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人才計劃“； 2011年起從事視覺ADAS開發(fā)。雷鋒網(wǎng)獨家發(fā)布，轉(zhuǎn)載請聯(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)測到一起碰撞事故的視頻，就是下面這個：

這個視頻的大致意思是：在車內(nèi)乘客還未意識到車禍發(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會驚嘆它預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確，并不關(guān)心技術(shù)上如何實現(xiàn)：雞蛋好吃就行了，何必非要見到下蛋的雞？可行業(yè)人士可能就想問了：視頻里的特斯拉為什么會預(yù)警？

其實仔細(xì)看視頻就會發(fā)現(xiàn)，紅色轎車在變道前有一個減速，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，現(xiàn)在也有一些車輛有一種叫做PFCW預(yù)測性前方碰撞預(yù)警的功能，它能夠檢測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基本概念著手，讓大家了解下那些關(guān)于前車檢測和預(yù)警的相關(guān)技術(shù)。

先一起來想象一下這個駕駛場景：

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，它會留出足夠的時間和距離讓你和其他人減速。

但是你沒想到的是，

你前方的轎車突然急剎車了，

因為它旁邊的貨車突然變道插在前面，

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，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時進(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)是一項主動安全技術(shù)，在檢測到本車跟前車有潛在碰撞危險時，進(jìn)行提醒，防止或減輕追尾事故帶來的傷害。一般預(yù)警的方式有聲音、視覺或者觸覺等。

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

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

前車碰撞預(yù)警在什么場景下有用？

一般來說，以下幾種場景容易導(dǎo)致追尾事故：

• 十字路口，綠燈，你前面車輛都突然減速，因為前方有障礙物，而你的車速很快。

• 行車時未注意保持安全車距，你的車距離前車過近。

• 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)、圖像等傳感器來進(jìn)行監(jiān)測。一般對本車行駛軌跡內(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)運動情況進(jìn)行決策分析；最終以適時適當(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三大模塊加以實現(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等通過分析認(rèn)為因素，研究防碰撞所需的報警時刻，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)時間估計值來預(yù)測期望距離，當(dāng)期望距離小于距離閾值時，發(fā)出警告。

• Zhang等對Brunson和NHTSA算法作出新的解釋，不再計算期望距離。通過車間距計算反應(yīng)時間和制動操作最遲時間，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利用人對碰撞發(fā)生時間的預(yù)測和判斷，而不是基于距離和撞上前車的時間，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認(rèn)知行為，提出了碰撞發(fā)生時間（Time to Collision,TTC）的概念。

所以，目前美國國家高速交通安全管理局NHTSA對FCW的測試主要是基于“TTC碰撞時間”（兩車車距/相對車速）：

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

評估一項新技術(shù)可能的有效性的方法之一，就是計算跟這項技術(shù)有關(guān)的碰撞事故。

根據(jù)美國的IIHS機(jī)構(gòu)預(yù)測，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產(chǎn)損失索賠和傷害索賠；相對于一般FCW, 帶自動制動功能的FCW能減少14%財產(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)實現(xiàn)有很大關(guān)系，所以差別很大。除了檢測方式（圖像、雷達(dá)、激光等）、預(yù)警方式（聲音、視覺、觸覺等），其他不同之處還包括：

• 檢測能力：針對前方車輛的檢測，最好能跟實現(xiàn)對不同車型的檢測；

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

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

• 道路狀況：非正常道路可能會影響FCW的運行，比如在急彎或爬陡坡時

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

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

“車距檢測預(yù)警”技術(shù)同樣是檢測本車與前車的車距(HEADWAY)，在車距過近的情況下向駕駛員發(fā)出警報。因為車距Headway一般會換算成時間顯示出來，所以容易與FCW的碰撞時間混淆，但是HMW的車距時間和FCW的碰撞時間（TTC）計算方式是不同的：

• Headway車距時間  =  兩車車距 /  本車的車速

• FCW的碰撞時間（TTC）= 兩車車距 / 兩車的相對車速

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顯示的時間就是1.2秒，而FCW顯示的TTC碰撞時間就是3.6秒。如果前后車的車速都為60Km/h，那么HMW顯示的時間同樣是1.2秒，而FCW不會報警，因為兩車雖然距離很近，但是速度相同，并不會追尾。所以，在前后車都處于運動狀態(tài)時，F(xiàn)CW的TTC碰撞時間一般要長于Headway車距時間。

在實際場景中，HMW主要在車距近的情況下報警，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 “危險不緊急 ”型功能；而FCW主要針對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)

雷峰網(wǎng)特約稿件，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。詳情見轉(zhuǎn)載須知。