汽車主動安全技術的背景、現狀與發展趨勢

汽車主動安全技術的背景、現狀與發展趨勢

背景

20世紀后半葉以來，濃縮了人類文明的汽車工業得到了迅速發展，21世紀更將是一個“車輪上”的社會。

作為現代主要交通工具，汽車給人們工作和生活帶來了方便。一方面表現在產量不斷增加，汽車制造業已成為全球一個重要的產業；另一方面還表現在汽車設計和制造技術不斷提高，成為一個技術水平越來越高的技術密集型和資金密集型相結合的產業。

然而，隨著城市化的進展和車輛的普及，交通運輸問題日益嚴重。道路擁擠，交通事故頻繁發生，交通環境日益惡化。專家對汽車交通事故的分析結果表明：在所發生的交通事故中，有80%是由于駕駛員反應不及時，處置不當造成。其中有65%的事故屬汽車追尾碰撞造成，其余則屬于側面碰撞、擦掛所致。因此，德國奔馳公司的專家們在對各類交通事故進行系統研究分析后得出結論：若駕駛員能在事故發生前提早1秒鐘意識到會有交通事故發生，并采取了相應的措施，則絕大多數事故都可能避免。

因此，大力研究開發如汽車防撞等主動式汽車安全技術，減少駕駛員的負擔和判斷錯誤，對于提高交通安全將起到重要作用。由于駕駛過程是一個高度智能化的過程，盡管學術界對汽車自動駕駛的研究投入了大量的精力，也取得了一定成果。但就目前計算機技術和人工智能的研究成果而言，尚不能建立一個確切的模型，以全面真實地反映駕駛過程。因而，目前還不能依賴現有自動駕駛技術的某些功能，如自動轉向、自動剎車等來避免交通事故。安全預警是目前最為行之有效的技術手段。

交通安全問題已成為世界性的大問題。據報載，全世界每年因交通事故死亡的人數約50萬，因此汽車的安全性對人類生命財產的影響是不言而喻的。隨著高速公路的發展和汽車性能的提高，汽車行駛速度也相應加快，加之汽車數量增加以及交通運輸日益繁忙，汽車事故增多所引起的人員傷亡和財產損失，已成為一個不容忽視的社會問題，汽車的行車安全更顯得非常重要。而傳統的被動安全已經遠遠不能避免交通的事故發生，因此主動安全的概念慢慢地形成并不斷地完善。主動安全技術將成未來汽車的研發重點。

現狀

自20世紀80年代以來，各種主動安全裝置也相繼問世。先后出現了汽車制動防抱死系統ABS以及在此基礎之上發展起來的制動輔助系統BAS、電子驅動系統EBS和驅動調節系統ASR、車載雷達與超聲波防撞裝置等。這些裝置充分發揮制動效能，增加了汽車可控性和加速過程中的穩定性，同時為實現汽車電子化、系統化提供了良好條件。

主動安全將保護提前到事故發生之前，在保護的基礎上更注重預防。而人工智能的研究成果，使得讓車具有某種人的“智能”，能感知外界，能夠自己“思考”主動采取措施。避免事故的發生成為可能。這就構成了我們通常所說的“智能車輛”。智能車輛的發展是隨著智能交通系統ITS、計算機科學技術，人工智能技術等的發展而發展起來的。

智能車輛的研究分為三個發展階段

第一階段

在20世紀50年代，俄亥俄州立大學就已經開始進行汽車自動控制技術的系統研究。從20世紀50年代末到60年代，在美國的俄亥俄州立大學，以及英國的道路交通研究所及德國的西門子等機構都對智能車輛進行了研究。

第二階段

進入20世紀70年代，在智能車輛的研究過程中，許多國家都進入了智能車輛的研究領域，并且許多機構已經進入了先進的行列，其中典型的有美國的NIST、CMU、德國的國防軍大學以及日本的TSUGAWA等。

20世紀80年代初期，美國的DARPA計劃中就包括了智能車輛計劃CMU的NAVLAB就是計劃的產物，它配備了包括激光、雷達、視覺在內的多種傳感器。但由于對環境的復雜性和傳感器的信息處理水平估計不足，使得整車的行使速度很慢，達不到預期的目的。德國國防軍大學依靠視覺導航的高速智能車VAMORS其行使速度已經高達160公里/小時。

第三階段

20世紀90年代以來，技術發展突飛猛進。以意大利帕爾瑪特·布洛基為代表的ARGO工作組在智能車領域中進行了卓有成效的令人振奮的工作，利用機器視覺、多傳感器融合技術，使得智能車輛應用技術取得了突破性的進展并在1998年6月1日到6日進行了一次2000多公里的旅行測試。穿越了平原、山地、高架橋和隧道等，取得了顯著成效。

我國在智能車輛技術的研究方面起步較晚，目前主要有重慶大學、清華大學、浙江大學、國防科技大學、南京理工大學和吉林大學等在進行智能車輛和相關技術研究工作。南京理工等5所院校聯合研制了軍用智能車7B.8系統。系統安裝有二維彩色等傳感器。兩臺PC486完成路邊抽取識別和激光信息處理8096單片機完成車輛的定位計算和自動駕駛，采用傳統的“感知 建模 規劃 執行”算法，系統直線跟蹤速度為20km/h。清華研制的THMR-III智能車輛系統集成了二維彩色攝像機、磁羅盤光碼定位、GPS、超聲等傳感器。用一臺SUN SPARK 10根據地圖數據完成局部行為規劃兩臺PC486完成視覺信息車輛和超聲波測量、位置測量、車輛方向速度控制。系統可完成白線跟蹤、路標識別、道路識別等任務。

趨勢

在汽車100多年的發展史中，有關汽車安全性能的研究和新技術的應用也發生了翻天覆地的變化。

從最初的保險杠減振系統、乘客安全帶系統、安全氣囊到汽車碰撞試驗、車輪防抱制動系統（ABS）和驅動防滑系統（ASR），到無盲點、無視差安全后視鏡及兒童座椅系統的研究，汽車的安全性能也在日趨完善。特別是近幾年，隨著科學技術的迅速發展，越來越多的先進技術被應用到汽車上。目前，世界各國都在運用現代高新科技，加緊研制汽車安全技術，一批批有關汽車安全的前沿技術和新產品陸續裝車使用，使未來的汽車更加安全。

未來汽車電子控制的重要發展方向之一是汽車安全領域，并向幾個方向發展：利用雷達技術和車載攝像技術開發各種自動避撞系統；利用近紅外技術開發各種能監測駕駛員行為的安全系統；高性能的輪胎綜合監測系統；自適應自動巡航控制系統；駕駛員身份識別系統；安全氣囊和ABS/ ASR。隨著更加先進的智能型傳感器、快速響應的執行器、高性能電控單元、先進的控制策略、計算機網絡技術、雷達技術及第三代移動通信技術在汽車上的廣泛應用，現代汽車正朝著更加智能化、自動化和信息化的機電一體化方向發展。