汽车电子的发展趋势——汽车安全集成

　　在过去的20年中，厂商们在汽车安全领域激烈而良性的竞争，使得汽车的安全性能获得大幅地提高。汽车安全评级如何达到或超越国家或国际标准已经成为汽车厂商的一个营销工具。创新和先进的技术成为了安全系统的核心。根据历年的交通安全数据显示，近年来被动和主动安全系统先后被开发和完善，对交通伤亡事故的减少起到了积极而有效的作用。

　　图 ACC

　　尽管目前汽车安全已获得大大提升，它仍然是个尚待进一步完善的重要挑战。2007年的交通数据显示，全美有4.1万起死亡事故和超过240万起受伤事故都是机动车碰撞所致。安全带、结构性挤压带和安全气囊等被动安全系统已经成为汽车设计的硬性要求和必要的组成部分。开发这些系统的目的是为了缓冲乘客在碰撞或突然刹车时所承受的撞击力（即接触压力、挤压力和加速度）。而工程学中专门研究这类技术的分支学科一般被称为“耐碰撞性能研究”。

　　用于保护乘客的耐碰撞性安全措施主要围绕以下几个主题：车体结构设计理念（如汽车正面碰撞吸能装置、车身钢板硬度等）、先进材料开发（如高强度/重量比材料、复合材料、增强型耐压材料等），以及由材料、结构和其他先进元件（如安全带、安全气囊、折叠式转向柱、侧面撞击保护等）所构成的特定安全系统设计。

　　虽然耐碰撞性措施有助于提高汽车的安全性，但研究表明，多数撞车事故都是由驾驶员的失误和违规操作造成的。导致这些情况的原因多种多样，比如酒驾、注意力不集中、疲劳驾驶、缺乏对汽车的控制能力等。据美国交通部公路交通安全管理局（NHTSA）估计，美国每年近42%的交通死亡事故是由酒后或药物作用下驾驶造成。这是美国最常见的刑事犯罪之一，每年有三分之一的美国人被牵涉到此类指控中，而平均每小时就有167人因此被捕。在美国，每39分钟都会有一人因酒驾而死亡（肇事司机血液中的酒精浓度平均为 0.08），平均每天则有37人、每年超过1.6万人因此而命丧轮下。

　　先进的车辆控制技术、驾驶员辅助系统、碰撞预警系统和防碰撞系统都旨在减少驾驶员失误和违规、提高汽车安全的有效主动措施。随着计算性能的不断提高，以及嵌入式系统、传感器、自动控制和通信技术的出现，被称为“主动”安全系统的汽车安全系统在过去10年里应运而生并不断完善。许多“主动安全”的概念最早于20世纪70年代初便在汽车和研发行业中诞生。到了90年代，随着更廉价、更小型，以及更便携的电子设备、传感器和中央处理器的出现，这些概念获得了重生。与作为响应性防碰撞措施的被动安全系统不同，主动系统一般采取感测（利用摄像头、雷达等）和驱动（即控制功能）来主动降低潜在的碰撞可能或风险。这些系统旨在通过感测汽车、驾驶员以及周围环境来预测可能出现的驾驶事故，并主动规避以防止危险事件的发生，或预先启动安全系统以在碰撞的危急关头减少乘客所受的伤害。基于主动概念，汽车设备制造商提供了各种不同的防碰撞和预警策略，为行车提供额外的安全性和舒适性。

　　市场上许多新型车辆都配备了主动安全系统，如ESP（车身电子稳定系统——从2012年起，美国所有车辆必须装配这个系统）、ACC或ICC（自适应巡航控制或智能巡航控制）。ESP会检测汽车的牵引力、车体转向角度和滑移条件，通过自动调节制动力的分布、干预从动轮的加速度（即选择性制动或车轮驱动），使车辆保持稳定，不偏离车道。ACC与常规巡航控制的工作原理很相似，但它能够自动保持与前方车辆或障碍物的距离；多数ACC系统都会利用95%以上的制动力来停车，并通过启动预警系统让驾驶员作出最后停车指令。ACC可能通过雷达、近距或其他类型的传感器来检测远距和近距的障碍物，并执行高级传感器处理算法去便区分弯曲路段边上的固定护栏与前方道路的车辆或故障物。

　　图 ESP

　　主动安全系统可以根据其与驾驶员的交互程度或对驾驶控制的干预来分类。例如，有些主动系统会自动启动（如ESC电子稳定系统），而另一些则是向驾驶员提供信息或发出警告，充当着驾驶辅助系统的角色。详细地说，自动控制功能，即与车辆动力学相关的控制功能，驾驶员可能感觉不到它们的存在——就像自动变速汽车自动为驾驶员执行了手动挡汽车的换挡任务一样。ESC是一种不需要驾驶员干预的自动稳定控制系统。而信息提供功能，就是纯粹的信息系统，它只向驾驶员提供有用的信息，从而提高驾驶员的态势感知能力，比如天气助手、结冰路面状况等信息。处于二者之间的是各种干预程度不同的安全和舒适系统。这些系统可能警示驾驶员，提供纠正建议，或者进行部分（譬如触觉）控制（即如辅助制动）。例如，多家厂商最近推出的车道偏离预警系统就能够在汽车偏离车道时警告驾驶员。一般而言，安装在后视镜后方的摄像头会扫描前方道路上的车道标志，并由一个视觉信息处理单元判定汽车是否越线，且仅在驾驶员未通过转向灯表现出换道意向时启动采用蜂鸣声或可视的警告系统。许多驾驶员辅助系统均为驾驶员提供信息和警告信号的方式，且可自由选择是否启用。