張捷 胡新維 范志翔 王槊

摘 要：針對道路駕駛技能考試避險需求，本文利用輔助駕駛新技術(shù)，研究路考典型場景下的制動策略，并開展測試評價?；诳荚噯T緊急踩副制動的常見情形，構(gòu)建了3種典型路考場景；通過建立場景的運動學模型，解析制動安全邊界范圍及影響因素；試制輔助制動系統(tǒng)樣機，并對制動性能開展功能測評，驗證系統(tǒng)的有效性和安全性，從技術(shù)層面探索了路考輔助制動的新方法。

關(guān)鍵詞：道路駕駛技能考試，緊急制動，測試評價，安全邊界，場景設(shè)計

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.07.037

基金項目：本文受公安部科技計劃項目（項目編號：2021JC29）資助。

Research on and Practice of Emergency Braking System Strategy in Road Driving Test

ZHANG Jie HU Xinwei* FAN Zhixiang WANG Shuo

（Traffi c Management Research Institute of the Ministry of Public Security）

Abstract： To address the risk avoidance demands during the road driving test， based on the common situation that examiners put on the brake in an emergency， three typical road test scenarios are constructed by using the new technology of assisted driving. By studying the kinematic model of the scene， the range of braking safety boundary and its infl uencing factors are analyzed. The prototype of the emergency braking system is produced as a trial， and the braking performance is evaluated to verify the effectiveness and safety of the system. A new method of road test assisted braking is explored at the technical level.

Keywords： road driving test， emergency braking， test evaluation， security boundary， scene design

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，汽車廣泛普及走進了千家萬戶。汽車駕駛需求逐年上漲，據(jù)統(tǒng)計，我國機動車駕駛?cè)思s5億。道路駕駛技能考試（下稱“路考”）是初次申領(lǐng)駕駛證必考科目，也是全面考核基本駕駛技能和安全駕駛意識的重要環(huán)節(jié)。目前，路考普遍采用道路駕駛技能考試系統(tǒng)（下稱“路考系統(tǒng)”）與人工隨車相結(jié)合的考核方式，路考系統(tǒng)側(cè)重于考查基本駕駛技能，如轉(zhuǎn)向燈使用、制動減速、擋位升降、行駛軋線等；人工評判主要針對駕駛操作、行車觀察、操作不當導致危險情形等安全駕駛意識和能力的考核。路考設(shè)置在通行社會車輛的公共道路，交通情形相對復雜，且考生駕駛水平和安全意識有限，考試過程中有一定概率出現(xiàn)危險情況，此時主要依靠考試員緊急介入制動，避免發(fā)生意外，但考試員精力和反應時間差異較大，路考過程中存在一定的道路交通安全隱患。

近些年，人工智能、模式識別、傳感檢測等技術(shù)的不斷發(fā)展，自動緊急制動系統(tǒng)（Autonomous Emergency Braking System，AEB）被廣泛應用于量產(chǎn)車，推動汽車向安全、智能方向發(fā)展[1]。作為一項重要的主動安全技術(shù)，AEB系統(tǒng)通過預警甚至自動制動來避免碰撞或減輕事故程度，可以顯著減少交通事故的發(fā)生及人員傷亡，提升行車安全性[2]。借鑒AEB系統(tǒng)的觸發(fā)原理和避險功能，本文從路考行駛安全角度出發(fā)，根據(jù)考試員踩副制動的交通場景，探究適用于路考的輔助制動系統(tǒng)及制動觸發(fā)安全邊界，測試評價其制動性能，以期從技術(shù)層面提升路考安全性。

1 路考緊急制動場景構(gòu)建

1.1 路考制動需求分析

我國駕駛?cè)丝荚囅嚓P(guān)政策及行業(yè)標準規(guī)定路考包含上車準備、起步、變更車道、超車、通過路口等16個項目，每個項目有詳細的操作要求和評判標準[3]。通過梳理路考規(guī)則和考試數(shù)據(jù)，考試員踩踏副制動踏板的常見情形主要分為兩類：一類是未避讓前方障礙物或行人、非機動車，主要發(fā)生在路口、人行橫道、公交車站等路段，評判多為“遇行人通過人行橫道不停車讓行”“不主動避讓優(yōu)先通行的車輛、行人、非機動車的”等；第二類是行駛中跟車距離過近或車速過快，常見于直線行駛、路口轉(zhuǎn)彎、非考試項目區(qū)域行駛等，評判以“行駛中不能保持安全距離和安全車速的”“遇前車制動時不及時采取減速措施的”為主。

因此，基于常見的考試員踩副制動案例，根據(jù)交通參與者類型和運動方向的差異，設(shè)置“行人過街”“通過路口”“跟車行駛”三類駕駛情形。結(jié)合考試視頻中，考試員踩副制動踏板的交通條件、運動狀態(tài)等信息，設(shè)計路考緊急制動的典型場景。

1.2 典型場景構(gòu)建

1.2.1 “行人過街”場景

“行人過街”場景中，考試車行駛至人行橫道前輕微減速，路邊突然有行人橫穿馬路，駕駛?cè)宋醇皶r發(fā)現(xiàn)，導致制動減速時機較晚，二者相對距離不斷減小。場景預期結(jié)果是考試員或系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)車輛前方的行人，在保證安全的情況下介入制動直至停車，避免發(fā)生碰撞，同時評判“未停車禮讓行人的，不合格”。場景如圖1所示。

1.2.2 “通過路口”場景

“通過路口”場景中，前車行駛至路口前制動且速度下降較快，后方考試車制動較晚且減速效果不明顯，兩車車距不斷減小。場景預期結(jié)果是考試員或系統(tǒng)在車距達到安全閾值時制動減速，避免發(fā)生追尾，同時評判“行駛中不能保持安全距離和安全車速”。場景示意圖見圖2。

1.2.3 “跟車行駛”場景

“跟車行駛”場景中，前車勻速正常行駛，后方的考試車速度較快且兩車距離逐漸接近。場景預期結(jié)果是考試員或系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)車距逐漸減小，及時制動減速，評判“行駛中，不能保持安全距離和安全車速的”。場景如圖3所示。

2 制動運動模型及安全邊界研究

2.1 運動模型條件設(shè)定

通過典型場景可知，制動觸發(fā)條件是保證行駛安全的關(guān)鍵內(nèi)容。為深入研究制動安全邊界，本文對車輛制動的完整運動過程進行數(shù)學建模和理論分析。根據(jù)路考的考試路段、車輛特性、交通流量等特點，對運動過程進行如下設(shè)定：

（1）考試路線設(shè)置公共道路上，大多是鋪設(shè)混泥土或瀝青的城市道路，路面保養(yǎng)維護較好，標志標線齊全，因此路面附著系數(shù)默認為0.7以上。

（2）小型汽車僅在白天考試，且天氣情況良好，遇雨雪等惡劣天氣路面附著系數(shù)較低或能見度較差的情況，公安交通管理部門會停止考試。因此不考慮能見度、天氣等因素對車輛運動過程的影響。

（3）路考大多設(shè)置在城市路段，最高行駛速度不超過60 km/h，因此本文理論研究及開展測評僅考慮60 km/h以下的情形。

（4）為簡化模型，假設(shè)前后兩車車型、車況及動力、制動等性能參數(shù)相同，駕駛?cè)松眢w狀態(tài)、反應時間等也默認為相同。

2.2 車輛制動過程研究

當行駛中的車輛與前方物體間距達到安全邊界值時開始制動，在車速和間距達到安全運行條件后制動力解除。整個制動過程可以分界成兩個階段，一是制動力增長階段，制動力由0N逐步增加達到最大值，該階段時間較短，減速度近似呈一次函數(shù)的增長趨勢[4]，斜率為k，持續(xù)時間為t1；二是達到最大減速度后的持續(xù)制動階段，此階段的制動力和最大減速度保持穩(wěn)定，持續(xù)時間為t2。制動減速度隨時間變化曲線見圖4。

2.3 典型場景下的制動安全邊界研究

為研究典型場景下的制動安全邊界，對不同交通情形的運動過程分別進行解析和建模。

2.3.1 前方有靜止車輛或橫穿馬路的行人/非機動車

3 樣機試制及測評驗證

3.1 樣機原理簡介

通過前文分析研究可知，制動安全邊界主要與行駛速度、車輛間距有關(guān)。因此，輔助制動系統(tǒng)原理可簡述為通過速度、間距等條件判斷介入制動時機，在達到觸發(fā)閾值時對車輛進行制動，實現(xiàn)避險功能。

根據(jù)功能設(shè)計需求，系統(tǒng)由感知模塊、決策模塊、執(zhí)行模塊三部分組成。

感知模塊主要為毫米波雷達等傳感器，設(shè)備安裝在車輛前保險杠位置。通過傳感器實時監(jiān)測車輛前方物體，采集前方物體狀態(tài)、行駛速度、車輛間距等行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，再通過與本車的行駛速度、加速度等進行比對，推算前方物體的運動狀態(tài)，包括勻速/減速/加速/靜止狀態(tài)、前方車輛加速度、相對速度等關(guān)鍵信息，實現(xiàn)對前方物體信息的感知和采集。

決策模塊由工控機、交換機、車載信號采集、差分定位模塊等構(gòu)成，安裝在車輛后備箱內(nèi)。決策模塊接收采集到的車輛運動數(shù)據(jù)，并判斷當前車速下車輛間距是否達到安全邊界條件，達到觸發(fā)閾值時，產(chǎn)生執(zhí)行命令并將數(shù)據(jù)推送至路考系統(tǒng)進行評判。

執(zhí)行模塊安裝在考試車駕駛位踏板或考試車副制動踏板位置，由電機驅(qū)動，受決策機構(gòu)控制。通過連桿機械結(jié)構(gòu)模擬人工踩踏或放松制動器，實現(xiàn)危險情形下的制動干預。

3.2 輔助制動系統(tǒng)的測評方法研究

根據(jù)測評需求，使用的測試設(shè)備包括：ABD公司的ZR-SR35自動駕駛機器人；牛津RT3000高精度車輛行駛狀態(tài)測量設(shè)備；仿真車輛及行人模型及其牽引控制系統(tǒng)等。輔助制動系統(tǒng)測評設(shè)備如圖11所示。

3.3 不同場景下輔助制動測試研究

3.3.1 前方有行人橫穿馬路

在測試區(qū)100m處設(shè)置人行橫道，標線施劃清晰且符合GB 5768.3的相關(guān)要求，人行橫道線設(shè)有假人模型。測試車輛起點距測試區(qū)100 m，測試車輛由靜止加速至所需速度后勻速行駛向人行橫道。

3.3.2 前方車輛制動減速

測試路段設(shè)置在施劃路口標志標線的十字路口，路口標志標線清晰且符合GB 5768.3的相關(guān)要求。在距離路口停止線30m處設(shè)置背景車制動區(qū)。根據(jù)不同速度下模型計算值，在背景車制動區(qū)前方設(shè)置測試車的理論制動點。

背景車和測試車分別在路口停止線前100 m和130 m的開始區(qū)域發(fā)車，背景車提速至規(guī)定車速后到達制動點，同時測試車以規(guī)定的實驗速度到達理論制動點。背景車開始制動減速，此時輔助制動系統(tǒng)介入制動，通過高精度車輛行駛狀態(tài)測量設(shè)備記錄兩車的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，測試結(jié)果如表2所示。

3.3.3 前方車輛勻速行駛

測試路段設(shè)置在施劃雙向兩車道的路段，標志標線清晰且符合GB 5768.3的相關(guān)要求。背景車和測試車分別在距離測試區(qū)100 m和130 m的開始區(qū)域出發(fā)，背景車提速至規(guī)定車速后保持勻速運動，同時測試車以規(guī)定的行駛速度跟車行駛，直至車距達到系統(tǒng)啟動閾值，由系統(tǒng)介入制動。通過測試設(shè)備分別記錄測試車輛和背景車的行駛狀態(tài)，測試結(jié)果如表3所示。

3.4 輔助制動測試結(jié)果評價

經(jīng)反復測試，輔助制動系統(tǒng)均能正常觸發(fā)，并對車輛進行制動減速，實現(xiàn)了預期的功能設(shè)計目標。測試數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，系統(tǒng)在不同速度下，啟動時的車距均略大于模型計算值，制動接入時機較為合適，不影響正常駕駛過程；在跟車場景中，系統(tǒng)介入時車間時距（車輛間距與速度差的比值）均在1.5～2.2 s之間，符合GB/T 20608-2006《智能運輸系統(tǒng)自適應巡航控制系統(tǒng)性能要求與檢測方法》的車間時距離要求。

在所有測試情形中，制動后最小車距均為2～3 m，超過1 m的理論最小安全車距，制動結(jié)果偏向于保守，經(jīng)分析該數(shù)值與車輛制動效果有關(guān)，受路段的附著系數(shù)、輪胎磨損情況、制動系統(tǒng)性能等多個因素影響，制動策略還能優(yōu)化完善。

車輛制動過程中，最大減速度在8.5～9 m/s2之間，證明系統(tǒng)可以對車輛實施有效制動，且能充分發(fā)揮車輛的最大制動性能。但制動過程的平順度較差，駕乘人員的舒適性和體驗感欠佳，且較為激進的制動策略易引發(fā)追尾事故，因此如何在制動性能和駕乘舒適之間達到平衡，同時降低對后方車輛的交通影響，有待進一步研究和論證。

4 總 結(jié)

基于考試員緊急踩副制動的常見路考情形，建立了3類典型制動場景，通過數(shù)學模型對不同場景下制動安全邊界及影響因素進行理論分析，構(gòu)建了公式算法；通過試制的系統(tǒng)樣機，從安全性、有效性等維度開展測評研究，制定測評指標和方法，驗證系統(tǒng)功能效果。試驗結(jié)果顯示：輔助制動系統(tǒng)基本達到預設(shè)的功能指標，能在特定條件下介入制動，實現(xiàn)安全避險目的，提升路考中的安全性，但如何提升駕乘舒適性有待進一步深入研究。

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作者簡介

張捷，碩士研究生，助理研究員，研究方向為機動車駕駛?cè)丝荚囅嚓P(guān)標準化。

胡新維，通信作者，碩士研究生，副研究員，研究方向為機動車駕駛?cè)丝荚囅嚓P(guān)標準化。

（責任編輯：袁文靜）