雷鋒網(wǎng)按：本文作者程建偉，武漢極目智能技術(shù)有限公司CEO；入選武漢市“光谷3551人才計(jì)劃“； 2011年起從事視覺(jué)ADAS開發(fā)。雷鋒網(wǎng)獨(dú)家發(fā)布，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系授權(quán)。

前幾天，群里大家都在轉(zhuǎn)發(fā)討論特斯拉準(zhǔn)確預(yù)測(cè)到一起碰撞事故的視頻，就是下面這個(gè)：

這個(gè)視頻的大致意思是：在車內(nèi)乘客還未意識(shí)到車禍發(fā)生之前，特斯拉就已經(jīng)發(fā)出聲音提醒，預(yù)警幾秒后前面兩車就撞上了。

普通駕駛?cè)撕统丝涂吹揭曨l會(huì)驚嘆它預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確，并不關(guān)心技術(shù)上如何實(shí)現(xiàn)：雞蛋好吃就行了，何必非要見到下蛋的雞？可行業(yè)人士可能就想問(wèn)了：視頻里的特斯拉為什么會(huì)預(yù)警？

其實(shí)仔細(xì)看視頻就會(huì)發(fā)現(xiàn)，紅色轎車在變道前有一個(gè)減速，所以普遍分析認(rèn)為特斯拉發(fā)出的預(yù)警可能只是“前車碰撞預(yù)警（Forward Collision Warning）”。不過(guò)，現(xiàn)在也有一些車輛有一種叫做PFCW預(yù)測(cè)性前方碰撞預(yù)警的功能，它能夠檢測(cè)到前方兩輛車的狀態(tài)，特斯拉的預(yù)警到底出于什么機(jī)制從視頻中比較難判斷。

在這里，我們主要是想從幾個(gè)基本概念著手，讓大家了解下那些關(guān)于前車檢測(cè)和預(yù)警的相關(guān)技術(shù)。

先一起來(lái)想象一下這個(gè)駕駛場(chǎng)景：

你開車走在一條車流較大的高速上，車速限制為100KM/H。

雖然路上車多，但似乎旁邊每輛車都跑到了100左右。

你很清楚你可能沒(méi)有跟前方的轎車保持安全車距，

但你的SUV剎車是新的，

你也相信如果前車減速，它會(huì)留出足夠的時(shí)間和距離讓你和其他人減速。

但是你沒(méi)想到的是，

你前方的轎車突然急剎車了，

因?yàn)樗赃叺呢涇囃蝗蛔兊啦逶谇懊妫?/p>

于是它急剎了，

而你剎車稍微遲疑了0.5秒，

于是你的SUV就追尾了前面的轎車和更前面的貨車。

其實(shí)，追尾事故在路上隨處可見。而前車碰撞預(yù)警 (Forward Collision Warning)技術(shù)的主要目的就是在有潛在碰撞危險(xiǎn)時(shí)進(jìn)行提醒，防止或減少追尾事故。

什么是前車碰撞預(yù)警？

前車碰撞預(yù)警 (Forward Collision Warning)是一項(xiàng)主動(dòng)安全技術(shù)，在檢測(cè)到本車跟前車有潛在碰撞危險(xiǎn)時(shí)，進(jìn)行提醒，防止或減輕追尾事故帶來(lái)的傷害。一般預(yù)警的方式有聲音、視覺(jué)或者觸覺(jué)等。

有一些前車碰撞預(yù)警系統(tǒng)也提供不同程度的制動(dòng)功能。如果系統(tǒng)檢測(cè)到預(yù)警后駕駛員并未采取措施，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行不同程度的制動(dòng)以阻止或減輕碰撞。

前面提到的“預(yù)測(cè)性前車碰撞預(yù)警PFCW”也屬于前車碰撞預(yù)警的范疇。PFCW的特點(diǎn)是能夠檢測(cè)到前面兩輛車，能夠很好地預(yù)防前車急剎帶來(lái)的追尾。

前車碰撞預(yù)警在什么場(chǎng)景下有用？

一般來(lái)說(shuō)，以下幾種場(chǎng)景容易導(dǎo)致追尾事故：

• 十字路口，綠燈，你前面車輛都突然減速，因?yàn)榍胺接姓系K物，而你的車速很快。

• 行車時(shí)未注意保持安全車距，你的車距離前車過(guò)近。

• 你前方的車輛突然減速轉(zhuǎn)彎，而且未打轉(zhuǎn)向燈。

• 你前方的車輛突然減速給行人讓路，但你并沒(méi)有注意到它的剎車。

前車碰撞預(yù)警如何工作？

前車碰撞預(yù)警主要利用雷達(dá)、圖像等傳感器來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。一般對(duì)本車行駛軌跡內(nèi)的最近障礙車輛進(jìn)行預(yù)警，并且不受在非本車行駛軌跡內(nèi)的前方更近障礙物等的影響；在正確識(shí)別有效目標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合本車當(dāng)前行駛狀況與有效目標(biāo)運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行決策分析；最終以適時(shí)適當(dāng)?shù)姆绞教嵝疡{駛員采取規(guī)避措施。

FCW系統(tǒng)的如上功能可以通過(guò)三大模塊加以實(shí)現(xiàn)：信息感知、決策算法、預(yù)警信息發(fā)布。

FCW系統(tǒng)三大模塊功能示意圖

另外，我們整理了一下前車碰撞預(yù)警技術(shù)的發(fā)展歷程，如下：

• 在1990年，Burgett等根據(jù)當(dāng)前行駛狀態(tài)將碰撞情形分成三個(gè)區(qū)域，并給出相應(yīng)的邊界條件和預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。
  

• Kiefer等通過(guò)分析認(rèn)為因素，研究防碰撞所需的報(bào)警時(shí)刻，開發(fā)出啟程防碰撞預(yù)警系統(tǒng)。

• Brunson等重新修正了由Burgett等人在NHTSA提出的模型，該策略用當(dāng)前車輛狀態(tài)和駕駛員反應(yīng)時(shí)間估計(jì)值來(lái)預(yù)測(cè)期望距離，當(dāng)期望距離小于距離閾值時(shí)，發(fā)出警告。

• Zhang等對(duì)Brunson和NHTSA算法作出新的解釋，不再計(jì)算期望距離。通過(guò)車間距計(jì)算反應(yīng)時(shí)間和制動(dòng)操作最遲時(shí)間，該方法能更好的提現(xiàn)人的車輛安全行駛狀態(tài)判斷行為。

• Gibson和Lee利用人對(duì)碰撞發(fā)生時(shí)間的預(yù)測(cè)和判斷，而不是基于距離和撞上前車的時(shí)間，制定出汽車防碰撞預(yù)警策略。

• Minderhoug和Bovy:基于前述的人的危險(xiǎn)認(rèn)知行為，提出了碰撞發(fā)生時(shí)間（Time to Collision,TTC）的概念。

所以，目前美國(guó)國(guó)家高速交通安全管理局NHTSA對(duì)FCW的測(cè)試主要是基于“TTC碰撞時(shí)間”（兩車車距/相對(duì)車速）：

FCW system performance was quantified by specifying the average time-to-collision (TTC) between the subject vehicle (SV) and principle other vehicle (POV) at the time of the SV’s FCW alert.

前車碰撞預(yù)警真的有效嗎？

前車碰撞預(yù)警功能的效果其實(shí)很難評(píng)估，一方面是由于FCW是一項(xiàng)相對(duì)較新的安全技術(shù)，另一方面不同的系統(tǒng)工作方式不同，所以關(guān)于某個(gè)FCW系統(tǒng)避免或減輕了多少碰撞事故的信息有限。

評(píng)估一項(xiàng)新技術(shù)可能的有效性的方法之一，就是計(jì)算跟這項(xiàng)技術(shù)有關(guān)的碰撞事故。

根據(jù)美國(guó)的IIHS機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，F(xiàn)CW功能能夠減少76%未剎車角碰撞（angle crash without braking）事故, 69%未剎車追尾碰撞（front-to-rear crash without braking）以及23%未剎車單人駕駛碰撞事故（single-driver crash without braking），也就是在美國(guó)每年可以減少2,012,000起碰撞事故，其中182,000起造成非致命傷害，6,310出現(xiàn)致命傷害。

IIHS研究也表明，前車碰撞預(yù)警能夠減少追尾碰撞造成的財(cái)產(chǎn)損失索賠和傷害索賠；相對(duì)于一般FCW, 帶自動(dòng)制動(dòng)功能的FCW能減少14%財(cái)產(chǎn)損失索賠（IIHS 2012）。

FCW功能有什么局限性？

FCW功能的具體表現(xiàn)跟它本身的技術(shù)實(shí)現(xiàn)有很大關(guān)系，所以差別很大。除了檢測(cè)方式（圖像、雷達(dá)、激光等）、預(yù)警方式（聲音、視覺(jué)、觸覺(jué)等），其他不同之處還包括：

• 檢測(cè)能力：針對(duì)前方車輛的檢測(cè)，最好能跟實(shí)現(xiàn)對(duì)不同車型的檢測(cè)；

• 運(yùn)行車速：目前很多系統(tǒng)設(shè)置FCW在車速低于40Km/h時(shí)是不運(yùn)行的；也有一些相反的，只在車速低于30Km/h時(shí)運(yùn)行，適用于車流大的城市道路；
  

• 惡劣天氣：基于視覺(jué)的FCW受天氣影響較大，比如暴雨、大霧、強(qiáng)光等可能會(huì)造成誤報(bào)；

• 道路狀況：非正常道路可能會(huì)影響FCW的運(yùn)行，比如在急彎或爬陡坡時(shí)

另外，人的因素也會(huì)有影響。駕駛者的反應(yīng)時(shí)間、疲勞/酒精或注意力不集中等都會(huì)影響FCW的效果。

最后再談?wù)勄败嚈z測(cè)相關(guān)的另一種預(yù)警技術(shù)“車距檢測(cè)預(yù)警 Headway Monitoring Warning”以及它與FCW的區(qū)別。

“車距檢測(cè)預(yù)警”技術(shù)同樣是檢測(cè)本車與前車的車距(HEADWAY)，在車距過(guò)近的情況下向駕駛員發(fā)出警報(bào)。因?yàn)檐嚲郒eadway一般會(huì)換算成時(shí)間顯示出來(lái)，所以容易與FCW的碰撞時(shí)間混淆，但是HMW的車距時(shí)間和FCW的碰撞時(shí)間（TTC）計(jì)算方式是不同的：

• Headway車距時(shí)間  =  兩車車距 /  本車的車速

• FCW的碰撞時(shí)間（TTC）= 兩車車距 / 兩車的相對(duì)車速

比如，當(dāng)前后兩車的距離為20米，前車的車速為60Km/h，后車的車速為80Km/h, 那么HMW顯示的時(shí)間就是1.2秒，而FCW顯示的TTC碰撞時(shí)間就是3.6秒。如果前后車的車速都為60Km/h，那么HMW顯示的時(shí)間同樣是1.2秒，而FCW不會(huì)報(bào)警，因?yàn)閮绍囯m然距離很近，但是速度相同，并不會(huì)追尾。所以，在前后車都處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)CW的TTC碰撞時(shí)間一般要長(zhǎng)于Headway車距時(shí)間。

在實(shí)際場(chǎng)景中，HMW主要在車距近的情況下報(bào)警，可以幫助駕駛員養(yǎng)成開車保持車距的規(guī)范駕駛習(xí)慣，我們將其定義為 “危險(xiǎn)不緊急 ”型功能；而FCW主要針對(duì)前后兩車距離較近且存在較大速度差的緊急情況，比如前車急剎，屬于 “危險(xiǎn)且緊急” 型功能。

關(guān)于前車碰撞預(yù)警及相關(guān)技術(shù)就先聊到這里，歡迎大家留言交流。

本文參考資料:

NHTSA: A FORWARD COLLISION WARNING (FCW) PERFORMANCE EVALUATION 

(Paper No. 09-0561)

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