汽車電子的發(fā)展趨勢——汽車安全集成

　　在過去的20年中，廠商們在汽車安全領(lǐng)域激烈而良性的競爭，使得汽車的安全性能獲得大幅地提高。汽車安全評級如何達(dá)到或超越國家或國際標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為汽車廠商的一個(gè)營銷工具。創(chuàng)新和先進(jìn)的技術(shù)成為了安全系統(tǒng)的核心。根據(jù)歷年的交通安全數(shù)據(jù)顯示，近年來被動(dòng)和主動(dòng)安全系統(tǒng)先后被開發(fā)和完善，對交通傷亡事故的減少起到了積極而有效的作用。

　　圖 ACC

　　盡管目前汽車安全已獲得大大提升，它仍然是個(gè)尚待進(jìn)一步完善的重要挑戰(zhàn)。2007年的交通數(shù)據(jù)顯示，全美有4.1萬起死亡事故和超過240萬起受傷事故都是機(jī)動(dòng)車碰撞所致。安全帶、結(jié)構(gòu)性擠壓帶和安全氣囊等被動(dòng)安全系統(tǒng)已經(jīng)成為汽車設(shè)計(jì)的硬性要求和必要的組成部分。開發(fā)這些系統(tǒng)的目的是為了緩沖乘客在碰撞或突然剎車時(shí)所承受的撞擊力（即接觸壓力、擠壓力和加速度）。而工程學(xué)中專門研究這類技術(shù)的分支學(xué)科一般被稱為“耐碰撞性能研究”。

　　用于保護(hù)乘客的耐碰撞性安全措施主要圍繞以下幾個(gè)主題：車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念（如汽車正面碰撞吸能裝置、車身鋼板硬度等）、先進(jìn)材料開發(fā)（如高強(qiáng)度/重量比材料、復(fù)合材料、增強(qiáng)型耐壓材料等），以及由材料、結(jié)構(gòu)和其他先進(jìn)元件（如安全帶、安全氣囊、折疊式轉(zhuǎn)向柱、側(cè)面撞擊保護(hù)等）所構(gòu)成的特定安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　雖然耐碰撞性措施有助于提高汽車的安全性，但研究表明，多數(shù)撞車事故都是由駕駛員的失誤和違規(guī)操作造成的。導(dǎo)致這些情況的原因多種多樣，比如酒駕、注意力不集中、疲勞駕駛、缺乏對汽車的控制能力等。據(jù)美國交通部公路交通安全管理局（NHTSA）估計(jì)，美國每年近42%的交通死亡事故是由酒后或藥物作用下駕駛造成。這是美國最常見的刑事犯罪之一，每年有三分之一的美國人被牽涉到此類指控中，而平均每小時(shí)就有167人因此被捕。在美國，每39分鐘都會(huì)有一人因酒駕而死亡（肇事司機(jī)血液中的酒精濃度平均為 0.08），平均每天則有37人、每年超過1.6萬人因此而命喪輪下。

　　先進(jìn)的車輛控制技術(shù)、駕駛員輔助系統(tǒng)、碰撞預(yù)警系統(tǒng)和防碰撞系統(tǒng)都旨在減少駕駛員失誤和違規(guī)、提高汽車安全的有效主動(dòng)措施。隨著計(jì)算性能的不斷提高，以及嵌入式系統(tǒng)、傳感器、自動(dòng)控制和通信技術(shù)的出現(xiàn)，被稱為“主動(dòng)”安全系統(tǒng)的汽車安全系統(tǒng)在過去10年里應(yīng)運(yùn)而生并不斷完善。許多“主動(dòng)安全”的概念最早于20世紀(jì)70年代初便在汽車和研發(fā)行業(yè)中誕生。到了90年代，隨著更廉價(jià)、更小型，以及更便攜的電子設(shè)備、傳感器和中央處理器的出現(xiàn)，這些概念獲得了重生。與作為響應(yīng)性防碰撞措施的被動(dòng)安全系統(tǒng)不同，主動(dòng)系統(tǒng)一般采取感測（利用攝像頭、雷達(dá)等）和驅(qū)動(dòng)（即控制功能）來主動(dòng)降低潛在的碰撞可能或風(fēng)險(xiǎn)。這些系統(tǒng)旨在通過感測汽車、駕駛員以及周圍環(huán)境來預(yù)測可能出現(xiàn)的駕駛事故，并主動(dòng)規(guī)避以防止危險(xiǎn)事件的發(fā)生，或預(yù)先啟動(dòng)安全系統(tǒng)以在碰撞的危急關(guān)頭減少乘客所受的傷害?；谥鲃?dòng)概念，汽車設(shè)備制造商提供了各種不同的防碰撞和預(yù)警策略，為行車提供額外的安全性和舒適性。

　　市場上許多新型車輛都配備了主動(dòng)安全系統(tǒng)，如ESP（車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)——從2012年起，美國所有車輛必須裝配這個(gè)系統(tǒng)）、ACC或ICC（自適應(yīng)巡航控制或智能巡航控制）。ESP會(huì)檢測汽車的牽引力、車體轉(zhuǎn)向角度和滑移條件，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)力的分布、干預(yù)從動(dòng)輪的加速度（即選擇性制動(dòng)或車輪驅(qū)動(dòng)），使車輛保持穩(wěn)定，不偏離車道。ACC與常規(guī)巡航控制的工作原理很相似，但它能夠自動(dòng)保持與前方車輛或障礙物的距離；多數(shù)ACC系統(tǒng)都會(huì)利用95%以上的制動(dòng)力來停車，并通過啟動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)讓駕駛員作出最后停車指令。ACC可能通過雷達(dá)、近距或其他類型的傳感器來檢測遠(yuǎn)距和近距的障礙物，并執(zhí)行高級傳感器處理算法去便區(qū)分彎曲路段邊上的固定護(hù)欄與前方道路的車輛或故障物。

　　圖 ESP

　　主動(dòng)安全系統(tǒng)可以根據(jù)其與駕駛員的交互程度或?qū)︸{駛控制的干預(yù)來分類。例如，有些主動(dòng)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)（如ESC電子穩(wěn)定系統(tǒng)），而另一些則是向駕駛員提供信息或發(fā)出警告，充當(dāng)著駕駛輔助系統(tǒng)的角色。詳細(xì)地說，自動(dòng)控制功能，即與車輛動(dòng)力學(xué)相關(guān)的控制功能，駕駛員可能感覺不到它們的存在——就像自動(dòng)變速汽車自動(dòng)為駕駛員執(zhí)行了手動(dòng)擋汽車的換擋任務(wù)一樣。ESC是一種不需要駕駛員干預(yù)的自動(dòng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)。而信息提供功能，就是純粹的信息系統(tǒng)，它只向駕駛員提供有用的信息，從而提高駕駛員的態(tài)勢感知能力，比如天氣助手、結(jié)冰路面狀況等信息。處于二者之間的是各種干預(yù)程度不同的安全和舒適系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可能警示駕駛員，提供糾正建議，或者進(jìn)行部分（譬如觸覺）控制（即如輔助制動(dòng)）。例如，多家廠商最近推出的車道偏離預(yù)警系統(tǒng)就能夠在汽車偏離車道時(shí)警告駕駛員。一般而言，安裝在后視鏡后方的攝像頭會(huì)掃描前方道路上的車道標(biāo)志，并由一個(gè)視覺信息處理單元判定汽車是否越線，且僅在駕駛員未通過轉(zhuǎn)向燈表現(xiàn)出換道意向時(shí)啟動(dòng)采用蜂鳴聲或可視的警告系統(tǒng)。許多駕駛員輔助系統(tǒng)均為駕駛員提供信息和警告信號的方式，且可自由選擇是否啟用。