2.1前向碰撞預警系統(tǒng)的定義與組成目錄CATALOGUE012.1.1前向碰撞預警系統(tǒng)的定義022.1.2前向碰撞預警系統(tǒng)的組成012.1.1前向碰撞預警系統(tǒng)的定義FCW系統(tǒng)定義前向碰撞預警（FCW）系統(tǒng)能實時監(jiān)測車輛前方環(huán)境，一旦發(fā)現(xiàn)潛在碰撞危險，立即發(fā)出警告，助力駕駛員提前采取制動措施。預警目的前向碰撞預警系統(tǒng)旨在通過提前警示，減少因分心、疲勞或超速駕駛等人為因素導致的交通事故，進而提升道路行駛安全。FCW系統(tǒng)介紹前向碰撞預警系統(tǒng)采用多種預警方式，包括聲音警告、指示燈閃爍、轉(zhuǎn)向盤振動以及安全帶收緊等，確保在不同情境下都能引起駕駛員的注意。預警方式多樣性聲音警告是最直接的預警方式，指示燈閃爍則提供視覺提示，轉(zhuǎn)向盤振動模擬緊急駕駛情境，而安全帶收緊則準備應對碰撞，多重保障行車安全。預警方式介紹預警方式多樣車載傳感器局限V2X通信優(yōu)勢結合V2X通信技術，前向碰撞預警系統(tǒng)能夠獲取更廣泛、更全面的環(huán)境信息，彌補車載傳感器的不足，實現(xiàn)更精準、更可靠的碰撞預警。未來發(fā)展方向未來前向碰撞預警系統(tǒng)將采用車載傳感器與V2X通信相結合的方式，通過融合多種信息源，提高預警的準確性和可靠性，為駕駛員提供更全面、更智能的駕駛輔助。車載傳感器局限性車載傳感器適用于近距離檢測，無法探測較遠距離或非視距內(nèi)的車輛，且易受惡劣天氣影響，如雨雪、霧等，導致性能下降或失效。030201結合車載傳感器與V2X通信，前向碰撞預警可獲取更廣泛、準確的環(huán)境信息，顯著提升預警精度。V2X通信提升預警精度通過實時信息共享，前向碰撞預警系統(tǒng)能更早地發(fā)現(xiàn)潛在碰撞風險，并采取有效措施，增強道路安全性。信息共享增強道路安全V2X通信技術具有通信距離長、不受天氣或亮度變化的影響的優(yōu)點，特別適用于前向碰撞預警等安全應用場景。V2X通信優(yōu)勢顯著V2X通信優(yōu)勢系統(tǒng)分類詳解前向碰撞預警系統(tǒng)根據(jù)適用的道路曲率半徑分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，每型系統(tǒng)具有不同的檢測能力和適用范圍。系統(tǒng)分類Ⅰ型系統(tǒng)適用于曲率半徑大于或等于500m的道路，Ⅱ型系統(tǒng)適用于250m至500m之間的道路，而Ⅲ型系統(tǒng)則適用于125m至250m之間的道路。檢測能力差異不同類型的系統(tǒng)根據(jù)道路曲率半徑的不同而有所區(qū)別，旨在滿足不同道路的駕駛安全需求。適用范圍022.1.2前向碰撞預警系統(tǒng)的組成車載傳感器的作用毫米波雷達采集前向車輛或障礙物的車距、車速和方位角信息，視覺傳感器采集前向車輛或障礙物的圖像信息。環(huán)境信息采集本車行駛狀態(tài)采集利用本車的車速傳感器和加速度傳感器，采集本車的行駛狀態(tài)信息，包括速度和加速度等。信息采集單元利用車載傳感器采集前方行駛環(huán)境信息，包括毫米波雷達和視覺傳感器。信息采集單元信息融合處理電子控制單元對前向車輛或障礙物的圖像信息和車距、車速等信息進行信息融合，確定障礙物的類型和距離。碰撞風險評估結合本車行駛狀態(tài)信息，采用一定的決策算法評估是否存在潛在的碰撞風險；若存在風險，則向人機交互單元發(fā)出預警指令。電子控制單元駕駛員警示與制動駕駛員接受預警信息后，需要立即對本車采取制動行為；若碰撞風險消失，則碰撞預警也會相應取消。預警指令接收人機交互單元主要接收由電子控制單元傳來的預警指令，并根據(jù)預警程度或級別的定義，進行相應預警。預警信息發(fā)布預警信息的發(fā)布形式包括在儀表盤或抬頭顯示區(qū)域顯示預警信息或閃爍預警圖標、發(fā)出預警聲音和收緊安全帶等。人機交互單元THANKS感謝觀看2.2前向碰撞預警系統(tǒng)的工作原理與要求目錄CATALOGUE012.2.1前向碰撞預警系統(tǒng)的工作原理022.2.2前向碰撞預警系統(tǒng)的要求012.2.1前向碰撞預警系統(tǒng)的工作原理前向碰撞預警系統(tǒng)的工作原理自動開啟與持續(xù)監(jiān)測01前向碰撞預警系統(tǒng)作為一種主動安全的預警措施，在車輛行駛的過程中自動開啟，通常情況下無法自行關閉，持續(xù)監(jiān)測本車行駛車道內(nèi)的前方障礙。預警范圍與實用性02前向碰撞預警系統(tǒng)只對本車行駛車道內(nèi)的前方障礙進行預警，不受相鄰車道行駛車輛的影響，因此，預警信息的準確性決定了系統(tǒng)的實用性。識別和跟蹤03前向碰撞預警系統(tǒng)通過分析車載傳感器獲取的前方道路信息對前方車輛進行識別和跟蹤，如果有車輛被識別出來，則對前方車輛的距離進行測量。預警機制04利用車速估算，根據(jù)安全車距預警模型判斷追尾可能，一旦存在追尾危險便根據(jù)預警規(guī)則及時給予駕駛員主動預警。022.2.2前向碰撞預警系統(tǒng)的要求預警功能要求預備碰撞預警的目的是告知駕駛員前方存在障礙車輛，在這種情況下駕駛員應準備采取必要措施避免碰撞。預備碰撞預警碰撞預警的目的是告知駕駛員應采取必要措施避免碰撞，系統(tǒng)提供視覺、聽覺和觸覺預警方式，可單獨或綜合使用。當本車正在接近障礙車輛時，預警距離由特定參數(shù)的閾值決定，如距離碰撞時間、車間距離和相對速度。碰撞預警前向碰撞預警系統(tǒng)的預警應由相對速度、車間距離、本車車速、駕駛員反應時間及制動減速度決定。預警觸發(fā)因素01020403預警距離考量預警間歇建議在碰撞預警中，建議使用短間隔式間歇；預備碰撞預警則建議持續(xù)預警或長間隔式間歇，并可選擇單一聲音或語言提醒。視覺預警在碰撞預警中，建議使用紅色高亮顯示，并位于主視前方，以引起駕駛員的注意；預備碰撞預警則采用黃色或黃褐色，日間足夠亮且夜晚不刺眼。聽絕預警在碰撞預警中，音量應高于車內(nèi)其他所有聽覺預警，且音調(diào)應容易聽到并與車內(nèi)其他不相關的預警區(qū)分；預備碰撞預警的音量應超過背景雜音。預備碰撞預警和碰撞預警的預警特征預警因素要求預警形式前向碰撞預警系統(tǒng)的預警形式應包含視覺、聽覺與觸覺預警，可單獨或組合使用，同時滿足特定要求。響應時間前向碰撞預警系統(tǒng)的響應時間需考慮駕駛員反應時間和制動系統(tǒng)響應時間，在駕駛員制動時可設置為0。要求減速度的閾值要求減速度是指避免碰撞所需的最小減速度，閾值根據(jù)路面和氣候調(diào)整，至少有一種設置滿足該要求。不預警條件前向碰撞預警系統(tǒng)在特定條件下抑制或延遲預警，包括車輛減速度達標、道路曲率半徑小、前車切入等。碰撞預警形式碰撞預警應包含一種視覺預警及一種聽覺與/或觸覺預警，其中觸覺預警可以采用安全帶預警的方式實現(xiàn)。預備碰撞預警形式預備碰撞預警應包含視覺或聽覺或兩者組合的預警，可以選擇觸覺預警作為補充。制動操作不預警如果本車駕駛員正在采取制動操作，建議不要采取制動預警的形式向駕駛員預警。自動制動可預警如果本車正在自動施加制動力，碰撞預警及預備碰撞預警中可以采取制動預警。制動預警限制制動預警的持續(xù)時間應不超過1s，所產(chǎn)生的減速度應不超過0.5g，車速下降范圍應不超過2m/s。聽覺預警要求聽覺預警提示音量應大小合理，清晰可辨，應可以與前撞危險不相關的其他預警區(qū)分。（1）預警形式010402050306（2）要求減速度的閾值減速度閾值計算要求減速度是指能夠使本車恰好達到與目標車輛相等的車速，且不發(fā)生碰撞所需要的最小減速度。碰撞預警條件若要求減速度大于其閾值范圍，前向碰撞預警系統(tǒng)應發(fā)出碰撞預警，在干燥路面及溫暖氣候條件下，要求減速度閾值應不大于0.68g。預警時機調(diào)整若前向碰撞預警系統(tǒng)的預警時機可以由駕駛員進行調(diào)整，則其中至少應有一種設置能夠滿足上面關于要求減速度的閾值要求。預備碰撞預警當要求減速度的閾值較小時，前向碰撞預警系統(tǒng)可以發(fā)出預備碰撞預警，提前提醒駕駛員注意前方車輛動態(tài)。閾值靈活調(diào)整碰撞預警及預備碰撞預警的要求減速度的閾值可以根據(jù)道路條件、環(huán)境、駕駛員狀態(tài)、駕駛員特性及不同的駕駛場景調(diào)整。（2）要求減速度的閾值在預警范圍的計算中，應考慮駕駛員對預警的反應時間，該值不小于0.8s。預警反應時間在要求減速度的計算中，應考慮制動系統(tǒng)響應時間，制動系統(tǒng)響應時間由系統(tǒng)設計者選擇。制動系統(tǒng)響應若本車駕駛員正在制動，駕駛員對預警的反應時間及制動系統(tǒng)響應時間應被設置為0。駕駛員制動操作（3）響應時間010203前車切入當前車切入本車前方且車速高于本車時，為了避免不必要的預警和恐慌，前向碰撞預警系統(tǒng)通常不建議發(fā)出任何預警。減速度閾值如果本車的減速度已達到或超過要求減速度的閾值，意味著車輛已采取足夠制動措施，前向碰撞預警系統(tǒng)不應再發(fā)出預警。曲率半徑在彎曲道路行駛時，若曲率半徑符合特定標準，前向碰撞預警系統(tǒng)不應向非本車車道的車輛發(fā)出預警，以避免誤報和駕駛員混淆。（4）不預警條件工作限制條件若駕駛工況未滿足工作限制條件，如車輛速度、道路類型等，前向碰撞預警系統(tǒng)可能無法準確判斷碰撞風險，因此可以抑制或延遲預警。制動操作若本車駕駛員正在實施制動操作，前向碰撞預警系統(tǒng)應抑制或延遲預警，以避免與制動操作產(chǎn)生沖突或重復警告。碰撞時間在距離碰撞時間超過4.0秒的情況下，表明有足夠的時間和距離避免碰撞，因此前向碰撞預警系統(tǒng)可以抑制或延遲預警。駕駛輔助系統(tǒng)若本車正在換道、高動態(tài)操縱或駕駛員通過加大油門來抑制駕駛輔助系統(tǒng)的制動力，前向碰撞預警系統(tǒng)可能抑制或延遲預警。（4）不預警條件THANKS感謝觀看2.3前向碰撞預警系統(tǒng)的模型CATALOGUE目錄012.3.1馬自達模型022.3.2本田模型032.3.3伯克利模型042.3.4全工況模型052.3.5標準中推薦的預警模型012.3.1馬自達模型防追尾系統(tǒng)設計日本馬自達公司開發(fā)的防追尾碰撞系統(tǒng)，融合了前向碰撞預警與制動緊急制動功能，旨在提升行車安全。馬自達防追尾系統(tǒng)設計01系統(tǒng)工作邏輯在正常跟車時系統(tǒng)不干預，前車減速時向前碰撞預警系統(tǒng)發(fā)信號，距離過近則啟動制動減速，直至兩車停穩(wěn)并保持安全距離。02緊急制動介入若駕駛員未采取制動措施，系統(tǒng)將自動啟動緊急制動裝置，以避免追尾事故，確保行車安全。03模型本質(zhì)馬自達模型實時計算最小安全距離，以此為基礎進行車速預警與控制，確保行車安全，預防追尾事故。04模型減速度本車與前車的減速度也是計算預警距離時的重要參數(shù)；這些減速度反映了車輛的制動性能，對確保行車安全具有重要意義。預警距離公式馬自達模型的預警距離由多個因素決定，包括本車車速、相對車速、本車與前車減速度、駕駛員反應時間、系統(tǒng)延遲時間及剎停距離。預警距離參數(shù)預警距離取決于多種因素，其中本車車速為關鍵因素之一；相對車速反映了本車與前車的速度差異，對預警距離的計算也有重要影響。馬自達模型預警距離駕駛員反應時間和系統(tǒng)延遲時間雖然對預警距離的影響較小，但它們的重要性不容忽視；這段時間內(nèi)車輛繼續(xù)行駛的距離需要計入預警距離。反應時間與延遲剎停距離是制動過程中車輛從一定速度到完全停止所需的距離；這一參數(shù)反映了車輛的制動性能和路面條件，對確保行車安全至關重要。剎停距離考慮馬自達模型預警距離馬自達模型的主要功能環(huán)境感知與監(jiān)測通過環(huán)境感知傳感器（如毫米波雷達），持續(xù)監(jiān)測行車環(huán)境，確保車輛周圍沒有障礙物或其他潛在風險。碰撞可能性判定自動制動與控制系統(tǒng)能夠智能地判定車輛追尾碰撞的可能性，為駕駛員提供及時的警示和建議，以預防事故的發(fā)生。在檢測到潛在碰撞風險時，系統(tǒng)通過自動制動操作機構對車輛進行有效控制，以減輕或避免碰撞的后果。預警距離過大馬自達模型的預警距離是根據(jù)本車車速、相對車速、本車減速度、前車減速度、駕駛員反應時間和系統(tǒng)延遲時間等因素計算得出的。馬自達模型的缺點影響駕駛員試驗證明該系統(tǒng)在保護乘員安全、防止因駕駛員疏忽大意而造成車輛事故方面有明顯效果，但存在頻繁預警的問題。駕駛員麻痹大意模型的缺點是假定前車隨時都會以8m/s2減速度突然制動，導致系統(tǒng)頻繁預警，這反而容易使駕駛員麻痹大意，影響到駕駛員的正常操作。022.3.2本田模型本田模型制動距離本田模型中的制動距離取決于前車車速、本車和前車的減速度、系統(tǒng)延遲時間和制動時間等因素，這些因素共同影響了車輛從接收到預警到完全停止的距離。模型局限性本田模型在準確性方面存在較低的問題，無法實時反映行車路面情況，對駕駛員主觀因素的考慮不足，同時，樣本點的選取對模型的影響較大。兩段式預警本田模型設定了預警距離和制動距離，預警距離的設定以實驗數(shù)據(jù)為基礎，兩段式預警方式旨在減少碰撞的嚴重程度，同時避免影響駕駛員的正常操作。030201032.3.3伯克利模型預警距離設定沿用馬自達模型的安全距離值，假定前車和本車最大減速度相等，即6m/s2，其他參數(shù)定義和取值與馬自達模型相同。制動距離預警在兩車相碰撞前的時刻預警，旨在減輕碰撞對駕駛員的損傷嚴重程度，亦即駕駛員聽到預警時兩車即將發(fā)生碰撞。制動距離表達式綜合了馬自達模型和本田模型的優(yōu)點，建立了一個保守的預警距離和一個冒險的制動距離，減少碰撞后果。預警距離模式預警預先給駕駛員一個危險提示，設定冒險的制動預警可以減少對駕駛員的干擾；不利于系統(tǒng)做出準確的危險判斷。制動預警啟動制動預警啟動時兩車即將相撞，實際上該模型的制動預警只能減輕碰撞后果而不能避免追尾碰撞。伯克利模型0102030405042.3.4全工況模型預警距離計算公式當前車靜止時，預警距離為駕駛員反應時間、制動協(xié)調(diào)時間與制動減速度增長時間之和。反應時間與協(xié)調(diào)時間駕駛員反應時間與制動協(xié)調(diào)時間均為必要考慮因素，其準確性對行車安全至關重要。前車靜止工況預警距離合并處理圖2-5展示了前車勻速運動時的速度-時間圖；同時為了保持謹慎預警車距，將前車加速工況的預警距離合并到前車勻速工況中。預警距離計算公式預警距離為兩車行駛距離之差，具體數(shù)值可通過公式計算得出；當兩車速度相等時，之后就不會發(fā)生碰撞事故。制動距離與行駛距離從開始制動到完全停止，本車行駛的距離與本車行駛的距離分別為一定數(shù)值，具體數(shù)值可通過公式計算得出。勻速或加速工況處理當前車勻速或加速時，本車速度需大于前車速度才可能碰撞；最危險時刻為兩車速度相等時。前車勻速或加速工況兩車間的最危險時刻為本車停止的時刻，此時兩車之間的距離最近，如圖2-6所示。前車先停止，本車后停止兩車間的最危險時刻為兩車停止的時刻，此時兩車同時停止，間距為零，如圖2-7所示。本車和前車同時停止最危險時刻為本車減速至與前車同速時，但為簡化計算，定為前車停止時，如圖2-8。本車先停止，前車后停止前車減速工況010203前車減速工況制動減速度取值汽車制動減速度受輪胎、裝載和路面影響；在行車中，前后車減速度按最大制動減速度選取，相同路面取相同值。路面最大制動減速度駕駛員反應時間在干燥瀝青/水泥路面取6.0m/s2；在潮濕瀝青/水泥路面取5.0m/s2；在冰雪路面取3.0m/s2。駕駛員反應時間對系統(tǒng)模型非常重要；過長則預警距離計算值偏大，造成虛預警；過短則系統(tǒng)安全保障能力下降。停車后安全距離為了保證絕對安全，本車從采取制動至完全停車后，兩車之間應保持一定的距離；該值選取越大，系統(tǒng)的虛報率越高。駕駛員反應時間范圍駕駛員反應時間受多種因素影響，較不確定；大量實驗資料表明，駕駛員反應時間一般為0.6~1.0s。制動協(xié)調(diào)時間與增長時間制動協(xié)調(diào)時間與制動方式有關，液壓制動取0.1s；制動減速度增長時間通常取0.2s。前車減速工況052.3.5標準中推薦的預警模型最短預警距離實例假設駕駛員對預警的反應時間為0.8s，本車的減速度為6.67m/s2，則最短預警距離為X，具體數(shù)值可通過公式計算得出。預警模型推薦GB/T33577-2017標準強烈推薦了前向碰撞預警模型，該模型基于車速計算預警距離，并對比實際距離，以確保行車安全。預警距離計算原理預警模型通過計算前車和本車的車速，得出預警距離，并與實際距離對比，若預警距離超過實際距離，則觸發(fā)預警。不同車速下預警距離當前車與本車車速相等、前車靜止或前車減速行駛時，預警模型可分別根據(jù)相對速度和減速度計算得出預警距離。標準中推薦的預警模型THANKS感謝觀看2.4前向碰撞預警系統(tǒng)的檢測區(qū)域與測試目錄CATALOGUE012.4.1前向碰撞預警系統(tǒng)的檢測區(qū)域022.4.2前向碰撞預警系統(tǒng)的測試012.4.1前向碰撞預警系統(tǒng)的檢測區(qū)域最小檢測區(qū)域示意圖展示了前向碰撞預警系統(tǒng)在不同情況下的最小可檢測距離，包括不具備距離測量能力、具備距離測量能力時對切入車輛（具有20%橫向偏移量的前車）的檢測距離。檢測距離與能力參數(shù)還包括最大可檢測距離、最高和最低可檢測離地高度以及車道寬度和本車寬度，這些參數(shù)共同決定了前向碰撞預警系統(tǒng)的檢測范圍和能力。檢測區(qū)域的其它參數(shù)最小檢測區(qū)域檢測距離要求與參數(shù)檢測距離要求表列出了系統(tǒng)工作時的最大相對車速、最低車速、預警后駕駛員的最長和最短制動反應時間以及本車滿載制動時的最小減速度等設計參數(shù)。參數(shù)設計確保安全設計參數(shù)由車輛制造商根據(jù)車輛特性和安全需求進行設定，以確保在前向碰撞預警系統(tǒng)觸發(fā)時，車輛能夠安全地停止或避免碰撞。檢測距離檢測寬度和高度具體數(shù)值與分析表2-4中具體列出了檢測的寬度和高度數(shù)值，這些數(shù)值是基于道路寬度、車輛尺寸及傳感器布置等因素綜合確定的。檢測寬度與高度檢測寬度和高度要求表明確了前向碰撞預警系統(tǒng)在檢測過程中的寬度和高度要求，確保系統(tǒng)能夠準確地覆蓋前方道路區(qū)域。檢測范圍與彎道半徑水平彎道上的檢測范圍根據(jù)彎道半徑而定，能夠進行彎道障礙物識別的前向碰撞預警系統(tǒng)在彎道上的檢測范圍。曲率半徑與檢測范圍道路的曲率半徑、障礙物距離、車道寬度和最大檢測角度共同影響了前向碰撞預警系統(tǒng)在彎道上的檢測范圍。水平彎道上的檢測范圍022.4.2前向碰撞預警系統(tǒng)的測試測試環(huán)境路面要求測試需在干燥且平坦的瀝青路面或水泥混凝土路面上進行，確保路面狀況良好，減少外界干擾。溫度范圍溫度要求在-20℃到40℃之間，確保在各種氣溫條件下，系統(tǒng)都能保持良好的工作狀態(tài)。能見度測試時的水平能見度應大于1km，確保視線清晰，提高測試的準確性和安全性。日光條件測試可在日光條件下進行，利用自然光作為照明，減少人工照明對測試結果的影響。系統(tǒng)應檢測位于和間任意位置的測試目標，和間不需要進行距離測量；系統(tǒng)應檢測位于和間任意位置的測試目標，和間需要進行距離測量。檢測區(qū)域測試要求系統(tǒng)檢測位于和處的兩個測試目標，測試過程依次進行，確保每個目標都被準確識別，提高測試的全面性和可靠性。檢測區(qū)域測試過程檢測區(qū)域的測試預警距離范圍測試目標車輛與本車在同一直線車道上行駛，目標車輛車速控制為（8±1）m/s，本車車速控制為（20±2）m/s。發(fā)出預警時的車距應大于等于計算得到的最短預警距離。預警距離精度測試預警距離的測試預警距離精度測試需在車輛行駛中進行，目標車輛在檢測區(qū)域內(nèi)，本車以20m/s速度朝目標車行駛，測量車間距離為時刻和預警時刻，用計算結果與設定值比較。0102縱向目標辨識能力測試涵蓋了單目標（靜止、減速行駛、恒速行駛前車）和多目標工況，確保系統(tǒng)在不同前車狀態(tài)下能及時發(fā)出預警。側(cè)向目標辨識能力測試分為直道和彎道測試，驗證系統(tǒng)在復雜交通環(huán)境中的側(cè)向目標識別能力，確保駕駛安全。目標辨識能力的測試THANKS感謝觀看2.5前向碰撞預警系統(tǒng)的仿真實例01例2-1基于毫米波雷達的前向碰撞預警系統(tǒng)仿真設置在MATLAB中，我們設定了本車與目標車輛的初始距離、本車的初始速度、制動加速度以及最終停止時的距離等參數(shù)。雷達參數(shù)配置毫米波雷達的安裝位置、高度、視野范圍、最大測量距離、距離分辨率等參數(shù)均進行了詳細的配置。仿真場景構建我們利用MATLAB的仿真功能，構建了一個模擬的駕駛場景，其中包括了本車和目標車輛的三維模型。碰撞預警算法實現(xiàn)通過編寫MATLAB程序，我們實現(xiàn)了基于毫米波雷達的前向碰撞預警算法，該算法能夠?qū)崟r檢測前方車輛的存在。仿真結果分析通過運行仿真程序，我們得到了本車與目標車輛之間的距離隨時間變化的關系曲線以及本車的制動過程等結果。仿真條件0102030405配置毫米波雷達我們對毫