汽车主动安全技术现状及发展趋势_彭金栓

＊基金项目：国家自然科学基金项目（５１２７８５１４）；重庆市科委基础 与 前 沿 研 究 计 划 项 目 （ｃｓｔｃ２０１３ｊｃｙｊＡ３００１５）；重 庆 市 教 委 科 学 技 术 研 究 项 目 （ＫＪ１３０４２５）
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公 路 与 汽 运 ２０１４ 年 １ 月
自 １８９８ 年 有 记 载 的 第 一 例 交 通 事 故 发 生 以 来 ， 人们不断地致力于提高汽车的行驶安全性。但汽车 安全性真正受到人 们 重 视，是 从 ２０ 世 纪 ６０ 年 代 开 始 ，当 时 人 们 尚 未 形 成 主 动 安 全 的 概 念 ，而 将 主 要 精 力放在提高汽车的 被 动 安 全 性，即 致 力 于 提 高 汽 车 安 全 带 、安 全 气 囊 、能 量 吸 收 式 转 向 柱 等 设 备 的 性 能 上。１９６６年美国参众两院颁布《国 家 交 通 和 汽 车 安 全法》，自此汽车安 全 性 得 到 广 泛 重 视，相 关 安 全 技 术及设备也迎来了快速发展 的 局 面。２０ 世 纪 ７０ 年 代，儿童安全座椅、安 全 头 枕、安 全 轮 胎 等 设 备 进 一 步提高了汽车的被动安全性。
公 路 与 汽 运
总第１６０期 Ｈｉｇｈｗａｙｓ ＆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ １
汽车主动安全技术现状及发展趋势＊
彭 金 栓 ，徐 磊 ，邵 毅 明
（重庆交通大学 交通运输学院，重庆 ４０００７４）
摘 要 ：汽 车 安 全 分 为 主 动 安 全 性 和 被 动 安 全 性 ，受 制 于 被 动 安 全 技 术 发 展 的 局 限 性 ，汽 车 主 动 安全性愈发受到全社会的重视。文中介绍了汽车主动安全技 术 的 发 展 历 程，并 对 主 流 的 汽 车 主 动 安全技术及系统进行了阐述；结合智 能 汽 车 领 域 亟 待 解 决 的 现 实 问 题，对 汽 车 主 动 安 全 技 术 的 发 展趋势进行了展望。
事故预防 事故回避
事故
碰撞安全 救生安全
主动安全
被动安全
图 １ 交 通 事 故 预 防 与 处 理 的 ４ 个 阶 段
道路交通系 统 是 由 人、车、路、环 境 及 管 理 等 要
素构成的复杂系统，各 要 素 的 基 本 特 征 及 要 素 间 的 耦合水平决定了系统的安全度。为提高汽车的主动 安 全 性 ，可 以 从 驾 驶 人 、车 辆 和 环 境 等 角 度 考 虑 。 此 处的环境要素除天 气 和 光 照 条 件 外，还 包 括 自 车 与 周 围 车 辆 的 相 对 运 动 状 态 ，包 括 距 离 、相 对 速 度 和 相 对角度等。 １．２ 汽 车 主 动 安 全 技 术 的 发 展
ÁÂÃÄÅÉÆÇÈÁÂÃÄÅ ２０１４年第１期
彭 金 栓 ，等 ：汽 车 主 动 安 全 技 术 现 状 及 发 展 趋 势
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辆在车道 中 的 横 向 位 置，同 时 ＥＣＵ 接 收 汽 车 转 向 灯信号，当系统识别 车 辆 已 经 越 过 车 道 线 行 驶 且 驾 驶 人 未 开 启 转 向 灯 时 ，向 驾 驶 人 发 出 预 警 信 号 。
关 键 词 ：汽 车 ；主 动 安 全 技 术 ；发 展 现 状 ；发 展 趋 势 中 图 分 类 号 ：Ｕ４６３．９９ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７１－２６６８（２０１４）０１－０００１－０３
随着汽车保有 量 的 增 加，汽 车 事 故 所 引 起 的 人 员伤亡和财产损失 日 趋 严 重，已 成 为 一 个 不 容 忽 视 的 社 会 问 题 ，据 统 计 ，２０１１ 年 中 国 共 发 生２１０ ８１２ 起 交通事故，造成 ６２ ３８７人死亡。在道路基础设施日 趋 完 善 、安 全 度 提 升 空 间 受 限 的 情 况 下 ，汽 车 的 行 驶 安 全 性 得 到 越 来 越 多 的 重 视 。 此 外 ，安 全 气 囊 、安 全 带等传统被动安全设施在性能改进方面遭遇到诸多 瓶颈，汽车主动安全 相 关 技 术 则 迎 来 了 顺 势 发 展 的 黄 金 时 机 ，各 种 主 动 安 全 设 备 及 系 统 应 运 而 生 ，为 保 证车辆行驶安全性做出了重要贡献。
车道 变 换 行 为 经 常 伴 随 交 通 冲 突 的 发 生，因 而 换道辅助系统的开发成为当前的一个热点。以奥迪 Ｑ７ 的 换 道 辅 助 系 统 为 例 ，该 系 统 以 安 装 在 后 保 险 杠 的雷达传感器实时 对 后 方 目 标 进 行 监 控，通 过 转 向 灯信号状态对驾驶 人 换 道 意 图 进 行 识 别，在 判 定 驾 驶人有换道意图的前提下，５０ ｍ 范围内如果有冲突 目 标 存 在 ，则 对 驾 驶 人 进 行 紧 急 预 警 ，其 工 作 原 理 如 图４所示。
L 转向灯亮,且 L<50 m,则预警
待车辆或行人被确认时可能已来不及作出制动操作 而酿成事故。夜视辅助系统采用热成像摄像机或红 外线，将驾驶人可视 范 围 以 外 的 信 息 投 影 到 驾 驶 室 的 显 示 屏 上 ，有 利 于 驾 驶 人 实 时 掌 握 前 方 交 通 状 态 ， 及时发现潜在危险。
ＡＢＳ系统以 附 着 力 较 小 一 侧 的 车 轮 为 基 准 来 调整两侧车辆制动 力 的 平 衡，当 车 轮 间 附 着 条 件 不 一 致 时 ，如 一 方 车 轮 涉 水 行 驶 ，必 然 导 致 制 动 状 况 较 好一方车轮制动力 不 能 充 分 利 用，致 使 制 动 距 离 增 加 。ＥＢＤ（电 子 制 动 力 分 配 系 统 ）依 据 各 轮 摩 擦 力 自 动 调 节 ４ 个 车 轮 的 制 动 力 ，使 制 动 力 与 摩 擦 力 匹 配 ， 提高制动效能。ＡBiblioteka BaiduＳ 配 合 ＥＢＤ 使 用 时 可 以 显 著 缩 短制动距离，避险 跑 偏、侧 滑 现 象 的 发 生，提 高 制 动 时 的 稳 定 性 （如 图 ２ 所 示 ）。 其 他 与 制 动 安 全 性 相 关 的先进系统及其功能如表１所示。
ECU 控制单元
车速及 距离等
ABS 发动机
有 ABS+EBD
图２ ＡＢＳ与 ＥＢＤ 组合工作示意图
２．２ 轮 胎 胎 压 监 测 系 统 轮胎气压不足或渗漏易造成油耗和废气排放量
增加，加速轮胎磨 损，造 成 制 动 距 离 延 长，严 重 时 可 能引起挂擦或追尾事故。目前常用的胎压监测系统 （ＴＰＭＳ）分 为 两 类，即 直 接 式 和 间 接 式。 间 接 式 胎 压监测系统主要通过传感器测量车轮转速判断胎压 是 否稳定 ，当某轮气压较低时 ，滚动半径变小 ，最终
雷 达
图 ３ 自 适 应 巡 航 系 统 工 作 原 理
２．４ 车 道 偏 离 预 警 与 换 道 辅 助 系 统 长时 间 的 驾 驶 工 作 后，驾 驶 人 可 能 会 出 现 注 意
力不集中或疲劳情 形，造 成 驾 驶 人 车 道 保 持 能 力 下 降，出现非 换 道 意 图 导 向 的 越 过 车 道 线 行 驶 状 况。 当车速较快时，由于 冲 突 车 辆 驾 驶 人 没 有 提 前 获 悉 偏离行驶车辆的操 作 意 图，可 能 会 导 致 追 尾 或 侧 碰 事故的发生。车道偏离预警系统采用摄像机监测车
２ 典 型 汽 车 主 动 安 全 技 术
表 １ 其 他 先 进 制 动 安 全 系 统
系统名称
主要功能
ＴＣＳ（循迹控制系统） 防止驱动轮打滑，循原有轨迹前进
ＥＳＰ（汽 车 电 子 稳定程序）
自动 施 加 制 动 力，产 生 回 转 力 矩， 修正车身运动状态
ＥＢＡ（紧 急 制 动 辅助系统）
紧急状态时 启 动 全 部 制 动 力，对 女 性驾驶人尤为重要
进入 ２０ 世 纪 ８０ 年 代 以 后，人 们 开 始 相 信 相 对 于在事故发生后设 法 降 低 事 故 伤 害 与 财 产 损 失，如 果在事故前可以对 车 辆 运 动 状 态 进 行 实 时 监 测，并 在必要时进行干涉 或 预 警，具 有 更 为 深 远 的 现 实 意 义。在此契机下，汽 车 主 动 安 全 性 迎 来 重 要 发 展 机 遇。人们主要从提高车辆制动性能的角度来提高车 辆的主动安全性能，其 中 最 大 的 技 术 成 就 是 制 动 防 抱死 装 置 （ＡＢＳ）的 面 世，有 效 抑 制 了 制 动 抱 死 导 致 的 跑 偏 与 侧 滑 相 关 事 故 ，保 证 了 汽 车 的 制 动 安 全 性 。
无 ABS+EBD
导致该轮转速显著高于其他车轮。直接式胎压监测 系统则是通过安装在轮胎里的压力传感器实时监测 胎 压 ，利 用 无 线 发 射 技 术 传 输 压 力 信 息 ，当 胎 压 低 于 设 定 阈 值 时 ，实 现 自 动 报 警 。 ２．３ 自 适 应 巡 航 控 制 系 统
自适应巡 航 控 制 系 统 （ＡＣＣ）是 在 传 统 的 定 速 巡航上发展起来的，可 以 有 效 保 证 跟 车 行 驶 的 安 全 性 ，缓 解 驾 驶 人 的 疲 劳 状 况 。 一 般 而 言 ，自 适 应 系 统 工作在 ２５ｋｍ／ｈ 以 上，即 当 车 速 大 于 ２５ｋｍ／ｈ，且 ＡＣＣ 控制单元 通 过 反 馈 式 油 门 踏 板 感 知 驾 驶 人 施 加的力小于预定 阈 值 时，系 统 即 进 入 巡 航 状 态。 系 统采用雷达传感器 探 测 自 车 前 方 行 驶 目 标，当 其 有 效探测范围内无目 标 车 辆 时，按 驾 驶 人 预 设 车 速 行 驶 ；当 探 测 前 方 存 在 目 标 车 辆 ，且 相 对 距 离 小 于 安 全 距 离 时 ，控 制 单 元 协 调 制 动 防 抱 死 系 统 、发 动 机 系 统 等 单 元 ，降 低 车 速 ，保 证 自 车 与 前 方 车 辆 始 终 处 于 安 全距离之内。其原理如图３所示。
１ 汽 车 主 动 安 全 技 术 的 基 本 概 念 与 发 展
１．１ 汽 车 主 动 安 全 技 术 的 概 念 汽车安全技术通常可分为主动安全技术和被动
安全技术。 主 动 安 全 技 术 是 指 基 于 先 进 的 防 范 措 施 ，避 免 事 故 发 生 的 技 术 ；被 动 安 全 技 术 则 是 在 事 故 发生过程中及事故 发 生 后，尽 量 减 少 损 害 的 方 法 与 措施。交通事故预防与处理在时间序列上的４个阶 段如图１所示。图１表明如果可以在事故发生前进 行有效规避，则可以 有 效 降 低 交 通 事 故 引 发 的 人 员 伤亡和财产损失。
ＢＡＳ（刹 车 力 辅助系统）
紧急状态时 启 动 全 部 制 动 力，对 女 性驾驶人尤为重要
２．１ 制 动 安 全 性 相 关 技 术 当行 驶 路 线 前 方 出 现 紧 急 状 况 时，为 了 规 避 事
故 风 险 ，驾 驶 人 经 常 采 取 紧 急 制 动 操 作 ，易 导 致 车 轮 抱死，出现跑偏或侧 滑 现 象。ＡＢＳ 系 统 通 过 传 感 器 检测各车轮转速，计 算 车 轮 滑 移 率，控 制 刹 车 油 压， 通过抱死—松 开—抱 死—松 开 的 循 环 工 况，使 车 辆 始终处于临界抱死 的 滚 动 状 态，从 而 保 证 制 动 时 的 安 全 性 ，使 之 一 度 成 为 “安 全 汽 车 ”的 代 名 词 。
ＡＢＳ系统在２０世纪９０ 年 代 开 始 广 泛 普 及，并 且 随 后 迎 来 了 电 子 制 动 系 统 （ＥＢＳ）、制 动 辅 助 系 统 （ＢＡＳ）及 驱 动 防 滑 系 统 （ＡＳＲ）等 制 动 安 全 性 相 关 的 主 动 安 全 系 统 。 进 入 新 世 纪 ，随 着 电 子 技 术 、通 信 技 术 、传 感 技 术 的 快 速 发 展 ，汽 车 安 全 技 术 迎 来 了 日 新 月 异 的 发 展 局 面 ，成 为 社 会 与 科 技 进 步 的 重 要 标 志 。 这些新技术的广泛应用最大程度地解放了驾驶人， 汽 车 的 智 能 化 让 驾 驶 更 安 全 、更 舒 适 、更 快 捷 。