汽車主動安全系統技術架構

汽車作為高速交通工具一直伴隨著較高的危險性，汽車的安全性也一度是人們關注的重點。用戶在購買汽車時，安全性可能是其最關心的問題之一，從車身的重量、車身抗沖擊能力、材料的強度等物理因素，到安全氣囊的個數，都是人們高度重視的要求。

今天，安全帶、氣囊等被動式安全防護系統已經不能滿足下一代車輛設計的需求，而傳感器、控制單元及內部軟件算法等構成主動式安全保護機制的引入讓用戶的駕駛體驗得到更有效的安全保障。

汽車主動式安全系統

軍事專家在討論各國武器防御系統風格的迥異之處時，經常涉及到所謂被動型系統和主動型系統，汽車安全系統的設計上也處處體現了這種思路。

汽車被動式安全系統的代表即為傳統的保險杠、安全帶、安全氣囊等，主要目的是在意外發生時能盡量降低事故對車內人員的傷害程度。與之相對的主動式安全系統則考慮的是如何避免這種事故的發生。

實現對意外的主動避免和預防需要各種傳感和探測系統，如前后視雷達、夜視系統、紅外線探測、測距、CMOS/CCD影像監視，以及胎壓自動監測系統（TPMS）等。主要的工作原理即傳感器從外界獲得所需的物理模擬信號值，轉化為數字信號后再交由特定的控制單元進行分析，并進行有效的決策和預防措施。

圖一　汽車安全系統從被動向主動方式發展的趨勢圖

1. 預碰撞系統

汽車交通事故大都由于相對高速運動狀態物體間的碰撞，而引起碰撞的原因大多與違反交通規則、駕駛人視線受阻和精力不集中有關，如酒后駕車、疲勞駕駛、駕駛期間接打電話和聊天等。目前許多廠家都在研究預碰撞（Pre-Crash）安全系統作為應對。

預碰撞安全系統可分為對車內人員（駕駛員和乘客）的保護和車外人員（車外行人和車輛）的保護兩類，但安全保障的核心都是對碰撞動作的積極準備和防護措施。對于車內預碰撞安全系統，當相關傳感器或雷達探測到潛在的碰撞危險，會首先向車內駕駛員發出警告，如警告無效則在0.6秒前啟動自動剎車系統，根據駕駛員的剎車力量增加輔助油壓以充分降低車速，避免碰撞。同時，預碰撞安全系統也會在車內為被動防護提供支持，如關閉車窗、調整座椅角度或安全帶松緊程度以減輕碰撞強度和讓安全氣囊發揮更大作用等。在車外，預碰撞安全系統也可通過一系列措施盡量保護被撞對象的安全。如碰撞不可避免，安全系統會打開與行人受撞擊面相對的外部安全氣囊（如保險杠、風擋玻璃等處），盡量減少對其頭、胸、腰等脆弱和致命部位的撞擊力。

2. ACC自適應巡航控制系統

所謂預碰撞系統，只能在碰撞發生之前做出的一系列積極準備，而并不是“預防”碰撞的發生。目前發展迅速的ACC（Adaptive Cruise Control），即自適應巡航控制，則能部分實現碰撞事故的預防。

ACC屬于前向行駛的速度控制系統，主要功能在于控制本車與周邊車輛的安全距離。其通過在車身四周配置的多個傳感器和車內控制系統的先進算法向駕駛員提供安全駕車的輔助信息和建議，并在探測到潛在危險時向駕駛員及時發送警報，甚至直接介入車輛的操控系統加以干預。然而無論如何，ACC僅對剎車擁有部分干預程度，駕駛員仍然是駕駛的核心。

ACC實現速度和車距控制的關鍵在于鎖定前方目標車輛，然后計算出該車的速度、加速度等行駛信息。車主會提前為ACC設定反應時間，ACC在行駛時則會再依據輛車的相對速度和當前車距計算出安全車距，并判斷下一步的速度控制；而當輛車距離過近而超出ACC的控制范圍，則系統切換至預碰撞安全處理系統。

3. 駕駛警示系統

駕駛警示系統主要通過CCD/CMOS等傳感器和影像設備作為監視手段，通過內置辨識系統判斷車輛狀態和駕駛員的行為是否正常，如出現問題則及時發出警示信號避免事故的發生。也有的駕駛警示系統能探測出駕駛員呼出氣體的酒精濃度并給予適當的警告。此外后方和側面的監視器也可屬于駕駛警示系統，其可消除駕駛員的視覺死角，避免倒車時常見的碰撞事故。

駕駛警示系統的功能主要包括車道偏離警示（Lane Departure Warning, LDW）、駕駛危險警示、視覺死角警示（或稱盲點檢測）等。其中車道偏離警示主要在駕駛員駛入錯誤的車道進行警告，或在變換車道時提示其打方向燈等動作。

駕駛警示系統能為駕駛員的安全駕駛提供有效的輔助信息，但如果輔助信息不夠全面則無法起到其應有的作用。另一方面，一切事物都有其兩面性，如果輔助信息過多或過于復雜，不但對安全駕駛無益，有時反而會讓駕駛員疲于處理各種輔助信息而精力不集中，容易釀成事故。

此外，輔助信息通過何種手段發送給駕駛員也是值得研究的問題之一。屏顯、儀表板、語音等屬于傳統的手段，目前還出現了“體感警示”的方式，即汽車通過振動踏板、座椅、方向盤等來向駕駛員發送信息，或引起其注意。