自动转向系统导向的车道变换中乘员行为分析

2013第十六届中国汽车安全技术国际研讨会-78-自动转向系统导向的车道变换中乘员行为分析刘智1,朱航彬1,SalvatoreBattaglia2，KajetanKietlinski2，MichielUnger2，RobinvanderMade3，RoyBours3,黄汉知31.天欧汽车工程软件（上海）有限公司，上海，200120，[e-mail]，Wiesbaden，Germany，65205，[e-mail]，Rijswijk，theNetherlands，5708AT，[e-mail]摘要：汽车主动安全系统可以通过自动干预控制车辆的运动状态，从而避免或者减轻碰撞，这些自动干预措施包括：刹车、转向或两者兼而有之。但是自动控制车辆的运动必将影响乘员在车内的状态，从而影响驾驶员对车辆的操控能力，甚至使得乘员在可能的碰撞前期处于较危险位置。这些顾虑使得主动安全和被动安全系统的一体化开发成为必要。本文从汽车安全一体化的角度出发，提出了一种新的仿真方法，结合运用了ADAS系统新兴的仿真技术（PreScan软件）和低加速度状态下真人模拟仿真技术（Madymo软件），以最大程度的开发优化车辆主动安全和被动安全系统。仿真结果显示了由于自动转向而导致的乘员的离位程度。本文论述的方法及乘员在低加速状态下行为分析的研究，充分展示了汽车一体化安全系统的重要性，使得测试类似现实生活的、高复杂度的场景成为可能，从而达到更好的保护乘员安全的目的。关键词：主动安全；被动安全；乘员行为；主动式人体模型，汽车一体化安全OCCUPANTBEHAVIORDURINGAONE-LANECHANGEMANEUVERRESULTINGFROMAUTONOMOUSEMERGENCYSTEERINGLiuZhi1,ZhuHangbin1,SalvatoreBattaglia2,KajetanKietlinski2,MichielUnger2,RobinvanderMade3,RoyBours3,HuangHanzhi31.TASSInternational,Shanghai,China,200120,[e-mail],Wiesbaden,Germany,65205,[e-mail],Rijswijk,TheNetherlands,5708AT,[e-mail]:Thesafetyofvehicleoccupantshasevolvedrecentlyduetothemarketimplementationsofnewsensingtechnologiesthatenablespredictingandidentifyinghazardousroadtrafficsituationsandthusactivelypreventormitigatecollisions.Theobviousbenefitsoftheactivesafetysystemshasalsobeenrecognizedandacknowledgedbytheregulatoryandconsumerbodiesresponsiblefortransportation,andasaresult,thenewstandards,regulationsandpublicrewardsarebeingintroduced.Theactivesafetysystemscanpreventormitigatecollisionsbycontrollingthemotionofthevehiclesthroughautonomousactuationofeither:braking,steeringorbothsimultaneously.Theautonomouscontrolofthevehicleinevitablyaffectsthemotionofthetravellingoccupantswithrespecttothevehicleinterior.Dependingontheseverityofthemaneuver,theoccupantmotionmayleadtonon-optimalposturesforthein-crashphaseifthecollisionisunavoidableormayimpairthecapabilityofadrivertoresumethecontrolofacaraftertheautonomousevasivemaneuver.Theseconsiderationscreatethedirectneedfordevelopingtheactivesystemstogetherwithpassivesystemswiththeultimateobjectivetobestprotecttheoccupants.Thispaperpresentsasimulationmethodologyfordeveloping2013第十六届中国汽车安全技术国际研讨会-79-newautomotivesafetysystemsinanintegrativemannerthatensuresoptimalexploitationofbenefitsofactiveandpassivesystems.Italsopresentsthesimulationresultsofthestudyintotheoccupantbehaviorduringtheemergencyevasivemaneuver.TheinvestigationwasperformedusingthecombinationofnewlyavailablesimulationtechniquesformodelingtheAdvancedDriverAssistanceSystems(PreScansoftware)andformodelingtherealhumanbehaviorunderlow-gconditions(MADYMOsoftware).Theresultsobtainedshowedtheseverityoftheout-of-positionoccupantposturescreatedbytheautonomousevasivesystem.Itwasalsoobservedthatthelateralacceleration,beingtheeffectofthemaneuver,maycausethedrivertoimpacttheb-pillar,andthuspotentiallyimpairthefurtherdrivingcapabilities.Thestudywasperformedbasedonthenumericalsimulationsandsomeofthemodelcomponentswerenotfullyvalidated.Furtherinvestigationswillfollowandwillbefocusedonadditionalvalidationofthemethodanditscomponentsandfinallyonquantitativeassessmentoftherevealedproblems.Thepresentedmethodologyanditsapplicationforinvestigatingtheoccupantbehaviorunderlow-gloadingshowtherelevanceofdevelopingthenewsafetysystemsinanintegrativemanner.Thesimulationmethodsandtechniqueswillplaysignificantroleintheintegratedsafetysystemsdevelopmentprocesses,allowingtestingtheconditionsofhighcomplexityinordertorepresentthereallifescenariosandthusensuringbetteroccupantprotection.Keywords:Activesafety;Passivesafety;Occupantbehavior;ActiveHumanModel;Integratedsafety.1.引言近年来，高级驾驶辅助系统（ADAS）的引进，给减少甚至避免交通事故带来了新的契机。各种ADAS系统，如自动紧急刹车系统（AEBS）、车道保持辅助系统（LKA）、变道辅助系统（LCA），在各种复杂的交通环境中，通过控制车辆纵向（刹车）和横向（转向）的运动辅助驾驶员驾驶。尽管这些系统还未发展成熟，但是已经证明了它们在汽车安全方面显著的作用，并且已经被相关立法机构和消费者组织认可。欧盟委员会正在推进关于AEB和车道偏离预警（LDW）在商用车上配备的相关立法[1]。目前，有关AEB和LDW的详细测试规范正在制定中，测试将分为城市环境和郊区环境，EuroNCAP将在2014年加入AEB和LDW的测试评价。欧盟委员会也发起了诸如PreVENT[2]，eValue[3]，ASSESS[4]等项目，致力于建立测试项目的评价标准。以上正在进行和即将进行的测试标准研究项目将带领驾驶辅助系统的发展进入一个新的阶段。但是，AEB系统有其自身的局限性，在某些紧急情况下，如城市交通状况下行人的突然闯入，高速行驶下前方车辆的突然变道或者停止，刹车并不能有效避免碰撞。此时，转向成为了避免碰撞的另一选择[5]，系统可以根据识别的周围状况，来判断刹车、转向或两者同时作用，以最有效的避免碰撞。目前，一些技术性的研究项目已经展现了转向辅助系统在规避碰撞方面的潜力[6][7][8]。本文论及的自动转向系统需要对周围的驾驶环境及路况有深入的了解。系统需要对感兴趣区域（ROI）内检测出的道路参与者进行分类，预测包括本车在内的所有参与者的行为，然后分析所有可能出现的紧急状况。根据检测出的道路状况，判别控制器需要监控的数据，以便采取相应的措施。如研究[5]中提到的，一旦检测到潜在的碰撞危险，系统就开始跟踪计算剩余反应时间（TTR）来判断状况的紧急程度。TTR是驾驶员在最大减速或者最紧急转向下能够避免碰撞的时间。因此，有两个时间需要计算：最大加速下的时间TTB和最急转向下的时间TTS。控制器会分别计算这两个时间，并决定采取哪一种方式避免碰撞。尽管这样的系统有很大的市场潜力，并且相关的研究也证明了其可行性和有效性，但是由于2013第十六届中国汽车安全技术国际研讨会-80-潜在的产品可靠性问题，和缺乏用户可接受的试验数据结果，自动转向干涉系统没有走到产品阶段。可以理解，在自动紧急转向之后，驾驶员希望仍然能保有对车辆的控制权。这就要求，在系统将车辆的控制交回给驾驶员之前，车辆的横摆角和横摆角速度已经减小到零，并且在急转向情况下不会由于驾驶员和乘员舱内部发生碰撞而造成额外损伤。本文主要研究后者对系统的影响，并且通过仿真技术定量分析其严重性，同时研究在系统失效和连续碰撞情况下，乘员的离位程度。2.仿真方法研究表明，如AEB、自动转向系统等自动系统可能会使乘员在碰撞中处于非最佳位置，从而影响系统性能的发挥[9]。所以，主动安全系统的开发不能完全独立于被动安全，还应充分考虑乘员约束系统