基于ECE R131的商用车AEB系统性能试验研究

张恒嘉　王骁　张明君　郭润清　郭魁元　崔晓川

摘要：该文介绍车辆自动紧急制动（AEB）系统的技术原理与控制方案，详细分析欧盟颁布的ECE R131法规对商用车AEB性能的测试方法和要求，在此基础上开发商用车AEB性能测试系统和搭建测试场景，并依据ECE R131完成对商用车AEB性能的道路验证测试。测试结果表明：试验车辆完全符合ECE R131对AEB系统性能的要求，且基于77GHz毫米波雷达的商用车AEB系统更易于识别动态目标，AEB系统内部的信号传输具有0.2～0.4s的延时，为国内商用车AEB系统的开发和标准的制定提供帮助。

关键词：商用车；AEB系统；ECE R131；测试系统；验证

文献标志码：A

文章编号：1674-5124（2018）02-0140-07

0引言

车辆的追尾碰撞是道路交通中发生最频繁的事故之一，诱因是驾驶员注意力的分散或是对交通状况的误判。AEB系统可自动探测前方车辆、行人目标，评估碰撞风险，必要时发出警报或自主施加制动，在挽救生命及财产损失上有著突出效能。欧洲Euro-NCAP对实际道路下的AEB功能有效性进行了研究，分析显示配备AEB功能的车辆与未配备该功能的车辆相比，追尾事故减少了38%：如果所有汽车都配备AEB系统，那么交通意外率将会减少27%，每年约可以挽救8 000人的生命。在汽车安全要求日益严格的背景下，装备AEB已成为趋势。

商用车作为许多重大交通事故的源头，其AEB技术的研究成为近年来各国关注的重点。联合国欧洲经济委员会于2008年5月在整个欧洲范围内开展FOT（field operation test）主动安全项目研究，积累了大量实际路况及各速度、各场景下的AEB安全性能数据，于2012年首先制订并公布了针对商用车的AEB法规ECE R131，对AEB的功能、试验方法等做了详细规定；欧盟同年在ECE R131的基础上，采用更严格的指标约束形成（EU）No 347/2012指令并分阶段对各成员国强制执行。日本在2014年根据本国的交通事故发生频率、交通限速状况制定了针对客车和货车的AEB法规TRIAS 12-J113。美国机动车工程师学会在2015年发布了适用于总重超过4535kg的商用车AEB测试方法，版本号为J3029_2015。在我国GB 7258——2017《机动车运行安全技术条件》中已明确规定大于11m的客车需安装AEB系统并符合国家相关标准，而我国有关商用车AEB系统的标准也正在制定中，这些都体现了我国对商用车AEB技术及其应用的重视。

ECE R131作为世界上首个测试评价商用车AEB性能的标准，在世界范围内得到广泛认可和应用。本文首先介绍基于毫米波雷达的商用车AEB系统的技术原理和系统控制方案，然后详细介绍ECER131对商用车AEB系统性能的测试方法和要求，研究开发进行商用车AEB性能测试的具体方案，最后进行道路验证试验，以期为国内商用车AEB系统开发和测评标准的制定提供帮助。

1AEB技术原理与控制方案

1.1AEB技术原理

AEB系统通过传感器对车辆前方障碍物及驾驶员指令进行监测，测定车辆与前方障碍物的相对距离、相对速度，估算车辆与前方障碍物的碰撞时间（time tocollision，TTC），评价车辆实际工况与驾驶员意图的误差，根据评价结果分阶段向驾驶员发出制动提醒并对车辆进行不同程度的自主制动。常用的传感器多为雷达，其对目标参数的测量分为定位参数和特征参数：定位参数与尺寸、位置有关，包括速度、加速度和三维空间坐标：特征参数用于推导目标的尺寸、形状、姿态和电磁参数等信息用于识别目标。目前在商用车上使用最为普遍的是毫米波雷达，其具有抗干扰能力强、可测距离远等优点。大多数车载毫米波雷达均采用调频连续波方式，其测量原理如图1所示。当发射的连续调频信号遇到前方目标时会产生与发射信号相比有一定延时的回波，再通过雷达混频器对回波进行混频处理，从而得到车辆与目标的相对距离和相对速度等信息。毫米波雷达的测速和测距公式为

1.2AEB控制方案

以前方障碍物为静态目标为例，图2列出了典型的AEB系统控制方案：t0时刻AEB系统通过车前的传感器检测到前方静态目标；车辆行进到t1时刻，若驾驶员未采取较强的制动以避免碰撞，AEB系统将向其发出声光报警信号，并将车辆制动系统调整到预制动状态；t2时刻，若驾驶员仍未采取紧急制动或避让措施时，系统将通过限制发动机扭矩实现瞬间紧急制动（一般不会持续，仅用于向驾驶员提供一种触觉报警信号）；t3时刻，若驾驶员仍未做出制动反应，系统判定已无法通过驾驶员人为操作避免碰撞时，将自主地利用车辆的基础制动系统进行紧急制动，以避免碰撞或降低碰撞时刻的车速。

2eCE R131对AEB性能的试验方法及评价指标

2.1试验方法

ECE R131规定的车辆适用范围为M2、N2、M3、N3，其他商用车如O类车等并不作考量。规定了静态目标的AEB预警与激活（静态试验）、移动目标的AEB预警与激活（动态试验）、AEB功能的误触发及AEB系统模拟失效共4项试验。对试验场地也做了统一规定，要求在长度超过800m的混凝土或沥青道路上进行，路面状况应平坦、干燥、具有良好附着力，试验时环境温度应在0-45℃之间，风速不影响试验正常开展，水平能见度良好。

2.1.1静态试验方法

如图3（a）所示，静态试验开始前，目标车辆应静置于和试验车辆所在的同一车道内。为保证试验车辆能在正常范围内识别障碍物，ECE R131规定两者的中心线距离<0.5m；为了给予试验车辆探测目标车辆的时间，规定试验开始前两者应保持>120m的纵向距离。正式试验时，驾驶员驾驶试验车辆以（80±2）km/h车速匀速直线驶向静止的目标车辆，为排除驾驶员人为因素干扰，ECE R131规定测试期间除轻微的方向修正外，不能对车辆做任何调整。AEB系统应能检测到前方障碍物并在适当阶段采取制动，减轻碰撞。当试验车辆与目标车辆发生接触或试验车辆车速为0则可认为试验结束。

2.1.2动态试验方法

和静态试验类似，如图3（b）所示，动态试验开始前也要求目标车辆和试验车辆位于同一车道内，中心线距离<0.5m且两者纵向距离>120m，测试期间除轻微的方向修正外，驾驶员不能对车辆做任何调整。试验时，试验车辆和目标车辆分别以（80±2）km/h和（12±2）km/h（对表1中2#类车型为（67±2）km/h）车速匀速直线行驶，AEB系统应能检测到前方移动目标并在一定阶段采取制动，避免碰撞。当试验车辆与目标车辆发生接触、试验车辆车速为0或试验车辆车速小于目标车辆则可认为试验结束。

2.1.3AEB功能误触发试验方法

为了测试AEB系统在日常使用中是否会出现误报警，ECE R131规定了AEB误触发试验方法，图3（c）为该测试方法下的场景布置：将两辆M1类目标车辆平行置于试验场地内，两车横向间距为4.5m，尾部对齐，车头朝向与试验车辆相同。试验开始前试验车辆保持（50±2）km/h车速匀速直线行驶至少60m，试验时以该车速从两目标车辆正中轨道通过。

2.1.4AEB系统模拟失效检验方法

ECE R131规定当车辆正常启动时，应能启动一个连续的黄色光信号来提醒驾驶员AEB系统已经启动并可正常工作。模拟AEB系统或其某一组件中出现线路或电力等故障而导致AEB功能失效（但不应断开AEB系统与仪表的信号传输）时，车辆应立即在仪表盘上向驾驶员提供该黄色光报警信号，要求当车辆车速超过15km/h后的10s时间内仪表盘上必须产生持续报警信号，且只要模拟失效仍存在则当车辆重新点火时应立即重新激活该报警信号。对于某些带有关闭AEB功能按钮的车型，当驾驶员主动关闭AEB功能时，应提供与AEB功能失效报警形式不相同的报警信号，使驾驶员能够区分。

2.2AEB性能评价指标

由于商用车在制动技术上的差异性，ECE R131将M和N类车辆按制动系统类型和最大总质量（GVM）进行分类评价，但采用的测试方法是相同的，差别也仅限于技术指标限值的不同。表1列出了各类车辆的AEB静态和动态试验评价指标。定义T1、T2、T3、T4分别为第1次报警时刻、第2次報警时刻、达到紧急制动时刻（a=0.4g）和试验结束时刻，TTC3为T3时刻的TTC时间，△T1、△T2分别为第1次和第2次报警时刻相对于紧急制动时刻的时差，△v1为紧急制动开始（即T3）时刻试验车辆车速降低值，△v2为试验结束（即T4）时刻在AEB作用下试验车辆的速度降低值，其中动态试验要求不得发生碰撞。△T1、△T2、△v1、△v2分别由式（2）～式（5）求得：

对于静态试验和动态试验，如果按触发AEB功能的危险工况发生的时间顺序，可以定义试验车辆减速度（a=0.4g）时刻之前为报警阶段，a=0.4g时刻之后为紧急制动阶段（见图4、图5）。ECE R131对AEB系统有效性的评价描述如下：在报警阶段，当AEB检测到危险并产生报警时，ECE R131认为应优先提供驾驶员自主制动避险（而不是AEB系统干预制动）的机会，因此ECE R131规定AEB系统的第1次报警时刻不得晚于紧急制动激活前1.4s，第2次报警时刻不得晚于激活紧急制动前0.8s：为了鼓励AEB系统更友好地进入到紧急制动阶段，不至于在报警阶段降速过大而产生顿挫感，规定报警阶段的速度降低值不得超过15km/h或30%△v2（取两者中较大值）；在紧急制动阶段，为了给驾驶员足够的时间发现危险并采取制动，规定AEB系统必须在TTC≤3s后才能触发紧急制动：为检验AEB系统提供的自主紧急制动起到的实际效果，ECE R131还规定在试验结束（TIC=0或目标车辆车速大于试验车辆车速）时，静态试验中的1#、2#类车辆（见表1）的速度降低值分别不应低于20km/h和10km/h，动态试验中对1#、2#类车辆的要求为试验车辆和目标车辆不得发生碰撞。

对于误触发试验，ECE R131认为AEB系统的报警信号不应过早或过于频繁，以免干扰驾驶员正常行驶，因此应减少误触发几率，其规定以单次误触发试验中AEB系统不会发生误报警为评价指标，试验车辆若能正常通过图3（c）所示测试场景而不产生额外的AEB报警信号即认为符合要求。对于模拟失效检验，要求符合2.1.4所述报警信号要求。

3商用车AEB性能测试系统及测试场景

3.1商用车AEB性能测试系统

由于误触发和模拟失效检验属于功能性验证试验，不需要使用额外仪器采集数据，因此不做叙述，仅介绍用于静态试验和动态试验的测试系统。根据ECE R13 1要求，为了完成对商用车AEB静态和动态试验的测试与评价，需要测量试验车辆和目标车辆的车速、相对距离、TTC以及试验车辆的减速度等数据。建立的商用车AEB性能测试系统主要由具有二次差分功能的高精度GPS测试系统、多通道数据采集系统和台车系统组成。

具有二次差分功能的高精度GPS测试系统主要由两个移动站和一个基准站组成。基准站固定在地面上，两个移动站分别安装在试验车辆和目标车辆上。在静态试验中，由于目标物静止因此仅在试验车辆上安装移动站即可。一般要求，基准站和移动站放置在同一开阔、无遮挡区域，且一旦基准站放置完毕后不允许移动。基准站由电台、GNSS接收机和控制器组成，主要用于产生差分GPS数据，并通过电台向移动站传送，记录GPS原始定位信息，通过电台接收移动站测试数据，并通过计算机监控软件实时显示等。移动站由组合惯导系统、GNSS接收机、GPS接收天线、电台等组成，主要用于接收GPS导航定位系统发送的实时位置、速度和姿态数据并进行解析和组包以及接收基准站发送的差分数，记录后通过电台传回基准站，实现前后车辆之间相对数据的测量。通过基准站和移动站的配合使用，可以控制位置精度在2cm以内，速度精度达到1km/h，从而精确测量试验车辆和目标车辆的车速、减速度以及两车的相对距离、TTC。

多通道数据采集系统安装在试验车辆上，用于采集试验车辆的数据和由目标车辆移动站经基准站经电台发送来的数据。

3.2商用车AEB性能测试场景

搭建的静态试验场景如图6（a）所示，将软性目标车和试验车辆置于同一测试车道内，试验车辆位于软性目标车后部适当距离，加速至（80±2）km/h车速后保持匀速行驶，当车速稳定后开始数据记录，以试验车辆撞上软性目标车或成功刹停为试验结束标准。需要说明的是，试验开始前应通过GPS基准站将软性目标车所处位置设置为零点位置并做好标记，测试中试验车辆的各项数据将以该标记点为基准点测得。

搭建的动态试验场景如图6（b）所示，采用一段较长的导轨，两端分别连接软性目标车和拖车，通过拖车拖动软性目标车移动而使得两者具有相同的速度、减速度。在AEB性能测试中，为保证试验安全性，不能以真实车辆作为目标车进行试验，而是采用软性目标车来代替目标车辆。该类软性目标车具有与实际M1类车辆相同的视觉、雷达和反射量属性，且能承受最大50km/h的后部撞击而不损坏。试验开始后，前车以（12±2）km/h车速保持匀速行驶，试验车辆以（80±2）km/h车速追赶前车，以试验车辆撞上软性目标车或成功刹停为试验结束标准。

4商用车AEB性能验证试验

4.1试验车辆

采用某款国产长途客车作为试验车辆，依据ECE R13 1要求进行AEB系统性能测试。该试验车辆配备了某款基于77gHz毫米波雷达的主动安全系统。该系统的工作车速范围在15-125km/h，最多同时侦测6个目标，能够在全天候场景下快速感知0-200m范围内周边环境物体距离、速度、方位角等信息。试验车辆参数见表2，可见其属于M3类车辆且采用气压制动，在进行AEB测试时应按照表1所示的1#类车型，参照ECE R131的要求进行试验。

4.2试验结果分析

根据第2小节所述AEB性能测试系统和测试场景，进行基于ECE R131的AEB静态和动态测试道路试验，得到关键的试验结果如表3所示，完整的试验数据记录见图7～图8。

结合表3和图7～图8对试验结果进行分析，图7～图8中时间轴零点位置代表T1时刻。静态试验中，报警阶段维持1.45s后转入紧急制动阶段，T3时刻前后车距离23.83m，TTC为1.22s，AEB系统控制车辆进入紧急制动，试验车辆减速度从0.4g迅速增大到0.7g左右，碰撞时刻在试验车辆车速已降至24km/h。动态试验中，目标车辆以12km/h车速匀速行驶，试验车辆以80km/h车速追赶目标车辆，报警阶段维持1.49s，T3时刻前后车距离27.2m，TTC为1.69s，试验车辆减速度迅速增大到0.6g左右并维持了近2s，在这期间试验车辆车速迅速降低并接近目标车辆，在第5.39s时试验车辆车速小于目标车辆车速，成功避免碰撞。以上过程及结果符合表1中的评价指标，由此认为试验车辆AEB性能滿足ECE R13 1规定的静态和动态试验要求。

对表3中数据进一步分析发现，虽然静态和动态试验的△T1和△T2接近，但动态试验中的TTC3时间大于静态试验TTC3时间约1s。TTC3时间表示AEB系统达到紧急制动状态时刻的TTC时间，可从侧面反映AEB系统识别物体的灵敏性，因此从表3结果可初步判断采用毫米雷达波的AEB系统更易于识别动态目标。为进一步验证此结论，选用5辆与本次试验车辆尺寸相仿的客车车型进行AEB静态和动态试验，5个车型均采用毫米雷达波做为AEB传感器，结果如表4所示。可见各车型在动态试验中的TTC3时间均高于静态试验，平均高于TTC3静 1.16s。

实际测试时还发现，车辆内部仪表信号和制动指令的数据传输具有较大延迟，对测试结果影响很大。图9给出了某次AEB动态试验车辆的减速度-时间曲线。试验数据显示T1VEH比T1CAN延迟0.37s，T3VEH比T3CAN延迟0.22s，说明在AEB系统检测到碰撞报警后0.37s才能通过声光信号传递给驾驶员，而AEB系统在做出紧急制动判断0.22s后车辆制动机构才能收到指令并执行紧急制动。结合表3的AEB验证试验中报警间隔时间△T1和△T2的测试结果仅略高于表1所示的标准要求0.02-0.09s。可以看出，如果信号延迟继续增加则试验车型将不符合表1的限值要求，未来在车型实际道路驾驶时也极有可能因CAN总线负载过高延迟加大，造成AEB系统制动不及时而产生危险。车辆制造商应采取措施减少车辆CAN总线信号传输延时，这对于提高AEB系统的功能有效性将有很大帮助。

5结束语

本文介绍了全球商用车AEB系统的相关标准，以及基于毫米波雷达的AEB系统的技术原理、控制方案，并详细分析了ECE R131法规对商用车AEB系统性能的测试评价方法。开发了一套用于测试评价商用车AEB性能的测试系统，并完成道路试验验证，为国内商用车AEB系统的开发和标准制定提供帮助。

通过分析道路验证试验结果发现，相比于静态目标，搭载毫米雷达波的AEB系统更易于识别动态目标；AEB系统信号传输具有延时性，延时时间在0.2～0.4s，较大的延时时间不利于AEB系统的有效运行。