40 km/h的5次重復(fù)測試。測試設(shè)備主要有：ABD組合駕駛機器人（包括油門和轉(zhuǎn)向機器人）；行人控制和拖動設(shè)備；牛津RT3002陀螺儀；聲光采集（AVAD3）設(shè)備，如圖3所示。

2.2 測試結(jié)果分析

依據(jù)Euro-NCAP評價規(guī)程，在CPFA-50場景中車速不超過40 km/h的工況能實現(xiàn)避撞即可得滿分，A、B樣車在5次重復(fù)測試中都可實現(xiàn)避撞，其測試結(jié)果都可得到滿分。然而在是否能夠避撞的評價指標下，2臺樣車的行人AEB系統(tǒng)性能明顯存在優(yōu)劣。為進一步對2臺樣車的AEB系統(tǒng)性能進行研究，在此引入AEB系統(tǒng)剎停后距行人的距離s、預(yù)警時刻TTC、預(yù)警距緊急制動的時間間隔t（緊急制動指的是AEB系統(tǒng)制動減速度首次達到4 m/s2）和最大減速度a等參數(shù)對AEB系統(tǒng)性能進行分析和評價，測試結(jié)果如表2所示。

表2 重復(fù)試驗結(jié)果

次數(shù)剎停距離預(yù)警TTC時間間隔最大減速度 A車B車A車B車A車B車A車B車 10.751.190.710.960.341.0510.279.93 20.691.260.630.990.320.9510.2110.03 30.721.240.681.020.381.0310.269.97 40.71.20.641.000.400.9710.29.94 50.731.240.671.010.391.0110.2810.02

在以上參數(shù)中，剎停距離s除可判斷車輛是否避撞，還可評價AEB系統(tǒng)對行人的剎停距離是否合適；預(yù)警TTC可評價用于提示駕駛員報警的早晚是否合理；在避免AEB系統(tǒng)“非緊急”情況頻繁觸發(fā)的前提下，預(yù)警距緊急制動的時間間隔t可衡量AEB系統(tǒng)為駕駛員預(yù)留的介入反應(yīng)時間是否夠用；最大減速度a可評判AEB系統(tǒng)緊急制動的劇烈程度。在行人AEB系統(tǒng)性能的測試中，以上各參數(shù)的大小將直接影響AEB系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，如表3所示。

表3 參數(shù)大小對行人AEB性能的影響

剎停距離預(yù)警TTC時間間隔減速度 較大非緊急場景易誤觸發(fā)，易追尾預(yù)警早，駕駛員過度緊張制動不夠緊急，預(yù)警早制動劇烈，不舒適感嚴重 較小AEB作用較晚，制動劇烈預(yù)警晚，易碰撞或避撞后制動劇烈預(yù)留的介入反應(yīng)時間短制動不緊急，制動距離較小

A、B樣車在5次重復(fù)測試中性能較穩(wěn)定，如圖4～圖7所示。

圖4 剎停距離重復(fù)測試結(jié)果

圖5 預(yù)警TTC重復(fù)測試結(jié)果

圖6 時間間隔重復(fù)測試結(jié)果

圖7 最大減速度重復(fù)測試結(jié)果

為便于研究以第3次測試結(jié)果進行分析。在檢測到行人目標后，A樣車AEB系統(tǒng)在TTC為0.72 s時開始預(yù)警，首次預(yù)警0.68 s后系統(tǒng)減速度達到4 m/s2，制動過程中最大減速度為10.26 m/s2，最終樣車剎停后距行人目標0.38 m。B樣車在TTC為1.24 s時開始預(yù)警，預(yù)警后AEB系統(tǒng)進行點剎，首次預(yù)警1.02 s后系統(tǒng)減速度達到4 m/s2，制動過程中最大減速度為9.97 m/s2，最終樣車剎停后距行人目標1.03 m。

2.3 行人AEB系統(tǒng)性能測試評價

根據(jù)國內(nèi)外測試規(guī)程，并結(jié)合大量測試數(shù)據(jù)可知，行人AEB系統(tǒng)的預(yù)警TTC一般不小于1.2 s較合適；剎停距離一般控制在1.0～1.5 m間較好；最大減速度a一般不宜超過13 m/s2；考慮一般液壓制動系統(tǒng)的作用滯后時間約為0.2 s,駕駛員在聽到報警后進行制動的反應(yīng)時間約為0.8 s，為給駕駛員預(yù)留足夠的制動反應(yīng)時間，時間間隔一般不小于1 s。對比A、B樣車的測試結(jié)果，雖然2臺樣車在制動過程中最大減速度相差不大，并都能避撞，但相較于B樣車，A樣車AEB系統(tǒng)對行人目標預(yù)警較晚，剎停后距行人距離較小，AEB制動較劇烈，對駕駛員的精神和心理刺激較強烈。此外，因A樣車AEB系統(tǒng)預(yù)警晚、無點剎，時間間隔較短，駕駛員無法及時制動或轉(zhuǎn)向來避免AEB系統(tǒng)非必要的作用。

雖然A、B樣車AEB系統(tǒng)所配置的毫米波雷達為同一型號，但A樣車僅配置了毫米波雷達，B樣車AEB系統(tǒng)為毫米波雷達和攝像頭融合方案。作為常用于乘用車AEB系統(tǒng)的傳感器，毫米波雷達具有感知距離遠、測距精度高等優(yōu)勢，但其較難識別目標物的高度和外形，攝像頭能夠較好識別目標物的高度和形狀，但其測距精度差，并易受天氣和光照等環(huán)境影響[8]。相較于單毫米波雷達方案，毫米波雷達+攝像頭融合方案可在目標物識別時，使用“融合算法”增強對目標的識別穩(wěn)定性，提升多傳感器間的置信度，降低對目標物的誤觸發(fā)率，提高AEB系統(tǒng)的魯棒性、感知精度和識別穩(wěn)定性，更好的對目標物的速度、距離、位置信息進行采集，避免因樣車的震動或目標物的晃動，造成目標識別的丟失和AEB系統(tǒng)的退出[9]。綜上，配置融合方案的B樣車AEB系統(tǒng)性能在預(yù)警TTC、剎停后距行人距離及預(yù)留的反應(yīng)時間等方面要優(yōu)于A樣車。

3 行人AEB系統(tǒng)舒適性測試與評價

3.1 行人AEB系統(tǒng)舒適性測試

在A、B樣車AEB系統(tǒng)最大減速度差別不大的情況下，減速度變化的快慢直接影響到駕駛員的主觀駕乘感受，減速度變化率越大，制動越緊急，其帶來的不舒適感越強烈。此外，研究表明人在過度緊張和驚嚇時，心跳和脈搏次數(shù)會迅速升高[10]，正常人的脈搏次數(shù)和心跳次數(shù)是一致的(60～100次/min)，可通過監(jiān)測駕駛員在行人AEB系統(tǒng)作用過程中的脈搏獲得其心率變化，從而對樣車AEB系統(tǒng)的舒適性進行評價。為進一步對A、B樣車AEB系統(tǒng)作用過程的舒適性進行評價，在此引入減速度變化率和駕駛員心率進行分析。

在CPFA-50的場景下，再次對2臺樣車進行車速為40 km/h的5次重復(fù)測試，測試中使用歐姆龍HEM-6320T手腕式血壓測量儀對同一駕駛員的心率變化（從測試開始到樣車制動停止）進行監(jiān)測，并對樣車減速度變化率進行分析，結(jié)果如圖8和圖9所示。

圖8 減速度變化率重復(fù)測試結(jié)果

圖9 心率監(jiān)測重復(fù)測試結(jié)果

3.2 行人AEB系統(tǒng)舒適性分析與評價

以A、B樣車第3次測試數(shù)據(jù)進行分析，B樣車減速度變化率為9.87 m/s3，A樣車較大為16.31 m/s3，A樣車的減速度變化率遠大于B樣車，也即A樣車在相同時間段內(nèi)減速度下降最快，制動最劇烈。對A、B樣車減速度變化過程進行分析，如圖10和圖11所示。

圖10 A樣車AEB系統(tǒng)減速度變化曲線

圖11 B樣車AEB系統(tǒng)減速度變化曲線

在最大減速度差別不大的情況下，B樣車AEB系統(tǒng)識別行人目標后，先進行了減速度為1.58 m/s2的點剎提醒駕駛員，隨后進行減速度為4.05 m/s2的一級制動，并在一級制動持續(xù)0.43 s后進行減速度為9.84 m/s2的二級制動，將樣車剎停，減速度變化率為9.87 m/s3。A樣車AEB系統(tǒng)識別行人目標后，先進行了減速度為3.78 m/s2的制動，隨后因目標識別的不穩(wěn)定，制動作用退出，在重新穩(wěn)定識別目標后，AEB系統(tǒng)進行了減速度為4.51 m/s2的一級制動，然后進行了減速度為10.18 m/s2的二級制動，將樣車剎停，減速度變化率為16.31 m/s3。對比A樣車AEB系統(tǒng)因目標識別的不穩(wěn)定，在制動退出后進行了極不舒適的二級制動，B樣車AEB系統(tǒng)“階梯形”的制動策略使整車減速度呈階梯形逐步升高，并在一級制動作用時維持了0.43 s，有利于駕駛員對樣車減速度變化的調(diào)整和適應(yīng)，較大程度的改善了AEB系統(tǒng)作用帶來的不舒適感。

此外，在重復(fù)測試中A、B樣車駕駛員的心率變化也存在較大差異（如圖9所示），在5次重復(fù)測試中，駕駛員在A樣車上的心率變化明顯高于B樣車。其中在第3次測試中，A、B樣車駕駛員的心率變化最大值分別為109、93次/min，也即與B樣車相比，A樣車在AEB系統(tǒng)作用過程中對駕駛員所造成的緊張和驚嚇等生理性刺激較大，駕駛員的心率和脈搏等醫(yī)學(xué)指標變化更明顯。結(jié)合A、B樣車減速度變化率的測試結(jié)果可知，行人目標識別穩(wěn)定、采用“階梯形”制動策略的B樣車AEB系統(tǒng)舒適性優(yōu)于A樣車。

4 結(jié)論

根據(jù)某2臺樣車行人AEB系統(tǒng)的測試結(jié)果，對其AEB系統(tǒng)不同感知方案和制動過程各參數(shù)進行分析與研究，得出相關(guān)結(jié)論：（1）在Euro-NCAP（2020版）規(guī)程的評價指標外，通過對樣車AEB系統(tǒng)剎停后距行人的距離、預(yù)警時刻TTC、預(yù)警距緊急制動的時間間隔、最大減速度、減速度變化率及駕駛員心率等參數(shù)的分析和研究，可對行人AEB系統(tǒng)的性能和主觀舒適性的優(yōu)劣進行評價，并為后續(xù)AEB系統(tǒng)的舒適性評價提供一種可能的測試方法。（2）通過對乘用車AEB系統(tǒng)常用的感知方案進行對比分析，相較于單毫米波雷達方案，融合方案具有識別穩(wěn)定性好、測距精度高等優(yōu)勢。

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Research on Performance Test and Evaluation of AEB System Based on Pedestrian Crossing Scene

SU Zhan-ling1,2, NIU Cheng-yong1,2, XU Jian-xun1, ZHANG Gou-yong1, LIU Bing-yu3

（1. China Merchants Test Vehicle Technology Research Institute,National Intelligent Network Vehicle Quality Inspection Center, Chongqing 401329, China;2.Chongqing Key Laboratory of Industry and Information for Automotive Active Safety Testing Technology, Chongqing 401329, China;3.Genertec Guoce Time Grating Technology Co.,Ltd, Chongqing 401329, China）

In order to study the impact of different perception schemes on the performance of the automatic emergency braking (AEB) system, two passenger cars were tested several times according to the Euro NCAP pedestrian crossing CPFA-50 test scenario. In addition to the evaluation indicators of the Euro NCAP regulations, parameters such as the distance from the AEB system to the pedestrian after braking, the warning time TTC, the time interval between the warning and emergency braking, and the maximum deceleration were introduced, Through the analysis of the emergency braking process of the AEB system of the sample vehicle and the monitoring of the driver’s heart rate, the advantages and disadvantages of different sensing schemes are finally analyzed, and the performance and comfort of the AEB system are evaluated.

automatic emergency braking (AEB) system; early warning TTC; comfort; deceleration change rate; test evaluation

10.15916/j.issn1674-3261.2022.04.002

U492.3；U463.6

A

1674-3261(2022)04-0218-05

2021-09-18

科技部重點專項3.2項目(2018YFB0105100)

蘇占領(lǐng)(1990-)，男，河南周口人，高級工程師，碩士。

責(zé)任編輯：陳 明