汽车安全系统技术架构分析

汽车作为高速交通工具一直伴随着较高的危险性，汽车的安全性也一度是人们关注的重点。用户在购买汽车时，安全性可能是其最关心的问题之一，从车身的重量、车身抗冲击能力、材料的强度等物理因素，到安全气囊的个数，都是人们高度重视的要求。

今天，安全带、气囊等被动式安全防护系统已经不能满足下一代车辆设计的需求，而传感器、控制单元及内部软件算法等构成主动式安全保护机制的引入让用户的驾驶体验得到更有效的安全保障。

汽车主动式安全系统

军事专家在讨论各国武器防御系统风格的迥异之处时，经常涉及到所谓被动型系统和主动型系统，汽车安全系统的设计上也处处体现了这种思路。

汽车被动式安全系统的代表即为传统的保险杠、安全带、安全气囊等，主要目的是在意外发生时能尽量降低事故对车内人员的伤害程度。与之相对的主动式安全系统则考虑的是如何避免这种事故的发生。

实现对意外的主动避免和预防需要各种传感和探测系统，如前后视雷达、夜视系统、红外线探测、测距、CMOS/CCD影像监视，以及胎压自动监测系统（TPMS）等。主要的工作原理即传感器从外界获得所需的物理模拟信号值，转化为数字信号后再交由特定的控制单元进行分析，并进行有效的决策和预防措施。

图一　汽车安全系统从被动向主动方式发展的趋势图

1. 预碰撞系统

汽车交通事故大都由于相对高速运动状态物体间的碰撞，而引起碰撞的原因大多与违反交通规则、驾驶人视线受阻和精力不集中有关，如酒后驾车、疲劳驾驶、驾驶期间接打电话和聊天等。目前许多厂家都在研究预碰撞（Pre-Crash）安全系统作为应对。

预碰撞安全系统可分为对车内人员（驾驶员和乘客）的保护和车外人员（车外行人和车辆）的保护两类，但安全保障的核心都是对碰撞动作的积极准备和防护措施。对于车内预碰撞安全系统，当相关传感器或雷达探测到潜在的碰撞危险，会首先向车内驾驶员发出警告，如警告无效则在0.6秒前启动自动剎车系统，根据驾驶员的刹车力量增加辅助油压以充分降低车速，避免碰撞。同时，预碰撞安全系统也会在车内为被动防护提供支持，如关闭车窗、调整座椅角度或安全带松紧程度以减轻碰撞强度和让安全气囊发挥更大作用等。在车外，预碰撞安全系统也可通过一系列措施尽量保护被撞对象的安全。如碰撞不可避免，安全系统会打开与行人受撞击面相对的外部安全气囊（如保险杠、风挡玻璃等处），尽量减少对其头、胸、腰等脆弱和致命部位的撞击力。

2. ACC自适应巡航控制系统

所谓预碰撞系统，只能在碰撞发生之前做出的一系列积极准备，而并不是"预防"碰撞的发生。目前发展迅速的ACC（Adaptive Cruise Control），即自适应巡航控制，则能部分实现碰撞事故的预防。

ACC属于前向行驶的速度控制系统，主要功能在于控制本车与周边车辆的安全距离。其通过在车身四周配置的多个传感器和车内控制系统的先进算法向驾驶员提供安全驾车的辅助信息和建议，并在探测到潜在危险时向驾驶员及时发送警报，甚至直接介入车辆的操控系统加以干预。然而无论如何，ACC仅对刹车拥有部分干预程度，驾驶员仍然是驾驶的核心。

ACC实现速度和车距控制的关键在于锁定前方目标车辆，然后计算出该车的速度、加速度等行驶信息。车主会提前为ACC设定反应时间，ACC在行驶时则会再依据辆车的相对速度和当前车距计算出安全车距，并判断下一步的速度控制；而当辆车距离过近而超出ACC的控制范围，则系统切换至预碰撞安全处理系统。

3. 驾驶警示系统

驾驶警示系统主要通过CCD/CMOS等传感器和影像设备作为监视手段，通过内置辨识系统判断车辆状态和驾驶员的行为是否正常，如出现问题则及时发出警示信号避免事故的发生。也有的驾驶警示系统能探测出驾驶员呼出气体的酒精浓度并给予适当的警告。此外后方和侧面的监视器也可属于驾驶警示系统，其可消除驾驶员的视觉死角，避免倒车时常见的碰撞事故。

驾驶警示系统的功能主要包括车道偏离警示（Lane Departure Warning, LDW）、驾驶危险警示、视觉死角警示（或称盲点检测）等。其中车道偏离警示主要在驾驶员驶入错误的车道进行警告，或在变换车道时提示其打方向灯等动作。

驾驶警示系统能为驾驶员的安全驾驶提供有效的辅助信息，但如果辅助信息不够全面则无法起到其应有的作用。另一方面，一切事物都有其两面性，如果辅助信息过多或过于复杂，不但对安全驾驶无益，有时反而会让驾驶员疲于处理各种辅助信息而精力不集中，容易酿成事故。

此外，辅助信息通过何种手段发送给驾驶员也是值得研究的问题之一。屏显、仪表板、语音等属于