汽車(chē)主動(dòng)安全系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

汽車(chē)作為高速交通工具一直伴隨著較高的危險(xiǎn)性，汽車(chē)的安全性也一度是人們關(guān)注的重點(diǎn)。用戶在購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)時(shí)，安全性可能是其最關(guān)心的問(wèn)題之一，從車(chē)身的重量、車(chē)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(dòng)式安全防護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足下一代車(chē)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(dòng)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(chē)主動(dòng)式安全系統(tǒng)

軍事專(zhuān)家在討論各國(guó)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(dòng)型系統(tǒng)和主動(dòng)型系統(tǒng)，汽車(chē)安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上也處處體現(xiàn)了這種思路。

汽車(chē)被動(dòng)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(duì)車(chē)內(nèi)人員的傷害程度。與之相對(duì)的主動(dòng)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(duì)意外的主動(dòng)避免和預(yù)防需要各種傳感和探測(cè)系統(tǒng)，如前后視雷達(dá)、夜視系統(tǒng)、紅外線探測(cè)、測(cè)距、CMOS/CCD影像監(jiān)視，以及胎壓自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(hào)值，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)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(chē)安全系統(tǒng)從被動(dòng)向主動(dòng)方式發(fā)展的趨勢(shì)圖

1. 預(yù)碰撞系統(tǒng)

汽車(chē)交通事故大都由于相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)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(chē)、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(duì)。

預(yù)碰撞安全系統(tǒng)可分為對(duì)車(chē)內(nèi)人員（駕駛員和乘客）的保護(hù)和車(chē)外人員（車(chē)外行人和車(chē)輛）的保護(hù)兩類(lèi)，但安全保障的核心都是對(duì)碰撞動(dòng)作的積極準(zhǔn)備和防護(hù)措施。對(duì)于車(chē)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(cè)到潛在的碰撞危險(xiǎn)，會(huì)首先向車(chē)內(nèi)駕駛員發(fā)出警告，如警告無(wú)效則在0.6秒前啟動(dòng)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)，根據(jù)駕駛員的剎車(chē)力量增加輔助油壓以充分降低車(chē)速，避免碰撞。同時(shí)，預(yù)碰撞安全系統(tǒng)也會(huì)在車(chē)內(nèi)為被動(dòng)防護(hù)提供支持，如關(guān)閉車(chē)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(chē)外，預(yù)碰撞安全系統(tǒng)也可通過(guò)一系列措施盡量保護(hù)被撞對(duì)象的安全。如碰撞不可避免，安全系統(tǒng)會(huì)打開(kāi)與行人受撞擊面相對(duì)的外部安全氣囊（如保險(xiǎn)杠、風(fēng)擋玻璃等處），盡量減少對(duì)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(chē)與周邊車(chē)輛的安全距離。其通過(guò)在車(chē)身四周配置的多個(gè)傳感器和車(chē)內(nèi)控制系統(tǒng)的先進(jìn)算法向駕駛員提供安全駕車(chē)的輔助信息和建議，并在探測(cè)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(chē)輛的操控系統(tǒng)加以干預(yù)。然而無(wú)論如何，ACC僅對(duì)剎車(chē)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(chē)距控制的關(guān)鍵在于鎖定前方目標(biāo)車(chē)輛，然后計(jì)算出該車(chē)的速度、加速度等行駛信息。車(chē)主會(huì)提前為ACC設(shè)定反應(yīng)時(shí)間，ACC在行駛時(shí)則會(huì)再依據(jù)輛車(chē)的相對(duì)速度和當(dāng)前車(chē)距計(jì)算出安全車(chē)距，并判斷下一步的速度控制；而當(dāng)輛車(chē)距離過(guò)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(guò)CCD/CMOS等傳感器和影像設(shè)備作為監(jiān)視手段，通過(guò)內(nèi)置辨識(shí)系統(tǒng)判斷車(chē)輛狀態(tài)和駕駛員的行為是否正常，如出現(xiàn)問(wèn)題則及時(shí)發(fā)出警示信號(hào)避免事故的發(fā)生。也有的駕駛警示系統(tǒng)能探測(cè)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(jué)死角，避免倒車(chē)時(shí)常見(jiàn)的碰撞事故。

駕駛警示系統(tǒng)的功能主要包括車(chē)道偏離警示（Lane Departure Warning, LDW）、駕駛危險(xiǎn)警示、視覺(jué)死角警示（或稱(chēng)盲點(diǎn)檢測(cè)）等。其中車(chē)道偏離警示主要在駕駛員駛?cè)脲e(cuò)誤的車(chē)道進(jìn)行警告，或在變換車(chē)道時(shí)提示其打方向燈等動(dòng)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(wú)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(guò)多或過(guò)于復(fù)雜，不但對(duì)安全駕駛無(wú)益，有時(shí)反而會(huì)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(guò)何種手段發(fā)送給駕駛員也是值得研究的問(wèn)題之一。屏顯、儀表板、語(yǔ)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(chē)通過(guò)振動(dòng)踏板、座椅、方向盤(pán)等來(lái)向駕駛員發(fā)送信息，或引起其注意。