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1、城市安全系统-低速防追尾系统马丁迪斯特纳尔马蒂亚斯本特松托马斯布罗贝里洛塔杰科布森沃尔沃汽车瑞典文件编号 09-0371摘 要在城市交通中，追尾事故占据了相当数量。其中绝大多数的追尾碰撞发生在时速低于30公里/小时的情况下。这些事故的常见原因是驾驶者在驾驶过程中分心做其他事情。追尾碰撞可能会导致乘员颈部软组织受伤、车辆及随车财务的损失。本研究课题的目的是为了介绍和讨论辅助刹车系统，以帮助驾驶员在某些情况下，减轻或避免低速追尾碰撞的潜在可能性。城市安全系统由位于前风挡与车内后视镜之间的激光传感器对城市路面进行实时监控。当其检测到两车距离过近，可能与前车发生追尾事故，而驾驶员没有采取制动措施时，其
2、可自动制动车辆。系统的工作范围是车辆处在低速行驶的状况下，如信号灯或是环岛出入口等由于人们分心而容易产生交通事故的地段。城市安全系统在时速30公里/小时内，可对车辆产生积极的作用。当两车间的相对速度差低于15公里/小时，它可以帮助驾驶员完全避免碰撞的发生。当相对车速在15公里/小时至30公里/小时之间时，其可尽可能避免碰撞的发生。独立的评估表明，该技术提供了潜在的好处：减少碰撞、导致车辆损坏的费用和乘客受伤的危险也大幅减少。基于现有的统计和模型仿真技术显示，采用本项技术的汽车，与没装备此技术的汽车相比，追尾事故对颈椎的危害降低了将近60%。未来在真实的实验中，可得到更为精准的数据。简 介针对轻
3、型汽车碰撞，由NASS/ GES数据库（2007）显示，追尾碰撞是所有撞车中最常见的类型，占所有北美警察处理的交通事故的29，总损失达1.8亿美元。在日本，ITARDA数据（2007）显示追尾碰撞也是最多发的车祸类型。在2005年，由追尾发生的车祸占了全部车祸的32，约300,000起。英国2008年由于追尾发生的交通事故占全部的26左右，约2.7万辆。从德国的GIDAS数据库（2005）发现，大多数的追尾事故发生在城市道路上。利用计算机重建技术显示，约70的追尾事故发生在的时速低于30公里/小时。另一项德国研究发现，随机抽取的496次追尾事故中超过70的事故中两车相对速度低于15公里/小时（
4、1998），且都对乘车人造成了伤害。低速追尾碰的原因多数是因为驾驶者分心或注意力不集中。在一个所谓US 100 car（其收集了大量近距离碰撞事故的详细信息）的研究表明，近距离碰撞几乎占据所有交通事故的80，其中65的车祸是由于驾驶员在车祸发生前注意力不集中所导致的（2005）。注意力不集中导致了93的追尾事故发生，其中有一半事故是没有采取任何制动行为的。通过2005年的Analyzing UK National事故数据库显示，样本中44的司机没有在车辆发生碰撞前采取任何避让措施。驾乘人员在汽车发生追尾碰撞后，最容易引起经不得损伤。虽然通常不会危及生命，但它会导致长期疼痛和功能性障碍。为降低追
5、尾事故对驾乘人员颈椎的伤害，带WHIPS系统的座椅（1998）和带SAHR系统的座椅（1998）等被应用到沃尔沃品牌中，并有效的降低了颈部受伤的风险。总结近10年沃尔沃轿车上配备的WHIPS系统座椅经验，得出虽然严重的冲击对颈椎的伤害仍然存在着较高的风险，但只需修改保险钢结构就可降低风险。为了降低全部伤害，降低低冲击发生的概率就显得尤为重要了。此外，安全气囊和预紧式安全带已经可以有效的减少AIS1类的颈部损伤，以降低追尾事故对颈椎损伤的几率，但是这在低速级别的追尾事故中却起不到作用。因此，城市安全系统是预防低速追尾发生最有效的工具。近年来，防碰撞系统是通过提醒司机注意前方车辆以降低追尾发生可能
6、性。另一种技术是车辆预防碰撞系统，通过对前方道路的测距，当有危险时，对驾驶员发出警告并伴随以自动制动，以此降低发生追尾事故的概率。本次研究是为了可以投入生产的最新系统，帮助驾驶员避免低速追尾碰撞的发生。城市安全系统 - 系统描述城市安全系统的目的是为了减轻或避免低速追尾事故的发生。系统协助驾驶员在日常低速驾驶过程中，避免由于分心或是注意力不集中而发生的追尾事故。如图1。图1. 城市安全系统-低速汽车制动系统如果前车突然刹车，城市安全系统会判断是否会发生碰撞，准备辅助刹车。如果车轮任然受到发动机的驱动，汽车会启动自动制动。如果两车间的相对速度低于15公里/小时，城市安全系统可完全避免追尾的发生。
7、若相对车速介于15公里/小时与30公里/小时之间时，系统会在碰撞发生前，将车速尽可能的降至最低。城市安全系统是处在长启动状态，驾驶员可以通过设置，将其手动关闭。但是在特定情况下，城市安全系统将被自动关闭，例如在越野模式下。当检测到前方有处在停止状态的汽车，或是与前车距离减少时，城市安全系统将开始工作。当系统被激活时，将会在仪表盘上出现相应的消息，如图2，但不会发出警告。为了帮助驾驶员区分其与正常情况下的制动，系统故意将制动感觉变得粗暴、使其与驾驶员的舒适驾驶区间进行区别。图2.城市安全系统激活信息传感器系统城市安全系统通过位于前风挡与车内后视镜之间的红外激光传感器（激光雷达），安装位置如图3，
8、对前方道路进行扫描。安装在此处，因为其既不遮挡驾驶员视线，同时还处在前雨刷器可清理区域，以避免由于污物的附着，影响到测量的精度。图3. 城市安全系统的激光传感器位于前风挡玻璃与后视镜之间该传感器采用95nm的激光。它具有多个红外激光通道，以检测车辆前方每一辆车的位置。发射出的激光被反射面反射回来，传感器通过计算激光飞行的时间，来计算与前车之间的距离。换言之，通过发送到接受之间的时间来计算出与潜在目标之间距离。通过检测前方10米内的多个车辆的速度与加速度，来确定潜在的危险，并进行干预。城市安全系统控制机构检测机构城市安全系统建立的目的是为了防止车辆在城市不同路况行驶中发生追尾事故，例如：前方车辆
9、是否静止；前方道路是否是直线；不同的道路条件；车速（低于30公里/小时）和与前车之间距离；白天或者黑夜等情况。虽然系统不能检测到驾驶员是否分心，因为它需要把全部注意力放在检测前方道路情况，例如：其可在下班高峰中成为你的“眼睛和大脑”，在路口帮你“找到可加塞的空挡”，在停车场帮你“找到车位”，同时还可帮你在车间与路旁帮你“找到可以走的路”。车辆连续行驶时，城市安全系统可以通过计算并评估前方同意车道中的车辆是否存在潜在的碰撞危险，如图4。同时它还可检测到试图从其他车道切入、或从本车刀切出的车辆，以防止由于变道而发生的追尾事故。图4.危险评估威胁评估通过本车的速度和加速度与前车的速度和加速度，并结合
10、两车之间的相对距离，系统可以以50次/秒的速度，快速计算出与前车是否存在危险，从而达到提前减速，避免潜在追尾事故的发生。这其中包括补偿系统计算所浪费时间。测得的信息被用来确定与前方同车道行驶的车辆发生碰撞的概率。如果当计算出来的结果显示，需要减速来避免与汽车发生碰撞，而且驾驶员没有采取制动措施，系统将更加确信之前计算出的概率，此时减速甚至采取更高级别的制动就显得势在必行了，如图4。系统启动如果之前的危险评估结果显示，碰撞的概率是可信的，制动系统将预先做好快速刹车的准备。如果确定其将被自动激活，自动制动与紧急制动辅助系统的灵敏度将提高。一旦城市安全系统被激活帮助驾驶员避免碰撞的发生，自动制动将提
11、供平均0.5G的刹车力，并配以减小节气门开度。与此同时，后刹车灯自动点亮，以告知后方车辆注意。图2中就是提醒司机城市安全系统已被激活。当避免与前方静止车辆发生碰撞，车辆保持约1.2秒的全力制动，然后释放制动。驱动覆盖功能当危险发生时，他/她有可能发出错误信号，如大角度转向或误踩油门踏板，系统了解这些动作，并忽略这些错误指示，规避碰撞的发生。系统功能验证方法为了验证和核实城市安全系统的功能，对其进行了长时间的测试。在测试场，真实道路上都进行诸多测试：-验证系统可以在有潜在危险发生前，可以提供相应的干预，为系统提供了一个高概率追尾碰撞实验环境，和一个不施加干预的追尾碰撞环境，然后开始测验；-验证系
12、统在正常驾驶下，不会被错误的激活信号激活，干预汽车行驶。测试场测试在测试场中，面对不同情况的追尾事故进行了大量的测试，以检测其功效。城市安全系统（初期干预）响应积极，可被迅速激活。方案是基于真实世界中可能遇到的诸多问题而设置的实验环境。大量的测试采用静止或移动、大小不同的的模型，以模仿前方道路上可能遇到的各种车辆；同时结合不同的道路情况，平直的道路与不同角度的多弯路相结合；还有行驶过程中不可避免的不同车道的车辆的切入与本车道的车辆减速切出；以及不同的天气条件下不同的速度与加速度。同时会将不同驾驶员不同的驾驶风格添加到测试范围内。而为不同测试，开发了不同的测试装备。如图5中，运用充气汽车模型模拟
13、前方道路上静止的汽车，而采用改装自真车尾部的模具车，如图6，用来模仿前方道路上行驶的汽车，这两种道具都允许碰撞的发生。充气汽车模型同样可以绑在车后，成为另一个可模仿道路上行驶的汽车。图5.充气汽车模型模仿目标车辆图6.半实体模型模仿目标车辆公共道路测试在公共道路上，也进行了大量的测试。为了验证城市安全系统不会再正常驾驶过程中，由于被错误的指令激活，而发出错误的指令。在这些测试中，城市安全系统并未发现有明显被错误指令激活的情况发生。但是收集的数据与之后对数据的分析将会得出其是否被激活。公共道路测试采用与真是道路相同的行驶条件，配置道路类型、道路照明装备、天气情况以及道路上行驶的车辆数量。总共有一
14、百万公里真实道路情况数据的收集，存储和分析，其中包括欧洲各国家的主要城市，瑞典全国，泰国、马来西亚西部以及美国东部的主要沿海城市。这其中强调了从不同类型的城市交通信息中采集环境情况，以及各地驾驶员的不同驾驶习惯（如年龄、经验等）。这其中融合了保守与激进等不同的驾驶风格。测试过程中的气候环境也从酷暑的沙漠覆盖到寒冷的北欧冬季。测试的目的是收集数据，以调整城市安全系统，在正常环境驾驶过程中，使其被错误指令激活的概率降至最低。系统有效性从德国的数据表明，约70的追尾碰撞发生在汽车速度低于30公里/小时时（2005）。其他的研究也表明，大约一半的追尾事故中，驾驶员由于注意力不集中而没有在追尾事故发生前
15、采取任何制动措施。驱动程序不制动，碰撞前的，主要是因为的分心（2005&2007）。在这种情况下，城市安全系统可以给出一个不同的结果。城市安全系统可在车速在30公里/小时以内时，自动采取制动措施，帮助驾驶员避免前方的追尾事故，当追尾事故避免不了时，也可以减轻人员与车辆的损害。预防性主动安全系统在行车安全方面存在着诸多好处，如减少交通事故对社会经济的影响，减少乘员的伤害等。但这方面问题是复杂的，当今并不能全部覆盖。，即使汽车制造商将安全性考虑的更为详实，避免事故和降低事故严重程度的同时降低解决潜在的损伤减少在主机以及目标车辆的关键领域。这也可以增加潜在的储蓄方面的车损费用和维修时间。但是这是个复
16、杂的问题，今天并不能完全覆盖达到。即使许多汽车制造商已经极为重视这个问题，与避免事故和降低事故的损害程度相比，防止潜在的事故发生更为关键。这同时可以节省车辆受损及维修方面的时间与金钱。Thatcham的一份研究报告指出，城市安全系统在降低常见的低速追尾碰撞，防止颈椎由于碰撞而受伤等方面有着巨大的潜力，同时可以减小保险公司的负担（2008）。笔者估计，在英国如果所有汽车都采用了城市安全系统，每年可防止或减轻210,600起追尾事故的发生，防止91,000人由于追尾而使颈椎受伤，节约损失近11亿欧元。美国公路安全保险协会（IIHS）的一项研究表明，系统进行预警及介入制动可以避免大量追尾事故的发生（2008）
