汽車安全系統(tǒng)簡介與技術分析
4. 電子穩(wěn)定程序
駕駛是 人和車輛的結合，安全控制系統(tǒng)除了能對駕駛人員的行為和狀態(tài)進行監(jiān)控，還應能對車輛的行為實現有效控制。ESP（Electronic Stability Program）即電子穩(wěn)定程序，其整合了ABS（Anti-lock Braking System）和TCS（Traction Control System，循跡控制系統(tǒng)），屬于主動式車輛安全系統(tǒng)，可協(xié)助駕駛員保持車輛的正常狀態(tài)和行為，防止出現例如輪胎打滑和失控等現象的發(fā)生。
ABS稱為防死鎖剎車系統(tǒng)，當汽車輪胎出現死鎖時，ABS會迅速點放剎車，防止車輛跑偏。與之相對的TCS稱為循跡控制系統(tǒng)，當輪胎空轉時，通過降低扭矩或輪胎的死鎖來讓輪胎重獲抓地力。ESP通過將二者整合，在車輛出現側滑或轉向不足時，會分別對每個輪胎施加不同的制動力來修正行車軌跡。
傳感器的類型與選用
無論是駕駛警示系統(tǒng)這類的輔助提示系統(tǒng)，還是電子穩(wěn)定程序類的系統(tǒng)接控，其有效的工作基礎是充分可靠的信息以及后臺正確而迅速的判斷能力。獲得可靠信息的關鍵是傳感器及其合理的分布；正確的判斷力則來自控制系統(tǒng)的快速響應和可靠算法。
車輛用傳感器依據其具體的特性和用途，分別位于車體的不同位置，主要包括雷達、紅外線、LIDAR（Light Detecting and Ranging）、超聲波、加速度傳感器、CCD/CMOS影像系統(tǒng)等。
預碰撞系統(tǒng)中主要運用的傳感器為毫米波雷達或激光雷達。其中毫米波雷達價格較高，主要面向高端車市場；而激光雷達的成本較低，僅為毫米波雷達的1/3左右，針對低價車市場。但在性能上，激光的波長較短，限制了其應用范圍，不利于雨雪天等惡劣環(huán)境下的使用。
紅外線及影像傳感器為主的監(jiān)視器技術主要用于行車時的障礙物識別及輔助視野等。紅外線成像又可分為溫度探測的遠紅外（FIR）技術和用于夜視的近紅外（NIR）技術。FIR可探測具有溫度的生物，其可將物體輻射出的熱量顯示為影像；NIR則主要用于夜間等視線不良的情況，可探測得比車燈照射距離更遠，但同時也容易受到對面燈光的影響，其主要用于夜視等輔助路況顯示。
如需要探測車外甚至車內的具體情況，則可使用CCD或CMOS元件作為視覺影像傳感器。目前CCD/CMOS的應用日趨廣泛，配合先進的視覺識別算法，其成像范圍內的運動物體、路面狀況及摩擦系數、路邊的交通信號與標志、路面車道分隔線等都可被視別，完全可成為駕駛員的眼睛。
CCD/CMOS也可實現較大的動態(tài)，來表現昏暗和高反差環(huán)境下的圖像細節(jié)，該技術通過捕捉高感光度和低感光度兩種畫面并加以合成的方式實現。此外，CCD/CMOS如果與上文所述紅外線或雷達結合，則可組成混合式傳感器（Sensor Fusion）。紅外線發(fā)生器照射目標物體后，反射回的紅外線被CCD/CMOS吸收，因此無論白天或夜晚均可對路況加以識別，為駕駛員提供功能強大的輔助視覺。
系統(tǒng)構架分析
汽車安全系統(tǒng)的預碰撞處理、安全速度/車距控制等各種警示與應變系統(tǒng)的原理都十分類似，即由ECU（中央電子控制單元）接受外界傳感器的相關信息后，通過內置算法進行實時評估并決定最佳的應變措施。因此，汽車電子系統(tǒng)的設計上與一般系統(tǒng)設計并無太大差異，但硬實時性和可靠性是與其它電子控制系統(tǒng)相區(qū)別的顯著特點。
首先以安全氣囊（Airbag）控制系統(tǒng)為例。該系統(tǒng)主要由駕駛員及乘客面前的安全氣囊，位于車身外的沖撞傳感器（Satellite Sensor），安置于車門、座位和車頂等位置的加速度傳感器（G-Sensor），以及通常為16位或32位MCU的ECU等幾部分組成。當車身受到碰撞，沖撞傳感器會立即向ECU發(fā)出信號，ECU則會收集碰撞強度、座椅位置、乘客重量、安全帶情況等參數來進行迅速評估，并在極短的時間內通過電爆驅動器（Squib Driver）打開安全氣囊來保護車內人員的安全。
圖二 安全氣囊系統(tǒng)架構圖
如圖三所示，主動式懸掛系統(tǒng)（Active Suspension）也是汽車中比較常見的安保系統(tǒng)，其可大幅提高車輛的操控性。主動式懸掛系統(tǒng)主要由傳感器、減震筒及計算機控制系統(tǒng)等組成。該系統(tǒng)可采集汽車的速度、加速度、負重、轉向程度、左右G力等數據來由程序對懸掛系數，和底盤與地面的高度等進行實時調整。
圖三 主動式懸掛系統(tǒng)架構組成
越來越多地國家的法律法規(guī)對防抱死煞車系統(tǒng)（Anti-lock Brake Systems, ABS）的性能提出了要求，對其可靠性的更高要求增加了ABS設計的復雜程度和研發(fā)難度。如圖四所示系統(tǒng)中，ABS的主要目的是防止車輛失速滑行的危險情況，當控制環(huán)節(jié)發(fā)現緊急剎車導致轉速過低時，會迅速點放剎車，給予輪胎足夠的滾動空間和更大的抓地力，防止車輛跑偏。該系統(tǒng)的關鍵是輪胎轉速的測量。
圖四 ABS系統(tǒng)構架圖
標簽： 汽車 安全 被動型系統(tǒng) 主動型系統(tǒng)
