朱 龍，周 旋，孟祥虎

（徐州徐工汽車制造有限公司，江蘇 徐州 221100）

現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)和汽車工業(yè)的快速發(fā)展給人們帶來便利的同時，也使得交通安全環(huán)境變得更為復(fù)雜，交通事故已經(jīng)上升成為全球性災(zāi)害和世界性難題。全球范圍內(nèi)，每年有千萬量級的交通事故發(fā)生，造成的經(jīng)濟(jì)損失多達(dá)全球GDP的1%~3%，而其中追尾事故的占比尤為凸顯［1］（美國占比為29.5%，德國為28%）。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和道路狀況的改善，我國汽車保有量持續(xù)攀升，交通事故總量呈上升趨勢，據(jù)統(tǒng)計，我國萬車死亡率已居世界首位［2］。面對交通安全問題的嚴(yán)峻形勢，汽車主動安全越來越受到廣泛的關(guān)注，作為主動安全技術(shù)的核心組成部分，前碰撞預(yù)警系統(tǒng) （Forward Collision Warning System，F(xiàn)CWS）已成為該領(lǐng)域的重要研究課題。國內(nèi)外也相繼發(fā)布了相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推動汽車主動安全技術(shù)的發(fā)展［3，4］。

然而，F(xiàn)CWS的測試標(biāo)準(zhǔn)雖測試方法類似，但指標(biāo)有所差異。2014年我國交通部發(fā)布了針對營運(yùn)客車的前車碰撞預(yù)警系統(tǒng)測試規(guī)范JT／T 883-2014《營運(yùn)車輛行駛危險預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)要求和測試方法》［3］（下文簡稱“883”），2017年質(zhì)監(jiān)局與標(biāo)準(zhǔn)委員會聯(lián)合發(fā)布GB／T 33577-2017《智能運(yùn)輸系統(tǒng)車輛前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)性能要求和測試規(guī)程》［5］（下文簡稱“33577”），韓國國土交通部也發(fā)布了相關(guān)的測試法規(guī)推動FCWS的落地與發(fā)展（下文簡稱“KC”）［6］。本文對上述法規(guī)進(jìn)行了對比分析，并對系統(tǒng)測試性能指標(biāo)要求進(jìn)行了深入解析，為系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用提供參考。

1 探測范圍的要求

探測范圍是視覺、毫米波雷達(dá)以及激光雷達(dá)等ADAS感知傳感器最為重要的指標(biāo)之一，探測范圍的遠(yuǎn)近直接決定了基于目標(biāo)感知報警及控制決策的及時性。探測范圍越遠(yuǎn)，越能提升車輛前方目標(biāo)與本車的相對運(yùn)動狀態(tài)預(yù)判的可靠性，從而能夠在有潛在碰撞危險時，提前足夠長的時間進(jìn)行決策。顯然，針對ADAS性能測試的法規(guī)制定者深知其重要性，因此在測試項中也有考慮車輛動力學(xué)及駕駛因素的探測范圍評估方法。對現(xiàn)行的法規(guī)而言，KC中沒有對傳感器探測范圍的明確規(guī)定；而883及33577對探測范圍有同樣的規(guī)定，其計算方法如下式：

式中：vmax——系統(tǒng)運(yùn)行時的自車最高車速；Tmax——警告后駕駛員的最長制動反應(yīng)時間；amin——自車滿載充分制動時所能達(dá)到減速度的最低標(biāo)準(zhǔn)。

式 （1）計算最大距離的方式，實際上考慮了兩個方面：①駕駛員反應(yīng)時間內(nèi)的行駛距離；②駕駛員進(jìn)行制動操作后，與車輛制動性能相關(guān)的最大制動距離。事實上，綜合考慮兩者得到的最大探測范圍是考慮感知可靠性的探測范圍的最不利情況，從而最大限度地保障主動安全系統(tǒng)的有效性。以國內(nèi)高速路段限速120km／h為例，假設(shè)人的反應(yīng)時間為1s，且能達(dá)到的最小減速度為-5m／s2，則最低探測范圍應(yīng)該超過144m。這一距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過報警時刻的距離 （40~80m）。因此，KC對此沒有明確規(guī)定是不全面的。

2 碰撞時間測試標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)法規(guī)要求，KC、883以及33577三種標(biāo)準(zhǔn)前車碰撞工況CCRs （Car-to-Car，stationary）、CCRm （Car-to-Car，moving）以及CCRb（Car-to-Car，braking）下碰撞時間TTC的規(guī)定如表1所示?？傮w而言，中、韓FCWS碰撞時間TTC的范圍設(shè)置不同，883對碰撞時間沒有上限要求，因此ADAS設(shè)備只要設(shè)定足夠長的時間，無論是3s還是5s甚至更大的值均能通過測試標(biāo)準(zhǔn)。顯然，這一點(diǎn)是不合理的，因為提前較長時間報警 （車距足夠長，并不存在碰撞危險）會對駕駛員正常駕駛產(chǎn)生干擾。

據(jù)統(tǒng)計，典型駕駛員感知-反應(yīng)時間范圍為0.9~2.1s，95%的駕駛員感知反應(yīng)時間為1.6s［7］?；诖?，按照法規(guī)的要求，剩下的最短操作時間如表2所示。顯然，法規(guī)規(guī)定最小TTC標(biāo)準(zhǔn)下，剩余的操作時間不足以使得車輛完全避免碰撞。

表1 TTC碰撞時間標(biāo)準(zhǔn)對比

表2 駕駛員最短操作時間

再者3種法規(guī)均對報警時刻的距離精度進(jìn)行了規(guī)定。

1）KC規(guī)定7次重復(fù)測試，至少5次通過才算通過，且5次TTC的偏差不能超過15%。

2）883規(guī)定報警時刻的距離與系統(tǒng)設(shè)定的距離偏差不能超過5%或±1m，但沒有可重復(fù)性的要求。

3）33577規(guī)定非自適應(yīng)系統(tǒng)7次重復(fù)測試，至少5次通過才算通過，且5次均需要滿足報警距離偏差不能超過15%或±2m的要求。

綜上所述，883僅考慮了系統(tǒng)的精度，并未考慮系統(tǒng)多次重復(fù)執(zhí)行時的穩(wěn)定性，對于實際應(yīng)用而言，這一點(diǎn)883存在不足。KC與33577對系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性均有要求，且起到異曲同工之效。

3 ETTC的必要性

相對于883及KC，33577引入了強(qiáng)化距離碰撞時間的概念。一般而言，碰撞時間TTC確定算法是通過車輛與前方障礙物 （一般為車輛）的相對距離和平均相對速度決定［15］：

式中：V（t）——t時刻的瞬時相對速度，用以取代較小時間間隔Δt內(nèi)的平均相對速度；Z（t）—t時刻的相對距離。

事實上，本車與前車的相對加速度一般不為0，因此假定其為0的做法可能引起TTC估計的偏差。那么，將相對加速度確定的TTC定義為Ta（t），存在如下關(guān)系：

式 （3）假定從t時刻開始直到碰撞發(fā)生，本車與前車間的相對加速度為常數(shù)a（t），且經(jīng)過Ta（t）的延時，距離減小到0。解方程 （4）可得：

為了說明上述兩種計算TTC算法的差異，按照J(rèn)T／T 883-2014關(guān)于TTC的測試方法 （圖1），自車與前車相距30m，均以72km／h的速度同向行駛，在某一時刻前車以0.3g的減速度開始制動。按照標(biāo)準(zhǔn)的要求，TTC報警時間應(yīng)大于2.4s，假定TTC=2.7s報警，TTC與前車制動時刻的關(guān)系如圖2所示。

圖1 試驗過程示意圖

由圖2可以看出，基于相對速度的TTC確定算法在前車緊急制動后2.52s發(fā)出警報，而基于相對加速度的TTC確定算法在前車緊急制動后1.77s發(fā)出警報，前者比后者延遲約0.8s的時間，也就是說，如果基于采用相對加速度的TTC確定算法將提前16m進(jìn)行報警，可以留出更為充足的反應(yīng)和制動時間，以進(jìn)一步降低追尾碰撞發(fā)生的風(fēng)險或者降低事故所帶來的損失。

圖2 TTC隨前車緊急制動時間的變化

4 感知干擾測試要求

通過視覺、毫米波以及激光雷達(dá)對目標(biāo)進(jìn)行感知與定位，會出現(xiàn)非危險區(qū)域目標(biāo)的干擾。對于毫米波雷達(dá)而言尤其顯著，因為毫米波雷達(dá)在沒有車身姿態(tài)估計和車道線約束的前提下，無法辨識目標(biāo)是否為碰撞區(qū)域的目標(biāo)。因此干擾測試的目的主要是對前車碰撞預(yù)警系統(tǒng)誤報或者誤操作的驗證。3種規(guī)范對于該項內(nèi)容的考核機(jī)制如表3所示 （√表示有規(guī)定，×表示無規(guī)定）。由表3可以看出，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)在此項測試要求比KC更完善，且33577考慮的因素最多，更為全面考慮各種傳感器可能存在的缺陷。

表3 系統(tǒng)抗干擾測試

5 結(jié)論

本文對中國和韓國關(guān)于汽車前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)的測試法規(guī)進(jìn)行了對比分析，得到的主要結(jié)論如下。

1）總體而言，中國法規(guī)測試項的考慮更為全面，但是對于TTC沒有規(guī)定上限，測試要求稍顯不足，韓國KC認(rèn)證沒有對探測范圍感知傳感器的重要性能指標(biāo)進(jìn)行規(guī)定，顯然是不合理的。

2）各法規(guī)對于TTC下限的規(guī)定，按照駕駛員的正常反應(yīng)時間再進(jìn)行制動操作無法完全避免碰撞。

3）在兩車相對速度較大時，強(qiáng)化距離碰撞時間的引入是非常必要，能夠預(yù)留充足的反應(yīng)和制動時間，使得前碰撞預(yù)警系統(tǒng)更為可靠。

4）33577是883基礎(chǔ)上的完善，參照此法規(guī)的測試標(biāo)準(zhǔn)，能夠全面反映前車碰撞系統(tǒng)的性能。