英創(chuàng)匯智AEBS功能描述與應(yīng)用場景分析

引言：ADAS （Advanced Driver Assistance System）作為一種高級駕駛輔助系統(tǒng)，其利用車載信息傳感器獲取道路目標(biāo)信息并對車輛的行駛做出部分自動控制，以此減輕駕駛員的駕駛負(fù)擔(dān)。此外，在主車即將發(fā)生碰撞或失穩(wěn)危險而駕駛員未及時采取有效措施時，該系統(tǒng)可對主車進行自動安全控制，從而避免交通事故的發(fā)生或減小交通事故的傷害程度。其中ADAS包括AEBS、ACC、LKAS、BSD等功能，本文主要介紹AEBS （Autonomous Emergency Braking System） 的原理，以及英創(chuàng)匯智AEBS系統(tǒng)環(huán)境感知方案的工作機制。

一、AEBS發(fā)展的意義

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析，導(dǎo)致追尾事故的駕駛員的制動行為主要有以下三種：

1.制動遲緩：駕駛員全力制動，但采取措施過晚；

2.制動不足：一般駕駛員采取制動，卻制動過輕；

3.無制動：駕駛員未注意到危險，而未采取制動措施；

針對以上三種交通事故情況，英創(chuàng)匯智研發(fā)出AEBS系統(tǒng)。AEBS是一種主動安全技術(shù)，通過傳感器檢測可能發(fā)生的碰撞危險，提前警示駕駛員制動，并在必要時自動制動，防止碰撞的發(fā)生或最大限度的降低碰撞的傷害。

二、AEBS技術(shù)環(huán)境感知配置方案

ADAS系統(tǒng)由環(huán)境感知、控制決策、底層執(zhí)行和人機交互四個基礎(chǔ)模塊，具體架構(gòu)如下圖所示：

ADAS整體架構(gòu)詳解

其中，感知模塊由毫米波雷達和攝像頭組成，通過雷達和攝像頭數(shù)據(jù)融合，感知周邊障礙物信息以及可通行區(qū)域信息。控制決策模塊則根據(jù)感知信息，決策所需要的控制指令，向底層執(zhí)行模塊發(fā)出指令，控制車輛制動系統(tǒng)來完成自適應(yīng)跟車和自動緊急剎車。而ADAS系統(tǒng)的難點，在于環(huán)境精準(zhǔn)識別以及基于EBS系統(tǒng)/改進ABS系統(tǒng)的主動制動執(zhí)行系統(tǒng)。

AEBS作為ADAS系統(tǒng)中的一個功能，其環(huán)境感知模塊所需傳感器與ADAS系統(tǒng)一致，主要由毫米波雷達和攝像頭構(gòu)成，進一步地毫米波雷達與攝像頭優(yōu)缺點以及工作特性總結(jié)如下：

三、AEBS功能描述與應(yīng)用場景分析

AEBS主要包括預(yù)測碰撞警告 （PCW， Predictive Collision Warning）、緊急制動輔助 （EBA， Emergency Brake Assist）、自動緊急制動 （AEB， Autonomous Emergency Braking）等子功能。

3.1AEBS功能描述

（1）PCW：該功能主要針對追尾交通事故中場景一，當(dāng)駕駛員沒有意識到行車過程中即將到來的危險時，通過在駕駛艙內(nèi)發(fā)出蜂鳴聲、收緊安全帶甚至車輛突然制動抖動等警告措施，提醒駕駛員即將到來的危險，進而避免事故的發(fā)生。根據(jù)駕駛員的設(shè)置，AEBS可以實現(xiàn)不同敏感性的PCW，其具體工作參數(shù)與觸發(fā)條件如下圖所示：

不同敏感性的PCW對比

（2）EBA：該功能主要針對追尾交通事故中場景二，當(dāng)駕駛員踩下制動踏板進行制動，但由于駕駛員經(jīng)驗不足或者一些其他原因，使得車輛無法按照駕駛員預(yù)期制動效果進行制動時，通過控制器自行分析決策，合理控制車輛制動（放大根據(jù)駕駛員意圖控制的制動力矩），保證駕駛員的安全。進一步地EBA功能工作參數(shù)與切換條件總結(jié)如下：

（3）AEB： 該功能主要針對追尾交通事故場景三，即當(dāng)車輛觸發(fā)了PCW功能以后，也并未成功警示駕駛員，這時車輛完全由控制器接管，進行制動控制。該功能在最大限度上避免交通事故的發(fā)生，當(dāng)交通事故無法避免時也可減輕交通事故帶來的傷害。當(dāng)兩車之間運動學(xué)關(guān)系不同時，AEB功能會提供不同制動策略（低速場景下為AEB-L功能，其余場景下為AEB-P功能），如下所示：

3.2AEBS應(yīng)用場景分析

搭載AEBS的車輛在行駛過程中各子功能工作過程如下圖所示：

在車輛正常行駛過程中，當(dāng)前方有障礙物碰撞風(fēng)險時，首先觸發(fā)PCW功能對駕駛員進行警告，隨著車輛的行駛，一種情況是如果駕駛員踩下制動踏板但制動不足時觸發(fā)EBA功能（或者駕駛員完全制動不觸發(fā)EBA功能）；另一種情況是駕駛員沒有踩下制動踏板，這時AEB功能觸發(fā)，根據(jù)當(dāng)前車輛與前方障礙物的關(guān)系，AEB功能對本車進行不同強度的制動控制，最后避免交通事故的發(fā)生或者減輕交通事故的傷害。

搭載AEBS的車輛在行駛過程中子功能觸發(fā)后制動力如下圖所示：

隨著車輛的行駛，首先觸發(fā)PCW，其中通過突然制動抖動來提醒駕駛員，因此存在制動力變化；然后考慮到安全性，AEBS功能會進行自動部分制動以增加駕駛員反映時間，來避免交通事故；最后根據(jù)駕駛員的實際操作來判斷觸發(fā)EBA功能還是AEB功能，進而避免交通事故或者減少碰撞傷害。

四、AEBS 決策與規(guī)劃層分析

4.1AEBS 算法架構(gòu)

AEBS主要通過車輛搭載的攝像頭以及毫米波雷達（也可單獨使用攝像頭）進行周圍環(huán)境的感知建圖，通過與CAN網(wǎng)絡(luò)通訊獲取自身車輛狀態(tài)信息，進一步地根據(jù)本車信息與周圍環(huán)境信息進行判斷，當(dāng)滿足各子功能觸發(fā)條件時，各功能開始工作，從而避免交通事故的發(fā)生或減小交通事故的傷害程度。其算法架構(gòu)如下圖所示：

AEBS算法架構(gòu)

AEB算法主要分為四大模塊：感知系統(tǒng)模塊、AEB功能模塊、動力學(xué)控制模塊和制動執(zhí)行模塊。其中AEBS各子功能的不同之處在于本車與前方障礙物之間的運動學(xué)關(guān)系以及車輛自身狀態(tài)，AEBS根據(jù)獲取的相關(guān)信息進行不同危險程度的判斷進而觸發(fā)不同子功能。

4.2子模塊間關(guān)系

感知系統(tǒng)將融合后的障礙物信息發(fā)送到目標(biāo)篩選模塊，與此同時本車軌跡預(yù)測模塊根據(jù)本車相應(yīng)運行狀態(tài)計算轉(zhuǎn)彎半徑。轉(zhuǎn)向半徑計算模塊計算出車輛的轉(zhuǎn)向半徑，被目標(biāo)篩選模塊、TTC計算模塊、FCW激活條件判斷和AEB激活條件判斷所使用。目標(biāo)篩選模塊通過橫向距離篩選出最危險的目標(biāo)障礙物，最危險的目標(biāo)障礙物信息被TTC計算模塊和目標(biāo)減速度計算模塊。TTC計算模塊通過與目標(biāo)障礙物的相對距離和相對速度計算出實時TTC，計算出的TTC被預(yù)警模塊和緊急制動模塊所使用。目標(biāo)減速度計算模塊本著使車輛停在安全距離范圍內(nèi)的原則，對目標(biāo)減速度進行計算，計算出的目標(biāo)減速度被緊急制動模塊所使用。預(yù)警模塊根據(jù)危險程度通過預(yù)警邏輯向執(zhí)行層發(fā)出預(yù)警指令。緊急制動模塊根據(jù)危險程度通過緊急制動邏輯向執(zhí)行層發(fā)出制動指令。預(yù)警模塊和緊急制動模塊向底層發(fā)出制動指令的同時也向人機交互模塊發(fā)送信號燈和聲音執(zhí)行指令，人機交互模塊同樣也可以通過按鈕來控制預(yù)警模塊和緊急制動模塊。

子模塊關(guān)系圖

（1）感知系統(tǒng)模塊

感知系統(tǒng)模塊主要包括雷達傳感器目標(biāo)探測，攝像傳感器目標(biāo)識別，以及兩者目標(biāo)檢測的融合。

（2）AEB功能模塊

■ AEB人機界面；該部分主要與駕駛員互動用，集成AEB開關(guān)，顯示控制狀態(tài)和故障信息；

■ 目標(biāo)篩選模塊：該部分主要針對雷達和攝像頭檢測出來的目標(biāo)進行篩選，根據(jù)本車軌跡預(yù)測和目標(biāo)軌跡預(yù)測，判斷判斷兩車的運動軌跡是否重合，存在潛在的碰撞可能性，以此來確定目標(biāo)車輛；

■ AEB運動學(xué)控制模塊：搭建TTC模型，計算出將要碰撞的時間t，并根據(jù)車速v和碰撞時間t計算出制動等級，并制定每個等級下的目標(biāo)減速度。

自車與目標(biāo)車輛的縱向車速之差，計算方法見公式：

（3）動力學(xué)控制模塊

■ 由上一個模塊得到了目標(biāo)減速度，但是并沒有考慮整車的動力學(xué)特性。實際的目標(biāo)減速度還要根據(jù)動力學(xué)特征，在防抱死控制和防側(cè)滑控制的基礎(chǔ)下進一步的修正目標(biāo)減速度。

（4）制動執(zhí)行模塊

■ 制動執(zhí)行模塊主要由ESC完成，ESC為電子穩(wěn)定系統(tǒng)，連接ABS模塊，可以在汽車緊急制動時保證汽車的穩(wěn)定性，按要求執(zhí)行AEB給出的目標(biāo)減速度。

五、碰撞風(fēng)險評估準(zhǔn)則

TTC （Time-to-collision） 是一個經(jīng)典的碰撞風(fēng)險評估的準(zhǔn)則，但其無法有效反映車輛行駛過程中潛在的風(fēng)險，因此下面介紹幾種碰撞風(fēng)險評估準(zhǔn)則：

（1）PET （Post-encroachment time） 是一輛車進入沖突點的時間 （t2） 與另一輛車到達該點的時間 （t1） 之差，具體情況見下圖：

（2）DRAC （Deceleration rate to avoid collision） 能夠很好察覺車輛行駛過程的潛在危險，其計算公式如下：

（3）PSD （Proportion of stopping distance） 是兩輛車之間可用的距離與MADR （最大可用DRAC所需的距離）之比，具體計算公式如下：

（4）CPI （Crash potential index） 是某時刻避免碰撞的減速率（DRAC）超過MADR的概率，其中MADR 會受到車輛種類以及道路環(huán)境的影響，具體計算公式如下：

鑒于TTC在衡量車輛碰撞風(fēng)險上存在缺陷，目前本公司借鑒上述碰撞風(fēng)險評估準(zhǔn)則，正在逐步開發(fā)新型的碰撞風(fēng)險評估準(zhǔn)則。