在ADAS的众多功能中,AEB(自动紧急制动)听起来安全感十足,引起了很多车主的兴趣。但实际使用过程中,有的朋友可能会发现,很多装了AEB的车依然避免不了撞车事故。那么AEB功能真的没用吗?本文作者将从汽车主动安全测试工程师的角度来进行专业的剖析。

一、AEB系统的含义

AEB系统是一个一般语境下使用的缩写,Autonomous Emergency Braking,自动紧急制动。还有一个bigger than bigger的名字,前向车辆碰撞缓解系统(FVCM)。

这个系统的用途看名字就能理解:一个在紧急情况下自动对车辆制动的系统。千言万语不如一张图:

汽车安全工程师:为啥这么多装了AEB的车依然会撞撞撞?-第1张图片-零帕网

图1 AEB工作过程示意图

AEB从传感器探测到前方车辆(目标车)开始,持续监测与前车之间的距离以及前车的车速,同时从总线获取本车的车速信息,通过简单的(中学物理)运算,结合对普通驾驶者反应能力的研究,判断当前形势并作出合适的应对:

  • 有点不对劲,早做准备;

  • 先喊一嗓子:哎哎,哥们儿,注意点儿;

  • 没反应?推你一把吧!

  • 还没搭理我?我先帮你带着点刹车吧!

  • 再踩深点吧!

  • 刹不住了,踩死!

更进一步,可以结合下面这张示意图来了解一下驾驶者能力和AEB开始报警/制动的时间的关系。稍后我们还会进一步地解释这张图。

汽车安全工程师:为啥这么多装了AEB的车依然会撞撞撞?-第2张图片-零帕网

图2 AEB触发时间示意图

(其中:TTC,time-to-collision,预期碰撞发生时间)

二、AEB系统的构成

AEB系统和其他驾驶员辅助系统一样,都由感知、决策、执行三大部分组成,具体来说(主流解决方案)就是由雷达、摄像头作为传感器构成感知部分,传感器内置ECU或独立的外置ECU完成决策,并将制动请求通过总线发送至执行器——通常是ESP,也可以是其他装置,例如线控制动系统(比如博世的iBooster)或者独立的高压蓄能器控制器——对车辆进行制动。 

三、AEB系统的能力和局限

首先要明确的一点是:在目前技术条件下, AEB系统不能保证驾驶者从此不发生追尾事故。目前量产车装配的AEB系统能够做到的事情相当有限,用数据说话:

  • 面对静止目标(比如前方停止的车辆,别和我提墙和树之类的,多数系统并不会对墙作出反应),平均水平是只能完全避免35km/h左右的碰撞,还得保证周围环境良好,比如摄像头没有被阳光直射之类的;

  • 面对匀速移动目标(比如前方低速行驶的车辆,别和我提自行车,那个经常不灵的),平均水平是车速能够降低40至50km/h,还得保证双方基本正对,不能前车开在车道最右边,自车开在车道最左边这种,不然就不好说了;

  • 面对正在制动的移动目标(比如前方一直正常行驶的突然来了一脚刹车,别和我提大马路上一脚踩死的前车司机,特别是卡车作为前车的时候),平均水平是前车仅仅轻微制动的话(大概就是制动踏板踩下20%的水平,比正常驾驶者在红绿灯前的制动稍重一些)还能避免碰撞,如果前车紧急制动(普通驾驶者的急刹车,不是踩死,大概就是正常驾驶者觉得心都要跳出来了的那种制动,但ABS还没触发),基本都得撞上。

AEB看起来是不是弱爆了?

但是,和我们的直觉相反,AEB系统所能做的虽然不是尽善尽美,却能改写生或死的结果。我们知道,碰撞的惨烈程度主要取决于碰撞时车辆的动能。当车辆速度降低40km/h后,车辆动能的变化如下图所示:

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图3 制动对碰撞能量的影响

图3中红线是一辆重量为1200kg的汽车时速从0到100km/h时的动能,蓝线是当速度下降40km/h后车辆的动能。从这张图我们可以直观地看出碰撞瞬间的速度对碰撞能量的巨大影响:当时速达到了120km/h,40km/h的速度降低仍能减少超过50%的碰撞能量。所以你问我支持不支持AEB?我当然是支持的。

但是为什么工程师不把AEB的性能做得更加强大从而完全避免碰撞呢?这要从两方面来讲:

  • AEB的设计用途;

  • 当前技术的局限性。

1. AEB的设计用途

就像本文一开始提到的,AEB的学名其实是“前向车辆碰撞缓解系统”,这个名字当然不是随便起的。让我们再看一下图2,驾驶者通过控制方向盘闪避障碍物的极限是TTC 1.0s,而此时如果相对车速低于约60km/h,仍能通过制动而避免碰撞。简单讲,当你打方向已经躲不过去的时候,制动仍然能帮你避免碰撞。

而速度超过60km/h以后,如果试图通过制动避免碰撞的话,就要提前很多进行制动了,例如当速度为110km/h的时候,需要提前TTC 1.6s进行制动,而报警时刻更是需要提前到TTC 2.6s,此时距离驾驶者能够通过闪避而避免碰撞的极限TTC 1.0s仍有相当长的时间。 

接下来我们要看一下驾驶者的感受,如下图所示:

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图4 对危险性的主观感受

从图中可以看到,驾驶者对危险的判断是和TTC直接相关的,当TTC 3.0s以上时,驾驶者并不会感觉到风险存在,但是在TTC 1.6s以下时,驾驶者会觉得很危险。 

综合以上两点来看,如果试图通过制动来避免所有相对车速下的碰撞可能带来一个问题:驾驶者会抱怨这个系统太过于敏感,明明情况尽在掌握,系统为什么要报警?为什么要制动呢? 

所以很多AEB系统的设计思想是:

  • 一方面,在驾驶者无法通过自身能力避免碰撞时通过系统干预降低事故的严重程度;

  • 另一方面,通过降低车速为驾驶者赢得更多时间,从而采用变道等措施避免碰撞。

当然,在环境较为简单的低速情况下,AEB系统通常还是能够将车辆刹停来避免碰撞的。

2.目前技术的局限性

主流AEB系统由雷达和摄像头进行数据融合来感知环境,其中雷达的作用距离大概在200m左右,而摄像头大概在100m。因为天线的尺寸和特性,雷达的角度分辨率有限,例如,距离非常远的时候雷达没有办法准确地测量前车是否在自车的轨迹上。此外,雷达无法分辨一块金属板和一辆车的区别,也经常由于二次反射等原因出现误识别,例如把上方的限高杆或隧道口的金属柱当成车辆。

而摄像头相比雷达虽然具有较好的角度分辨率,并且能够识别目标类型,但是由于感光器件的尺寸和分辨率有限,只能识别较近的物体,而且不能精确计算与物体的相对距离,还会受到能见度的影响。通常来说,人眼无法识别的目标,摄像头也无法识别。

基于上述特性,工程师想到了将雷达和摄像头结合起来使用,通过两者的互相确认来提高识别的准确性。尽管如此,AEB系统仍旧会存在误识别的问题。由于驾驶辅助系统仍旧强调驾驶者对车辆负责,所以从法律角度来说,误识别目标造成事故,例如因为误制动而被后车追尾,这是车企的责任;而没有识别目标造成追尾前车,这是驾驶者自己的责任。所以如何选择也就很清楚了。另外由于识别算法的复杂性,当前的AEB都是针对追尾工况设计的,也就是说,只识别车尾,当然,如果前车角度不是太大的情况也能识别,但是如果前车是横穿的情况,就无能为力了,例如美国的特斯拉Autopilot致死事故。

此外要提一句,并不是所有AEB系统都具有行人识别功能,特别是仅采用雷达作为感知元件的系统,因为真实环境中的行人检测是一项非常具有挑战性的任务,例如站在车尾的人,站在阴影中的人,人群以及树木等等都会造成错误识别或者不识别的情况,所以不要随意进行人体试验。

感兴趣的可以看下面Volve销售人员的演示事故视频。

作者郑菲,汽车主动安全测试工程师。

参考文献:Handbuch Fahrerassistenzsysteme