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[導(dǎo)讀]未來完善的汽車安全系統(tǒng)還得充分結(jié)合陀螺儀、加速度計、方向盤與剎車踏板位置探測器,以及輪胎轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng),對車體配件做出精確的監(jiān)控及警示。汽車安全系統(tǒng)已從被動形式發(fā)展到主動形式,被動式安全系統(tǒng)追求的是在意

未來完善的汽車安全系統(tǒng)還得充分結(jié)合陀螺儀、加速度計、方向盤與剎車踏板位置探測器,以及輪胎轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng),對車體配件做出精確的監(jiān)控及警示。

汽車安全系統(tǒng)已從被動形式發(fā)展到主動形式,被動式安全系統(tǒng)追求的是在意外發(fā)生時能降低對個人的傷害,但主動式安全系統(tǒng)則強調(diào)要避免意外事件的發(fā)生。這種事先的預(yù)防能力,需依靠在車子內(nèi)外所設(shè)置的各種感測裝置,如雷達、紅外線、 CMOS/CCD影像傳感器、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)等。基于不同的安全訴求,這些監(jiān)測到的數(shù)據(jù)會經(jīng)由特定的控制器來加以計算,分析其代表的意義,并以最快的速度做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。目前已使用或發(fā)展中的先進安全系統(tǒng)在市場上已呈現(xiàn)應(yīng)用熱潮。

預(yù)碰撞系統(tǒng)起“內(nèi)外”保護作用

交通事故的發(fā)生以碰撞為主,而碰撞的理由往往與駕駛?cè)说淖⒁饬Σ患?如打瞌睡或打電話)、或視線不良等情況有關(guān),而且事故的發(fā)生通常都只在剎那之間。今日汽車廠無不致力于發(fā)展預(yù)碰撞(pre-crash)安全系統(tǒng),此系統(tǒng)又可分為對內(nèi)部駕駛?cè)?或乘客)的保護以及對行人的保護兩種。

對駕駛?cè)藖碚f,當(dāng)預(yù)碰撞安全系統(tǒng)透過雷達系統(tǒng)監(jiān)測到?jīng)_擊的可能性,它會向駕駛?cè)颂岢鼍荆绻詿o法避免沖撞的發(fā)生,會在0.6秒前啟動自動剎車系統(tǒng),此系統(tǒng)能根據(jù)駕駛者剎車的力量,增加剎車油壓輔助,讓車輛減速的動作更為確實,以望能將車速降至最低;在此同時,預(yù)碰撞系統(tǒng)也會驅(qū)動安全帶系統(tǒng)內(nèi)的馬達,將安全帶卷回,并將乘員固定在所設(shè)計的最佳位置上,例如調(diào)整頭枕位置來防止頸部傷害,或?qū)⒆我频揭粋€可以讓安全氣囊發(fā)揮最大功能的位置,以期將沖擊降到最低。此外,系統(tǒng)也可以做出關(guān)閉車窗及天窗等控制動作。

在行人的保護方面,當(dāng)雷達、紅外線或影像傳感器等組件感測到車體即將沖撞到行人時,預(yù)碰撞系統(tǒng)會緊急告知駕駛?cè)?,并在碰撞不可避免時,如上述般啟動自動剎車系統(tǒng)、爆開位于保險桿及前擋風(fēng)玻璃處的安全氣囊,以降低對行人頭部、胸部及足部的傷害。

自適應(yīng)巡航系統(tǒng)介入汽車操縱

從被動安全到預(yù)碰撞系統(tǒng),都是不得已時的撞車處理措施,但最好的情況是能做到事前預(yù)防碰撞的發(fā)生。通過配置在車子四周、愈來愈多的傳感器,以及更先進的數(shù)字控制技術(shù),今日的車主能夠獲得來自安全系統(tǒng)的輔助駕駛信息,在探測到可能出現(xiàn)的危機時,可適時發(fā)出警告信號,甚至能夠介入汽車的操縱控制。自適應(yīng)巡航控制(Adaptive Cruise Control,ACC)就是這樣的一套系統(tǒng),它的主要功能在于當(dāng)車距過近時將車輛減速,距離夠遠時再為車子加速。

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)屬于前向行駛的自動車速控制功能,它對于剎車僅有部分的干預(yù)程度,讓駕駛?cè)巳跃佑谥骺卣叩牡匚弧R獙崿F(xiàn)自適應(yīng)巡航控制的首要工作,就是鎖定前方的目標(biāo)車輛,再計算出前方車輛的移動信息,如車速、加速度、偏航率等; ACC系統(tǒng)會依據(jù)計算出的距離及相對速度,以及車主設(shè)定的反應(yīng)時間,進一步算出兩車之間的安全車距,并進一步做出加速及減速的動作。當(dāng)兩車距離過近時,則切換到預(yù)碰撞的處理模式。

駕駛警示系統(tǒng)多用CCD/CMOS

除了對碰撞及車速的控制處理外,對于駕駛?cè)说姆N種行為,也能通過各種感測系統(tǒng)進行監(jiān)控并做出警示動作。這些警示功能包括車道偏離警示(Lane Departure Warning,LDW)、駕駛危險警示、視覺死角警示(或稱盲點檢測)等等。這些功能大多利用CCD/CMOS影像傳感器來進行監(jiān)視,并通過一套辨識系統(tǒng)判斷車輛或駕駛的行為是否正常,并適時發(fā)出恰當(dāng)?shù)木嫘盘枴?/p>

車道偏離警示是當(dāng)車輛不正常偏離車道線時進行警示動作,輔助駕駛?cè)丝刂栖囕v保持在車道線內(nèi),或提醒駕駛?cè)俗儞Q車道時必須先打方向燈。如果駕駛?cè)耸孪却蚍较驘?,再變換車道,這屬于正常行為,系統(tǒng)不會發(fā)出警示信號。

駕駛危險警示系統(tǒng)是利用影像傳感器來監(jiān)看駕駛?cè)说男袨?,?dāng)駕駛?cè)顺霈F(xiàn)打瞌睡或視線偏離車道太久的情況時,會發(fā)出警告。有的系統(tǒng)甚至?xí)O(jiān)測駕駛座中的酒精濃度,并提出適當(dāng)?shù)木?。此外,駕駛?cè)说囊暰€也有不少死角,透過加裝后側(cè)方死角及后方死角監(jiān)視器,可以為駕駛?cè)颂峁┮曈X死角的相關(guān)環(huán)境信息。例如使用CCD或是超音波進行后方物體的監(jiān)測、顯像及警示,可以避免車輛倒車時發(fā)生事故。

對于駕駛?cè)藖碚f,有用的信息能減輕一些操控上的感知負擔(dān),并協(xié)助他做出適當(dāng)?shù)膽?yīng)變動作,不過,如果警示信息出現(xiàn)的太頻繁且沒有太大作用(如“前有測速照相”語音警示),這只會讓駕駛?cè)擞X得不堪其擾,進而拒絕使用這樣的一套輔助系統(tǒng)。另一個問題是如何發(fā)出警訊讓駕駛?cè)酥溃缯Z音、屏幕/儀表板顯示,或通過以振動油門踏板、方向盤或車體微動等方式來對駕駛?cè)俗龀鼍尽?/p>

主動安全系統(tǒng)對傳感器要求高

要做出正確的警示甚至是系統(tǒng)監(jiān)控,關(guān)鍵在于充分且有用的感測信息,以及對信息的辨識或判斷能力,前者需要靠傳感器的廣泛設(shè)置,后者則得依靠控制器中的可靠算法。以傳感器來說,目前用于環(huán)境感知的技術(shù)包括雷達、光探測與測距、紅外線、超音波、影像傳感器及加速度器等。這些技術(shù)各有其使用特性,分別適用于車體中不同的位置及不同的應(yīng)用。

以追隨前車及預(yù)碰撞功能來說,在傳感器上主要是采用毫米波雷達或激光雷達。其中激光雷達的成本較低,約只有毫米波雷達1/3的價格,不過,由于激光雷達的波長比較短,因此在下雨天無法達到理想的功能,因此為提高安全性能,高端車種還是會選用毫米波雷達。

在行人、道路、障礙物的辨識以及視野輔助方面,則以紅外線及影像傳感器為主要的監(jiān)視器技術(shù)。紅外線監(jiān)視器又分為遠紅外線(FIR)及近紅外線(NIR)兩種技術(shù),遠紅外線的原理是檢測出物體的熱量再將溫差影像化,適合監(jiān)測具有體溫的人體及動物;近紅外線則具有夜視的能力,能夠在視線不良的環(huán)境中(如夜間)輔助顯示前方的路況,而且能顯示比車燈距離更遠的位置,不過,會受到前方對照車燈的影響。

CCD或CMOS影像傳感器的應(yīng)用也愈來愈廣,從前方、前側(cè)方及后方的輔助視線應(yīng)用已擴大到對車內(nèi)及后側(cè)方向的監(jiān)測功能。透過辨識邏輯,它能夠用來辨識道路分隔線、行人、交通信號標(biāo)志,或判斷路面是否干燥或積水、積雪,甚至進一步推測路面的濕滑度,以供駕駛?cè)俗鰠⒖?。對于高反差或灰暗的環(huán)境,影像傳感器也能通過將高感應(yīng)度及低感應(yīng)度兩種畫面合成的方式,制作出色調(diào)更分明的畫面。

此外,影像傳感器也能與紅外線或雷達結(jié)合而形成混合式傳感器,能提供功能更強的監(jiān)視及警示功能。以紅外線監(jiān)視器來說,當(dāng)紅外線LED照射前方所反射回來的紅外線被CCD吸收后,不管是白天或晚上,都可以辨識車輛四周的路況。

更具智能性的主動式安全系統(tǒng)得靠精確且遍布車體內(nèi)外的各式傳感器,以及具正確且立即辨識、判斷能力的演算平臺來實現(xiàn)。視覺性的傳感器(如雷達、紅外線影像傳感器等)只是眾多傳感器中的一部分,未來完善的汽車安全系統(tǒng)還得充分結(jié)合陀螺儀、加速度計、方向盤與剎車踏板位置探測器,以及輪胎轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng),對車體配件做出精確的監(jiān)控及警示。

愈來愈多的傳感器、更強大的演算中心及對剎車、引擎、安全氣囊等裝置的控制,將形成更復(fù)雜的車載網(wǎng)絡(luò)(in-vehicle network),此網(wǎng)絡(luò)中需要更實時的處理性能和數(shù)據(jù)傳送能力。這些智能性的輔助功能將讓駕駛?cè)烁p松和安心地開車,也有助于減少交通意外的發(fā)生或降低事件的嚴重性。

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電子穩(wěn)定程序保持車輛正常行駛

除了駕駛?cè)说男袨橥?,車輛的行為也是安全控制的一個重點。電子穩(wěn)定程序 (Electr onic Stability Program,ESP)便是一套協(xié)助駕駛?cè)吮3周囕v正常行為的主動式安全系統(tǒng),它整合了防抱死制動系統(tǒng)(Anti-lock Braking System,ABS)和循跡控制系統(tǒng)(Traction Control System,TCS),能夠防止汽車出現(xiàn)輪胎打滑失控的現(xiàn)象。

ABS與TCS兩者有著相反作用的功能:其中ABS是當(dāng)汽車輪胎出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象時,迅速地啟動剎車;TCS則是當(dāng)輪胎產(chǎn)生空轉(zhuǎn)時,透過扭力的降低或輪胎的死鎖來讓輪胎重新獲得抓地力。ESP整合了兩者,當(dāng)車輛有側(cè)滑的危險或者轉(zhuǎn)向不足時, ESP就會分別對每個車輪施加不同的制動力,修正汽車的軌跡,防止出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足和轉(zhuǎn)向過度的情形。

 

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