在世界汽車保有量不斷增加的形勢下，汽車“公害”問題也日益突出。降低汽車交通事故的發(fā)生，特別是降低車禍死亡人數(shù)已是世界汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。為此，世界上各大汽車公司和零部件公司不斷開發(fā)出先進(jìn)的安全系統(tǒng)技術(shù)。

　　開發(fā)背景

　　在當(dāng)今世界交通運(yùn)輸量急劇增長形勢下，汽車駕駛者承受了巨大壓力，而與此同時交通事故不斷上升。其結(jié)果造成巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此要求世界各國采取相應(yīng)的措施，制定短期與中長期的計劃，以改善交通安全措施。由于傳統(tǒng)的方法難以適應(yīng)，因此要求以新的思路采用新的方法有助于降低交通事故發(fā)生率或者減小降低車禍嚴(yán)重性。其中重要研發(fā)成果就是采用能夠與相應(yīng)的環(huán)境傳感器系統(tǒng)連接的車輛電子控制系統(tǒng)。這種交互連接方式不僅有助于駕駛者在主動安全領(lǐng)域——通過駕駛者支持系統(tǒng)——而且駕駛者也從車載被動安全系統(tǒng)獲得有效支持，從而在一旦發(fā)生交通事故時降低人員傷亡的嚴(yán)重性。這種在車載主動安全系統(tǒng)、被動安全系統(tǒng)和環(huán)境傳感器之間的交互連接已在世界上許多前沿領(lǐng)域開發(fā)成功并有助于進(jìn)一步提高汽車安全性。

　　提高主動安全系統(tǒng)/被動安全系統(tǒng)的推動力

　　由歐盟(EU)頒布發(fā)行的最新出版物提出，歐洲要實(shí)現(xiàn)零交通事故率為期尚遠(yuǎn)。而統(tǒng)計資料表明，在過去的10年中，歐洲交通事故死亡率已減少40%，而交通事故和車輛偏離道路引起的人員傷亡的事故總數(shù)仍然高居不下。

　　根據(jù)歐盟的《歐洲新聞》(Europa Newsletter)(2005年第51期)報道，2003年歐洲交通事故死亡人數(shù)達(dá)到46700人。這些人員死亡造成總的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到2000億歐元，相當(dāng)于歐洲GDP的2%。為此，歐盟宣布到2010年交通事故死亡人數(shù)目標(biāo)減少50%。

　　該期《歐洲新聞》中，歐盟也報道了這樣的統(tǒng)計數(shù)字，即所有交通事故的76%是由于駕駛者失誤造成的。在歐洲和國際組織的各種不同支持計劃已經(jīng)啟動，作為幫助駕駛者應(yīng)對交通事故和增強(qiáng)道路安全的補(bǔ)救措施。在有關(guān)各種車載系統(tǒng)集成的歐洲計劃中有e－safety、PRe VENT和EUCAR。

　　主動安全系統(tǒng)和被動安全系統(tǒng)的組合

　　在過去，車輛技術(shù)的開發(fā)主要集中于單個系統(tǒng)和部件。而今天，不斷提高的電子系統(tǒng)效率又為系統(tǒng)集成提供了新的可能性。系統(tǒng)集成的有效應(yīng)用要求了解交通事故發(fā)生的每一個階段的詳細(xì)內(nèi)容。

　　交通事故發(fā)生的次序開始于“進(jìn)入模式”階段，這時乘員已經(jīng)系緊安全帶鎖扣，而座椅安全帶系統(tǒng)逐步貼近“舒適性模式”階段，然后如果需要的話，并再進(jìn)入“動態(tài)支持”和“車輛穩(wěn)定性極限”階段。當(dāng)超過“非回復(fù)點(diǎn)”以后，就進(jìn)入“預(yù)碰撞”階段。在這一階段則對于應(yīng)用先進(jìn)執(zhí)行器和傳感器使主動安全系統(tǒng)和被動安全系統(tǒng)的間隙閉合是極為有用的。當(dāng)進(jìn)入“碰撞”階段，人們熟知的被動約束系統(tǒng)的潛力就能釋放，就是說，這時被動約束系統(tǒng)發(fā)揮保持乘員安全的作用。圖1表示借助于先進(jìn)的技術(shù)和附加的傳感器信息，以支持主動安全系統(tǒng)和被動安全系統(tǒng)的交互作用的組合，由此所必需的技術(shù)改進(jìn)措施。

　　主動安全系統(tǒng)和被動安全系統(tǒng)的部件構(gòu)成

　　電子穩(wěn)定控制(ESC)是一種重要技術(shù)，它從探測車輛行駛狀態(tài)的系統(tǒng)傳感器提供相關(guān)數(shù)據(jù)并能夠有助于通過制動和發(fā)動機(jī)干預(yù)調(diào)節(jié)車輛穩(wěn)定性。

　　各種電子機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括諸如轉(zhuǎn)向扭矩覆蓋(轉(zhuǎn)向扭矩控制或簡稱STC)技術(shù)，對來自電子穩(wěn)定控制(ESC)的穩(wěn)定控制器和傳感器的輸入量作出響應(yīng)。這種系統(tǒng)集成向駕駛者提供轉(zhuǎn)向扭矩推薦值，有助于駕駛者在轉(zhuǎn)向操作中選擇適當(dāng)?shù)男拚胧?。轉(zhuǎn)向角覆蓋(Steering anghe overlay),也就是TRW的主動前輪轉(zhuǎn)向(AFS)在沒有來自駕駛者的輸入力情況下完成工作，按照車輛當(dāng)時的行駛工況，穩(wěn)定控制系統(tǒng)確定一個正確轉(zhuǎn)向角并且當(dāng)駕駛者繼續(xù)其通常導(dǎo)航行駛時付諸應(yīng)用。

　　懸架控制系統(tǒng)也在這種穩(wěn)定控制方面發(fā)揮作用。例如TRW的主動動態(tài)控制(ADC)能夠通過應(yīng)用反向扭矩(Counter Torqru)連續(xù)改善車輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。這一特點(diǎn)不僅對SUV(運(yùn)動型多功能車)和高重心的汽車適用，而且對乘用車也適用。

　　乘員約束保護(hù)系統(tǒng)在系統(tǒng)集成方面是一個重要領(lǐng)域。在這一領(lǐng)域的重要部件.就是TRW的主動控制安全帶卷收器(ACR)，它在主動預(yù)警到對乘員的被動保護(hù)之間架設(shè)起一座“橋梁”。也就是說，這種主動控制安全帶卷收器為主動安全系統(tǒng)與被動安全系統(tǒng)之間起到了連接作用。ACR能夠通過連接穩(wěn)定控制器而提前介入工作，以便在即將發(fā)生碰撞時及時收緊乘員安全帶，預(yù)先向乘員發(fā)出報警并調(diào)節(jié)好乘坐位置。

　　相關(guān)傳感器

　　環(huán)境傳感器在主動/被動安全系統(tǒng)集成方面起到了重要作用。遠(yuǎn)程雷達(dá)與短程雷達(dá)以及視頻傳感器的組合使它們一起參與工作，提供道路和車輛控制狀態(tài)的綜合圖象。如圖3所示，遠(yuǎn)程雷達(dá)(TRW自適應(yīng)巡航控制ACC)確認(rèn)與前方行駛車輛之間的方向(角度)和相對距離。由于較大的波束角(aperture angle)，短程雷達(dá)系統(tǒng)能在交通擁擠經(jīng)常停車和起步情況下，提供高自適應(yīng)巡航控制的功能(圖4)。

　　短程雷達(dá)(SRR)提供附加的預(yù)碰撞的信息并提供對車道改變的輔助功能。視頻傳感器通過探測車道標(biāo)志和目標(biāo)物外形掌握道路環(huán)境的變化狀態(tài)(見圖5)。這些傳感器也能作為后視攝像機(jī)起到駐車輔助功能。這三種傳感器的組合也稱為“傳感器融合”(sensor fusion)，提供了必需的信號重復(fù)功能——由于其廣闊覆蓋性和高測量精度——在緊急制動時發(fā)揮作用(見圖6)。

　　如上所述，來自于單個安全系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)能夠通過“集成”而顯著提高，系統(tǒng)集成能夠包含主動安全系統(tǒng)或主動與被動安全系統(tǒng)的組合。

　　主動安全系統(tǒng)的集成

　　一個主動安全系統(tǒng)的集成實(shí)例就是TRW的電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)與電子穩(wěn)定控制(ESC)制動系中的穩(wěn)定性控制器的連接(見圖7)。由于提前提示由制動系(路面不同摩擦系數(shù))提供的有關(guān)道路狀態(tài)，在車輛制動過程開始一瞬間反向轉(zhuǎn)向力干預(yù)就立即啟動。其結(jié)果是，較大制動力出現(xiàn)在高摩擦系數(shù)路面一側(cè)，從而有可能縮短制動距離。

　　圖8表示電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)集成的實(shí)例。視頻系統(tǒng)提供對車道的探測情況，而電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)本身的設(shè)計也有助于駕駛者保持車輛位于車道中心線，如果駕駛者不知不覺地偏離車道的中心線，則駕駛者就會接收到觸覺報警或轉(zhuǎn)向盤振動，以提醒駕駛者恢復(fù)到車道中心線。此外，電動動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有助于自動修正轉(zhuǎn)向輸入力，但是必須提醒注意的是，這種系統(tǒng)只是向駕駛者提供一種輔助功能，而不能誤認(rèn)為它就是自動駕駛儀。

　　主動安全系統(tǒng)與被動安全系統(tǒng)的集成

　　TRW的主動控制安全帶卷收器(ACR)展示出主動安全系統(tǒng)與被動安全系統(tǒng)集成的概念。ACR作為主動安全系統(tǒng)的一個組成部分，由于其卷收功能而起到了主動安全系統(tǒng)的功能。第一代ACR采用簡單的開/關(guān)控制，而當(dāng)車輛進(jìn)入危險的行駛之況時，這種ACR作動速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)遲于“車輛穩(wěn)定極限”階段。這時乘員在座位上承受的最大安全帶收緊力達(dá)到250N，如果碰撞沒有發(fā)生，那么安全帶只經(jīng)過幾秒時間就松開。

　　TRW的第二代ACR覆蓋較大的使用范圍(見圖9)。由于安全帶卷收器具有自由調(diào)節(jié)卷收力的特點(diǎn)，它在“舒適性模式”階段能夠工作。但是在進(jìn)入“動態(tài)支持”階段的較強(qiáng)制動操作時，ACR的卷收力增強(qiáng)。最大收緊力出現(xiàn)在“穩(wěn)定極限”階段，類似于第一代ACR。

　　通過車輛數(shù)據(jù)總線使相關(guān)傳感器信息提供給ACR，這些信息根據(jù)車輛的行駛工況，由專用于ACR的狀態(tài)管理算法進(jìn)行處理。圖10表示通過在車速60km/h緊急制動時向前位移量曲線比較所獲得的ACR性能圖。由該圖可知，通過比較有助于采用ACR改進(jìn)安全性能。按照乘員的乘坐位置，一個座位向后移的乘員經(jīng)受向前位移量縮減80mm，也就是說從沒有ACR功能的120mm到有ACR功能的40mm，如果座椅位于中間位置，則其平均向前位移從105mm縮減到35mm。如果座位完全向前移動，則相應(yīng)值從65mm減少到35mm。

　　傳感器功能的擴(kuò)展

　　考慮到安全性優(yōu)點(diǎn)，自適應(yīng)巡航控制雷達(dá)傳感器提供有關(guān)相對速度和距離的信息。而ACR利用這些信息在發(fā)生車輛碰撞事故中最大限度保護(hù)乘員。電子穩(wěn)定控制技術(shù)在這種情況下也利用這些信息以便獲得所要求的附加制動力。

　　雷達(dá)傳感器也提供地面速度信息，這些信息有助于改善現(xiàn)有安全系統(tǒng)的功能，諸如防抱制動系統(tǒng)(ABS)、ACR和安全氣囊控制。這些信息也同樣有助于新功能的擴(kuò)展，如直接式輪胎氣壓監(jiān)測器(TPM)，車道改變支持和發(fā)揮制動助力功能。

　　非常清楚，雷達(dá)系統(tǒng)通過與主動和被動安全系統(tǒng)集成的組合能夠向駕駛者報警而有可能顯著降低車輛后部碰撞。

　　今后展望

　　當(dāng)今大多數(shù)交通事故的統(tǒng)計指出，必須采用新的安全戰(zhàn)略以降低交通事故和人員傷亡的數(shù)量。相關(guān)研究指出，主動安全系統(tǒng)和被動安全系統(tǒng)的集成提供了高度改進(jìn)性能的可能。在這場新技術(shù)競爭中，“傳感器融合”起著主要的作用。通過組合可以應(yīng)用的傳感器信息然后提供給主動安全系統(tǒng)和被動安全系統(tǒng)。主動安全系統(tǒng)的集成主要集中于交通事故的避免，而主動安全系統(tǒng)和被動安全系統(tǒng)的集成則集中于降低交通事故的嚴(yán)重性和交通事故的后果。從兩種形式的集成實(shí)例驗證了這些措施的高度有效性。進(jìn)一步研究必需進(jìn)行下去，因為最終評價將證實(shí)其它集成機(jī)會存在。一言以蔽之，安全系統(tǒng)的新技術(shù)研究是長期的戰(zhàn)略課題。  來源《汽車與配件》