AEB，即自动紧急制动系统（Autonomous Emergency Brake），是一种由控制模块（ECU）、传感器模块、制动模块和车辆人机交互模块共同构成的汽车主动安全技术。其通过雷达或/和摄像头等目标检测手段实时监测车辆前方机动车、电动车、有人骑行的自行车及行人情况，判断出现潜在风险时系统将自动采取预警与制动措施，为安全出行保驾护航。
驾驶安全性一直是汽车研发领域的重中之重，也驱动着各项技术的不断革新与进步。在汽车被动安全技术日趋完善的当下，以AEB为代表的主动安全技术正在成为研发投入的重心。近年来，AEB在新车中的配置率不断提升，有关研究报告标明，该项技术在现实世界中能减少38%的追尾碰撞。
而对于自动驾驶而言，AEB技术能够带来怎样的安全性提升？本文将对AEB的技术原理进行详尽的解读。
01 AEB：预警制动筑起安全防线
任何重要技术的诞生背后一定有非凡的需求进行驱动，对于AEB而言，追尾事故报告就是它的出生报告。
图源：行业资料
尾事故的统计数据表明，在现实世界中，31%的驾驶员在发生物理碰撞之前无任何刹车动作；49%的驾驶员尽管进行了刹车，但刹车力不足，没能避免追尾；最后20%的驾驶员实施了全力刹车，但为时已晚。
图源：行业资料
因此对应的，对于进行了全力刹车但刹车太晚的驾驶员，AEB系统提供了FCW前碰撞预警功能以提醒驾驶员及早进行刹车；对于踩了部分刹车的驾驶员，AEB系统提供了EBA紧急刹车辅助功能，帮助驾驶员放大其所施加的刹车力，保证有效刹车；而最后，对于根本没有刹车的驾驶员，AEB系统将提供最后的保护屏障，代替驾驶员进行刹车。
图源：行业资料
实际上，AEB功能在危险发生前期还提供了Pre-fill预填充功能，即其预先要求ESC建压，缩小刹车盘与刹车片之间的距离，使得在危险发生时，刹车力能够更加快速有效的施加在车轮上。另外，除了通过声音报警以及显示在仪表盘上的报警信息外，还可以通过座椅震动、安全带收紧，或通过无需额外成本的点刹进行驾驶员提醒。
图源：行业资料
类似空战中空空/地空导弹的“不可逃逸区”，追尾事故也存在类似的“碰撞不可避免区”。根据统计，大约在进入此区域前0.9-1.5s内，可进行“点刹”提醒，而在进入此区域前1.5-2.5s内，可进行前碰撞的声光报警。
AEB技术从研发初期就以避免/减缓前方碰撞风险为目的，因此其他名称例如CAS（Collision Avoidance System）, Pre-crash System, Forward Collision Warning System, Collision Mitigation System亦或Collision Mitigation by Braking等也都突出了“前方”与“刹车”这两个关键字眼。简而言之，AEB系统就是一种车辆自主进行报警/刹车以避免碰撞的功能系统。
国际上，E-NCAP和A-NCAP已于2015年5月共同在《Accident Analysis & Prevention》期刊发表了“现实世界追尾碰撞中AEB的有效性”的研究报告，明确指出“在城市道路（限速60km/h）或郊区道路行驶的情况下，AEB技术能在现实世界中减少38%的追尾碰撞。”在中国，基于中国交通事故深入研究的CIDAS报告中，针对2016年中国道路车辆追尾事故这一项的调查数据显示：若车辆都配备AEB功能，30%以上的事故都可以被避免。
对AEB系统功能进行最简要的归纳，就是通过监控本车车速，前方车辆车速以及两车之间的距离，在两车过于接近时提供报警/制动以避免碰撞。该套系统囊括了毫米波雷达（提供全天候能力）、激光雷达（距离的精确测量）以及摄像头（进行图像识别）等多种形式技术及传感器。
02 AEB的前世今生
最早的“早期预警系统”，出现在上世纪五十年代的凯迪拉克车型上。凯迪拉克开发了一款搭载当时最先进雷达系统的原型车，命名为“Cadillac Cyclone”，但由于其成本过高而夭折。1990年，美国人William L Kelly提交了第一个现代前碰撞避免系统的专利。1995年，第二个现代前碰撞避免系统在德科电子（Delco Electronics，后被德尔福收购部分并入德尔福）的资助下，由休斯研究实验室（Hughes Research Laboratories， HRL）展示给大众，这套技术被命名为Forewarn，是一套基于77GHz雷达的系统。
2008年，AEB系统正式引入英国市场。2012年，欧盟正式通过EU-NCAP规范，规定2014年起新车的AEB系统将被纳入评分体系，而没有装配AEB系统的车型将很难获得5星评级。从2015年11月1日起，欧洲新生产的重型商用车也被要求强制安装AEB系统。
与此同时，美国公路安全保险协会（IIHS）的碰撞测试也于2015年引入了预碰撞系统的评价体系，并明确规定如车辆不具备碰撞预警功能或自动制动功能，将不能获得最高评级“Top Safety Pick+”的评价。从此时起，EU-NCAP成为了AEB功能发展的重要推手。
在中国，交通部于2020年发布《营运车辆自动紧急制动系统性能要求和测试规程》，要求商用车自2021年开始强制安装AEB系统；另一方面，乘用车AEB安装规范还迟迟没有落地。在此之前，C-NCAP、iVista等国内测评规范对于AEB都有了明确的要求和评估机制。
03 AEB系统构成
整体上，AEB系统由四部分组成：感知系统，判断决策系统，刹车系统及人机交互系统。
图源：行业资料
感知系统负责对车辆周边环境进行探测感知，获取周围有效目标的类型属性及运动属性，一般由摄像头，毫米波雷达和/或激光雷达构成。
如前文所述，单毫米波雷达的AEB系统出现较早，主要由德尔福、博世及大陆所垄断，其所存在的问题是对静态及行人目标的识别不甚准确，容易漏报。另一方面，其对金属物品过于敏感，地面上的金属井盖、桥面的金属接缝处、隧道内部的排风扇等都可能成为其误识别的目标。
单摄像头系统AEB目前由以色列Mobileye一枝独秀，凭借优异的识别效果和“宁可不刹不可乱刹”的基本策略赢得广泛好评。
为了综合两者优势，摄像头与毫米波雷达融合系统成为了当下的市场主流，既解决了很多误触发的问题，也进一步拓展了系统的全天候能力。而激光雷达受限于其成本，目前仅在新型自动驾驶车辆上出现。（注意：此处的激光雷达为产生激光点云的雷达，而非过往单laser-diode的老式激光发射器。）
判断决策系统负责根据感知系统提供的潜在目标，结合本车运动属性进行分析判断，挑选出最具有威胁度的目标。此系统需要根据自身的运动状态，同时判断出自车与潜在目标的行进轨迹，并进一步判断是否两者之间存在合理的TTC（Time To Collision）。但仅有TTC是不足够的，该系统还需要判断两者在此TTC时间上是否存在空间重叠（即碰撞）的可能性。
刹车系统负责对接收到的减速度命令进行实际实施，并且也负责对部分功能安全需求进行实施。而人机交互系统不仅提供了AEB功能及其可调节项的调节界面，也是进行AEB相关报警信息显示及声光报警的主要系统。
04 AEB系统原理
AEB系统的运行原理可以被简单概括如下：感知系统完成车辆周边环境及目标的识别，输出世界模型及分布在世界模型里的各目标属性，例如目标类型、目标大小、目标位置、目标速度/加速度、目标航向角、目标运动状态及置信度等各类信息。当决策单元收到上述信息后，其需要对前述目标进行多轮筛选。
筛选原则：
◆目标的合法性，即目标是否为AEB感兴趣目标。
◆碰撞的风险大小，可以通过TTC时间来进行表征。
◆是否是本车前进路径内目标，即In-path检查。
类似的筛选要经过好几轮，每一轮都采用逐渐精确的检查方法，最终圈定唯一的一个AEB主目标。这种筛选模式的好处在于，在候选目标较多的情况下，利用简单的算法进行大筛，逐步缩小“决赛圈”范围，再进行精筛，最终选定“获胜者”。
在进行目标筛选的同时，决策系统也需要对本车状态进行评估，评估的内容包括驾驶员专注度以及本车通过横向操控和纵向操控进行避撞的能力。待目标选定后，决策系统需要不断计算该目标避撞所需的横向及纵向操控度，即避撞所需的横向及纵向加速度。在何时进行AEB动作，就取决于前述所需横纵向“能力”与本车剩余横纵向“能力”的对比，这也是AEB系统调参的重点区域之一。如果阈值设置较高，则AEB系统采取行动的时间越晚，不能避免碰撞的风险随之升高，反之亦然。
从常理推断，车辆避免碰撞有2种方式：通过横向转向进行避撞或者通过纵向刹车进行避撞。如下图所示，通过对车辆的测试发现，大约在车速低于35kph时，车辆通过减速进行避撞是比较有效的，而车速高于35kph时，车辆通过转向进行避撞效果更加显著。
图源：行业资料
在筛选出最终目标及其避撞所需的横纵向操作参数后，由决策系统动态的、实时的根据本车及目标的运动状态去调整AEB刹车动作，最终由刹车系统进行实施以及由人机交互系统进行相应的报警或信息提醒。
后记：
相信看到这里，大家对于AEB系统的具体保护机制已经有了一个比较立体的概念。仍然要强调的是，AEB并非一种完美无缺的安全手段，受限于感知系统性能以及决策能力、触发机制，AEB在当前的技术条件下也存在着其瓶颈。下期
《制动课堂∣论AEB系统与自动驾驶安全性（下）》，我们将继续为大家解读AEB的行业标准，深度挖掘AEB的应用场景与未来趋势。
