陳 康，陳天殷

（美國亞派克機電 （杭州）有限公司，浙江 杭州 310031）

1 2018版新車評價規(guī)程C-NCAP概述

自2015版碰撞管理規(guī)則實施3年來，中國汽車技術(shù)研究中心共測試了上百款車型的乘用車 （即M1類車輛），通過安全測試，促進了中國汽車生產(chǎn)企業(yè)不斷提高車輛的安全性。2018年7月中汽中心宣布，未來對新車安全碰撞測試將啟用2018版《中國新車評價規(guī)程》——C-NCAP（China New Car Assessment Program）。2015版的碰撞管理規(guī)則涵蓋有正面、側(cè)面、尾部碰撞試驗的測試規(guī)范，而這次新的2018版碰撞管理規(guī)則加嚴了側(cè)面碰撞嚴苛性的要求，也就是加重了臺車撞擊車輛的質(zhì)量。同時，還增加了兩項重要的考核指標，主要是在行人保護和AEB緊急制動系統(tǒng)兩方面，并將其列入了主要的考核指標。且明確將裝備車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESC列為加分項目。2018版是中國汽車安全標準與國際接軌大跨度的升級。各車企參照新版規(guī)則進行車輛的優(yōu)化調(diào)整，自然就推動了中國汽車行業(yè)自主品牌挺進先進水平的進程。2018版CNCAP比中國現(xiàn)有強制性標準更嚴格和更全面地要求進行碰撞安全性能測試，評價結(jié)果按星級劃分并公開發(fā)布。

2018版規(guī)則評價體系發(fā)生了較大提升，由以前的車輛乘員被動安全保護性能評價，拓展到對車外行人兒童的保護性能和車輛主動預(yù)防安全性能，全面覆蓋車內(nèi)外和主、被動安全要求；首次提出加強側(cè)面碰撞、側(cè)碰移動壁障的變更測試；還新增了對純電動及混合動力車型的評價，可以說是中國對新車評價史上最嚴格的評價規(guī)程。兒童保護主要是指兒童安全座椅的滑車試驗。C-NCAP作為汽車行業(yè)安全性要求的督促者，在持續(xù)提高行業(yè)標準、持續(xù)促進企業(yè)在提升汽車安全性方面做著不懈的努力。見圖1。

圖1 2018版C-NCAP新規(guī)程較原要求有極大提升

圖1、圖2分別表明了側(cè)面碰撞時移動碰撞壁障的測試工作狀態(tài)。

從圖1的縱覽圖中可以看到AEB是必備項目，而ESC是加分項目。新規(guī)程增重側(cè)面碰撞壁障至1350kg，見圖2。

圖2 新規(guī)程增重側(cè)面碰撞壁障至1350kg

圖2 實景中藍色部分即為側(cè)面碰撞壁障的頭部——碰撞體。圖3繪出了側(cè)面碰撞測試的俯視圖，移動壁障的速度為50km／h。

在1350kg的移動壁障撞擊下，車輛側(cè)面碰撞的安全性需仰賴車門的高強度防撞鋼梁迅速吸能，使車輛整體車身結(jié)構(gòu)幾乎保持完整，雖受撞一側(cè)的車門嚴重變形，但仍能很好地保證車內(nèi)乘員的生存空間；立柱在撞擊后變形不明顯，同時車門仍能正常開啟。撞擊過程中，所配備的側(cè)氣簾會及時彈出，模擬的假駕駛員頭部觸碰到側(cè)氣簾，因而假人的身體各部位沒有受到傷害；同時后排模擬乘員假人同樣保持良好狀態(tài)，在安全帶的約束下，其頭部、胸部和腿部沒有受到傷害。

不同的國家，其人口、市場情況以及道路交通狀況各異，各國需根據(jù)自身情況選擇合適的試驗規(guī)范。C-NCAP正是提升安全性要求，又立足于中國現(xiàn)狀適合中國國情推出的評價體系。中國2018年新版的C-NCAP參照美國國家NHTSA，相比舊版增加了側(cè)撞測試，把車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP和自動緊急制動AEB列入新車的標準配置，這也是歐共體、日本等先進工業(yè)國家在21世紀10年代初先后都加入了相應(yīng)規(guī)程的。

2018版C-NCAP中新增加的主動安全措施項為AEB（自動緊急制動系統(tǒng)）和ESC（電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)）測試，AEB系統(tǒng)由前視雷達、攝像頭以及光學(xué)傳感器等組成，這些信息可以用來啟動制動器，并提供高達1g的制動力，以避免或減輕碰撞。AEB有助于持續(xù)監(jiān)控前方道路，駕駛員沒有對即將產(chǎn)生的碰撞做出反應(yīng)，車輛將自動制動。AEB在追尾方面可以起到非常重要的作用，包括低速和高速，30～50km／h的速度進行預(yù)警，從而實現(xiàn)半制動和緊急情況下的全制動。

圖3 側(cè)面碰撞

2 AEB系統(tǒng)的基本原理

2.1 AEB的構(gòu)建

AEB系統(tǒng)由傳感系統(tǒng)、控制裝置和執(zhí)行系統(tǒng)3部分組成。如圖4所示。傳感器組成的感知系統(tǒng)由毫米波雷達、激光雷達、單目攝像頭或雙目攝像頭中的一種或幾種的組合。AEB控制裝置可以是一個獨立的ECU，亦可集成在制動系統(tǒng)控制單元中。AEB系統(tǒng)的核心在執(zhí)行系統(tǒng)的主動制動功能，當前主流的主動制動系統(tǒng)，一類是博世 （Bosch）的iBooster，另一類則是由電子穩(wěn)定控制 ESC系統(tǒng)升級而來。AEB的功能在于當電子控制單元ECU判斷前方有碰撞危險時，系統(tǒng)控制發(fā)動機和制動系統(tǒng)降低車速甚至停車以避免碰撞，減輕傷害。AEB作為一個自主自動的道路車輛安全系統(tǒng)，能夠一直處于隨時待命的警覺狀態(tài)，檢測前方道路狀況以及車輛與障礙物的相對速度，不同于人類會感到疲勞或被分心，可針對駕駛者的操作失誤進行有效彌補。

圖4 AEB系統(tǒng)的構(gòu)建

AEB的研發(fā)進展與自動駕駛技術(shù)的發(fā)展相互促進，其意義是里程碑性質(zhì)的，因為它標志著AV（自動駕駛車輛）所依托的制動執(zhí)行系統(tǒng)在硬件上得以充分實現(xiàn)。自動駕駛對執(zhí)行系統(tǒng)的要求是能夠通過電信號精準、快速地控制車輛各類的運動。

以Volvo為例，AEB幾乎是它全系列的標配。其安全制動用途的傳感器包括位于前擋風(fēng)玻璃后的攝像頭和激光雷達、位于格柵后的毫米波雷達。毫米波雷達用于探測中長距離的障礙物，激光雷達探測前方10m以內(nèi)的汽車和其他物體；而攝像頭則是用來判斷物體的類型。它能實現(xiàn)的功能有：與前車防追尾碰撞、前方身高80cm以上行人的防碰撞、防止同向行駛自行車的碰撞。其AEB系統(tǒng)性能：車速小于等于50km／h時啟用，車速在15～30km／h能減輕碰撞；車速相對差值在4～15km／h及以下可完全避免碰撞。

AEB正常工作需要的硬件配置有：服從ECU指令的制動系統(tǒng)，電子制動系統(tǒng)EBS、車身穩(wěn)定系統(tǒng)ESP、機械制動器和自動變速器都是必不可少的。電子制動系統(tǒng)EBS是AEB能發(fā)揮應(yīng)用的一項重要硬件基礎(chǔ)。EBS是電控制動系統(tǒng)，踩制動踏板也只是給EBS控制單元一個信號而已，再由EBS模塊控制通過油路油壓給制動分泵推動制動系統(tǒng)。正是因為電控的原理，AEB在需要緊急制動的時候才能調(diào)用制動系統(tǒng)。若是傳統(tǒng)的機械式制動系統(tǒng)，AEB發(fā)出要制動的指令，制動卻不受指令控制，那緊急制動的功能也就無濟于事了。整車電控化是車輛邁向自動駕駛必走的路。

圖5為AEB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，圖6為AEB系統(tǒng)各部件組成。

圖5 AEB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

圖6 AEB系統(tǒng)各部件組成

AEB是分段工作的，由攝像頭或雷達檢測和識別前方車輛，一旦有碰撞可能的風(fēng)險情況，先用聲音和警示燈提醒駕駛者進行制動操作以回避碰撞。若駕駛者仍無制動操作，系統(tǒng)判斷已無法避免追尾碰撞，就會采取自動制動措施來減輕或避免碰撞。同時，AEB系統(tǒng)還包括動態(tài)制動支持，當駕駛者踩下制動踏板的力量不足以避免即將到來的碰撞時，就能為其瞬間補充足夠的制動力。圖7為雷達傳感器和攝像頭雙重工作的示意圖。

圖7 雷達傳感器和攝像頭雙重工作的示意圖

2.2 AEB的核心技術(shù)與運作

圖8 顯示行進中的車輛為規(guī)避碰撞風(fēng)險，時刻有傳感器、雷達探測周圍與障礙物的間距和相對速率。

圖8 車輛四周皆有測距測速的傳感器在工作著

AEB的工作，由數(shù)據(jù)線傳遞至中央處理器。CPU對數(shù)據(jù)分析處理，根據(jù)車輛當前位置、目標位置及周圍環(huán)境參數(shù)能作出自主制動策略，并轉(zhuǎn)換成電信號；車輛策略控制執(zhí)行系統(tǒng)在接受電信號后，指示車輛緊急制動或轉(zhuǎn)向規(guī)避行駛 （方向、角度及動力支援）等諸方面的操控，并有充分體現(xiàn)駕駛員操作特點的汽車主動避撞魯棒控制器。

AEB主動規(guī)避碰撞系統(tǒng)的重點在于安全距離模型的設(shè)計。各大廠商皆有自己的模型，漏報率、誤報率各有差異，現(xiàn)有模型算法都有改進空間。其中的原因在于只有當模型算法充分符合駕駛員避撞的操作特性，方可提高系統(tǒng)的接受度。安全距離模型不僅依賴于實時的相對運動關(guān)系，還須準確獲知當前自身車輛參數(shù)與外界環(huán)境信息，關(guān)鍵在于雷達目標檢測算法的實時性和魯棒性，而且還得充分考慮到路況條件以及車輛制動特性對系統(tǒng)性能的影響。

所謂“魯棒性” （Robustness）指控制系統(tǒng)在一定 （結(jié)構(gòu)，大?。┑膮?shù)擾動下，維持其它某些性能穩(wěn)定的特性，也就是系統(tǒng)的健壯性，表征在異常和危險情況下系統(tǒng)生存能力的關(guān)鍵。魯棒控制方法適用于穩(wěn)定性和可靠性作為首要目標的應(yīng)用，同時過程的動態(tài)特性已知，且不確定因素的變化范圍可以預(yù)估。魯棒性表征控制系統(tǒng)對特性及參數(shù)擾動的不敏感性。魯棒性強，系統(tǒng)在異常、危險和誤操作情況下穩(wěn)定性好。AEB的動態(tài)檢測系統(tǒng)和模糊補償系統(tǒng)使可靠地運行得以保障。

避免碰撞而采取緊急制動，不同駕駛員從判斷到做出對策有著差異性。駕駛員行為仿真這一類非線性控制函數(shù)模糊控制系統(tǒng)能給出一種非模型化的估計。方案對傳感器與執(zhí)行器的工作精度要求甚高，較難補償系統(tǒng)運行的動態(tài)誤差，于是也會轉(zhuǎn)為借助于依托熟練駕駛員經(jīng)驗構(gòu)筑的模糊控制技術(shù)。

對于有碰撞風(fēng)險的車輛實施AEB，引入碰撞時間TTC（Time To Collision）這一參數(shù)，或者用碰撞時間倒數(shù)TTC-1作為評價指標，建立分級警示與主動制動的安全距離模型。

當自車與前車的速度分別為VC和VP，兩車間距離為R，則有：

依據(jù)NHTSA （Nation Highway Traffic Safety Administration美國國家公路交通安全管理局）的統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)，認為98%駕駛員制動減速度a不會超過-2.17m／s2，減速度達到-3～-4m／s2時會引起人體不適。加速度a=-2.17m／s2時對應(yīng)的TTC-1為0.11；而a=-3～-4m／s2時，對應(yīng)的TTC-1為0.7～1.2。為防止過早警示分散駕者注意力甚至產(chǎn)生慌亂，也需避免過晚介入貽誤時機，不能給駕者足夠反應(yīng)時間，故將危險情況依次分為安全、較危險、很危險和極端危險4個級別來區(qū)別對待，見表1。

表1 4級制的分級聲光警示與主動制動

圖10 從t0～t4時間段AEB的工作過程

規(guī)避碰撞緊急制動系統(tǒng)的雷達處理算法，即AEB的檢測控制流程，如圖11所示。

表1中Ⅱ級以后為警示安全距離，而Ⅳ級以后為制動安全距離。制動安全距離由兩車在系統(tǒng)延時時間內(nèi)經(jīng)過的相關(guān)距離和兩車以相同最大減速度制動的距離差兩者所組成。系統(tǒng)延時t1由雷達算法延時與執(zhí)行機構(gòu)滯后兩部分組成。t1若取值過大，系統(tǒng)會頻繁制動導(dǎo)致車身不斷俯仰；反之則無法及時實現(xiàn)有效制動。

基于規(guī)避碰撞自動緊急制動系統(tǒng)的軟硬件平臺采用目標檢測算法，既具備碰撞時間規(guī)劃的精確性，又兼容了經(jīng)驗知識模糊控制的魯棒性，是當前業(yè)界深入探研的方案。碰撞時間的計算見圖9。

圖9 某型奔馳的碰撞時間的計算

當偵測到有碰撞風(fēng)險后ECU會指令自動緊急制動。目前AEB還沒有一個業(yè)界統(tǒng)一標準，各品牌的命名也各不相同，如沃爾沃名為城市安全系統(tǒng)、奔馳名為Pre-safe。但現(xiàn)階段這些自動緊急制動系統(tǒng)的工作時速范圍普遍在30km／h以下。圖10為AEB對一個動態(tài)的工作目標的工作過程。即前方車輛在減速，但沒有停下來，還在以某一速度前行。AEB檢測到該種情況，其判斷依據(jù)是跟車距離。先用聲音提醒駕駛員，發(fā)動機降低扭矩輸出，制動系統(tǒng)處于準備狀態(tài)，若駕駛員沒有干預(yù)行為，根據(jù)距離還在繼續(xù)變近，此刻系統(tǒng)就會預(yù)制動，施加一部分制動力減速，距離還在變近，碰撞風(fēng)險加大的時候才會使出最大制動力緊急制動。車距變大之后就會松開制動。故這種狀態(tài)就存在剎停和不剎停兩種情況，主要取決于前車的運動速度。

圖11 AEB系統(tǒng)障礙檢測控制流程圖

ESC系統(tǒng)能實現(xiàn)主動制動，因而ESC可作為自動緊急制動系統(tǒng)的執(zhí)行器。即當險情出現(xiàn)時，即使駕駛員沒有踩踏制動踏板，ESC中的馬達工作帶動泵體工作，促使制動回路油壓增高，車輛制動系開始工作。

有實驗表明，當不踩油門踏板，節(jié)氣門開度為0，擋位為D，軟件向CAN發(fā)減速度指令，設(shè)置車輛的目標減速度由0m／s2到-3m／s2，減速度的變化率為-3m／s2。而該ESC最大能提供-15m／s2的減速度變化率，目標減速度和實際的減速度延時時間為160ms，此即為車輛制動系間隙協(xié)調(diào)時間t2。車輛的減速度從0m／s2到-3m／s2經(jīng)過時間為1s。車輛制動力增長時間t3和減速度變化率及減速度值大小有關(guān)。制動力增長時間最短只需530ms。

實際上該過程利用各種傳感器傳輸來的數(shù)據(jù)信息，運用路徑規(guī)劃、行駛距離和行駛速度的融合算法，逐一控制車輛制動程序到達預(yù)定的關(guān)鍵點。

經(jīng)驗告訴我們，常常是當?shù)缆非闆r良好，車輛不算特別多的時候，人容易懈怠駕駛，分心走神不集中精神操控車輛，危險就容易出現(xiàn)。這時AEB緊急制動系統(tǒng)就能發(fā)揮避免碰撞減輕傷害作用，甚至救人一命。

當然不同的車型隨款式的差異有不同的設(shè)定，當前AEB工作速度的范圍大致在30～50km／h。必須注意，因AEB僅在車輛遇到突發(fā)危險情況時能自主產(chǎn)生制動效果，讓車輛減速，但具備該功能，并非能實現(xiàn)將車輛在接觸到前車、前人或前物的瞬間完全剎停。它是提高行車安全性的一項防撞技術(shù)，預(yù)防減輕車禍的措施，但并不是保證不再會發(fā)生碰撞事故、可以過度依賴、任何車況下都萬無一失的“安全全保障”。如前面2.1章節(jié)介紹Volvo時已指出，只有當車速差在4～15km／h以下，才可完全避免碰撞。奔馳Pre-Safe預(yù)防安全系統(tǒng)有較卓越的表現(xiàn)，碰撞前2.6s開始提示，碰撞前1.6s時開始輔助制動，碰撞前0.6s開始用最大的力度制動，見圖12。系統(tǒng)性能：時速50km／h以內(nèi)完全避免追尾碰撞；時速50～72km／h降低碰撞程度。

圖12 奔馳Pre-Safe預(yù)防安全系統(tǒng)典型應(yīng)用場景

2.3 鞭打測試

圖13 為鞭打測試的實況。鞭打測試實際是汽車碰撞引起對人頸部傷害的測試。

鞭打測試是將試驗車輛駕駛員側(cè)座椅及約束系統(tǒng)仿照原車結(jié)構(gòu)，固定安裝在可移動滑車之上，滑車以速度變化模擬后碰撞過程。座椅上放置著一系著安全帶的模擬假人，通過測量后碰撞過程中模擬假人頸部受到的傷害情況，用以評價車輛座椅的頭枕對乘員頸部保護效果環(huán)節(jié)。此外，2015版的鞭打速度為16km／h，新版速度增加至20km／h。

圖13 鞭打測試的實況

近年，從國內(nèi)外媒體針對各大整車企業(yè)AEB系統(tǒng)的測試結(jié)果可以看出，AEB的技術(shù)水平和實際反應(yīng)速度皆有顯著改進和提升。當前，AEB重要研發(fā)方向是低速 （30km／h）狀態(tài)下，AEB系統(tǒng)對前方車輛 （尤其是行人）的識別能力以及車輛制動能力的提升，考驗車輛是否能在障礙物前自動剎停。受中國安全產(chǎn)業(yè)協(xié)會委托，中國起草的《汽車自動防撞技術(shù)標準》即將出臺，據(jù)透露該標準部分要求將高于歐盟。

3 新版規(guī)則EV／HEV評價方案與檢測綱要

新版規(guī)則增加的純電動汽車／混合動力汽車 （EV／HEV）的測試項目包括觸電保護性能、電壓安全、電能安全、物理防護、電力系統(tǒng)負載端絕緣電阻、電解液泄漏、REESS安全評價 （REESS的位置、REESS起火、爆炸）、高壓自動斷開裝置。

目前已有多個先進國家出臺了禁售燃油車的時間表，發(fā)展新能源車是大勢所趨。中國已躍居世界第一大的汽車消費國，2017年汽車銷售達2887.89萬輛，但該行業(yè)中國技術(shù)先進的領(lǐng)域卻乏善可陳。

新版規(guī)程增設(shè)EV／HEV安全項目，雖內(nèi)含眾多電子系統(tǒng)控制內(nèi)容，但皆與該兩系列汽車相應(yīng)的強制性標準相對應(yīng)。如圖14、圖15所示。

圖14 EV／HEV安全評價方案

4 結(jié)語

考核車輛行駛安全性的新車測評體系不僅是對車輛產(chǎn)品的考核，更是引導(dǎo)行業(yè)技術(shù)發(fā)展的有效手段。AEB、ESC已在2018版的新車評價規(guī)范中成為標準配置，未來對AEB、ESC系統(tǒng)的要求也會與時俱進，要求探測范圍更廣，識別更精確，干預(yù)更靈活，這就需要更高性能的傳感器、算法和制動系統(tǒng)。

圖15 EV／HEV安全評價檢測綱要

隨著人類社會的進步，AEB、ESC系統(tǒng)商品化推廣市場、普及應(yīng)用是必然的方向，對汽車制造商和零部件供應(yīng)商都是機遇，也將會產(chǎn)生極佳的經(jīng)濟效益和社會效益。低成本高性能的AEB、ESC系統(tǒng)擁有十分廣闊的市場前景。

相比E-NCAP以及IIHS的翻滾和25%小重疊碰撞等項目，是C-NCAP未來需要向其學(xué)習(xí)和改善之處。主動安全裝備中的車道偏離系統(tǒng)LDW、盲點探測系統(tǒng)BSD也都是需要繼續(xù)加強研究的。安全無止境，希望看到下一版C-NCAP能處于全球安全的領(lǐng)先地位，讓自主品牌在安全方面具有強大的優(yōu)勢。