汽車安全系統(tǒng)借力傳感器由被動變?yōu)橹鲃?/h1>
未來完善的汽車安全系統(tǒng)還得充分結合陀螺儀、加速度計、方向盤與剎車踏板位置探測器,以及輪胎轉速檢測系統(tǒng),對車體配件做出精確的監(jiān)控及警示。
汽車安全系統(tǒng)已從被動形式發(fā)展到主動形式,被動式安全系統(tǒng)追求的是在意外發(fā)生時能降低對個人的傷害,但主動式安全系統(tǒng)則強調要避免意外事件的發(fā)生。這種事先的預防能力,需依靠在車子內外所設置的各種感測裝置,如雷達、紅外線、CMOS/CCD影像傳感器、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)等?;诓煌陌踩V求,這些監(jiān)測到的數(shù)據(jù)會經由特定的控制器來加以計算,分析其代表的意義,并以最快的速度做出適當?shù)姆磻?。目前已使用或發(fā)展中的先進安全系統(tǒng)在市場上已呈現(xiàn)應用熱潮。
預碰撞系統(tǒng)起“內外”保護作用
交通事故的發(fā)生以碰撞為主,而碰撞的理由往往與駕駛人的注意力不集中(如打瞌睡或打電話)、或視線不良等情況有關,而且事故的發(fā)生通常都只在剎那之間。今日汽車廠無不致力于發(fā)展預碰撞(pre-crash)安全系統(tǒng),此系統(tǒng)又可分為對內部駕駛人(或乘客)的保護以及對行人的保護兩種。
對駕駛人來說,當預碰撞安全系統(tǒng)透過雷達系統(tǒng)監(jiān)測到沖擊的可能性,它會向駕駛人提出警示,如果仍無法避免沖撞的發(fā)生,會在0.6秒前啟動自動剎車系統(tǒng),此系統(tǒng)能根據(jù)駕駛者剎車的力量,增加剎車油壓輔助,讓車輛減速的動作更為確實,以望能將車速降至最低;在此同時,預碰撞系統(tǒng)也會驅動安全帶系統(tǒng)內的馬達,將安全帶卷回,并將乘員固定在所設計的最佳位置上,例如調整頭枕位置來防止頸部傷害,或將坐椅移到一個可以讓安全氣囊發(fā)揮最大功能的位置,以期將沖擊降到最低。此外,系統(tǒng)也可以做出關閉車窗及天窗等控制動作。
在行人的保護方面,當雷達、紅外線或影像傳感器等組件感測到車體即將沖撞到行人時,預碰撞系統(tǒng)會緊急告知駕駛人,并在碰撞不可避免時,如上述般啟動自動剎車系統(tǒng)、爆開位于保險桿及前擋風玻璃處的安全氣囊,以降低對行人頭部、胸部及足部的傷害。
自適應巡航系統(tǒng)介入汽車操縱
從被動安全到預碰撞系統(tǒng),都是不得已時的撞車處理措施,但最好的情況是能做到事前預防碰撞的發(fā)生。通過配置在車子四周、愈來愈多的傳感器,以及更先進的數(shù)字控制技術,今日的車主能夠獲得來自安全系統(tǒng)的輔助駕駛信息,在探測到可能出現(xiàn)的危機時,可適時發(fā)出警告信號,甚至能夠介入汽車的操縱控制。自適應巡航控制(Adaptive Cruise Control,ACC)就是這樣的一套系統(tǒng),它的主要功能在于當車距過近時將車輛減速,距離夠遠時再為車子加速。
自適應巡航控制系統(tǒng)屬于前向行駛的自動車速控制功能,它對于剎車僅有部分的干預程度,讓駕駛人仍居于主控者的地位。要實現(xiàn)自適應巡航控制的首要工作,就是鎖定前方的目標車輛,再計算出前方車輛的移動信息,如車速、加速度、偏航率等;ACC系統(tǒng)會依據(jù)計算出的距離及相對速度,以及車主設定的反應時間,進一步算出兩車之間的安全車距,并進一步做出加速及減速的動作。當兩車距離過近時,則切換到預碰撞的處理模式。
駕駛警示系統(tǒng)多用CCD/CMOS
除了對碰撞及車速的控制處理外,對于駕駛人的種種行為,也能通過各種感測系統(tǒng)進行監(jiān)控并做出警示動作。這些警示功能包括車道偏離警示(Lane Departure Warning,LDW)、駕駛危險警示、視覺死角警示(或稱盲點檢測)等等。這些功能大多利用CCD/CMOS影像傳感器來進行監(jiān)視,并通過一套辨識系統(tǒng)判斷車輛或駕駛的行為是否正常,并適時發(fā)出恰當?shù)木嫘盘枴?
車道偏離警示是當車輛不正常偏離車道線時進行警示動作,輔助駕駛人控制車輛保持在車道線內,或提醒駕駛人變換車道時必須先打方向燈。如果駕駛人事先打方向燈,再變換車道,這屬于正常行為,系統(tǒng)不會發(fā)出警示信號。
駕駛危險警示系統(tǒng)是利用影像傳感器來監(jiān)看駕駛人的行為,當駕駛人出現(xiàn)打瞌睡或視線偏離車道太久的情況時,會發(fā)出警告。有的系統(tǒng)甚至會監(jiān)測駕駛座中的酒精濃度,并提出適當?shù)木?。此外,駕駛人的視線也有不少死角,透過加裝后側方死角及后方死角監(jiān)視器,可以為駕駛人提供視覺死角的相關環(huán)境信息。例如使用CCD或是超音波進行后方物體的監(jiān)測、顯像及警示,可以避免車輛倒車時發(fā)生事故。
對于駕駛人來說,有用的信息能減輕一些操控上的感知負擔,并協(xié)助他做出適當?shù)膽儎幼?,不過,如果警示信息出現(xiàn)的太頻繁且沒有太大作用(如“前有測速照相”語音警示),這只會讓駕駛人覺得不堪其擾,進而拒絕使用這樣的一套輔助系統(tǒng)。另一個問題是如何發(fā)出警訊讓駕駛人知道,如語音、屏幕/儀表板顯示,或通過以振動油門踏板、方向盤或車體微動等方式來對駕駛人做出警示。
主動安全系統(tǒng)對傳感器要求高
要做出正確的警示甚至是系統(tǒng)監(jiān)控,關鍵在于充分且有用的感測信息,以及對信息的辨識或判斷能力,前者需要靠傳感器的廣泛設置,后者則得依靠控制器中的可靠算法。以傳感器來說,目前用于環(huán)境感知的技術包括雷達、光探測與測距、紅外線、超音波、影像傳感器及加速度器等。這些技術各有其使用特性,分別適用于車體中不同的位置及不同的應用。
以追隨前車及預碰撞功能來說,在傳感器上主要是采用毫米波雷達或激光雷達。其中激光雷達的成本較低,約只有毫米波雷達1/3的價格,不過,由于激光雷達的波長比較短,因此在下雨天無法達到理想的功能,因此為提高安全性能,高端車種還是會選用毫米波雷達。
在行人、道路、障礙物的辨識以及視野輔助方面,則以紅外線及影像傳感器為主要的監(jiān)視器技術。紅外線監(jiān)視器又分為遠紅外線(FIR)及近紅外線(NIR)兩種技術,遠紅外線的原理是檢測出物體的熱量再將溫差影像化,適合監(jiān)測具有體溫的人體及動物;近紅外線則具有夜視的能力,能夠在視線不良的環(huán)境中(如夜間)輔助顯示前方的路況,而且能顯示比車燈距離更遠的位置,不過,會受到前方對照車燈的影響。
CCD或CMOS影像傳感器的應用也愈來愈廣,從前方、前側方及后方的輔助視線應用已擴大到對車內及后側方向的監(jiān)測功能。透過辨識邏輯,它能夠用來辨識道路分隔
線、行人、交通信號標志,或判斷路面是否干燥或積水、積雪,甚至進一步推測路面的濕滑度,以供駕駛人做參考。對于高反差或灰暗的環(huán)境,影像傳感器也能通過將高感應度及低感應度兩種畫面合成的方式,制作出色調更分明的畫面。
此外,影像傳感器也能與紅外線或雷達結合而形成混合式傳感器,能提供功能更強的監(jiān)視及警示功能。以紅外線監(jiān)視器來說,當紅外線LED照射前方所反射回來的紅外線被CCD吸收后,不管是白天或晚上,都可以辨識車輛四周的路況。
更具智能性的主動式安全系統(tǒng)得靠精確且遍布車體內外的各式傳感器,以及具正確且立即辨識、判斷能力的演算平臺來實現(xiàn)。視覺性的傳感器(如雷達、紅外線、影像傳感器等)只是眾多傳感器中的一部分,未來完善的汽車安全系統(tǒng)還得充分結合陀螺儀、加速度計、方向盤與剎車踏板位置探測器,以及輪胎轉速檢測系統(tǒng),對車體配件做出精確的監(jiān)控及警示。
愈來愈多的傳感器、更強大的演算中心及對剎車、引擎、安全氣囊等裝置的控制,將形成更復雜的車載網絡(in-vehicle network),此網絡中需要更實時的處理性能和數(shù)據(jù)傳送能力。這些智能性的輔助功能將讓駕駛人更輕松和安心地開車,也有助于減少交通意外的發(fā)生或降低事件的嚴重性。
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汽車安全系統(tǒng)已從被動形式發(fā)展到主動形式,被動式安全系統(tǒng)追求的是在意外發(fā)生時能降低對個人的傷害,但主動式安全系統(tǒng)則強調要避免意外事件的發(fā)生。這種事先的預防能力,需依靠在車子內外所設置的各種感測裝置,如雷達、紅外線、CMOS/CCD影像傳感器、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)等?;诓煌陌踩V求,這些監(jiān)測到的數(shù)據(jù)會經由特定的控制器來加以計算,分析其代表的意義,并以最快的速度做出適當?shù)姆磻?。目前已使用或發(fā)展中的先進安全系統(tǒng)在市場上已呈現(xiàn)應用熱潮。
預碰撞系統(tǒng)起“內外”保護作用
交通事故的發(fā)生以碰撞為主,而碰撞的理由往往與駕駛人的注意力不集中(如打瞌睡或打電話)、或視線不良等情況有關,而且事故的發(fā)生通常都只在剎那之間。今日汽車廠無不致力于發(fā)展預碰撞(pre-crash)安全系統(tǒng),此系統(tǒng)又可分為對內部駕駛人(或乘客)的保護以及對行人的保護兩種。
對駕駛人來說,當預碰撞安全系統(tǒng)透過雷達系統(tǒng)監(jiān)測到沖擊的可能性,它會向駕駛人提出警示,如果仍無法避免沖撞的發(fā)生,會在0.6秒前啟動自動剎車系統(tǒng),此系統(tǒng)能根據(jù)駕駛者剎車的力量,增加剎車油壓輔助,讓車輛減速的動作更為確實,以望能將車速降至最低;在此同時,預碰撞系統(tǒng)也會驅動安全帶系統(tǒng)內的馬達,將安全帶卷回,并將乘員固定在所設計的最佳位置上,例如調整頭枕位置來防止頸部傷害,或將坐椅移到一個可以讓安全氣囊發(fā)揮最大功能的位置,以期將沖擊降到最低。此外,系統(tǒng)也可以做出關閉車窗及天窗等控制動作。
在行人的保護方面,當雷達、紅外線或影像傳感器等組件感測到車體即將沖撞到行人時,預碰撞系統(tǒng)會緊急告知駕駛人,并在碰撞不可避免時,如上述般啟動自動剎車系統(tǒng)、爆開位于保險桿及前擋風玻璃處的安全氣囊,以降低對行人頭部、胸部及足部的傷害。
自適應巡航系統(tǒng)介入汽車操縱
從被動安全到預碰撞系統(tǒng),都是不得已時的撞車處理措施,但最好的情況是能做到事前預防碰撞的發(fā)生。通過配置在車子四周、愈來愈多的傳感器,以及更先進的數(shù)字控制技術,今日的車主能夠獲得來自安全系統(tǒng)的輔助駕駛信息,在探測到可能出現(xiàn)的危機時,可適時發(fā)出警告信號,甚至能夠介入汽車的操縱控制。自適應巡航控制(Adaptive Cruise Control,ACC)就是這樣的一套系統(tǒng),它的主要功能在于當車距過近時將車輛減速,距離夠遠時再為車子加速。
自適應巡航控制系統(tǒng)屬于前向行駛的自動車速控制功能,它對于剎車僅有部分的干預程度,讓駕駛人仍居于主控者的地位。要實現(xiàn)自適應巡航控制的首要工作,就是鎖定前方的目標車輛,再計算出前方車輛的移動信息,如車速、加速度、偏航率等;ACC系統(tǒng)會依據(jù)計算出的距離及相對速度,以及車主設定的反應時間,進一步算出兩車之間的安全車距,并進一步做出加速及減速的動作。當兩車距離過近時,則切換到預碰撞的處理模式。
駕駛警示系統(tǒng)多用CCD/CMOS
除了對碰撞及車速的控制處理外,對于駕駛人的種種行為,也能通過各種感測系統(tǒng)進行監(jiān)控并做出警示動作。這些警示功能包括車道偏離警示(Lane Departure Warning,LDW)、駕駛危險警示、視覺死角警示(或稱盲點檢測)等等。這些功能大多利用CCD/CMOS影像傳感器來進行監(jiān)視,并通過一套辨識系統(tǒng)判斷車輛或駕駛的行為是否正常,并適時發(fā)出恰當?shù)木嫘盘枴?
車道偏離警示是當車輛不正常偏離車道線時進行警示動作,輔助駕駛人控制車輛保持在車道線內,或提醒駕駛人變換車道時必須先打方向燈。如果駕駛人事先打方向燈,再變換車道,這屬于正常行為,系統(tǒng)不會發(fā)出警示信號。
駕駛危險警示系統(tǒng)是利用影像傳感器來監(jiān)看駕駛人的行為,當駕駛人出現(xiàn)打瞌睡或視線偏離車道太久的情況時,會發(fā)出警告。有的系統(tǒng)甚至會監(jiān)測駕駛座中的酒精濃度,并提出適當?shù)木?。此外,駕駛人的視線也有不少死角,透過加裝后側方死角及后方死角監(jiān)視器,可以為駕駛人提供視覺死角的相關環(huán)境信息。例如使用CCD或是超音波進行后方物體的監(jiān)測、顯像及警示,可以避免車輛倒車時發(fā)生事故。
對于駕駛人來說,有用的信息能減輕一些操控上的感知負擔,并協(xié)助他做出適當?shù)膽儎幼?,不過,如果警示信息出現(xiàn)的太頻繁且沒有太大作用(如“前有測速照相”語音警示),這只會讓駕駛人覺得不堪其擾,進而拒絕使用這樣的一套輔助系統(tǒng)。另一個問題是如何發(fā)出警訊讓駕駛人知道,如語音、屏幕/儀表板顯示,或通過以振動油門踏板、方向盤或車體微動等方式來對駕駛人做出警示。
主動安全系統(tǒng)對傳感器要求高
要做出正確的警示甚至是系統(tǒng)監(jiān)控,關鍵在于充分且有用的感測信息,以及對信息的辨識或判斷能力,前者需要靠傳感器的廣泛設置,后者則得依靠控制器中的可靠算法。以傳感器來說,目前用于環(huán)境感知的技術包括雷達、光探測與測距、紅外線、超音波、影像傳感器及加速度器等。這些技術各有其使用特性,分別適用于車體中不同的位置及不同的應用。
以追隨前車及預碰撞功能來說,在傳感器上主要是采用毫米波雷達或激光雷達。其中激光雷達的成本較低,約只有毫米波雷達1/3的價格,不過,由于激光雷達的波長比較短,因此在下雨天無法達到理想的功能,因此為提高安全性能,高端車種還是會選用毫米波雷達。
在行人、道路、障礙物的辨識以及視野輔助方面,則以紅外線及影像傳感器為主要的監(jiān)視器技術。紅外線監(jiān)視器又分為遠紅外線(FIR)及近紅外線(NIR)兩種技術,遠紅外線的原理是檢測出物體的熱量再將溫差影像化,適合監(jiān)測具有體溫的人體及動物;近紅外線則具有夜視的能力,能夠在視線不良的環(huán)境中(如夜間)輔助顯示前方的路況,而且能顯示比車燈距離更遠的位置,不過,會受到前方對照車燈的影響。
CCD或CMOS影像傳感器的應用也愈來愈廣,從前方、前側方及后方的輔助視線應用已擴大到對車內及后側方向的監(jiān)測功能。透過辨識邏輯,它能夠用來辨識道路分隔
此外,影像傳感器也能與紅外線或雷達結合而形成混合式傳感器,能提供功能更強的監(jiān)視及警示功能。以紅外線監(jiān)視器來說,當紅外線LED照射前方所反射回來的紅外線被CCD吸收后,不管是白天或晚上,都可以辨識車輛四周的路況。
更具智能性的主動式安全系統(tǒng)得靠精確且遍布車體內外的各式傳感器,以及具正確且立即辨識、判斷能力的演算平臺來實現(xiàn)。視覺性的傳感器(如雷達、紅外線、影像傳感器等)只是眾多傳感器中的一部分,未來完善的汽車安全系統(tǒng)還得充分結合陀螺儀、加速度計、方向盤與剎車踏板位置探測器,以及輪胎轉速檢測系統(tǒng),對車體配件做出精確的監(jiān)控及警示。
愈來愈多的傳感器、更強大的演算中心及對剎車、引擎、安全氣囊等裝置的控制,將形成更復雜的車載網絡(in-vehicle network),此網絡中需要更實時的處理性能和數(shù)據(jù)傳送能力。這些智能性的輔助功能將讓駕駛人更輕松和安心地開車,也有助于減少交通意外的發(fā)生或降低事件的嚴重性。
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