主動安全技術(shù)將成未來汽車的研發(fā)重點

　　交通安全問題已成為世界性的大問題。據(jù)報載，全世界每年因交通事故死亡的人數(shù)約50萬，因此汽車的安全性對人類生命財產(chǎn)的影響是不言而喻的。隨著高速公路的發(fā)展和汽車性能的提高，汽車行駛速度也相應(yīng)加快，加之汽車數(shù)量增加以及交通運輸日益繁忙，汽車事故增多所引起的人員傷亡和財產(chǎn)損失，已成為一個不容忽視的社會問題，汽車的行車安全更顯得非常重要。

　　現(xiàn)代汽車主動安全技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　汽車安全設(shè)計要從整體上來考慮，不僅要在事故發(fā)生時盡量減少乘員受傷的機率，而且更重要的是要在輕松和舒適的駕駛條件下幫助駕駛員避免事故的發(fā)生?，F(xiàn)代汽車的安全技術(shù)包括主動安全技術(shù)和被動安全技術(shù)兩方面。而被動安全技術(shù)和主動安全技術(shù)是保證汽車乘員安全的重要保障。過去，汽車安全設(shè)計主要考慮被動安全系統(tǒng)，如設(shè)置安全帶、安全氣囊、保險杠等?，F(xiàn)在汽車設(shè)計師們更多考慮的則是主動安全設(shè)計，使汽車能夠主動采取措施，避免事故的發(fā)生。在這種汽車上裝有汽車規(guī)避系統(tǒng)，包括裝在車身各部位的防撞雷達(dá)、多普勒雷達(dá)、紅外雷達(dá)等傳感器、盲點探測器等設(shè)施，由計算機進(jìn)行控制。在超車、倒車、換道、大霧、雨天等易發(fā)生危險的情況下隨時以聲、光形式向駕駛員提供汽車周圍必要的信息，并可自動采取措施，有效防止事故發(fā)生。另外在計算機的存儲器內(nèi)還可存儲大量有關(guān)駕駛員和車輛的各種信息，對駕駛員和車輛進(jìn)行監(jiān)測控制。例如，根據(jù)日本政府“提高汽車智能和安全性的高級汽車計劃”，由日本豐田公司研制成功的“豐田高級安全汽車”即具有駕駛員瞌睡預(yù)警系統(tǒng)、輪胎壓力監(jiān)測警告系統(tǒng)、發(fā)動機火警預(yù)報系統(tǒng)、前照燈自動調(diào)整系統(tǒng)、盲區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)、汽車間信息傳輸系統(tǒng)、道路交通信息引導(dǎo)系統(tǒng)、自動制動系統(tǒng)、緊急呼叫(SOS)停車系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)以及各向安全氣囊系統(tǒng)等，其中有些單項設(shè)備已投放市場。

　　汽車100多年的發(fā)展史中，有關(guān)汽車的安全性能的研究和新技術(shù)的應(yīng)用也發(fā)生了日新月異的變化，從最初的保險杠減振系統(tǒng)、乘客安全帶系統(tǒng)、安全氣囊到汽車碰撞試驗、車輪防抱制動系統(tǒng)(ABS)、驅(qū)動防滑系統(tǒng)(ASR)，到無盲點、無視差安全后視鏡及兒童座椅系統(tǒng)的研究，汽車的安全性能正日趨完善。特別是近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到汽車上。目前，世界各國都在運用現(xiàn)代高新科，加緊研制汽車安全技術(shù)，一批批有關(guān)汽車安全的前沿技術(shù)、新產(chǎn)品陸續(xù)裝車使用，使未來的汽車更加安全。

未來汽車電子控制的重要發(fā)展方向之一是汽車安全領(lǐng)域，并向幾個方向發(fā)展：利用雷達(dá)技術(shù)和車載攝像技術(shù)開發(fā)各種自動避撞系統(tǒng)；利用近紅外技術(shù)開發(fā)各種能監(jiān)測駕駛員行為的安全系統(tǒng)；高性能的輪胎綜合監(jiān)測系統(tǒng)；自適應(yīng)自動巡航控制系統(tǒng)；駕駛員身份識別系統(tǒng)；安全氣囊和ABS/ASR。隨著更加先進(jìn)的智能型傳感器、快速響應(yīng)的執(zhí)行器、高性能電控單元、先進(jìn)的控制策略、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、第三代移動通信技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代汽車正朝著更加智能化、自動化和信息化的機電一體化方向發(fā)展。

　　汽車ABS、BAS、EBS、ASR和ESP系統(tǒng)

　　自上世紀(jì)后期以來，汽車技術(shù)的最大成就之一，就是汽車防抱制動系統(tǒng)(簡稱ABS)的實用并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了制動輔助系統(tǒng)(BAS)、電子制動系統(tǒng)(EBS)和驅(qū)動防滑裝置(ASR)。ABS系統(tǒng)對于汽車在各種行駛條件下的制動效能及制動安全尤為重要，特別是緊急制動，能夠充分利用輪胎和路面之間的峰值附著性能，提高汽車抗側(cè)滑性能并縮短制動距離，充分發(fā)揮制動效能，同時增加汽車制動過程中的可控性。ABS由傳感器、液壓單元總成和電單元組成。當(dāng)車輪抱死時，信號由傳感器傳遞至電控單元，經(jīng)過判斷后給液壓單元發(fā)出減小制動壓力的指令，制動蹄放松，車輪滾動；繼續(xù)制動，壓力增加，抱死后又重復(fù)上一過程，如此反復(fù)，直到車輪完全停止轉(zhuǎn)動。

　　ABS能縮短制動距離，并能防止車輛在制動時失控，從而減少事故發(fā)生的可能性。但如果采用點制動的辦法或制動不夠有力，車輪就不會被抱死，ABS就沒有機會發(fā)揮作用，從而達(dá)不到預(yù)期的效果。為此，制動輔助系統(tǒng)(BAS)即讓現(xiàn)有的ABS具有一定的智能，能測出駕駛員的緊急制動并讓ABS工作。BAS分機械式和電子控制式兩種。機械式BAS實際上是在普通制動助力器的基礎(chǔ)上稍加修改而成，在制動力不大時，它起到助力器的作用，隨著制動力的增加，助力器壓力室的壓力便增大，啟動ABS。電子控制式BAS的制動助力器上有一個傳感器，向ABS控制器輸送有關(guān)踏板行程和移動速度的信息，如果ABS控制器判斷是緊急制動，它就讓助力器內(nèi)閥門開啟，增大壓力室內(nèi)的氣壓，以提供足夠的助力。

　　EBS可以實現(xiàn)ABS的功能，只需在EBS的控制器里設(shè)計相應(yīng)的防抱死程序就行了。傳統(tǒng)的汽車制動系統(tǒng)管路長，閥類元件多。對于長軸距汽車或多軸汽車或汽車列車來說，氣體傳輸路線長，速度慢，常產(chǎn)生制動滯后現(xiàn)象，導(dǎo)致制動距離增大，安全性能降低，而且制動系的成本也比較高。如果將制動系的許多閥省去，制動管路以電線代替，用電控元件來控制制動力的大小和各軸制動力的分配，便是汽車的電子制動系統(tǒng)(EBS)。ABS的制動系可以沿用傳統(tǒng)的閥類控制元件，而EBS則是完全的電控制動系統(tǒng)。汽車制動系統(tǒng)的電子化，還容易與其它電控系統(tǒng)集成在一起，如汽車發(fā)動機燃油和點火的控制、主動或半主動懸架、自動換檔和防碰撞系統(tǒng)的控制等，為汽車實現(xiàn)電子化提供了良好條件。此外，EBS還具有監(jiān)控作用。在汽車起步、勻速或加(減)速過程中，電子控制器還可監(jiān)視各車輪的速度或加速度，一旦發(fā)現(xiàn)某一車輪有打滑趨勢，便可對打滑車輪實現(xiàn)部分制動，使其它車輪獲得更大的驅(qū)動力矩，以便順利起步或加速。同時EBS還容易實現(xiàn)系統(tǒng)的故障自動診斷，隨時將制動系統(tǒng)的故障通過警報系統(tǒng)報告駕駛員，以便及時進(jìn)行修復(fù)，從而保證行車安全。

　　驅(qū)動防滑裝置(ASR)主要用來防止汽車在起步、加速時車輪的滑轉(zhuǎn)，保證汽車的加速過程中的穩(wěn)定性并改善在不良路面上的驅(qū)動附著條件。驅(qū)動防滑裝置又稱電子防滑系統(tǒng)，它還可以使無差速鎖的汽車在冰雪路面和泥濘道路上起步并改善其通行能力，還可能防止在車速較高并通過滑溜路面又轉(zhuǎn)彎時汽車后部的側(cè)滑現(xiàn)象?？傊?，由于ASR防止了車輪的滑轉(zhuǎn)，便可最大限度地利用發(fā)動機的驅(qū)動力矩，保證汽車有足夠的縱向力、側(cè)向力和操縱力，使汽車在起動、轉(zhuǎn)向和加速過程中，在滑溜和泥濘路面上和在山區(qū)上下坡過程中都能穩(wěn)定地行駛，既可保證行車安全，減小車輪磨損和燃油消耗，又能改善汽車的驅(qū)動性能。ASR往往是ABS或EBS的擴展，并共用它們的部件裝置。

　　電子穩(wěn)定控制(ESP)，它能防止車輛側(cè)滑從而避免事故發(fā)生。ESP整合了ABS和ASR，因此它能防止車輪在制動時抱死，在起動時打滑。

　　汽車行駛過程中，ESP在獲得車身各處傳感器信息后分析計算得出駕駛員的駕駛意圖，評估車輛打滑的危險，在有可能發(fā)生危險的時候，選擇性地對各個車輪實施獨立的制動，并能自動降低發(fā)動機的輸出，將車輛換到駕駛員期望的方向，從而提高車輛在各種情況下轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，有效減少交通事故的發(fā)生。特別在轉(zhuǎn)彎時，當(dāng)車輛受側(cè)向力作用時，ESP能穩(wěn)定行駛，ESP整合有側(cè)向加速度傳感器和橫擺角速度傳感器和轉(zhuǎn)向角傳感器。而ABS、ASR僅作用于車輛行駛方向。

　　安全氣囊對傳感器提出高要求

　　提到汽車安全，人們首先想到的可能是安全氣囊。安全氣囊的主要電控系統(tǒng)包括傳感器和電控單元等。汽車安全給安全氣囊提出的高標(biāo)準(zhǔn)促使其對傳感器提出了更高的要求。未來對傳感器的要求體現(xiàn)在以下幾個方面：一是可靠性；二是智能化；三是成本要低；四是無線化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化。無線化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化為未來研究的重點課題。車用傳感器需要滿足多項環(huán)境、可靠性和成本等方面的要求。具體來說，一方面必須能經(jīng)受各種高、低溫、振動、沖擊、潮濕、腐蝕性氣體、電磁干擾等不利因素的考驗；另一方面也必須適于大批量生產(chǎn)。此外，其可靠性也應(yīng)與汽車高達(dá)10年/15萬km的使用壽命相一致。針對這些要求，出現(xiàn)了相應(yīng)的新技術(shù)和產(chǎn)品。用于安全氣囊的碰撞傳感器從簡單的“球管”(Ball And Tube)式傳感器演化為MEMS加速度傳感器。高集成度安全氣囊控制器(ACU)可以不停地與相應(yīng)的內(nèi)部傳感器和外圍傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以保證安全氣囊按照要求順利點爆，壓力傳感器和加速度傳感器的結(jié)合使用可以使控制器在幾毫秒內(nèi)做出判斷從而點爆側(cè)面安全氣囊。

　　駕駛員控制和顯示裝置

　　出于安全駕駛的需要，駕駛員必須持續(xù)注視道路的情況，因此，各大汽車廠商都對各種控制和顯示裝置的尺寸、型式、感覺和功能進(jìn)行精心設(shè)計，以使駕駛員能夠輕易地操縱和可視，這越來越成為原型車設(shè)計和測試階段所要考慮的重要因素。

　　美國福特公司最近發(fā)明了一種光學(xué)系統(tǒng)，能使駕駛員免除不時觀看汽車儀表盤的麻煩。這些儀表將被一塊仿佛漂浮在汽車迎面玻璃前3m左右的顯示屏所代替。這個效果的取得是借助安裝在刻度儀表盤上的一個特殊儀器，它能將駕駛員所需的情況，以數(shù)字的形式投射到汽車風(fēng)窗玻璃內(nèi)安裝的“全息攝影鏡”上。該鏡只反射藍(lán)、綠兩種顏色的光線，其余光線均可穿透，因而駕駛員只能看見明亮的藍(lán)、綠色數(shù)據(jù)，這就是造成一種幻覺，好象它就在汽車前方某個地方浮動，鏡子不會妨礙駕駛員對路面的觀察。設(shè)計人員認(rèn)為該系統(tǒng)使交通更為安全，因為駕駛員不再需要一會兒看儀表，一會兒看公路了。目前，還在研制并開始初步實施一種可移動的制動和制動踏板即它們的位置可由駕駛員移動，這樣，駕駛員就可以將座椅移動到更加舒適的位置，更方便地控制轉(zhuǎn)向盤和其他控制裝置。這已在通用汽車公司的Hy-Wire車用線控技術(shù)的燃料電池概念汽車上實施。

　　總線技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用

　　目前，汽車上的電子設(shè)備急劇增多。如何使各個系統(tǒng)的信息資源能夠共享、減少車輛上導(dǎo)線的數(shù)量和重量、降低制造成本成為業(yè)界關(guān)心的一個重要問題。基于此，數(shù)據(jù)總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用得到了高速發(fā)展，其能夠滿足汽車上電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸安全可靠、數(shù)據(jù)共享和系統(tǒng)集成等需要?？偩€技術(shù)未來發(fā)展的一個重要方向就是那些基于開放產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的總線系統(tǒng)肯定會在世界范圍內(nèi)得到迅速普及。用于安全氣囊系統(tǒng)的安全總線主要連接加速度傳感器、安全傳感器等裝置，為被動安全提供保障。智能化安全氣囊的研制需要和線控有機結(jié)合起來，目前尚需要在系統(tǒng)前期設(shè)計時考慮其兼容性和可靠運行性。目前國際上有一系列汽車總線標(biāo)準(zhǔn)，包括：用于多媒體的IDB-1394和MOST、用于線控的FlexRAY和TTCAN、用于動力總成控制的CAN、IDB-C和GMLANSWC、用于車身控制的J1850和LIN、用于診斷的Keywrod2000和ISO 9141。目前得到廣泛應(yīng)用的是寶馬公司名為ISIS的安全氣囊控制系統(tǒng)，它是由14個傳感器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，利用Byteflight來連接和收集前座安全氣囊、后座安全氣囊以及膝部安全氣囊等安全裝置的信號。

　　智能汽車技術(shù)

　　智能汽車技術(shù)的發(fā)展是隨著智能交通系統(tǒng)(ITS)的發(fā)展而發(fā)展的。目前，歐、美、日等技術(shù)發(fā)達(dá)國家均開展此項目的研究工作。各國按照各自的實際情況進(jìn)行，其共同特點是，首先由政府出面參加研制，協(xié)調(diào)好各部資金的籌措和資金的使用管理。其次，著眼于未來，制訂長遠(yuǎn)的研制發(fā)展實施規(guī)劃。與安全有關(guān)的智能汽車研制項目包括：一是車偏離警告系統(tǒng)。它能夠防止由于車輛偏離相應(yīng)的行駛路線引起的碰撞或交通事故。該系統(tǒng)能夠通過路側(cè)和車載傳感器裝置快速收集有關(guān)車輛臨近區(qū)域的車輛位置和移動信息以及車輛前方影響行駛的障礙物。當(dāng)系統(tǒng)檢測到可能發(fā)生危險時，包括車輛偏離行駛車道、兩車的距離或行駛速度不合理、車輛行駛前方有障礙物等，該系統(tǒng)發(fā)出警告，以幫助駕駛員正確地駕駛汽車；二是駕駛輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過在前述的車道偏離警告系統(tǒng)中加入自動控制功能來幫助駕駛員對汽車的操控。當(dāng)系統(tǒng)認(rèn)為檢測到的情況危險時，包括本車或臨近區(qū)域車輛出現(xiàn)問題以及有障礙物等，該系統(tǒng)的自動車速和轉(zhuǎn)向控制裝置以及制動裝置便發(fā)生作用；三是碰撞規(guī)避系統(tǒng)。利用裝備在車輛上的監(jiān)測裝置，如超聲波傳感器、紅外探測器、雷達(dá)傳感器等對車輛的臨近區(qū)域進(jìn)行探測，當(dāng)遇到危險時向駕駛員提供警示或自動采取相應(yīng)措施。它包括：縱向避撞──有助于防止車輛之間、車輛與其他物體或行人之間正面或尾部的碰撞。該系統(tǒng)有助于減少碰撞的數(shù)量及減輕受損程度，它包括對潛在或臨近碰撞的探測，提醒駕駛員采取即時規(guī)避動作并臨時性控制車輛。側(cè)向避撞──有助于防止車輛偏離行駛車道引起的側(cè)面碰撞。該系統(tǒng)為改變車道與駛離道路和車輛碰撞警示與控制，有助于兩輛或多輛汽車以及駛離道路的單輛汽車減少側(cè)碰事故。在改變車道時，現(xiàn)場顯示器能夠連續(xù)地監(jiān)視車輛盲點，駕駛員能夠得到有效的臨近碰撞警示。根據(jù)需要，能夠很快地采取自動控制。警示系統(tǒng)還能提醒駕駛員臨近的道路交叉口、幫助車輛免于偏離行駛車道，最后在危險狀況下提供自動導(dǎo)向及油門控制。道路交叉口避撞──有助于防止車輛在道路交叉口的碰撞。該系統(tǒng)在車輛駛近或穿越一處于交通控制(如停車信息或其他交通信息)的道路交叉口時，為駕駛員提供迫近碰撞警報。當(dāng)交叉口車輛合法通行車道視野不清時，該系統(tǒng)還能為駕駛員提供警示。視覺強化防止碰撞──改善駕駛員觀察道路及道路上或道路旁物體的能力。視覺強化將有助于駕駛員避免與其他車輛或道路上物體相碰撞，也能使駕駛員遵守交通標(biāo)志及交通信號。該系統(tǒng)要求具備車載探測潛在危險的設(shè)備、對危險信息進(jìn)行處理并且以對駕駛員有幫助的方式顯示信息；四是監(jiān)測系統(tǒng)──用對駕駛員、車輛和道路狀況進(jìn)行監(jiān)測并提供警示。車載設(shè)備將以不易察覺的方式監(jiān)測駕駛員狀態(tài)，在駕駛員困乏或其他身體不適的情況下提出警示。另外，該系統(tǒng)也能對車輛關(guān)鍵部件進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)可能發(fā)生功能障礙時向駕駛員發(fā)出警報。車載設(shè)備還以探測不安全的道路狀況，如橋面結(jié)冰、路面積水，并向駕駛員發(fā)出警示；五是自動駕駛公路系統(tǒng)──自動駕駛公路系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的一個長遠(yuǎn)目標(biāo)。它包括公路基礎(chǔ)設(shè)施信息收集系統(tǒng)、路-車通信系統(tǒng)、車-車通信系統(tǒng)、障礙物檢測系統(tǒng)、危險警告系統(tǒng)、加速/偏航和間距檢測和控制系統(tǒng)、車輛橫向/縱向控制系統(tǒng)、自動回避碰撞系統(tǒng)、微機控制節(jié)氣門系統(tǒng)、微機控制轉(zhuǎn)向機構(gòu)、微機控制制動系統(tǒng)、人機交互計算機等。它創(chuàng)造了一個近乎沒有事故的駕駛環(huán)境，能夠顯著提高汽車的安全性。

　　雖然人們采用各種方法來保證駕駛員的安全，但是如何避免事故發(fā)生才是我們對于未來車輛安全的討論重點。因為只有最大程度地減少事故發(fā)生率，才能最好地體現(xiàn)車輛安全?？梢灶A(yù)見，主動安全將成為未來汽車安全技術(shù)發(fā)展的重點和趨勢。在不斷完善被動安全系統(tǒng)的同時，逐漸地發(fā)展和應(yīng)用主動安全系統(tǒng)，盡量避免事故的發(fā)生，結(jié)合行人保護(hù)的概念和技術(shù)的引入，完善對行人的保護(hù)是當(dāng)今汽車安全的發(fā)展趨勢。通過數(shù)據(jù)總線進(jìn)行系統(tǒng)集成，可以將汽車安全的很多方面，例如防駕駛瞌睡裝置、輪胎壓力監(jiān)測報警裝置、行人碰撞保護(hù)裝置集成在一起，提高汽車的安全性能。未來智能行人保護(hù)系統(tǒng)(IPPS)、高級駕駛員輔助系統(tǒng)、保持車道狀態(tài)系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)、高靈敏度雷達(dá)傳感器和激光雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用將大大提高汽車主動安全的水平。歐盟委員會和日本政府已頒布了新法規(guī)來保護(hù)行人和其他易受傷的道路使用者。相信隨著技術(shù)和立法的不斷完善，汽車主動安全技術(shù)將成為未來汽車安全技術(shù)發(fā)展的重點。它將與被動安全技術(shù)一起發(fā)揮作用，保證駕駛員和行人的安全。汽車安全性已經(jīng)不僅是個技術(shù)問題，在某種程度上也是一個重要的社會問題。汽車的主動安全性因其定位于防患于未然，所以有著廣闊的發(fā)展前景，越來越受到汽車生產(chǎn)企業(yè)、政府管理部門和消費者的重視。

　　在汽車業(yè)群雄逐鹿的今天，中國汽車工業(yè)必須順應(yīng)汽車主動安全技術(shù)發(fā)展的方向，在我國有計劃、有步驟地發(fā)展現(xiàn)代汽車主動安全技術(shù)是勢在必行的。