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

　　開(kāi)發(fā)背景

　　在當(dāng)今世界交通運(yùn)輸量急劇增長(zhǎng)形勢(shì)下，汽車(chē)駕駛者承受了巨大壓力，而與此同時(shí)交通事故不斷上升。其結(jié)果造成巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此要求世界各國(guó)采取相應(yīng)的措施，制定短期與中長(zhǎng)期的計(jì)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(chē)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(chē)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(dòng)安全領(lǐng)域——通過(guò)駕駛者支持系統(tǒng)——而且駕駛者也從車(chē)載被動(dòng)安全系統(tǒng)獲得有效支持，從而在一旦發(fā)生交通事故時(shí)降低人員傷亡的嚴(yán)重性。這種在車(chē)載主動(dòng)安全系統(tǒng)、被動(dòng)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(kāi)發(fā)成功并有助于進(jìn)一步提高汽車(chē)安全性。

　　提高主動(dòng)安全系統(tǒng)/被動(dòng)安全系統(tǒng)的推動(dòng)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(jì)資料表明，在過(guò)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(chē)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(bào)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(bào)道了這樣的統(tǒng)計(jì)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(guó)際組織的各種不同支持計(jì)劃已經(jīng)啟動(dòng)，作為幫助駕駛者應(yīng)對(duì)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(chē)載系統(tǒng)集成的歐洲計(jì)劃中有e－safety、PRe VENT和EUCAR。

　　主動(dòng)安全系統(tǒng)和被動(dòng)安全系統(tǒng)的組合

　　在過(guò)去，車(chē)輛技術(shù)的開(kāi)發(fā)主要集中于單個(gè)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(gè)階段的詳細(xì)內(nèi)容。

　　交通事故發(fā)生的次序開(kāi)始于“進(jìn)入模式”階段，這時(shí)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(dòng)態(tài)支持”和“車(chē)輛穩(wěn)定性極限”階段。當(dāng)超過(guò)“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(duì)于應(yīng)用先進(jìn)執(zhí)行器和傳感器使主動(dòng)安全系統(tǒng)和被動(dòng)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(dòng)約束系統(tǒng)的潛力就能釋放，就是說(shuō)，這時(shí)被動(dòng)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(dòng)安全系統(tǒng)和被動(dòng)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(dòng)安全系統(tǒng)和被動(dòng)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(cè)車(chē)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(guò)制動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)干預(yù)調(diào)節(jié)車(chē)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(jiǎn)稱STC)技術(shù)，對(duì)來(lái)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＾D(zhuǎn)向角覆蓋(Steering anghe overlay),也就是TRW的主動(dòng)前輪轉(zhuǎn)向(AFS)在沒(méi)有來(lái)自駕駛者的輸入力情況下完成工作，按照車(chē)輛當(dāng)時(shí)的行駛工況，穩(wěn)定控制系統(tǒng)確定一個(gè)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(shí)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(dòng)動(dòng)態(tài)控制(ADC)能夠通過(guò)應(yīng)用反向扭矩(Counter Torqru)連續(xù)改善車(chē)輛轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。這一特點(diǎn)不僅對(duì)SUV(運(yùn)動(dòng)型多功能車(chē))和高重心的汽車(chē)適用，而且對(duì)乘用車(chē)也適用。

　　乘員約束保護(hù)系統(tǒng)在系統(tǒng)集成方面是一個(gè)重要領(lǐng)域。在這一領(lǐng)域的重要部件.就是TRW的主動(dòng)控制安全帶卷收器(ACR)，它在主動(dòng)預(yù)警到對(duì)乘員的被動(dòng)保護(hù)之間架設(shè)起一座“橋梁”。也就是說(shuō)，這種主動(dòng)控制安全帶卷收器為主動(dòng)安全系統(tǒng)與被動(dòng)安全系統(tǒng)之間起到了連接作用。ACR能夠通過(guò)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(shí)及時(shí)收緊乘員安全帶，預(yù)先向乘員發(fā)出報(bào)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(dòng)/被動(dòng)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(chē)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(chē)輛之間的方向(角度)和相對(duì)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(chē)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(duì)車(chē)道改變的輔助功能。視頻傳感器通過(guò)探測(cè)車(chē)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(jiàn)圖5)。這些傳感器也能作為后視攝像機(jī)起到駐車(chē)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(hào)重復(fù)功能——由于其廣闊覆蓋性和高測(cè)量精度——在緊急制動(dòng)時(shí)發(fā)揮作用(見(jiàn)圖6)。

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

　　主動(dòng)安全系統(tǒng)的集成

　　一個(gè)主動(dòng)安全系統(tǒng)的集成實(shí)例就是TRW的電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)與電子穩(wěn)定控制(ESC)制動(dòng)系中的穩(wěn)定性控制器的連接(見(jiàn)圖7)。由于提前提示由制動(dòng)系(路面不同摩擦系數(shù))提供的有關(guān)道路狀態(tài)，在車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程開(kāi)始一瞬間反向轉(zhuǎn)向力干預(yù)就立即啟動(dòng)。其結(jié)果是，較大制動(dòng)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(dòng)距離。

　　圖8表示電動(dòng)動(dòng)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(duì)車(chē)道的探測(cè)情況，而電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)本身的設(shè)計(jì)也有助于駕駛者保持車(chē)輛位于車(chē)道中心線，如果駕駛者不知不覺(jué)地偏離車(chē)道的中心線，則駕駛者就會(huì)接收到觸覺(jué)報(bào)警或轉(zhuǎn)向盤(pán)振動(dòng)，以提醒駕駛者恢復(fù)到車(chē)道中心線。此外，電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有助于自動(dòng)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(dòng)駕駛儀。

　　主動(dòng)安全系統(tǒng)與被動(dòng)安全系統(tǒng)的集成

　　TRW的主動(dòng)控制安全帶卷收器(ACR)展示出主動(dòng)安全系統(tǒng)與被動(dòng)安全系統(tǒng)集成的概念。ACR作為主動(dòng)安全系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，由于其卷收功能而起到了主動(dòng)安全系統(tǒng)的功能。第一代ACR采用簡(jiǎn)單的開(kāi)/關(guān)控制，而當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入危險(xiǎn)的行駛之況時(shí)，這種ACR作動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)遲于“車(chē)輛穩(wěn)定極限”階段。這時(shí)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(méi)有發(fā)生，那么安全帶只經(jīng)過(guò)幾秒時(shí)間就松開(kāi)。

　　TRW的第二代ACR覆蓋較大的使用范圍(見(jiàn)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(dòng)態(tài)支持”階段的較強(qiáng)制動(dòng)操作時(shí)，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(lèi)似于第一代ACR。

　　通過(guò)車(chē)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(chē)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(guò)在車(chē)速60km/h緊急制動(dòng)時(shí)向前位移量曲線比較所獲得的ACR性能圖。由該圖可知，通過(guò)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(gè)座位向后移的乘員經(jīng)受向前位移量縮減80mm，也就是說(shuō)從沒(méi)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(dòng)，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(duì)速度和距離的信息。而ACR利用這些信息在發(fā)生車(chē)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(dòng)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(dòng)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(cè)器(TPM)，車(chē)道改變支持和發(fā)揮制動(dòng)助力功能。

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

　　今后展望

　　當(dāng)今大多數(shù)交通事故的統(tǒng)計(jì)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(dòng)安全系統(tǒng)和被動(dòng)安全系統(tǒng)的集成提供了高度改進(jìn)性能的可能。在這場(chǎng)新技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中，“傳感器融合”起著主要的作用。通過(guò)組合可以應(yīng)用的傳感器信息然后提供給主動(dòng)安全系統(tǒng)和被動(dòng)安全系統(tǒng)。主動(dòng)安全系統(tǒng)的集成主要集中于交通事故的避免，而主動(dòng)安全系統(tǒng)和被動(dòng)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(yàn)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?yàn)樽罱K評(píng)價(jià)將證實(shí)其它集成機(jī)會(huì)存在。一言以蔽之，安全系統(tǒng)的新技術(shù)研究是長(zhǎng)期的戰(zhàn)略課題。  來(lái)源《汽車(chē)與配件》