彭文耀，吳其琛

霧天環(huán)境對汽車AEB功能的影響

彭文耀1，吳其琛2

（1.湖南省平益高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南 岳陽 414517；2.湖南省交通科學(xué)研究院有限公司，湖南 長沙 410015）

文章基于多功能視頻控制器和前置毫米波雷達(dá)的智能駕駛方案，在高速公路行駛的路況情景下，選取大霧天為影響因素建立場景模型，分析高速行駛下大霧天環(huán)境對自動緊急制動（AEB）系統(tǒng)功能的影響。從分析結(jié)果可知，霧天環(huán)境應(yīng)使用前視雙目攝像頭以及多傳感器數(shù)據(jù)融合算法等手段以減少AEB的誤觸發(fā)狀況，提高AEB的安全性和可靠性。

霧天環(huán)境；AEB；高速行駛；智能駕駛

我國高速公路里程持續(xù)增加，高速公路上的交通事故也在持續(xù)增加，除了超速行駛外，不良視野也是造成交通事故及超大交通事故的一個原因，由于霧天環(huán)境對駕駛員的心理及生理有一定程度的影響，據(jù)統(tǒng)計(jì)，霧天在高速公路上發(fā)生事故的概率是正常路況的十倍，且事故多為群車的惡性事故。根據(jù)美國高速公路安全管理局（National Highway Traffic Safety Administration, NHTSA）的研究報(bào)告，自動緊急制動（Autonomous Emergency Brake, AEB）系統(tǒng)可有效避免約38%因人為操縱不當(dāng)造成的汽車追尾事故，降低27%的交通事故率。

通常AEB功能是通過智能駕駛傳感器實(shí)現(xiàn)[1]，通過多功能視頻控制器和前置毫米波雷達(dá)對車道線，前方障礙物等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過將圖像感知與雷達(dá)感知進(jìn)行融合，提高識別的判斷，減少AEB的誤觸發(fā)[2-3]。在自動緊急制動系統(tǒng)性能研究方面，劉穎等[4]通過篩選與行人沖突樣本，利用聚類分析的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，根據(jù)分析得到的典型危險(xiǎn)場景建立仿真模型并對AEB系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)。宋志強(qiáng)等[5]根據(jù)中國行車評價(jià)規(guī)程相關(guān)要求，對相關(guān)控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，結(jié)果表明所開發(fā)的AEB測試設(shè)備能夠按照預(yù)期的目標(biāo)進(jìn)行工作。

而大霧天對多功能視頻控制器的圖像采集以及毫米波雷達(dá)波束都有很大的影響，故本文通過搭建高速公路大霧天的場景模型，仿真車輛在大霧天和正常環(huán)境下，車輛AEB功能的誤觸發(fā)及功能影響。

1 AEB概述

1.1 功能定義

AEB在即將發(fā)生事故的情況下通過輔助駕駛員來主動避免交通事故。通過前方環(huán)境的監(jiān)測，當(dāng)駕駛員制動過晚、制動力太小或完全沒有任何反應(yīng)時(shí)采取報(bào)警、制動等方式，幫助駕駛員避免或減輕事故的危害，提高行駛安全性。AEB功能包括了安全距離報(bào)警，前方碰撞預(yù)警（車輛&行人）、自動制動警告（車輛&行人）液壓制動輔助（車輛&行人）、制動預(yù)填充（車輛&行人）和緊急制動輔助[6]。

1.2 功能場景

AEB功能是主動安全重要的一個智能駕駛功能，在開發(fā)過程中，不僅要考慮法規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)場景，也要考慮一些非法規(guī)的特殊場景，盡可能包含現(xiàn)實(shí)中的各種碰撞場景，保證AEB功能在各個有風(fēng)險(xiǎn)的場景能響應(yīng)，減少交通事故和減輕交通事故程度，各場景示例如表1所示。

表1 自動緊急制動系統(tǒng)功能場景示例

場景描述場景示例 在直道上，駕駛員駕駛主車逐漸靠近前方靜止的目標(biāo)車 在直道上，駕駛員駕駛主車逐漸靠近前方以相對低速行駛的目標(biāo)車 在直道上，駕駛員駕駛主車穩(wěn)定跟隨目標(biāo)車FO行駛。目標(biāo)車突然減速 在高速公路/類高速公路的直道上，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，右邊鄰近車道前方有目標(biāo)車以相同速度行駛；目標(biāo)車突然制動 在高速公路/類高速公路的直道上，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，某時(shí)刻逐漸向右側(cè)車道變道；右側(cè)應(yīng)急車道前方上目標(biāo)車靜止 在高速公路/類高速公路的直道上，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，逐漸接近兩邊車道以較低速度行駛的目標(biāo)車1和目標(biāo)車2

表1 （續(xù)）

場景描述場景示例 在高速公路/類高速公路的直道入彎，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，逐漸接近左邊鄰近車道前方的靜止目標(biāo)車 在高速公路/類高速公路的直道，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，快速接近車道前方飄浮的塑料袋 在高速公路/類高速公路的直道，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，逐漸接近左側(cè)相鄰車道前方以較慢速度行駛的灑水車。灑水車側(cè)向噴出的水柱覆蓋自車車道 在高速公路/類高速公路的直道，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車逐漸接近并通過接收費(fèi)站 在高速公路/類高速公路的彎道，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，車道前方有靜止的三角錐 在高速公路/類高速公路彎道，AEB功能激活。駕駛員駕駛主車在中間車道行駛，道路前方存在整體塌陷

2 基于CarSim的AEB功能分析

2.1 CarSim 軟件簡介

CarSim軟件能夠通過搭建不同的車型及駕駛員、不同的路面條件、不同的天氣環(huán)境、不同的空氣動力學(xué)等各個因素的場景組合，通過仿真動畫能夠真實(shí)重現(xiàn)各個場景的情景，能夠更好地實(shí)現(xiàn)車輛行駛過程平順性、制動性和操縱性等各種仿真試驗(yàn)，軟件由前處理模塊、數(shù)據(jù)求解模塊和后處理模塊組成[7]。

2.2 仿真過程

通過搭建一個車輛模型，和AEB所需要的傳感器，設(shè)置固定的參數(shù)為固定車輛模型，再通過搭建不同的道路模型，包括晴天的環(huán)境道路模型與大霧天的環(huán)境道路模型為變量，模擬對比分析。

道路參數(shù)設(shè)置，通過對路邊定義的參數(shù)設(shè)置、路面寬度以及場景天空（晴天、大霧天）的參數(shù)定義，分別搭建出要研究的霧天變量環(huán)境。本文建立一段摩擦系數(shù)為0.9的直線道路，道路的起始點(diǎn)及相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 相關(guān)參數(shù)設(shè)置

路面類別比例橫向重復(fù)次數(shù)邊界值1邊界值2開始顯示位置停止顯示位置縱向間隔 道路(單車道)101-44-1001 2005 道路過渡段1 (明亮)10147.1-1001 2005 草地1(明亮)109-7.1?100-1001 2005 草地2(明亮)1097.1100-1001 2005 道路過渡段2 (明亮)10-0.969-4?7.1-1001 2005

車輛參數(shù)設(shè)置，車輛參數(shù)可直接通過定義外觀參數(shù)、簧上質(zhì)量、車身的扭轉(zhuǎn)剛度等，也可以通過分別建立汽車的外觀、動力系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、輪胎以及對懸架的K&C特性進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，可建立不同的更加接近實(shí)車的車輛模型，整車參數(shù)設(shè)置如表3所示。

表3 整車參數(shù)設(shè)置

項(xiàng)目單位數(shù)值項(xiàng)目單位數(shù)值 軸距mm2 950整車質(zhì)量的慣性積kg·m20 前輪輪距mm1 600kg·m20 后輪輪距mm1 600kg·m20 整車長度mm3 050空氣動力學(xué)在車輛坐標(biāo)系下的等效作用點(diǎn)mm-1 525 整車寬度mm1 880mm0 整車高度mm1 450mm0 整車質(zhì)心高度mm720等效迎風(fēng)面積m22.8 整車質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量kg·m2894.4等效車長mm3 050 kg·m22 687.1空氣密度kg/m31.206 kg·m22 687.1

通過設(shè)置攝像頭和雷達(dá)的，，坐標(biāo)以及橫擺、俯仰角度，來保證攝像頭的視野布置要求，不會因?yàn)椴贾靡曇爸谐霈F(xiàn)車身結(jié)構(gòu)而引起AEB 功能誤報(bào)，傳感器的布置位置滿足算法的視野要求，這是智能駕駛開發(fā)最基本的條件[8-9]，攝像頭參數(shù)如表4所示。

表4 攝像頭具體參數(shù)

參數(shù)名稱參數(shù)值參數(shù)名稱參數(shù)值 Camera_Position_X877.4Camera_Pitch_Angle0.29 Camera_Position_Y49.2Camera_Yaw_Angle0 Camera_Position_Z1 130FOV_Angle20 Camera_Roll_Angle0

2.3 仿真動畫

通過設(shè)置事件，運(yùn)用CarSim軟件的模擬，可以更好地顯示3D 動畫以及設(shè)置輸出需求變量的參數(shù)曲線圖。

AEB從安全距離未探測到危險(xiǎn)目標(biāo)車輛，到前方目標(biāo)車輛進(jìn)入自車探測范圍內(nèi)，再到滿足AEB功能觸發(fā)的條件，以及根據(jù)危險(xiǎn)程度進(jìn)行的緊急制動。

以歐洲新車安全評鑒協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)場景的前車慢行試驗(yàn)為事件觸發(fā)，編寫腳本如圖1所示。

圖1 場景事件參數(shù)設(shè)置

2.4 正常環(huán)境下AEB功能場景仿真

通過對高速公路下正常晴天環(huán)境下AEB，在直道上，駕駛員駕駛主車逐漸靠近前方以相對低速行駛的目標(biāo)車場景仿真，輸出AEB過程中車輛縱向速度、車輛橫向加速度、車輛縱向加速度等參數(shù)。

根據(jù)圖2—圖6中車輛縱向速度，車輛橫向加速度、車輛縱向加速度及目標(biāo)車距離等仿真參數(shù)結(jié)果分析，在晴天的環(huán)境下，當(dāng)自身車輛以100 km/h的速度接近前方90 km/h，在3.136 5 s開始以最優(yōu)制動減速度-2.684 m/s2減速至與前車速度相等，并保證安全距離行駛，在同速度安全行駛中，探測到前車減速至0，此過程中AEB功能條件觸發(fā)，在安全距離中剎住車。

圖2 制動力布爾值

圖3 X向加速度

圖4 AEB縱向速度

圖5 車輛橫向姿態(tài)

圖6 車輛縱向姿態(tài)

在晴天的環(huán)境下，多功能視頻控制器FOV視野可以達(dá)到最大布置規(guī)范要求，中距離毫米波雷達(dá)探測范圍廣，探測精度高；在晴天的環(huán)境下，感知融合和雷達(dá)探測融合效果佳，可有效判斷出布置視野要求內(nèi)前方的目標(biāo)車輛，并能實(shí)時(shí)根據(jù)前方目標(biāo)車輛的速度，加速度，更準(zhǔn)確判斷觸發(fā) AEB 的危險(xiǎn)條件，及時(shí)觸發(fā) AEB 功能，具有較高準(zhǔn)確度。在晴天的環(huán)境下，毫米波雷達(dá)探測距離可達(dá)到160 m左右，攝像頭的探測距離探測車輛可達(dá)到120 m左右。

2.5 大霧環(huán)境下AEB功能場景仿真

通過對高速公路下大霧天環(huán)境下AEB場景仿真，輸出AEB過程中車輛縱向速度、車輛橫向加速度、車輛縱向加速度等參數(shù)。

根據(jù)圖7—圖11車輛縱向速度、車輛橫向加速度、車輛縱向加速度及目標(biāo)車距離等仿真參數(shù)結(jié)果分析：在大霧天的環(huán)境下，當(dāng)自身車輛以 100 km/h的速度接近前方90 km/h，在4.321 4 s開始以最優(yōu)制動減速度-4.131 m/s2減速至與前車速度相等，并保證安全距離行駛，在同速度安全行駛中，探測到前車減速至0，此過程中AEB功能條件觸發(fā)，在安全距離中剎住車。

圖7 制動力布爾值

圖8 X向加速度

圖9 AEB縱向速度

同一個車輛模型，同一個型號及同性能的多功能視頻控制器，同一個布置規(guī)范及FOV視野面，大霧天環(huán)境比晴天環(huán)境，攝像頭探測并識別出前車目標(biāo)的距離變短，攝像頭的感知能力實(shí)時(shí)性和目標(biāo)識別檢測能力，目標(biāo)距離測算等功能變差。

圖10 車輛橫向姿態(tài)

圖11 車輛縱向姿態(tài)

毫米波雷達(dá)探測距離遠(yuǎn)，可穿透塵霧、灰塵、雨雪，不受惡劣天氣影響，能夠“全天候全天時(shí)”工作，目標(biāo)物體的顏色形狀亦不會對其造成干擾，是通過向目標(biāo)物體發(fā)射毫米波，依據(jù)反射產(chǎn)生的時(shí)間差、頻移等信息計(jì)算前方目標(biāo)的位置、距離、速度及加速度等，但因其原理的原因目標(biāo)識別難度較大，通常需和攝像頭感知融合，互補(bǔ)使用。

通過對比霧天的參數(shù)，發(fā)現(xiàn)AEB 功能在大霧天的環(huán)境下比晴天，識別到前車目標(biāo)的時(shí)間較晚，導(dǎo)致在較短的距離內(nèi)以較大的減速度進(jìn)行制動，導(dǎo)致霧天的AEB給駕駛員和乘客的體驗(yàn)感要比晴天差。

3 結(jié)論

通過以上分析，得出大霧天環(huán)境屬于一種惡劣駕駛條件，多功能視頻控制器因?qū)嘴F識別成障礙物的影響，探測距離以及障礙物識別都會下降，導(dǎo)致視覺感知能力變差，融合毫米波雷達(dá)的感知融合識別能力下降，而且因?yàn)榇箪F不能及時(shí)探測到危險(xiǎn)障礙物或識別障礙物的有效距離變短，導(dǎo)致高速公路上高速行駛的車輛無法及時(shí)探測到障礙物或無法在高速中及時(shí)啟動AEB功能，導(dǎo)致整個AEB功能下降。

后續(xù)在開發(fā)AEB過程中，還需提高攝像頭的視野，或使用前視雙目攝像頭以及多傳感器數(shù)據(jù)融合算法等手段來應(yīng)對高速行駛時(shí)惡劣條件帶來的影響，減少AEB的誤觸發(fā)狀況，提高AEB的安全性和可靠性，來輔助駕駛員從而達(dá)到降低交通事故發(fā)生的概率。

[1] 孫勇,郭魁元,高明秋.自主緊急制動系統(tǒng)在新車評價(jià)規(guī)程中的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].汽車技術(shù),2016,41(2):1-6.

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Influence of Foggy Environment on Automobile AEB Function

PENG Wenyao1, WU Qichen2

( 1.Hunan Pingyi Expressway Construction and Development Company Limited, Yueyang 414517, China;2.Hunan Communications Research Institute Company Limited, Changsha 410015, China )

Based on the intelligent drive scheme of multi-function video controller and front millimeter wave radar, this paper selects foggy days as the influencing factors to establish a scene model under the high-speed drive situation of expressway, and analyzes the impact of foggy days on AEB functions under high-speed drive. It can be seen from the analysis results that in foggy weather, forward-looking binocular cameras and multi-sensor data fusion algorithms should be used to reduce the false triggering of AEB and improve the security and reliability of AEB.

Foggy environment; AEB; High-speed drive; Intelligent drive

U495

A

1671-7988(2023)11-134-06

彭文耀（1969－），男，高級工程師，研究方向?yàn)楣窐蛄号c隧道、汽車運(yùn)用，E-mail:798740032@qq.com。

湖南省交通科技項(xiàng)目（201817）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.024