雾天环境对汽车AEB功能的影响

彭文耀，吴其琛

雾天环境对汽车AEB功能的影响

彭文耀1，吴其琛2

（1.湖南省平益高速公路建设开发有限公司，湖南 岳阳 414517；2.湖南省交通科学研究院有限公司，湖南 长沙 410015）

文章基于多功能视频控制器和前置毫米波雷达的智能驾驶方案，在高速公路行驶的路况情景下，选取大雾天为影响因素建立场景模型，分析高速行驶下大雾天环境对自动紧急制动（AEB）系统功能的影响。从分析结果可知，雾天环境应使用前视双目摄像头以及多传感器数据融合算法等手段以减少AEB的误触发状况，提高AEB的安全性和可靠性。

雾天环境；AEB；高速行驶；智能驾驶

我国高速公路里程持续增加，高速公路上的交通事故也在持续增加，除了超速行驶外，不良视野也是造成交通事故及超大交通事故的一个原因，由于雾天环境对驾驶员的心理及生理有一定程度的影响，据统计，雾天在高速公路上发生事故的概率是正常路况的十倍，且事故多为群车的恶性事故。根据美国高速公路安全管理局（National Highway Traffic Safety Administration, NHTSA）的研究报告，自动紧急制动（Autonomous Emergency Brake, AEB）系统可有效避免约38%因人为操纵不当造成的汽车追尾事故，降低27%的交通事故率。

通常AEB功能是通过智能驾驶传感器实现[1]，通过多功能视频控制器和前置毫米波雷达对车道线，前方障碍物等进行数据采集，通过将图像感知与雷达感知进行融合，提高识别的判断，减少AEB的误触发[2-3]。在自动紧急制动系统性能研究方面，刘颖等[4]通过筛选与行人冲突样本，利用聚类分析的方法进行统计学分析，根据分析得到的典型危险场景建立仿真模型并对AEB系统进行评价。宋志强等[5]根据中国行车评价规程相关要求，对相关控制参数进行调试，结果表明所开发的AEB测试设备能够按照预期的目标进行工作。

而大雾天对多功能视频控制器的图像采集以及毫米波雷达波束都有很大的影响，故本文通过搭建高速公路大雾天的场景模型，仿真车辆在大雾天和正常环境下，车辆AEB功能的误触发及功能影响。

1 AEB概述

1.1 功能定义

AEB在即将发生事故的情况下通过辅助驾驶员来主动避免交通事故。通过前方环境的监测，当驾驶员制动过晚、制动力太小或完全没有任何反应时采取报警、制动等方式，帮助驾驶员避免或减轻事故的危害，提高行驶安全性。AEB功能包括了安全距离报警，前方碰撞预警（车辆&行人）、自动制动警告（车辆&行人）液压制动辅助（车辆&行人）、制动预填充（车辆&行人）和紧急制动辅助[6]。

1.2 功能场景

AEB功能是主动安全重要的一个智能驾驶功能，在开发过程中，不仅要考虑法规的标准场景，也要考虑一些非法规的特殊场景，尽可能包含现实中的各种碰撞场景，保证AEB功能在各个有风险的场景能响应，减少交通事故和减轻交通事故程度，各场景示例如表1所示。

表1 自动紧急制动系统功能场景示例

场景描述场景示例 在直道上，驾驶员驾驶主车逐渐靠近前方静止的目标车 在直道上，驾驶员驾驶主车逐渐靠近前方以相对低速行驶的目标车 在直道上，驾驶员驾驶主车稳定跟随目标车FO行驶。目标车突然减速 在高速公路/类高速公路的直道上，AEB功能激活。驾驶员驾驶主车在中间车道行驶，右边邻近车道前方有目标车以相同速度行驶；目标车突然制动 在高速公路/类高速公路的直道上，AEB功能激活。驾驶员驾驶主车在中间车道行驶，某时刻逐渐向右侧车道变道；右侧应急车道前方上目标车静止 在高速公路/类高速公路的直道上，AEB功能激活。驾驶员驾驶主车在中间车道行驶，逐渐接近两边车道以较低速度行驶的目标车1和目标车2

表1 （续）

场景描述场景示例 在高速公路/类高速公路的直道入弯，AEB功能激活。驾驶员驾驶主车在中间车道行驶，逐渐接近左边邻近车道前方的静止目标车 在高速公路/类高速公路的直道，AEB功能激活。驾驶员驾驶主车在中间车道行驶，快速接近车道前方飘浮的塑料袋 在高速公路/类高速公路的直道，AEB功能激活。驾驶员驾驶主车在中间车道行驶，逐渐接近左侧相邻车道前方以较慢速度行驶的洒水车。洒水车侧向喷出的水柱覆盖自车车道 在高速公路/类高速公路的直道，AEB功能激活。驾驶员驾驶主车逐渐接近并通过接收费站 在高速公路/类高速公路的弯道，AEB功能激活。驾驶员驾驶主车在中间车道行驶，车道前方有静止的三角锥 在高速公路/类高速公路弯道，AEB功能激活。驾驶员驾驶主车在中间车道行驶，道路前方存在整体塌陷

2 基于CarSim的AEB功能分析

2.1 CarSim 软件简介

CarSim软件能够通过搭建不同的车型及驾驶员、不同的路面条件、不同的天气环境、不同的空气动力学等各个因素的场景组合，通过仿真动画能够真实重现各个场景的情景，能够更好地实现车辆行驶过程平顺性、制动性和操纵性等各种仿真试验，软件由前处理模块、数据求解模块和后处理模块组成[7]。

2.2 仿真过程

通过搭建一个车辆模型，和AEB所需要的传感器，设置固定的参数为固定车辆模型，再通过搭建不同的道路模型，包括晴天的环境道路模型与大雾天的环境道路模型为变量，模拟对比分析。

道路参数设置，通过对路边定义的参数设置、路面宽度以及场景天空（晴天、大雾天）的参数定义，分别搭建出要研究的雾天变量环境。本文建立一段摩擦系数为0.9的直线道路，道路的起始点及相关参数如表2所示。

表2 相关参数设置

路面类别比例横向重复次数边界值1边界值2开始显示位置停止显示位置纵向间隔 道路(单车道)101-44-1001 2005 道路过渡段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 道路过渡段2 (明亮)10-0.969-4−7.1-1001 2005

车辆参数设置，车辆参数可直接通过定义外观参数、簧上质量、车身的扭转刚度等，也可以通过分别建立汽车的外观、动力系统、悬架系统、制动系统和转向系统、轮胎以及对悬架的K&C特性进行参数设置，可建立不同的更加接近实车的车辆模型，整车参数设置如表3所示。

表3 整车参数设置

项目单位数值项目单位数值 轴距mm2 950整车质量的惯性积kg·m20 前轮轮距mm1 600kg·m20 后轮轮距mm1 600kg·m20 整车长度mm3 050空气动力学在车辆坐标系下的等效作用点mm-1 525 整车宽度mm1 880mm0 整车高度mm1 450mm0 整车质心高度mm720等效迎风面积m22.8 整车质量的转动惯量kg·m2894.4等效车长mm3 050 kg·m22 687.1空气密度kg/m31.206 kg·m22 687.1

通过设置摄像头和雷达的，，坐标以及横摆、俯仰角度，来保证摄像头的视野布置要求，不会因为布置视野中出现车身结构而引起AEB 功能误报，传感器的布置位置满足算法的视野要求，这是智能驾驶开发最基本的条件[8-9]，摄像头参数如表4所示。

表4 摄像头具体参数

参数名称参数值参数名称参数值 Camera_Position_X877.4Camera_Pitch_Angle0.29 Camera_Position_Y49.2Camera_Yaw_Angle0 Camera_Position_Z1 130FOV_Angle20 Camera_Roll_Angle0

2.3 仿真动画

通过设置事件，运用CarSim软件的模拟，可以更好地显示3D 动画以及设置输出需求变量的参数曲线图。

AEB从安全距离未探测到危险目标车辆，到前方目标车辆进入自车探测范围内，再到满足AEB功能触发的条件，以及根据危险程度进行的紧急制动。

以欧洲新车安全评鉴协会标准场景的前车慢行试验为事件触发，编写脚本如图1所示。

图1 场景事件参数设置

2.4 正常环境下AEB功能场景仿真

通过对高速公路下正常晴天环境下AEB，在直道上，驾驶员驾驶主车逐渐靠近前方以相对低速行驶的目标车场景仿真，输出AEB过程中车辆纵向速度、车辆横向加速度、车辆纵向加速度等参数。

根据图2—图6中车辆纵向速度，车辆横向加速度、车辆纵向加速度及目标车距离等仿真参数结果分析，在晴天的环境下，当自身车辆以100 km/h的速度接近前方90 km/h，在3.136 5 s开始以最优制动减速度-2.684 m/s2减速至与前车速度相等，并保证安全距离行驶，在同速度安全行驶中，探测到前车减速至0，此过程中AEB功能条件触发，在安全距离中刹住车。

图2 制动力布尔值

图3 X向加速度

图4 AEB纵向速度

图5 车辆横向姿态

图6 车辆纵向姿态

在晴天的环境下，多功能视频控制器FOV视野可以达到最大布置规范要求，中距离毫米波雷达探测范围广，探测精度高；在晴天的环境下，感知融合和雷达探测融合效果佳，可有效判断出布置视野要求内前方的目标车辆，并能实时根据前方目标车辆的速度，加速度，更准确判断触发 AEB 的危险条件，及时触发 AEB 功能，具有较高准确度。在晴天的环境下，毫米波雷达探测距离可达到160 m左右，摄像头的探测距离探测车辆可达到120 m左右。

2.5 大雾环境下AEB功能场景仿真

通过对高速公路下大雾天环境下AEB场景仿真，输出AEB过程中车辆纵向速度、车辆横向加速度、车辆纵向加速度等参数。

根据图7—图11车辆纵向速度、车辆横向加速度、车辆纵向加速度及目标车距离等仿真参数结果分析：在大雾天的环境下，当自身车辆以 100 km/h的速度接近前方90 km/h，在4.321 4 s开始以最优制动减速度-4.131 m/s2减速至与前车速度相等，并保证安全距离行驶，在同速度安全行驶中，探测到前车减速至0，此过程中AEB功能条件触发，在安全距离中刹住车。

图7 制动力布尔值

图8 X向加速度

图9 AEB纵向速度

同一个车辆模型，同一个型号及同性能的多功能视频控制器，同一个布置规范及FOV视野面，大雾天环境比晴天环境，摄像头探测并识别出前车目标的距离变短，摄像头的感知能力实时性和目标识别检测能力，目标距离测算等功能变差。

图10 车辆横向姿态

图11 车辆纵向姿态

毫米波雷达探测距离远，可穿透尘雾、灰尘、雨雪，不受恶劣天气影响，能够“全天候全天时”工作，目标物体的颜色形状亦不会对其造成干扰，是通过向目标物体发射毫米波，依据反射产生的时间差、频移等信息计算前方目标的位置、距离、速度及加速度等，但因其原理的原因目标识别难度较大，通常需和摄像头感知融合，互补使用。

通过对比雾天的参数，发现AEB 功能在大雾天的环境下比晴天，识别到前车目标的时间较晚，导致在较短的距离内以较大的减速度进行制动，导致雾天的AEB给驾驶员和乘客的体验感要比晴天差。

3 结论

通过以上分析，得出大雾天环境属于一种恶劣驾驶条件，多功能视频控制器因将白雾识别成障碍物的影响，探测距离以及障碍物识别都会下降，导致视觉感知能力变差，融合毫米波雷达的感知融合识别能力下降，而且因为大雾不能及时探测到危险障碍物或识别障碍物的有效距离变短，导致高速公路上高速行驶的车辆无法及时探测到障碍物或无法在高速中及时启动AEB功能，导致整个AEB功能下降。

后续在开发AEB过程中，还需提高摄像头的视野，或使用前视双目摄像头以及多传感器数据融合算法等手段来应对高速行驶时恶劣条件带来的影响，减少AEB的误触发状况，提高AEB的安全性和可靠性，来辅助驾驶员从而达到降低交通事故发生的概率。

[1] 孙勇,郭魁元,高明秋.自主紧急制动系统在新车评价规程中的现状与发展[J].汽车技术,2016,41(2):1-6.

[2] 庞成.基于测距雷达和机器视觉数据融合的前方车辆检测系统[D].南京:东南大学,2015.

[3] 张恒嘉,王骁,张明君,等.基于ECE R131的商用车AEB系统性能试验研究[J].中国测试,2018,44(2):140-146.

[4] 刘颖,贺锦鹏,刘卫国,等.自动紧急制动系统行人测试场景的研究[J].汽车技术,2014(3):35-39.

[5] 宋志强,曹立波,吴俊,等.自动紧急制动系统测试设备开发和应用研究[J].机械设计,2020,37(2):32-38.

[6] 阮海庭,杨朝阳,殷春风,等.基于毫米波雷达的自动紧急刹车系统设计[J].汽车科技,2019(3):37-40,45.

[7] 肖雨琳.基于毫米波雷达的无人车AEB系统研究与实现[D].西安:长安大学,2019.

[8] 胡启洲,岳民,马超,等.一种团雾情况下高速公路车辆驾驶辅助系统及其工作过程:CN110843770A[P]. 2020-10-12.

[9] 张春鑫.高速公路环境下先进驾驶辅助系统研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2019.

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，高级工程师，研究方向为公路桥梁与隧道、汽车运用，E-mail:798740032@qq.com。

湖南省交通科技项目（201817）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.024