汽車主動安全系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

汽車作為高速交通工具一直伴隨著較高的危險(xiǎn)性，汽車的安全性也一度是人們關(guān)注的重點(diǎn)。用戶在購買汽車時(shí)，安全性可能是其最關(guān)心的問題之一，從車身的重量、車身抗沖擊能力、材料的強(qiáng)度等物理因素，到安全氣囊的個(gè)數(shù)，都是人們高度重視的要求。

今天，安全帶、氣囊等被動式安全防護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足下一代車輛設(shè)計(jì)的需求，而傳感器、控制單元及內(nèi)部軟件算法等構(gòu)成主動式安全保護(hù)機(jī)制的引入讓用戶的駕駛體驗(yàn)得到更有效的安全保障。

汽車主動式安全系統(tǒng)

軍事專家在討論各國武器防御系統(tǒng)風(fēng)格的迥異之處時(shí)，經(jīng)常涉及到所謂被動型系統(tǒng)和主動型系統(tǒng)，汽車安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上也處處體現(xiàn)了這種思路。

汽車被動式安全系統(tǒng)的代表即為傳統(tǒng)的保險(xiǎn)杠、安全帶、安全氣囊等，主要目的是在意外發(fā)生時(shí)能盡量降低事故對車內(nèi)人員的傷害程度。與之相對的主動式安全系統(tǒng)則考慮的是如何避免這種事故的發(fā)生。

實(shí)現(xiàn)對意外的主動避免和預(yù)防需要各種傳感和探測系統(tǒng)，如前后視雷達(dá)、夜視系統(tǒng)、紅外線探測、測距、CMOS/CCD影像監(jiān)視，以及胎壓自動監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）等。主要的工作原理即傳感器從外界獲得所需的物理模擬信號值，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后再交由特定的控制單元進(jìn)行分析，并進(jìn)行有效的決策和預(yù)防措施。

圖一　汽車安全系統(tǒng)從被動向主動方式發(fā)展的趨勢圖

1. 預(yù)碰撞系統(tǒng)

汽車交通事故大都由于相對高速運(yùn)動狀態(tài)物體間的碰撞，而引起碰撞的原因大多與違反交通規(guī)則、駕駛?cè)艘暰€受阻和精力不集中有關(guān)，如酒后駕車、疲勞駕駛、駕駛期間接打電話和聊天等。目前許多廠家都在研究預(yù)碰撞（Pre-Crash）安全系統(tǒng)作為應(yīng)對。

預(yù)碰撞安全系統(tǒng)可分為對車內(nèi)人員（駕駛員和乘客）的保護(hù)和車外人員（車外行人和車輛）的保護(hù)兩類，但安全保障的核心都是對碰撞動作的積極準(zhǔn)備和防護(hù)措施。對于車內(nèi)預(yù)碰撞安全系統(tǒng)，當(dāng)相關(guān)傳感器或雷達(dá)探測到潛在的碰撞危險(xiǎn)，會首先向車內(nèi)駕駛員發(fā)出警告，如警告無效則在0.6秒前啟動自動剎車系統(tǒng)，根據(jù)駕駛員的剎車力量增加輔助油壓以充分降低車速，避免碰撞。同時(shí)，預(yù)碰撞安全系統(tǒng)也會在車內(nèi)為被動防護(hù)提供支持，如關(guān)閉車窗、調(diào)整座椅角度或安全帶松緊程度以減輕碰撞強(qiáng)度和讓安全氣囊發(fā)揮更大作用等。在車外，預(yù)碰撞安全系統(tǒng)也可通過一系列措施盡量保護(hù)被撞對象的安全。如碰撞不可避免，安全系統(tǒng)會打開與行人受撞擊面相對的外部安全氣囊（如保險(xiǎn)杠、風(fēng)擋玻璃等處），盡量減少對其頭、胸、腰等脆弱和致命部位的撞擊力。

2. ACC自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)

所謂預(yù)碰撞系統(tǒng)，只能在碰撞發(fā)生之前做出的一系列積極準(zhǔn)備，而并不是“預(yù)防”碰撞的發(fā)生。目前發(fā)展迅速的ACC（Adaptive Cruise Control），即自適應(yīng)巡航控制，則能部分實(shí)現(xiàn)碰撞事故的預(yù)防。

ACC屬于前向行駛的速度控制系統(tǒng)，主要功能在于控制本車與周邊車輛的安全距離。其通過在車身四周配置的多個(gè)傳感器和車內(nèi)控制系統(tǒng)的先進(jìn)算法向駕駛員提供安全駕車的輔助信息和建議，并在探測到潛在危險(xiǎn)時(shí)向駕駛員及時(shí)發(fā)送警報(bào)，甚至直接介入車輛的操控系統(tǒng)加以干預(yù)。然而無論如何，ACC僅對剎車擁有部分干預(yù)程度，駕駛員仍然是駕駛的核心。

ACC實(shí)現(xiàn)速度和車距控制的關(guān)鍵在于鎖定前方目標(biāo)車輛，然后計(jì)算出該車的速度、加速度等行駛信息。車主會提前為ACC設(shè)定反應(yīng)時(shí)間，ACC在行駛時(shí)則會再依據(jù)輛車的相對速度和當(dāng)前車距計(jì)算出安全車距，并判斷下一步的速度控制；而當(dāng)輛車距離過近而超出ACC的控制范圍，則系統(tǒng)切換至預(yù)碰撞安全處理系統(tǒng)。

3. 駕駛警示系統(tǒng)

駕駛警示系統(tǒng)主要通過CCD/CMOS等傳感器和影像設(shè)備作為監(jiān)視手段，通過內(nèi)置辨識系統(tǒng)判斷車輛狀態(tài)和駕駛員的行為是否正常，如出現(xiàn)問題則及時(shí)發(fā)出警示信號避免事故的發(fā)生。也有的駕駛警示系統(tǒng)能探測出駕駛員呼出氣體的酒精濃度并給予適當(dāng)?shù)木?。此外后方和?cè)面的監(jiān)視器也可屬于駕駛警示系統(tǒng)，其可消除駕駛員的視覺死角，避免倒車時(shí)常見的碰撞事故。

駕駛警示系統(tǒng)的功能主要包括車道偏離警示（Lane Departure Warning, LDW）、駕駛危險(xiǎn)警示、視覺死角警示（或稱盲點(diǎn)檢測）等。其中車道偏離警示主要在駕駛員駛?cè)脲e(cuò)誤的車道進(jìn)行警告，或在變換車道時(shí)提示其打方向燈等動作。

駕駛警示系統(tǒng)能為駕駛員的安全駕駛提供有效的輔助信息，但如果輔助信息不夠全面則無法起到其應(yīng)有的作用。另一方面，一切事物都有其兩面性，如果輔助信息過多或過于復(fù)雜，不但對安全駕駛無益，有時(shí)反而會讓駕駛員疲于處理各種輔助信息而精力不集中，容易釀成事故。

此外，輔助信息通過何種手段發(fā)送給駕駛員也是值得研究的問題之一。屏顯、儀表板、語音等屬于傳統(tǒng)的手段，目前還出現(xiàn)了“體感警示”的方式，即汽車通過振動踏板、座椅、方向盤等來向駕駛員發(fā)送信息，或引起其注意。