目前国际上领先的底盘电控产品供
应商和汽车制造商均开始推广这一技术,但不同公司所 选择的技术路径或稍有差异。主流的集成方案有两种: 一是基于 ESP 的集成控制方案。该方案集成了ABS, TCS,AYC 技术,实现了制动、驱动和转向联合控制, 此外,在一些商用车上进一步集成了防侧翻控制功能。
图 4 底盘一体化控制系统
与此同时,随着一体化控制的发展,底盘各电控 子系统、发动机管理系统、传动控制系统、转向电控系 统,以及车载电子等多系统间信息共享和协调控制对通 讯问题提出了迫切的要求。如电子稳定程序(electronic stability program,ESP) 双 离 合 变 速 箱(dual clutch 、 transmission,DCT) 机 械 式 自 动 变 速 器(automatic 、 mechanical transmission, AMT) 等控制中需要和发动机 联合控制扭矩输出。因此整车电控技术需辅以完备的 汽车控制系统通讯 (高速通讯) 协议。当前国际上主流 车型均建有完备的通讯体系,底盘各单元电控产品可以 根据需要从通讯网络中获取所需信息,进行系统控制 的集成。 2.2.3 智能安全辅助控制技术 驾驶安全辅助控制技术利用现代电子信息技术、 传感技术来扩展驾驶人员的感知范围,将感知技术获 取的外界信息 (如车距、其它障碍物距离) 传递给驾驶 人员;同时在路况与车况的综合信息中辨识是否构成安 全隐患;在紧急情况下 ,能自动采取措施控制汽车,使 汽车能主动避开危险,或在发生事故瞬间能有保护乘 员的辅助装置,保证车辆及人员的安全。
1)Eye Car 技术:沃尔沃的 Eye Car 系统可以将不 同身高的驾驶员的视线都保持在最佳高度系统,会根 据每个人的特点对座椅进行调节,使驾驶员视野不受 任何限制。可确保任何体型驾驶员都能保持最佳的坐 姿,拥有最佳的观察视野和舒适度。 2)CamCar 技术: CamCar 技术旨在帮助提高驾驶 员的感知能力。多个铅笔大小的摄像机和三个可切换 的视频显示屏为驾驶员提供了前、后视视线,这样既 可方便泊车时的操作,又可在拥挤的交通中提高行驶 的安全性。 3) SensorCar 技术:交通伤亡事故中碰撞行人占有 很大的比例。马自达 SensorCar 概念车中采用的碰撞预 警系统技术主要是为了减少追撞和伤害行人的事故,对 于今后在事故防范方面取得进展具有重要的意义。 4) 预防驾驶疲劳:日本先锋公司防止司机开车打瞌 睡的系统它可通过心跳速度的变化,监测司机是否打 瞌睡,在睡意来临 15 min 前提醒司机注意,防止发生 事故。 5)防碰撞安全系统:日本丰田公司在其汽车防碰 撞安全系统 (precrash safety system) 加入了可以监测驾驶员状态的摄像头。摄像头不仅可以侦测驾驶者头部的 动作,还可以透过镜头直接测量驾驶者的上下眼皮距 离,来判断是否打瞌睡,如果系统发现驾驶者的眼睛 处于 “关闭状态” 以及存在发生碰撞的可能性时便会提 出警告。 目前,中国在智能安全控制技术领域也开展了多年 的研究,部分汽车企业和科研院所都在积极地推动相 关技术的发展与应用。这其中就包括中国第一汽车集 团公司、东风汽车公司、厦门金龙客车有限公司等汽 车企业,以及清华大学、吉林大学、交通部公路科学 研究所等多家科研院所。虽然,中国在智能驾驶安全 辅助系统方面的应用工作落后于国外发达国家,但随着 国家对汽车主动安全技术的日益重视,越来越多科研 工作人员的参与,人们对汽车安全性要求的不断提高, 汽车企业及配套企业观念的转变,中国交通和汽车行 业的快速发展,驾驶安全辅助系统的工程化技术开发 及产业化工作将会加速发展,越来越多的汽车智能化 安全系统必将成为车辆的标准配置,具有很好的市场 前景 [19]。 2.2.4 基于人-车危险状态监控的安全预警技术 基于人-车危险状态监控的主动安全预警与干预 技术主要包括行车环境与车辆状态的全向感知技术、 基于驾驶人监控与行为辨识技术的安全驾驶策略优化 技术、基于交通环境和驾驶人状态的适应式干预技术 等关键技术。 由于造成交通事故的原因复杂,涉及到交通活动 的各个环节,主要包括: 驾驶员警觉性的降低、不合理 的驾驶行为、行车环境的复杂性和突发性以及车辆自 身存在的安全隐患等。行车安全状态识别是利用现代 电子信息技术、传感技术来拓展驾驶员的认知局限性, 在人-车-路的综合信息中辨识是否存在安全隐患。 开发高性能的行车安全状态监控技术和信息服务平台, 可为驾驶员提供有效的驾驶辅助,有效降低交通事故 的发生率。 由于这类技术在事故预防方面的显著效果,已成 为世界各国重点研究的汽车主动安全技术之一。世界各大汽车公司、科研机构在政府的支持下 ,纷纷开展 这方面的研发工作,部分产品已开始进入市场。例如 梅赛德斯 - 奔驰公司在 2009 年推出的新 E 级车上首次 装配了驾驶员注意力支持系统-- “Attention Assist” 系 统, 通过汇集 70 多组与注意力相关的操控动作参数 (如 方向盘转角和转速的变化) ,来监测驾驶人的注意力状 态。日产公司在北美销售的 Infinite FX35 具有四周观 测功能,辅助驾驶员安全泊车等。美国的 SAVE-IT 项 目通过监控道路环境、车辆和驾驶员状态,对车内信 息进行系统管理,达到提高驾驶安全性的目的;日本的 ASV 项目监控驾驶员状态、操作及车辆动作,对潜在 危险状态及行为进行预警由于交通事故的原因越来越复杂和多样化,使得 通过对简单、明显的危险因素采取措施很难解决问题。 因此,需要改进对这些措施的基础性研究,在开展人、 路、车 3 个基本因素的相关研究之外,更加注重 3 个 因素之间协调作用的研究工作。 由于人的因素较为复杂, 将来的研究在一定时期内还会主要集中在车路协调控 制方面。也就说,除自主式的车载安全装置外,还辅 之以车路协调合作方式,即通过车车以及车路通信技 术获取道路环境信息,从而更有效的评估潜在危险并 优化车载安全系统的功能。 2)智能公路。 智能公路是基于目前的汽车安全系统,如车载导 航系统 (vehicle information and communication system, VICS) 不 停 车 收 费 系 统 、 (electronic toll collection, ETC) 车 载 辅 助 安 全 系 统 、 (supplemental restraint system,SRS)) , 和先进辅助巡航公路系统 (automated highway system,AHS) ,与道路基础设施 (如路上检测 系统、可变信息板、信标、数字地图、光纤网络以及专 用短程通信系统等) 进行集成,形成一个开放共用的基 础平台,将车载装置一元化并实现车路一体化协调,提 供多种多样的智能运输系统 (intelligent transportation system, ITS) 服务。 3) 基础共性技术的研究。 汽车安全技术的发展离不开各个子系统关键技术 的突破,因此在未来的一段时期内,关键零部件的研 究仍然是汽车安全技术的研究重点。例如汽车稳定性 控制中的液压单元、关键传感器技术的突破、被动安 全碰撞中的人体模型等。只有在这些基础性技术相对 成熟的技术上,汽车安全技术才会有更加长足的发展。
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近些年来,中国在行车环境感知、危险驾驶行为 辨识和异常状态监测预警等关键技术的研发方面取得 了很大进步,已经形成了部分核心技术,积累了大量成 果和数据。但前期主要集中在对交通要素的分立研究, 没有将交通活动视为全程的、完整的行为模式进行探 讨,缺乏对各交通要素之间关联性的论证和对安全隐 患致因因素的模糊性、随机性、交错性、互动性的分 析。从目前国际上研究现状来看,综合考虑人-车-路 各个环节的综合的安全状态监控技术代表了未来的发 展方向,各发达国家在该方面也处在起步阶段,它的 研究成功将会大幅降低交通事故发生率,产生重大的 经济效益和社会效益。
3
汽车安全技术的展望
汽车安全与节能技术是当前国际汽车高新技术发
展的两大主题。研制先进安全汽车既是高效安全交通 运输系统的基础,同时也是人民生命财产保证的必要 选择。随着汽车保有量迅猛增加,交通运输系统日趋 复杂,再加上地区不稳定因素及国际恐怖活动加剧, 在国家安全、社会经济安全方面对汽车安全提出了更 高的现实要求。先进安全汽车技术的研究也成为了汽 车安全技术的核心任务。 所谓先进安全汽车是指具有先进的车载安全结构 和装置,集成了整车安全性设计、被动安全和主动安 全系统关键技术,能有效预防交通事故的发生并能显 著降低交通事故中人员伤害的高安全性汽车。所谓先 进安全汽车技术指应用现代汽车设计、电子控制及交 通工程等领域中的先进理论和方法对汽车在行驶过程 中产生的重大安全问题进行诊断和控制,将交通事故 发生率及事故中人员伤害降到最低限度的高新技术。 具体而言,有以下 3 个发展方向: 1)车路协调控制。
参考文献
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宋健
清华大学教授,汽车安全与节能国家重点实验室副主任, 主要从事汽车主动安全、汽车动力学等研究。
SONG Jian
Professor of Tsinghua University, deputy director of State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, engaged in the research of automotive active safety and vehicle dynamics.