自主紧急制动系统避撞策略的研究_李霖

2015 年（ 第 37 卷） 第 2 期
汽 车 工 程 Automotive Engineering
2015 （ Vol． 37 ） No． 2
2015030
自主紧急制动系统避撞策略的研究
李 马志雄 霖， 朱西产， 董小飞，
（ 同济大学汽车学院， 上海 201804 ）
［ 摘要］ 本文中提出了一种新的自主紧急制动系统避撞策略 。 首先基于真实交通工况中驾驶员的紧急制动 行为构建了危险估计模型； 然后开发了两级预警两级制动的避撞策略， 它根据危险估计模型计算出的危险等级选取 相应的介入方式。PreScan 仿真结果表明， 该策略可有效避免碰撞或减轻碰撞的程度 。
［9 ］ 在较短的时间内做出正确的判断和反应 。 文献 ［ 10］ 在检测到有碰撞危险存在但危险 中的研究表明，
因此， 本文中只选用 40km / h 以下的数据进行分析。 6］ 7］ ， 另外根据文献［ 和文献［ 驾驶员的制动行为与 TTC 的倒 数 （ TTC － 1 ） 密 切 相 关， 因 此， 本文中选用 －1 TTC 代替 TTC ， 最终得到驾驶员紧急制动开始时 TTC － 1 与本车速度之间的关系， 同时对数据进行线 性拟合， 并求出 90% 的预测区间 （ 见图 5 ） 。 其中 50 百分位线是通过线性拟合得到， 可认为约有 50% 的 驾驶员在 TTC 达到该线时已经采取了紧急制动操 作。可以看出， 驾驶员紧急制动开始时的 TTC 值并 不是一个定值， 而是与自车速度成一定关系， 这点与 8］ 文献［ 中得出的结论一致。5 百分位线和 95 百分
－1 位线包围区域为驾驶员紧急制动开始时刻 TTC 值 95 百分位线表示当 TTC － 1 达到该 的 90% 预测区间， －1
曲线所表示的值时， 估计约有 95% 的驾驶员已经采 取了制动。而 5 百分位线表示只有约 5% 的驾驶员 在 TTC 达到该曲线所表示的值时采取了紧急制动 操作。
－1
程度不高时， 也应该给予驾驶员提示性的警告， 告诉 驾驶员危险类型和危险方位等更具体的信息。因此， 本文中采用提示性预警加碰撞预警两级预警策略。
关键词： 主动安全； 自主紧急制动系统； 避撞策略； 危险工况； 危险估计； PreScan
A Ｒesearch on the Collision Avoidance Strategy for Autonomous Emergency Braking System
Li Lin，Zhu Xichan，Dong Xiaofei ＆ Ma Zhixiong
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李霖， 等： 自主紧急制动系统避撞策略的研究
［5 ］
， 结果如图 2 所示， 最典型的 6 类危险工
况共有 303 例， 占所有危险工况总数的 70% 。 本文 中采用这 303 例危险工况来分析驾驶员行为。 在这 303 例危险工况中， 所有驾驶员都采取制
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程
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3. 1
AEB 避撞策略研究
图3 图1 通过 VDＲ 采集真实交通场景
紧急制动平均减速度绝对值分布及拟合曲线
另外， 分析驾驶员在紧急制动开始时刻的 TTC （ timetocollision） 值， 这里驾驶员紧急制动开始时刻 定义为车辆制动响应开始时刻， 并未考虑制动器带 来的延迟。实际上由于制动器响应延迟的影响， 驾 驶员开始紧急制动的时刻应比本文中得出的时刻更 早， 但为分析方便， 将制动器延迟时间归入驾驶员反 应时间的范畴， 不作为一个单独的因素进行分析。 TTC 是指同一路径上同向行驶的两车保持当前速度 直到碰撞发生所需要的时间， 即 TTC = － x r / v r v r 含义如图 4 所示。 式中 x r 、 为数据提取方便准确， 在计算驾驶员紧急制动 开始时的 TTC 值时， 只选用前车减速工况。 同时， 由于用于工况采集的车辆行驶范围主要集中在城 市， 所有危险工况基本都分布在车速 40km / h 以下， （ 1）
50 百分位线、 95 百分位线和 5 百分位线的表达 式分别为 TTC － 1 = 1. 1184 － 0. 0131 v f TTC － 1 = 1. 7609 － 0. 0128 v f TTC
－1
（ 2） （ 3） （ 4）
= 0. 476 － 0. 0134 v f
本文中主要利用 TTC 来判断危险等级并进行 －1 危险区域的划分。当 TTC 值高于 95 百分位线时， 危险等级极高， 进入危险区域 Ⅴ。 考虑到当车速较 高时， 驾驶员通过转向操作回避碰撞的趋势增
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驾驶员紧急制动行为特征提取
通过 VDＲ 采集获得了总计约 4 000 例触发工
况， 对这些数据进行人工筛选， 去掉没有碰撞危险的 工况， 最终得到 8 例事故和 1 200 例危险工况。然后 通过主观评价对这 1 200 例危险工况的危险程度进 行分级， 从中挑选出共计 430 例危险程度较高的工 况， 并将它们按照 NHTSA 提出的 37 类预碰撞场景 进行分类
AEB 介入策略
如图 6 所示， 把驾驶员所处的交通环境按照危 1 表示碰撞无法回 险程度 （ 0 表 示 没 有 碰 撞 危 险，
图4 相关参数定义
AEB 系 避） 划分为 Ⅰ － Ⅴ 5 个区域。 在区域 Ⅰ 时， 统没有检测到碰撞发生的危险， 系统无任何动作。 AEB 系统监测到有碰撞危险， 在区域Ⅱ时， 但危险程 度较低， 系统采用基于图像的提示性预警提醒驾驶 员危险的存在。 在区域 Ⅲ 时， 危险等级上升到较高 水平， 此时系统向驾驶员发出碰撞预警提醒驾驶员 碰撞将要发生， 采用声音和图像双重警告。 在区域 Ⅳ时， 碰撞的危险很高， 系统在发出碰撞预警的同时 采用部分制动。在区域Ⅴ时， 碰撞的危险极高， 碰撞 AEB 系统采用完全制动。 即将发生甚至无法避免， 传统的 AEB 系统只在危险等级较高时发出预警， 即 ， 只有碰撞预警 通常是简单的灯光闪烁或者蜂鸣声， 这些信息是二元的， 包含的危险信息较少， 并且留给 驾驶员的时间很短， 根据这些信息驾驶员通常很难
前言
原稿收到日期为 2013 年 4 月 28 日， 修改稿收到日期为 2013 年 7 月 24 日。
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况的 AEB 系统的避撞策略。 首先利用可视化行车 记录仪对真实的交通工况进行采集， 并对采集到的 工况进行筛选和分类得到典型的危险工况， 接着对 典型危险工况下驾驶员的紧急制动行为进行分析， 然后按照驾驶员的紧急制动行为分析结果建立危险 估计模型和避撞策略， 最后通过 PreScan 建模仿真对 所提出的 AEB 避撞策略进行了验证。
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真实交通工况的采集
图2
危险工况分类结果
获取我国真实的交通工况和驾驶员行为பைடு நூலகம்开发 适合我国的 AEB 系统避撞策略的前提。 出租车具 有运营时间长， 运行道路覆盖范围广等特点， 因此特 别适用于快速获取真实的交通工况。 从 2008 年开 始， 课题组通过在数辆出租车和警车上安装可视化 车辆行驶记录仪（ video drive record，VDＲ） 对上海市 嘉定区的真实交通场景进行采集 （ 图 1 ） 。VDＲ 内置 一个摄像头记录车辆前方视野的道路交通影像， 其 他一些信息如车辆速度和纵向与侧向加速度等也同 时记录。本文中所用的 VDＲ 在纵向或侧向加速度 绝对值大于 0. 4 g 时触发， 只记录触发前 15s 和触发 后 5s 的数据。
School of Automotive Studies，Tongji University，Shanghai 201804
［ Abstract］ A new collision avoidance strategy for an autonomous emergency braking system is proposed in this paper． Firstly a risk assessment model is established based on the emergency braking behavior of driver in real traffic scenarios． Then a collision avoidance strategy with two levels of warning and two levels of braking intensity is developed ，which chooses corresponding ways of interventions according to the risk level calculated with risk assessment model． Simulation results with PreScan show that the strategy proposed can effectively avoid collisions or mitigate the severity of collisions． Keywords： active safety； autonomous emergency braking system ； collision avoidance strategy； risk scenario； risk assessment； PreScan ECE 也发布了 AEB 法规。在法 车安全性评价体系， AEB 已经成为当前主动安全技 规和标准的推动下， 术的研究热点。 自动紧急制动系统 （ autonomous emergency braking system，AEB ） 是重要的主动安全技术， 该系统 在检测到车辆前方出现碰撞危险时， 通过声音和图 像等方式向驾驶员发出警告， 提醒驾驶员采取措施 。 回避碰撞 如果驾驶员没有及时对警告信号做出正 确反应， 碰撞危险变得十分紧急时， 系统通过自动制 动来回避碰撞或减轻碰撞程度。 AEB 系统具有很大的安全潜力。 EuroNCAP 的 AEB 可以避免 27% 的交通事故， 研究表明， 同时能 大幅降 低 碰 撞 事 故 中 人 员 受 伤 害 的 程 度。 因 此， AEB 受到了各国政府和评价机构的高度重视， EuroNCAP 从 2014 年开始把 AEB 场地测试结果纳入整 1］ 目前国外对 AEB 的研究较多。文献［ 中基于 日本交通事故统计数据开发了一种带三级制动的避 2］ 撞策略。文献［ 中基于专业驾驶员的紧急制动特 3］中对 征对 AEB 的介入策略进行了研究。 文献［ AEB 系统的技术要求、 成本和安全收益做了详细分 析。现在已有一些较为成熟的 AEB 产品进入市场， safety ） ［4］ 等。 但 比如 VOLVO 的城市安全系统 （ city驾驶员的 是由于不同国家和地区的交通环境不同， 驾驶习惯有很大差异， 因此国外已有的研究成果并 不能直接应用于我国。 而国内针对 AEB 的研究还 非常少， 目前没有成熟的研究成果。 据此， 本文中着眼于建立兼容我国特殊交通工