汽车一体化安全与碰撞预警安全技术

2014-06-25卢燚乐中耀

汽车工程师 2014年9期

卢燚乐中耀

（中国汽车工程研究院股份有限公司）

传统汽车安全技术有两大领域——被动安全与主动安全。其中，被动安全技术的目标是通过优化车辆碰撞结构、使用良好匹配的座椅或者安全气囊等乘员约束装置，使得碰撞发生之后，乘员所受的伤害值尽量减小，它是目前运用最为广泛的汽车安全技术；而主动安全技术的目标是提前杜绝碰撞发生的隐患，或者对即将发生的碰撞进行规避，一般较新的技术有车辆避撞装置和车道线识别等，目前正处于技术蓬勃发展、应用逐渐增多的上升阶段。随着汽车安全技术的不断进步，被动安全与主动安全这两大领域逐渐融合，产生出“碰撞预警安全系统”的新安全概念。所谓的“碰撞预警”（Pre-Crash）即为运用主动安全的相关研究成果，能够对于汽车即将发生的碰撞做出预先判断，从而提升被动安全装置的保护效果的新概念技术[1]。

1 汽车一体化安全概念及组成

随着汽车安全研究的逐步深入以及智能交通技术的突飞猛进，汽车安全技术进入到一个新的阶段，即汽车一体化安全。汽车一体化安全融合了传统的汽车主动安全和被动安全，同时增加了以ITS（智能交通系统）技术为基础的智能化驾驶辅助系统及预碰撞安全技术[2]。在主被动安全性之间不存在严格的界限或突变点，主被动安全性有交互区域，这就是汽车碰撞预警安全，如图1所示。汽车碰撞预警是在事故发生前后的一瞬间内，既有避免事故发生的预警系统，又有接受了报警信号迅速起效的约束与保护系统[3]。这样才能综合车辆的智能安全性，充分发挥主被动安全措施的最佳效用，以达到车辆的安全性设计的真正目的，尽可能降低事故的发生率，尽可能降低事故造成的人员和财物伤害。

汽车一体化安全系统主要包括3个子系统，分别是传感器系统、控制系统和执行系统。如图2所示。

传感器系统负责车辆周边环境和驾驶员状态的实时监测，包括雷达、激光和摄像头等探测装置，还包括C2C/C2I（车与车/车与交通设施）通信装置。控制系统负责融合、分析传感器采集的数据信息，采用一定的控制算法判别车辆是否处于危险工况以及是否存在潜在危险。执行系统负责实施控制单元发出的信号，主要包括辅助驾驶、车辆动力学控制与碰撞保护3个方面。辅助驾驶可以协助驾驶员方便、安全地驾驶车辆，减少事故的发生，减轻驾驶员的疲劳。常见的辅助驾驶装置有警示系统和自动巡航系统等。车辆动力学控制系统可以在车辆出现危险工况之前或者过程中，主动采取一定措施来维持车辆处于正常行驶状态，从而避免交通事故的发生，例如:ABS和ESP等。碰撞保护系统在车辆发生碰撞时或者碰撞之前，通过被动措施或者主动措施减轻碰撞所造成的人员伤害。

2 碰撞预警安全技术

作为汽车一体化安全的主要组成部分，碰撞预警安全系统在减轻碰撞强度和乘员伤害程度方面发挥着至关重要的作用。从2003年至今，国外各大汽车公司，如丰田、奔驰、沃尔沃及日产等已经纷纷推出自己的应用碰撞预警技术的中高端车型，并投入市场。未来它会成为主动安全与被动安全领域结合的一个重点技术方向，并逐渐向中低端车型发展，成为汽车安全技术新亮点。一方面，碰撞预警的出现，为被动安全研究领域开拓了一个新的突破点，在碰撞能够提前预判的基础上，许多被动安全的成熟技术会有一个崭新的革新与应用。另一方面，由于碰撞预警安全技术的革命性理念以及其广泛的涉及性，也在汽车产业设置了一个新的技术门坎，必将带来汽车安全技术一波新的冲击。对于国内汽车企业而言，若能抓住这个时机，迎难而上，则能够借机转型，把握市场脉搏，发展壮大自己。

2.1 碰撞预警系统构架

碰撞预警安全系统并不是一项需要投入大量人力、物力重新研发的一个全新的技术，是多项安全创新技术的集成。它是利用汽车安全技术领域近几十年来在被动安全与主动安全方面丰富的技术积累，合并推出的一整套安全保护系统。

从技术可行性研究上看，相比较众多的汽车主动安全新技术，这项技术的门坎相对较低，实现可能性也相对较高，是很有可能在近期得以实现的技术方案。

2.2 碰撞预警安全技术的应用状况

虽然学术上对碰撞预警安全的研究并不是很成熟，但是国外大的知名汽车企业已经纷纷在市场上推出带有碰撞预警技术的车型。图3示出碰撞预警安全的技术构架图。丰田公司最早于2003年2月在全球率先推出第一款应用碰撞预警安全系统的车型Celsior，其集成了预紧式安全带，主动悬架以及辅助制动等多项功能，极大地提高了驾驶者的安全体验，引领了汽车技术发展的新潮流，获得很大成功。其碰撞预警安全系统的结构形式，如图4所示。

奔驰公司于2003年也推出了自己的碰撞预警安全系统方案Pre-Safe，并在2003款奔驰S级车上开始配备。BOSCH公司也提出了自己的Pre-Safe概念，其中依照反应的局促程度分为了3个等级：Preset，Prefire和Preact。沃尔沃和日产等汽车公司都有各自相应的Pre-Crash研发成果。