谈主动安全系统与被动安全系统的集成

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欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 在世界汽车保有量不断增加的形势下，汽车“公害”问题也日益突出。降低汽车交通事故的发生，特别是降低车祸死亡人数已是世界汽车工业可持续发展的重要课题。为此，世界上各大汽车公司和零部件公司不断开发出先进的安全系统技术。 其中最重要的研究成果之一就是应用能共享信息的“传感器融合”技术。这实际上是一种“系统集成”技术。这种“系统集成”为主动安全技术与被动安全技术之间架设一座桥梁，通过两者的结合，创造了一个为乘员安全与车辆行驶安全的综合性方法。 开发背景 在当今世界交通运输量急剧增长形势下，汽车驾驶者承受了巨大压力，而与此同时交通事故不断上升。其结果造成巨大的人员伤亡和财产损失。因此要求世界各国采取相应的措施，制定短期与中长期的计划，以改善交通安全措施。由于传统的方法难以适应，因此要求以新的思路采用新的方法有助于降低交通事故发生率或者减小降低车祸严重性。其中重要研发成果就是采用能够与相应的环境传感器系统连接的车辆电子控制系统。这种交互连接方式不仅有助于驾驶者在主动安全领域——通过驾驶者支持系统——而且驾驶者也从车载被动安全系统获得有效支持，从而在一旦发生交通事故时降低人员伤亡的严重性。这种在车载主动安全系统、被动安全系统和环境传感器之间的交互连接已在世界上许多前沿领域开发成功并有助于进一步提高汽车安全性。 提高主动安全系统/被动安全系统的推动力 由欧盟(EU)颁布发行的最新出版物提出，欧洲要实现零交通事故率为期尚远。而统计资料表明，在过去的10年中，欧洲交通事故死亡率已减少40%，而交通事故和车辆偏离道路引起的人员伤亡的事故总数仍然高居不下。 根据欧盟的《欧洲新闻》(Europa Newsletter)(2005年第51期)报道，2003年欧洲交通事故死亡人数达到46700人。这些人员死亡造成总的经济损失达到2000亿欧元，相当于欧洲GDP的2%。为此，欧盟宣布到2010年交通事故死亡人数目标减少50%。 该期《欧洲新闻》中，欧盟也报道了这样的统计数字，即所有交通事故的76%是由于驾驶者失误造成的。在欧洲和国际组织的各种不同支持计划已经启动，作为帮助驾驶者应对交通事故和增强道路安全的补救措施。在有关各种车载系统集成的欧洲计划中有e－safety、PRe VENT和EUCAR。 主动安全系统和被动安全系统的组合 在过去，车辆技术的开发主要集中于单个系统和部件。而今天，不断提高的电子系统效率又为系统集成提供了新的可能性。系统集成的有效应用要求了解交通事故发生的每一个阶段的详细内容。 交通事故发生的次序开始于“进入模式”阶段，这时乘员已经系紧安全带锁扣，而座椅安全带系统逐步贴近“舒适性模式”阶段，然后如果需要的话，并再进入“动态支持”和“车辆稳定性极限”阶段。当超过“非回复点”以后，就进入“预碰撞”阶段。在这一阶段则对于应用先进执行器和传感器使主动安全系统和被动安全系统的间隙闭合是极为有用的。当进入“碰撞”阶段，人们熟知的被动约束系统的潜力就能释放，就是说，这时被动约束系统发挥保持乘员安全的作用。图1表示借助于先进的技术和附加的传感器信息，以支持主动安全系统和被动安全系统的交互作用的组合，由此所必需的技术改进措施。 主动安全系统和被动安全系统的部件构成 电子稳定控制(ESC)是一种重要技术，它从探测车辆行驶状态的系统传感器提供相关数据并能够有助于通过制动和发动机干预调节车辆稳定性。 各种电子机械转向系统包括诸如转向扭矩覆盖(转向扭矩控制或简称STC)技术，对来自电子稳定控制(ESC)的稳定控制器和传感器的输入量作出响应。这种系统集成向驾驶者提供转向扭矩推荐值，有助于驾驶者在转向操作中选择适当的修正措施。转向角覆盖(Steering anghe overlay),也就是TRW的主动前轮转向(AFS)在没有来自驾驶者的输入力情况下完成工作，按照车辆当时的行驶工况，稳定控制系统确定一个正确转向角并且当驾驶者继续其通常导航行驶时付诸应用。 悬架控制系统也在这种稳定控制方面发挥作用。例如TRW的主动动态控制(ADC)能够通过应用反向扭矩(Counter Torqru)连续改善车辆转向稳定性。这一特点不仅对SUV(运动型多功能车)和高重心的汽车适用，而且对乘用车也适用。 乘员约束保护系统在系统集成方面是一个重要领域。在这一领域的重要部件.就是TRW的主动控制安全带卷收器(ACR)，它在主动预警到对乘员的被动保护之间架设起一座“桥梁”。也就是说，这种主动控制安全带卷收器为主动安全系统与被动安全系统之间起到了连接作用。ACR能够通过连接稳定控制器而提前介入工作，以便在即将发生碰撞时及时收紧乘员安全带，预先向乘员发出报警并调节好乘坐位置。 相关传感器 环境传感器在主动/被动安全系统集成方面起到了重要作用。远程雷达与短程雷达以及视频传感器的组合使它们一起参与工作，提供道路和车辆控制状态的综合图象。如图3所示，远程雷达(TRW自适应巡航控制ACC)确认与前方行驶车辆之间的方向(角度)和相对距离。由于较大的波束角(aperture angle)，短程雷达系统能在交通拥挤经常停车和起步情况下，提供高自适应巡航控制的功能。 短程雷达(SRR)提供附加的预碰撞的信息并提供对车道改变的辅助功能。视频传感器通过探测车道标志和目标物外形掌握道路环境的变化状态。这些传感器也能作为后视摄像机起到驻车辅助功能。这三种传感器的组合也称为“传感器融合”(sensor fusion)，提供了必需的信号重复功能——由于其广阔覆盖性和高测量精度——在紧急制动时发挥作用。 如上所述，来自于单个安全系统的优点能够通过“集成”而显著提高，系统集成能够包含主动安全系统或主动与被动安全系统的组合。 主动安全系统的集成 一个主动安全系统的集成实例就是TRW的电动动力转向系统(EPS)与电子稳定控制(ESC)制动系中的稳定性控制器的连接(见图7)。由于提前提示由制动系(路面不同摩擦系数)提供的有关道路状态，在车辆制动过程开始一瞬间反向转向力干预就立即启动。其结果是，较大制动力出现在高摩擦系数路面一侧，从而有可能缩短制动距离。 视频系统提供对车道的探测情况，而电动动力转向系统本身的设计也有助于驾驶者保持车辆位于车道中心线，如果驾驶者不知不觉地偏离车道的中心线，则驾驶者就会接收到触觉报警或转向盘振动，以提醒驾驶者恢复到车道中心线。此外，电动动力转向系统有助于自动修正转向输入力，但是必须提醒注意的是，这种系统只是向驾驶者提供一种辅助功能，而不能误认为它就是自动驾驶仪。 主动安全系统与被动安全系统的集成 TRW的主动控制安全带卷收器(ACR)展示出主动安全系统与被动安全系统集成的概念。ACR作为主动安全系统的一个组成部分，由于其卷收功能而起到了主动安全系统的功能。第一代ACR采用简单的开/关控制，而当车辆进入危险的行驶之况时，这种ACR作动速度远远迟于“车辆稳定极限”阶段。这时乘员在座位上承受的最大安全带收紧力达到250N，如果碰撞没有发生，那么安全带只经过几秒时间就松开。 TRW的第二代ACR覆盖较大的使用范围。由于安全带卷收器具有自由调节卷收力的特点，它在“舒适性模式”阶段能够工作。但是在进入“动态支持”阶段的较强制动操作时，ACR的卷收力增强。最大收紧力出现在“稳定极限”阶段，类似于第一代ACR。 通过车辆数据总线使相关传感器信息提供给ACR，这些信息根据车辆的行驶工况，由专用于ACR的状态管理算法进行处理。通过在车速60km/h紧急制动时向前位移量曲线比较所获得的ACR性能图可知，通过比较有助于采用ACR改进安全性能。按照乘员的乘坐位置，一个座位向后移的乘员经受向前位移量缩减80mm，也就是说从没有ACR功能的120mm到有ACR功能的40mm，如果座椅位于中间位置，则其平均向前位移从105mm缩减到35mm。如果座位完全向前移动，则相应值从65mm减少到35mm。 传感器功能的扩展 考虑到安全性优点，自适应巡航控制雷达传感器提供有关相对速度和距离的信息。而ACR利用这些信息在发生车辆碰撞事故中最大限度保护乘员。电子稳定控制技术在这种情况下也利用这些信息以便获得所要求的附加制动力。 雷达传感器也提供地面速度信息，这些信息有助于改善现有安全系统的功能，诸如防抱制动系统(ABS)、ACR和安全气囊控制。这些信息也同样有助于新功能的扩展，如直接式轮胎气压监测器(TPM)，车道改变支持和发挥制动助力功能。 非常清楚，雷达系统通过与主动和被动安全系统集成的组合能够向驾驶者报警而有可能显著降低车辆后部碰撞。 今后展望 当今大多数交通事故的统计指出，必须采用新的安全战略以降低交通事故和人员伤亡的数量。相关研究指出，主动安全系统和被动安全系统的集成提供了高度改进性能的可能。在这场新技术竞争中，“传感器融合”起着主要的作用。通过组合可以应用的传感器信息然后提供给主动安全系统和被动安全系统。主动安全系统的集成主要集中于交通事故的避免，而主动安全系统和被动安全系统的集成则集中于降低交通事故的严重性和交通事故的后果。从两种形式的集成实例验证了这些措施的高度有效性。进一步研究必需进行下去，因为最终评价将证实其它集成机会存在。一言以蔽之，安全系统的新技术研究是长期的战略课题。(end)

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