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借力传感器 汽车主动安全系统增强预防性 |
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| http://cn.newmaker.com
2/24/2010 11:01:00 AM
佳工机电网
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未来完善的汽车安全系统还得充分结合陀螺仪、加速度计、方向盘与刹车踏板位置探测器，以及轮胎转速检测系统，对车体配件做出精确的监控及警示。
汽车安全系统已从被动形式发展到主动形式，被动式安全系统追求的是在意外发生时能降低对个人的伤害，但主动式安全系统则强调要避免意外事件的发生。这种事先的预防能力，需依靠在车子内外所设置的各种感测装置，如雷达、红外线、 CMOS/CCD影像传感器、胎压监测系统(TPMS)等。基于不同的安全诉求，这些监测到的数据会经由特定的控制器来加以计算，分析其代表的意义，并以最快的速度做出适当的反应。目前已使用或发展中的先进安全系统在市场上已呈现应用热潮。
预碰撞系统起“内外”保护作用
交通事故的发生以碰撞为主，而碰撞的理由往往与驾驶人的注意力不集中(如打瞌睡或打电话)、或视线不良等情况有关，而且事故的发生通常都只在刹那之间。今日汽车厂无不致力于发展预碰撞(pre-crash)安全系统，此系统又可分为对内部驾驶人(或乘客)的保护以及对行人的保护两种。
对驾驶人来说，当预碰撞安全系统透过雷达系统监测到冲击的可能性，它会向驾驶人提出警示，如果仍无法避免冲撞的发生，会在0.6秒前启动自动刹车系统，此系统能根据驾驶者刹车的力量，增加刹车油压辅助，让车辆减速的动作更为确实，以望能将车速降至最低;在此同时，预碰撞系统也会驱动安全带系统内的马达，将安全带卷回，并将乘员固定在所设计的最佳位置上，例如调整头枕位置来防止颈部伤害，或将坐椅移到一个可以让安全气囊发挥最大功能的位置，以期将冲击降到最低。此外，系统也可以做出关闭车窗及天窗等控制动作。
在行人的保护方面，当雷达、红外线或影像传感器等组件感测到车体即将冲撞到行人时，预碰撞系统会紧急告知驾驶人，并在碰撞不可避免时，如上述般启动自动刹车系统、爆开位于保险杆及前挡风玻璃处的安全气囊，以降低对行人头部、胸部及足部的伤害。
自适应巡航系统介入汽车操纵
从被动安全到预碰撞系统，都是不得已时的撞车处理措施，但最好的情况是能做到事前预防碰撞的发生。通过配置在车子四周、愈来愈多的传感器，以及更先进的数字控制技术，今日的车主能够获得来自安全系统的辅助驾驶信息，在探测到可能出现的危机时，可适时发出警告信号，甚至能够介入汽车的操纵控制。自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control，ACC)就是这样的一套系统，它的主要功能在于当车距过近时将车辆减速，距离够远时再为车子加速。
自适应巡航控制系统属于前向行驶的自动车速控制功能，它对于刹车仅有部分的干预程度，让驾驶人仍居于主控者的地位。要实现自适应巡航控制的首要工作，就是锁定前方的目标车辆，再计算出前方车辆的移动信息，如车速、加速度、偏航率等; ACC系统会依据计算出的距离及相对速度，以及车主设定的反应时间，进一步算出两车之间的安全车距，并进一步做出加速及减速的动作。当两车距离过近时，则切换到预碰撞的处理模式。
驾驶警示系统多用CCD/CMOS
除了对碰撞及车速的控制处理外，对于驾驶人的种种行为，也能通过各种感测系统进行监控并做出警示动作。这些警示功能包括车道偏离警示(Lane Departure Warning，LDW)、驾驶危险警示、视觉死角警示(或称盲点检测)等等。这些功能大多利用CCD/CMOS影像传感器来进行监视，并通过一套辨识系统判断车辆或驾驶的行为是否正常，并适时发出恰当的警告信号。
车道偏离警示是当车辆不正常偏离车道线时进行警示动作，辅助驾驶人控制车辆保持在车道线内，或提醒驾驶人变换车道时必须先打方向灯。如果驾驶人事先打方向灯，再变换车道，这属于正常行为，系统不会发出警示信号。
驾驶危险警示系统是利用影像传感器来监看驾驶人的行为，当驾驶人出现打瞌睡或视线偏离车道太久的情况时，会发出警告。有的系统甚至会监测驾驶座中的酒精浓度，并提出适当的警告。此外，驾驶人的视线也有不少死角，透过加装后侧方死角及后方死角监视器，可以为驾驶人提供视觉死角的相关环境信息。例如使用CCD或是超音波进行后方物体的监测、显像及警示，可以避免车辆倒车时发生事故。
对于驾驶人来说，有用的信息能减轻一些操控上的感知负担，并协助他做出适当的应变动作，不过，如果警示信息出现的太频繁且没有太大作用(如“前有测速照相”语音警示)，这只会让驾驶人觉得不堪其扰，进而拒绝使用这样的一套辅助系统。另一个问题是如何发出警讯让驾驶人知道，如语音、屏幕/仪表板显示，或通过以振动油门踏板、方向盘或车体微动等方式来对驾驶人做出警示。
主动安全系统对传感器要求高
要做出正确的警示甚至是系统监控，关键在于充分且有用的感测信息，以及对信息的辨识或判断能力，前者需要靠传感器的广泛设置，后者则得依靠控制器中的可靠算法。以传感器来说，目前用于环境感知的技术包括雷达、光探测与测距、红外线、超音波、影像传感器及加速度器等。这些技术各有其使用特性，分别适用于车体中不同的位置及不同的应用。
以追随前车及预碰撞功能来说，在传感器上主要是采用毫米波雷达或激光雷达。其中激光雷达的成本较低，约只有毫米波雷达1/3的价格，不过，由于激光雷达的波长比较短，因此在下雨天无法达到理想的功能，因此为提高安全性能，高端车种还是会选用毫米波雷达。
在行人、道路、障碍物的辨识以及视野辅助方面，则以红外线及影像传感器为主要的监视器技术。红外线监视器又分为远红外线(FIR)及近红外线(NIR)两种技术，远红外线的原理是检测出物体的热量再将温差影像化，适合监测具有体温的人体及动物;近红外线则具有夜视的能力，能够在视线不良的环境中(如夜间)辅助显示前方的路况，而且能显示比车灯距离更远的位置，不过，会受到前方对照车灯的影响。
CCD或CMOS影像传感器的应用也愈来愈广，从前方、前侧方及后方的辅助视线应用已扩大到对车内及后侧方向的监测功能。透过辨识逻辑，它能够用来辨识道路分隔线、行人、交通信号标志，或判断路面是否干燥或积水、积雪，甚至进一步推测路面的湿滑度，以供驾驶人做参考。对于高反差或灰暗的环境，影像传感器也能通过将高感应度及低感应度两种画面合成的方式，制作出色调更分明的画面。
此外，影像传感器也能与红外线或雷达结合而形成混合式传感器，能提供功能更强的监视及警示功能。以红外线监视器来说，当红外线LED照射前方所反射回来的红外线被CCD吸收后，不管是白天或晚上，都可以辨识车辆四周的路况。
更具智能性的主动式安全系统得靠精确且遍布车体内外的各式传感器，以及具正确且立即辨识、判断能力的演算平台来实现。视觉性的传感器(如雷达、红外线、影像传感器等)只是众多传感器中的一部分，未来完善的汽车安全系统还得充分结合陀螺仪、加速度计、方向盘与刹车踏板位置探测器，以及轮胎转速检测系统，对车体配件做出精确的监控及警示。
愈来愈多的传感器、更强大的演算中心及对刹车、引擎、安全气囊等装置的控制，将形成更复杂的车载网络(in-vehicle network)，此网络中需要更实时的处理性能和数据传送能力。这些智能性的辅助功能将让驾驶人更轻松和安心地开车，也有助于减少交通意外的发生或降低事件的严重性。
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电子稳定程序保持车辆正常行驶
除了驾驶人的行为外，车辆的行为也是安全控制的一个重点。电子稳定程序 (Electr onic Stability Program，ESP)便是一套协助驾驶人保持车辆正常行为的主动式安全系统，它整合了防抱死制动系统(Anti-lock Braking System，ABS)和循迹控制系统(Traction Control System，TCS)，能够防止汽车出现轮胎打滑失控的现象。
ABS与TCS两者有着相反作用的功能：其中ABS是当汽车轮胎出现死锁现象时，迅速地启动刹车;TCS则是当轮胎产生空转时，透过扭力的降低或轮胎的死锁来让轮胎重新获得抓地力。ESP整合了两者，当车辆有侧滑的危险或者转向不足时， ESP就会分别对每个车轮施加不同的制动力，修正汽车的轨迹，防止出现转向不足和转向过度的情形。
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