在汽車最初發(fā)明的一段時間,汽車本身的安全性是不太重要的。因為早期汽車的馬力很小,速度也很慢,奔馳的第一輛汽油發(fā)動機汽車,只有0.85馬力,和現(xiàn)在的電動自行車差不多,而汽車的重量比自行車重多了,速度當然快不起來,時速只有16公里,而馬拉松選手時速是20公里,博爾特跑百米的時候時速36公里,沖刺時能達到41公里。
所以早期的汽車也就不需要太多的安全技術,甚至連風擋玻璃都沒有。
但是隨著技術的發(fā)展,汽車的馬力越來越大,時速越來越快,到了福特T型車,汽車馬力已經到了20馬力,時速也達到72公里,汽車的普及率大大提升,交通事故和車禍也隨之普及,汽車安全問題被提了出來。
被動保護
最初的汽車安全,人們總是想辦法把車造得結實一點,骨架強一點,鋼板厚實一點,風擋玻璃做成夾膠鋼化,局部鋼化。用硬碰硬來解決汽車安全問題。
但是隨著技術的發(fā)展和對車禍研究的增多,人們發(fā)現(xiàn)硬碰硬并不是最安全的,因為硬碰硬即使車本身沒有被撞毀,車內的人因為承載過高的沖擊力(G值),也會收到嚴重的傷害。
學過初中物理的都知道速度和加速度的概念,汽車在碰撞后速度從高速變成零,這個時間越短,加速度就越大,人受到的沖擊力就越大,無論車做得如何結實,人體能承受的過載是有限的,要讓人安全,就要減少人體所承受的沖擊力。
于是Volvo在1944年提出了安全車廂的概念,提出了乘客部分的車廂做單獨強化。(Volvo在1936年就把安全定義為自己的核心品牌價值,在安全方面投入較多,所以一些概念就提出的比較早,我們后面還會提到)
奔馳在1951也提出了類似的概念,將整個車體分為三部分,前后做的相對比較軟,在車禍時能夠吸收撞擊的動能,降低對車廂的沖擊力,保證乘客的安全。
簡單說,就是通過前后車廂變形延長撞擊后速度從高速降低為零的時間,根據物理公理,速度變化一樣,時間越長加速度越小,人體所受到的沖擊就越小,人就越安全。
這種概念被廣泛接收,現(xiàn)在所有的汽車車體都是這種結構。無論叫籠式車身也好,叫3H車身也好,叫3R車身也好,道理都是一樣的,只是宣傳不同。
保護完了乘客乘坐的車廂并不是就高枕無憂了,車廂無恙,人可能被甩出去摔死,被擋風玻璃撞死,被方向盤擠死。
于是,Volvo的工程師尼爾斯·博林發(fā)明汽車三點式安全帶,并將這項專利無償開放給整個汽車工業(yè)。事故時三點式安全帶可以有效地拉住人體,減少事故造成的損害。這一項也成為今天汽車標配。
安全帶可以解決身體的問題,但是車禍時頭還是一樣要往前甩出去的,并且可能會撞擊到方向盤造成嚴重傷害,側面碰撞中,玻璃和車門也會造成嚴重傷害。
于是,在1952年的一次事故中,美國工程師John W. Hetrick受到啟發(fā),發(fā)明了安全氣囊,并且以取得”輔助乘員保護系統(tǒng)”(Supplementary Restraint System;SRS)的名字獲得了專利(現(xiàn)在知道為什么你的安全氣囊上面的英文不是Safe Air而是SRS了吧),這一發(fā)明因為技術不完善和汽車行業(yè)的廣泛反對沒有立即應用,直到1980年,奔馳才在自己的頂級車S系中采用了安全氣囊,之后才普及來開,成為汽車的標配。
至此,汽車的被動安全大框架基本已經建設完畢,諸如兒童座椅,行人保護的小修補依然在進行。
需要特別一提的是,前幾個月,美國某機構在測試汽車安全時,使用了25度偏置碰撞,結果大量被認為安全性好的車落馬。
因為以前的安全措施大多是針對正面碰撞的,而對小角度碰撞研究不多,而實際車禍中,因為車主遇到緊急情況往往會打本能的打方向盤躲避,而不是直直的撞上去,小角度碰撞的情況很多。這個時候大多數(shù)車的安全措施會失效造成傷亡。在測試中只有Volvo和斯巴魯?shù)膬煽钴嚦煽儾诲e,斯巴魯是A柱做得確實結實,而拆車發(fā)現(xiàn)Volvo的車型是針對小角度碰撞專門做了設計,注重安全的傳統(tǒng)在測試中幫了Volvo。
主動出擊
被動安全再好,也是撞了之后才能發(fā)揮作用。比被動安全好的當然是主動安全,就是盡量避免車禍,防患于未然。
汽車的主動安全系統(tǒng),要得益于電子計算機技術的發(fā)展,隨著計算機技術的發(fā)展,汽車逐漸從一臺人操控的機械設備,變成一臺電腦控制行走機器。人并不直接與機器對話,而是通過電腦執(zhí)行人的指令。
以前,我們踩油門就是直接通過鋼絲或者拉桿去拉氣門聯(lián)動板,而現(xiàn)在,是我們踩油門是給車載計算機發(fā)加油門的指令,然后計算機去分析,然后計算機通過電機去控制氣門的開合。
如果計算機掛了,你怎么踩都沒用。(順便說一句,前幾年沸沸揚揚的豐田剎不住,就是電子控制系統(tǒng)的軟件設計和硬件設計的可靠性有問題,造成小小的BUG就會車毀人亡。)
同樣剎車也是如此,未來方向盤恐怕也是逃不過。自動泊車就是電腦操控方向盤。
因為電腦直接控制機械部分,而電腦是可以自己做出判斷,自己決定的的,所以主動安全就成為可能,首先出現(xiàn)是ABS。
ABS(Anti-lock Braking System)防抱死制動系統(tǒng),通過安裝在車輪上的傳感器發(fā)出車輪將被抱死的信號,控制器指令調節(jié)器降低該車輪制動缸的油壓,減小制動力矩,經一定時間后,再恢復原有的油壓,不斷的這樣循環(huán)(每秒可達5~10次),始終使車輪處于轉動狀態(tài)而又有最大的制動力矩。
傳感器,相當于行車電腦的感覺器官,控制器是大腦,最后通過傳動系統(tǒng)完成工作。這是ABS的原理,也是后來所有汽車主動安全系統(tǒng)的原理。
在ABS之后,有了現(xiàn)在很熱門的車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)(Electronic Stability Program,簡稱ESP),ESP無非是傳感器增加了功能,不僅僅是你剎車的時候起作用,在你高速過彎的時候,輪子失去附著力,傳感器也能感覺到并且給控制器發(fā)信號,控制器根據程序做出判斷,然后讓傳動系統(tǒng)做出反應。
雖然ESP很熱門,不過我們依然可以認為是比較低檔的主動安全系統(tǒng)。因為只是控制個剎車嘛。
類似檔次的主動安全系統(tǒng),還有什么車道告警、盲點告警、碰撞告警。無非是傳感器發(fā)現(xiàn)問題,控制器做出反應,然后給警報器報警。問題是報警也要人反應才有用。人反應不及,車禍該出還是出。電腦要多干點活才算是主動安全做到了家。
自動駕駛時代
前面說過,Volvo公司1936年開始就把安全作為品牌核心價值,一直在強調安全。(多說一句,我個人認為強調的有些過分了,譬如Volvo S80為了安全做成前驅車,橫置發(fā)動機,為了碰撞時的安全放棄了高檔后驅車的性能,其他家的高檔車都是縱置發(fā)動機的后驅車)所以對主動安全也是非常重視的。他們認為未來自動駕駛會解決主動安全的問題,并且把自動駕駛分成四個階段:
第一階段:駕駛員輔助,駕駛員輔助系統(tǒng)能為駕駛員在駕駛時提供必要的信息采集,在關鍵時候,給予清晰的、精確的警告,相關技術有:車道偏離警告(LDW),正面碰撞警告(FCW)和盲點信息系統(tǒng);
第二階段:半自動駕駛,駕駛員在得到警告后,仍然沒能做出相應措施時,半自動系統(tǒng)能讓在汽車自動做出相應反應,相關技術有:緊急自動剎車(AEB),緊急車道輔助(ELA);
第三階段:高度自動駕駛。該系統(tǒng)能在駕駛員監(jiān)控的情況下,讓汽車提供長時間或短時間的自動控制行駛;
第四階段:完全自動駕駛,在無需駕駛員監(jiān)控的情況下,汽車可以完全實現(xiàn)自動駕駛,意味著駕駛員可以在車上從事其他活動,如上網工作、休息睡覺或娛樂。
按照這個分類,第一階段已經基本普及,10萬的比亞迪思銳上面就都帶了。第二個階段正在普及,歐盟就立法要求2013年11月前的車都必須裝上緊急自動剎車(AEB)。Volvo的城市安全系統(tǒng)、本田的CMBS、奔馳的Pre-Safe都是這個層次東西。
下一步的發(fā)展主要是第三和第四個階段。
在2013年奔馳新款S系的廣告片中,我們看到演示了一項自動跟車的功能,堵車的情況下,電腦自己跟車。車主可以干點別的,這個已經是第三階段的水平了,汽車長時間或者短時間的自動控制行駛。在2012年Volvo已經發(fā)布了同類技術,并且會在2014年也會用到量產車型。
至于第四階段,目前我們看到的是谷歌的自動駕駛汽車已經試驗了很久了,不過這個車頂帶一個激光頭,像紅色警戒2游戲里面光棱坦克的東西看起來有點怪怪的。
除了谷歌其他廠家也沒閑著,2012年Volvo完成西班牙的列隊行駛,2013年博世宣布完成測試,奔馳要在2021年在S系上用上自動駕駛(這個有點遠)。保守點估計,再有10年,自動駕駛汽車就會進入我們的生活,主動安全也就發(fā)展到了極致。
也許,未來我們的孩子會生活在一個沒有車禍的時代。