李 軍，吳方義，劉衛(wèi)東，鄧 晶，王愛春，黃少堂，方宜學(xué)

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

隨著汽車保有量的不斷提高和公路運輸行業(yè)的發(fā)展，交通事故發(fā)生的頻率次數(shù)也不斷上升，據(jù)交通部的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2016年全國共發(fā)生道路交通事故16.5萬起，造成5.18萬人死亡、59.9萬人受傷，交通事故發(fā)生的主要原因是駕駛員疲勞駕駛和分神引起的碰撞。基于毫米波雷達的FCW （Forward Collision Warning，前碰撞預(yù)警），可以對前方車輛和非機動車輛 （自行車、電動車及摩托車）進行防碰撞預(yù)警，當(dāng)對前方同向行駛的車輛存在碰撞風(fēng)險時為駕駛員提供警告，以視覺報警、聽覺報警、觸覺報警的形式提醒駕駛員注意周邊環(huán)境，可以有效減少交通事故的發(fā)生，以及降低人員財產(chǎn)的損失。為此，F(xiàn)CW作為汽車高級駕駛輔助系統(tǒng)之一，在保證汽車行車安全上起了重要作用。

1 前碰撞預(yù)警系統(tǒng)組成與工作原理

1.1 前碰撞預(yù)警系統(tǒng)組成

前碰撞預(yù)警系統(tǒng)組成如圖1所示，其主要組成部分有：FCW控制器、毫米波雷達、人機交互系統(tǒng)等。

1.2 前碰撞預(yù)警系統(tǒng)工作原理

FCW包含以下3個子功能：安全距離報警、預(yù)報警、緊急報警。其中預(yù)報警是危險等級已經(jīng)比較高，如果駕駛員不采取必要的措施，很有可能會發(fā)生碰撞。緊急報警是危險等級已經(jīng)很高了，再不采取措施，將觸發(fā)緊急制動 （如果有配置該功能）或即將碰撞上前車。

圖1 FCW系統(tǒng)組成

安全距離報警是危險等級最低時的報警提示，目的是提示駕駛員跟車車距過小。盡管在這種狀況下可能不會有碰撞危險，但是駕駛員也應(yīng)調(diào)整自己的駕駛行為，保持合理車距，這樣如果前方車輛突然緊急制動，駕駛員才能夠做出反應(yīng)以避免事故的發(fā)生。當(dāng)駕駛行為處于潛在危險狀態(tài)同時車間時距TimeGap（某一時刻，以自車車速到目標(biāo)車的時間）低于給定值時，將觸發(fā)安全距離報警。

因為安全距離的觸發(fā)點較早，誤觸發(fā)不可能完全避免，但安全距離報警是最有效的報警提示，能把危險事故扼殺在萌芽階段。為了減少由于“報警難題”產(chǎn)生的誤觸發(fā)，該系統(tǒng)的報警策略充分考慮到了可能的影響因素：絕對和相對速度，目標(biāo)的分類 （移動或靜止），駕駛員狀態(tài)估算 （注意力集中／不集中）等，達到可接受的誤觸發(fā)率和功能的實際效果兩者的平衡。下文介紹的安全距離報警參數(shù)標(biāo)定測試驗證方法就是為了達到這種平衡。

2 測試方法

2.1 縱向靜止目標(biāo)測試

測試工況如圖2所示，目標(biāo)車停在車道中心，縱軸方向與道路邊緣平行，且前車與自車朝向一致。自車向前車尾部接近。自車以額定速度20m／s在車道中心朝前車行駛，系統(tǒng)應(yīng)能夠在TTC最小為2.1s時發(fā)出報警。

圖2 識別靜止前車測試

2.2 縱向低速目標(biāo)測試

測試工況如圖3所示，目標(biāo)車停在車道中心，前車以9m／s的恒定速度沿車道中心行駛，自車以額定速度20m／s在車道中心朝前車行駛，當(dāng)兩車相距150m測試開始，系統(tǒng)應(yīng)能夠在TTC最小為2s時發(fā)出報警。

圖3 識別低速行駛前車測試

2.3 縱向制動目標(biāo)測試

測試工況如圖4所示，自車和前車以20m／s的恒定速度在平直車道中間行駛。在前車開始制動前，自車與前車間距離保持在30m。前車以0.3g的恒定減速度進行制動，系統(tǒng)應(yīng)該能夠在TTC最小為2.4s時發(fā)出報警。

圖4 識別減速行駛前車測試

2.4 最短報警距離理論計算

對于2.2和2.3描述的測試工況的最短期望報警距離可以使用如下公式計算，假定駕駛?cè)藢缶姆磻?yīng)時間Tresp=0.8s，能夠使自車恰好達到與目標(biāo)車相同的車速，且不發(fā)生碰撞所需要的最小減速度arep=6.67m／s2。

式中：Xc_min_Warning——最短報警距離；aTV——目標(biāo)車輛的減速度；vr——相對車速。

對于2.3描述的測試工況，假設(shè)兩車碰撞時的車速剛好相等，可得到如下等式：

其中測試開始時兩車的車速v=20m／s，目標(biāo)車輛的減速度aTV=3m／s2，可計算得到從測試開始到自車開始制動的時間t1=3.3173s，自車開始制動到兩車剛好車速相等的時間t2=2.7117s。則最短期望報警距離可以使用如下公式計算：

安全距離報警時TTC和時距理論最小值見表1。

表1 安全距離報警時TTC和時距理論最小值

3 實車標(biāo)定與測試

標(biāo)定測試以本公司某款在研大型SUV車型 （配備前碰撞預(yù)警系統(tǒng)）為例，進行安全距離報警策略研究以及相關(guān)參數(shù)的標(biāo)定。

3.1 標(biāo)定與測試設(shè)備搭建

FCW系統(tǒng)測試過程中，需測量并記錄車輛的縱向速度、車輛間距離等參數(shù)，具體儀器連接如圖5所示。其中VBOX以及天線和通信設(shè)備用于各工況測試數(shù)據(jù)的收集、分析及處理；CANape用于安全距離報警的標(biāo)定參數(shù)設(shè)置；攝像頭用于采集測試工況的視頻信息。CANape／VBox測試界面如圖6所示。

圖5 CANape／Vbox測試系統(tǒng)框圖

圖6 CANape／VBox測試界面

3.2 實車標(biāo)定測試

由前面的分析可知，安全距離報警條件主要受跟車時間距和相對車速的影響，為了減少誤觸發(fā)對報警增加了延時，這3個參數(shù)都可以通過CANape在線更改。通過VBOX可以測得報警時的本車車速、兩車的相對距離和目標(biāo)車的車速，即可計算出報警時的TTC。表2記錄了多次有效測試的結(jié)果，其中包括默認(rèn)參數(shù)1次，靜止目標(biāo)、低速目標(biāo)、制動目標(biāo)各3次。根據(jù)實車測試結(jié)果與理論計算結(jié)果對比，以及實際駕駛體驗可知以下。

1）對于靜止目標(biāo)，安全報警時的車間距離有40m，并無碰撞的風(fēng)險，所以對于靜止目標(biāo)安全距離報警無實際提醒作用，可以刪除該工況下的安全距離報警。

2）安全距離報警時的TTC測試結(jié)果比理論結(jié)果要小，不符合法規(guī)的要求，所以安全距離報警不能按照TTC的值進行。

3）安全距離報警本應(yīng)該是跟車距離較近，相對車速不大，但又長時間跟著前車時，提醒駕駛員保持兩車間的安全距離。但在實車測試體驗時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)自車以相對較大車速接近前車時，駕駛員已經(jīng)感覺到了碰撞風(fēng)險，但由于跟車時間未達到，故沒有報警，駕駛體驗很差。所以在實車標(biāo)定階段，對默認(rèn)參數(shù)進行了更改，并在不同工況下進行驗證，最終選取了最優(yōu)的標(biāo)定參數(shù)，即報警延時時間距0.7s、報警延時相對車速9.9m／s、報警延時時間0.5s。

表2 安全距離報警測試結(jié)果

4 結(jié)論

本文介紹了一種FCW的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理，著重介紹了其安全距離報警的報警策略，并介紹了一種報警參數(shù)標(biāo)定和實車測試驗證、主觀駕駛體驗相結(jié)合的開發(fā)驗證方法。通過對本公司一款在研車型研發(fā)中的實際應(yīng)用可知，本文介紹的安全報警策略和標(biāo)定測試驗證方法確實可行，有著重要的實用價值和使用意義。