借力傳感器主動(dòng)安全系統(tǒng)增強(qiáng)預(yù)防性

未來(lái)完善的汽車(chē)安全系統(tǒng)還得充分結(jié)合陀螺儀、加速度計(jì)、方向盤(pán)與剎車(chē)踏板位置探測(cè)器，以及輪胎轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)車(chē)體配件做出精確的監(jiān)控及警示。

汽車(chē)安全系統(tǒng)已從被動(dòng)形式發(fā)展到主動(dòng)形式，被動(dòng)式安全系統(tǒng)追求的是在意外發(fā)生時(shí)能降低對(duì)個(gè)人的傷害，但主動(dòng)式安全系統(tǒng)則強(qiáng)調(diào)要避免意外事件的發(fā)生。這種事先的預(yù)防能力，需依靠在車(chē)子內(nèi)外所設(shè)置的各種感測(cè)裝置，如雷達(dá)、紅外線、 CMOS/CCD影像傳感器、胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)等?；诓煌陌踩V求，這些監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)會(huì)經(jīng)由特定的控制器來(lái)加以計(jì)算，分析其代表的意義，并以最快的速度做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。目前已使用或發(fā)展中的先進(jìn)安全系統(tǒng)在市場(chǎng)上已呈現(xiàn)應(yīng)用熱潮。

預(yù)碰撞系統(tǒng)起“內(nèi)外”保護(hù)作用

交通事故的發(fā)生以碰撞為主，而碰撞的理由往往與駕駛?cè)说淖⒁饬Σ患?如打瞌睡或打電話)、或視線不良等情況有關(guān)，而且事故的發(fā)生通常都只在剎那之間。今日汽車(chē)廠無(wú)不致力于發(fā)展預(yù)碰撞(pre-crash)安全系統(tǒng)，此系統(tǒng)又可分為對(duì)內(nèi)部駕駛?cè)?或乘客)的保護(hù)以及對(duì)行人的保護(hù)兩種。

對(duì)駕駛?cè)藖?lái)說(shuō)，當(dāng)預(yù)碰撞安全系統(tǒng)透過(guò)雷達(dá)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到?jīng)_擊的可能性，它會(huì)向駕駛?cè)颂岢鼍?，如果仍無(wú)法避免沖撞的發(fā)生，會(huì)在0.6秒前啟動(dòng)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)，此系統(tǒng)能根據(jù)駕駛者剎車(chē)的力量，增加剎車(chē)油壓輔助，讓車(chē)輛減速的動(dòng)作更為確實(shí)，以望能將車(chē)速降至最低;在此同時(shí)，預(yù)碰撞系統(tǒng)也會(huì)驅(qū)動(dòng)安全帶系統(tǒng)內(nèi)的馬達(dá)，將安全帶卷回，并將乘員固定在所設(shè)計(jì)的最佳位置上，例如調(diào)整頭枕位置來(lái)防止頸部傷害，或?qū)⒆我频揭粋€(gè)可以讓安全氣囊發(fā)揮最大功能的位置，以期將沖擊降到最低。此外，系統(tǒng)也可以做出關(guān)閉車(chē)窗及天窗等控制動(dòng)作。

在行人的保護(hù)方面，當(dāng)雷達(dá)、紅外線或影像傳感器等組件感測(cè)到車(chē)體即將沖撞到行人時(shí)，預(yù)碰撞系統(tǒng)會(huì)緊急告知駕駛?cè)?，并在碰撞不可避免時(shí)，如上述般啟動(dòng)自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)、爆開(kāi)位于保險(xiǎn)桿及前擋風(fēng)玻璃處的安全氣囊，以降低對(duì)行人頭部、胸部及足部的傷害。

自適應(yīng)巡航系統(tǒng)介入汽車(chē)操縱

從被動(dòng)安全到預(yù)碰撞系統(tǒng)，都是不得已時(shí)的撞車(chē)處理措施，但最好的情況是能做到事前預(yù)防碰撞的發(fā)生。通過(guò)配置在車(chē)子四周、愈來(lái)愈多的傳感器，以及更先進(jìn)的數(shù)字控制技術(shù)，今日的車(chē)主能夠獲得來(lái)自安全系統(tǒng)的輔助駕駛信息，在探測(cè)到可能出現(xiàn)的危機(jī)時(shí)，可適時(shí)發(fā)出警告信號(hào)，甚至能夠介入汽車(chē)的操縱控制。自適應(yīng)巡航控制(Adaptive Cruise Control，ACC)就是這樣的一套系統(tǒng)，它的主要功能在于當(dāng)車(chē)距過(guò)近時(shí)將車(chē)輛減速，距離夠遠(yuǎn)時(shí)再為車(chē)子加速。

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)屬于前向行駛的自動(dòng)車(chē)速控制功能，它對(duì)于剎車(chē)僅有部分的干預(yù)程度，讓駕駛?cè)巳跃佑谥骺卣叩牡匚?。要?shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制的首要工作，就是鎖定前方的目標(biāo)車(chē)輛，再計(jì)算出前方車(chē)輛的移動(dòng)信息，如車(chē)速、加速度、偏航率等; ACC系統(tǒng)會(huì)依據(jù)計(jì)算出的距離及相對(duì)速度，以及車(chē)主設(shè)定的反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)一步算出兩車(chē)之間的安全車(chē)距，并進(jìn)一步做出加速及減速的動(dòng)作。當(dāng)兩車(chē)距離過(guò)近時(shí)，則切換到預(yù)碰撞的處理模式。

駕駛警示系統(tǒng)多用CCD/CMOS

除了對(duì)碰撞及車(chē)速的控制處理外，對(duì)于駕駛?cè)说姆N種行為，也能通過(guò)各種感測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控并做出警示動(dòng)作。這些警示功能包括車(chē)道偏離警示(Lane Departure Warning，LDW)、駕駛危險(xiǎn)警示、視覺(jué)死角警示(或稱(chēng)盲點(diǎn)檢測(cè))等等。這些功能大多利用CCD/CMOS影像傳感器來(lái)進(jìn)行監(jiān)視，并通過(guò)一套辨識(shí)系統(tǒng)判斷車(chē)輛或駕駛的行為是否正常，并適時(shí)發(fā)出恰當(dāng)?shù)木嫘盘?hào)。

車(chē)道偏離警示是當(dāng)車(chē)輛不正常偏離車(chē)道線時(shí)進(jìn)行警示動(dòng)作，輔助駕駛?cè)丝刂栖?chē)輛保持在車(chē)道線內(nèi)，或提醒駕駛?cè)俗儞Q車(chē)道時(shí)必須先打方向燈。如果駕駛?cè)耸孪却蚍较驘?，再變換車(chē)道，這屬于正常行為，系統(tǒng)不會(huì)發(fā)出警示信號(hào)。

駕駛危險(xiǎn)警示系統(tǒng)是利用影像傳感器來(lái)監(jiān)看駕駛?cè)说男袨?，?dāng)駕駛?cè)顺霈F(xiàn)打瞌睡或視線偏離車(chē)道太久的情況時(shí)，會(huì)發(fā)出警告。有的系統(tǒng)甚至?xí)O(jiān)測(cè)駕駛座中的酒精濃度，并提出適當(dāng)?shù)木?。此外，駕駛?cè)说囊暰€也有不少死角，透過(guò)加裝后側(cè)方死角及后方死角監(jiān)視器，可以為駕駛?cè)颂峁┮曈X(jué)死角的相關(guān)環(huán)境信息。例如使用CCD或是超音波進(jìn)行后方物體的監(jiān)測(cè)、顯像及警示，可以避免車(chē)輛倒車(chē)時(shí)發(fā)生事故。

對(duì)于駕駛?cè)藖?lái)說(shuō)，有用的信息能減輕一些操控上的感知負(fù)擔(dān)，并協(xié)助他做出適當(dāng)?shù)膽?yīng)變動(dòng)作，不過(guò)，如果警示信息出現(xiàn)的太頻繁且沒(méi)有太大作用(如“前有測(cè)速照相”語(yǔ)音警示)，這只會(huì)讓駕駛?cè)擞X(jué)得不堪其擾，進(jìn)而拒絕使用這樣的一套輔助系統(tǒng)。另一個(gè)問(wèn)題是如何發(fā)出警訊讓駕駛?cè)酥?，如語(yǔ)音、屏幕/儀表板顯示，或通過(guò)以振動(dòng)油門(mén)踏板、方向盤(pán)或車(chē)體微動(dòng)等方式來(lái)對(duì)駕駛?cè)俗龀鼍尽?/p>

主動(dòng)安全系統(tǒng)對(duì)傳感器要求高

要做出正確的警示甚至是系統(tǒng)監(jiān)控，關(guān)鍵在于充分且有用的感測(cè)信息，以及對(duì)信息的辨識(shí)或判斷能力，前者需要靠傳感器的廣泛設(shè)置，后者則得依靠控制器中的可靠算法。以傳感器來(lái)說(shuō)，目前用于環(huán)境感知的技術(shù)包括雷達(dá)、光探測(cè)與測(cè)距、紅外線、超音波、影像傳感器及加速度器等。這些技術(shù)各有其使用特性，分別適用于車(chē)體中不同的位置及不同的應(yīng)用。

以追隨前車(chē)及預(yù)碰撞功能來(lái)說(shuō)，在傳感器上主要是采用毫米波雷達(dá)或激光雷達(dá)。其中激光雷達(dá)的成本較低，約只有毫米波雷達(dá)1/3的價(jià)格，不過(guò)，由于激光雷達(dá)的波長(zhǎng)比較短，因此在下雨天無(wú)法達(dá)到理想的功能，因此為提高安全性能，高端車(chē)種還是會(huì)選用毫米波雷達(dá)。

在行人、道路、障礙物的辨識(shí)以及視野輔助方面，則以紅外線及影像傳感器為主要的監(jiān)視器技術(shù)。紅外線監(jiān)視器又分為遠(yuǎn)紅外線(FIR)及近紅外線(NIR)兩種技術(shù)，遠(yuǎn)紅外線的原理是檢測(cè)出物體的熱量再將溫差影像化，適合監(jiān)測(cè)具有體溫的人體及動(dòng)物;近紅外線則具有夜視的能力，能夠在視線不良的環(huán)境中(如夜間)輔助顯示前方的路況，而且能顯示比車(chē)燈距離更遠(yuǎn)的位置，不過(guò)，會(huì)受到前方對(duì)照車(chē)燈的影響。

CCD或CMOS影像傳感器的應(yīng)用也愈來(lái)愈廣，從前方、前側(cè)方及后方的輔助視線應(yīng)用已擴(kuò)大到對(duì)車(chē)內(nèi)及后側(cè)方向的監(jiān)測(cè)功能。透過(guò)辨識(shí)邏輯，它能夠用來(lái)辨識(shí)道路分隔線、行人、交通信號(hào)標(biāo)志，或判斷路面是否干燥或積水、積雪，甚至進(jìn)一步推測(cè)路面的濕滑度，以供駕駛?cè)俗鰠⒖?。?duì)于高反差或灰暗的環(huán)境，影像傳感器也能通過(guò)將高感應(yīng)度及低感應(yīng)度兩種畫(huà)面合成的方式，制作出色調(diào)更分明的畫(huà)面。

此外，影像傳感器也能與紅外線或雷達(dá)結(jié)合而形成混合式傳感器，能提供功能更強(qiáng)的監(jiān)視及警示功能。以紅外線監(jiān)視器來(lái)說(shuō)，當(dāng)紅外線LED照射前方所反射回來(lái)的紅外線被CCD吸收后，不管是白天或晚上，都可以辨識(shí)車(chē)輛四周的路況。

更具智能性的主動(dòng)式安全系統(tǒng)得靠精確且遍布車(chē)體內(nèi)外的各式傳感器，以及具正確且立即辨識(shí)、判斷能力的演算平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。視覺(jué)性的傳感器(如雷達(dá)、紅外線、影像傳感器等)只是眾多傳感器中的一部分，未來(lái)完善的汽車(chē)安全系統(tǒng)還得充分結(jié)合陀螺儀、加速度計(jì)、方向盤(pán)與剎車(chē)踏板位置探測(cè)器，以及輪胎轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)車(chē)體配件做出精確的監(jiān)控及警示。

愈來(lái)愈多的傳感器、更強(qiáng)大的演算中心及對(duì)剎車(chē)、引擎、安全氣囊等裝置的控制，將形成更復(fù)雜的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)(in-vehicle network)，此網(wǎng)絡(luò)中需要更實(shí)時(shí)的處理性能和數(shù)據(jù)傳送能力。這些智能性的輔助功能將讓駕駛?cè)烁p松和安心地開(kāi)車(chē)，也有助于減少交通意外的發(fā)生或降低事件的嚴(yán)重性。

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電子穩(wěn)定程序保持車(chē)輛正常行駛

除了駕駛?cè)说男袨橥猓?chē)輛的行為也是安全控制的一個(gè)重點(diǎn)。電子穩(wěn)定程序 (Electr onic Stability Program，ESP)便是一套協(xié)助駕駛?cè)吮３周?chē)輛正常行為的主動(dòng)式安全系統(tǒng)，它整合了防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(Anti-lock Braking System，ABS)和循跡控制系統(tǒng)(Traction Control System，TCS)，能夠防止汽車(chē)出現(xiàn)輪胎打滑失控的現(xiàn)象。

ABS與TCS兩者有著相反作用的功能：其中ABS是當(dāng)汽車(chē)輪胎出現(xiàn)死鎖現(xiàn)象時(shí)，迅速地啟動(dòng)剎車(chē);TCS則是當(dāng)輪胎產(chǎn)生空轉(zhuǎn)時(shí)，透過(guò)扭力的降低或輪胎的死鎖來(lái)讓輪胎重新獲得抓地力。ESP整合了兩者，當(dāng)車(chē)輛有側(cè)滑的危險(xiǎn)或者轉(zhuǎn)向不足時(shí)， ESP就會(huì)分別對(duì)每個(gè)車(chē)輪施加不同的制動(dòng)力，修正汽車(chē)的軌跡，防止出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足和轉(zhuǎn)向過(guò)度的情形。