談主動安全系統(tǒng)與被動安全系統(tǒng)的集成
| 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)出先進的安全系統(tǒng)技術。 其中最重要的研究成果之一就是應用能共享信息的“傳感器融合”技術。這實際上是一種“系統(tǒng)集成”技術。這種“系統(tǒng)集成”為主動安全技術與被動安全技術之間架設一座橋梁，通過兩者的結合，創(chuàng)造了一個為乘員安全與車輛行駛安全的綜合性方法。 開發(fā)背景 在當今世界交通運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。其結果造成巨大的人員傷亡和財產損失。因此要求世界各國采取相應的措施，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，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重性。其中重要研發(fā)成果就是采用能夠與相應的環(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域開發(fā)成功并有助于進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，歐洲要實現零交通事故率為期尚遠。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仍然高居不下。 根據歐盟的《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達到46700人。這些人員死亡造成總的經濟損失達到2000億歐元，相當于歐洲GDP的2%。為此，歐盟宣布到2010年交通事故死亡人數目標減少50%。 該期《歐洲新聞》中，歐盟也報道了這樣的統(tǒng)計數字，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啟動，作為幫助駕駛者應對交通事故和增強道路安全的補救措施。在有關各種車載系統(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)集成的有效應用要求了解交通事故發(fā)生的每一個階段的詳細內容。 交通事故發(fā)生的次序開始于“進入模式”階段，這時乘員已經系緊安全帶鎖扣，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，并再進入“動態(tài)支持”和“車輛穩(wěn)定性極限”階段。當超過“非回復點”以后，就進入“預碰撞”階段。在這一階段則對于應用先進執(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。當進入“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。 主動安全系統(tǒng)和被動安全系統(tǒng)的部件構成 電子穩(wěn)定控制(ESC)是一種重要技術，它從探測車輛行駛狀態(tài)的系統(tǒng)傳感器提供相關數據并能夠有助于通過制動和發(fā)動機干預調節(jié)車輛穩(wěn)定性。 各種電子機械轉向系統(tǒng)包括諸如轉向扭矩覆蓋(轉向扭矩控制或簡稱STC)技術，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。 這種系統(tǒng)集成向駕駛者提供轉向扭矩推薦值，有助于駕駛者在轉向操作中選擇適當的修正措施。轉向角覆蓋(Steering anghe overlay),也就是TRW的主動前輪轉向(AFS)在沒有來自駕駛者的輸入力情況下完成工作，按照車輛當時的行駛工況，穩(wěn)定控制系統(tǒng)確定一個正確轉向角并且當駕駛者繼續(xù)其通常導航行駛時付諸應用。 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)能夠通過應用反向扭矩(Counter Torqru)連續(xù)改善車輛轉向穩(wěn)定性。這一特點不僅對SUV(運動型多功能車)和高重心的汽車適用，而且對乘用車也適用。 乘員約束保護系統(tǒng)在系統(tǒng)集成方面是一個重要領域。在這一領域的重要部件.就是TRW的主動控制安全帶卷收器(ACR)，它在主動預警到對乘員的被動保護之間架設起一座“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，預先向乘員發(fā)出報警并調節(jié)好乘坐位置。 相關傳感器 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。遠程雷達與短程雷達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。遠程雷達(TRW自適應巡航控制ACC)確認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)，短程雷達系統(tǒng)能在交通擁擠經常停車和起步情況下，提供高自適應巡航控制的功能。 短程雷達(SRR)提供附加的預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志和目標物外形掌握道路環(huán)境的變化狀態(tài)。這些傳感器也能作為后視攝像機起到駐車輔助功能。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。 如上所述，來自于單個安全系統(tǒng)的優(yōu)點能夠通過“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)的集成實例就是TRW的電動動力轉向系統(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。由于提前提示由制動系(路面不同摩擦系數)提供的有關道路狀態(tài)，在車輛制動過程開始一瞬間反向轉向力干預就立即啟動。其結果是，較大制動力出現在高摩擦系數路面一側，從而有可能縮短制動距離。 表示電動動力轉向系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)集成的實例。視頻系統(tǒng)提供對車道的探測情況，而電動動力轉向系統(tǒng)本身的設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向盤振動，以提醒駕駛者恢復到車道中心線。此外，電動動力轉向系統(tǒng)有助于自動修正轉向輸入力，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/關控制，而當車輛進入危險的行駛之況時，這種ACR作動速度遠遠遲于“車輛穩(wěn)定極限”階段。這時乘員在座位上承受的******安全帶收緊力達到250N，如果碰撞沒有發(fā)生，那么安全帶只經過幾秒時間就松開。 TRW的第二代ACR覆蓋較大的使用范圍。由于安全帶卷收器具有自由調節(jié)卷收力的特點，它在“舒適性模式”階段能夠工作。但是在進入“動態(tài)支持”階段的較強制動操作時，ACR的卷收力增強。******收緊力出現在“穩(wěn)定極限”階段，類似于第一代ACR。 通過車輛數據總線使相關傳感器信息提供給ACR，這些信息根據車輛的行駛工況，由專用于ACR的狀態(tài)管理算法進行處理。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改進安全性能。按照乘員的乘坐位置，一個座位向后移的乘員經受向前位移量縮減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，則相應值從65mm減少到35mm。 傳感器功能的擴展 考慮到安全性優(yōu)點，自適應巡航控制雷達傳感器提供有關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******限度保護乘員。電子穩(wěn)定控制技術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。 雷達傳感器也提供地面速度信息，這些信息有助于改善現有安全系統(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 當今大多數交通事故的統(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量。相關研究指出，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性能的可能。在這場新技術競爭中，“傳感器融合”起著主要的作用。通過組合可以應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重性和交通事故的后果。從兩種形式的集成實例驗證了這些措施的高度有效性。進一步研究必需進行下去，因為最終評價將證實其它集成機會存在。一言以蔽之，安全系統(tǒng)的新技術研究是長期的戰(zhàn)略課題。 |
