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让被动安全智能起来
2020-06-12 23:35:26· 来源：碰撞与安全 作者：郑捷 广汽研究院
集 成 安 全从汽车的行驶过程看，驾驶的舒适性、操作的便捷性、机械的稳定性、结构的耐撞性、车与环境的沟通都会影响安全，于是便有了集成安全的概念。广义上集
集 成 安 全
从汽车的行驶过程看，驾驶的舒适性、操作的便捷性、机械的稳定性、结构的耐撞性、车与环境的沟通都会影响安全，于是便有了集成安全的概念。广义上“集成安全”被划分为“被动安全”和“主动安全”。被动安全领域相对成熟，已经发展了耐撞的车身结构，如高效的吸能区域、高强度的乘员舱、友好的行人保护装置，以及有效降低伤害的约束系统，如点爆式的安全带和安全气囊、可溃缩转向柱。而主动安全领域虽然也经历了较长的历史，但近十年才伴随着自动驾驶技术迎来了高速发展，从已经普及的车身稳定系统(ESP)、防抱死系统(ABS)，到时下正在普及的驾驶辅助技术(ADAS)，包括：自适应巡航(ACC)、自动紧急刹车(AEB)、车道保持(LPS)、盲区监测(BSD)、自适应高光和点阵车灯、驾驶员监测等，以及正在发展的车联网技术(V2X)，包含：车对车(V2V)、车对人(V2P)、车对道路(V2I)。
“集成安全”的发展概览
主动安全技术更多地依赖传感器工作，它取代了人的感知，并帮助人做出决策和执行。很多时候主动安全技术被认为比被动安全技术更加智能更有前景。然而，事实上被动安全中的气囊和安全带的点爆同样依赖传感器工作，同样需要感知、决策和执行功能。所以，显然这样的认识并不准确。
事故发生的逻辑顺序
事故发生的过程可以按“正常驾驶”、“避免事故”、“事故发生”、“事故发生后”的逻辑顺序铺陈开来。如果将“正常驾驶”和“避免事故”的过程看成是道路处于有序的状态，那么当道路失序时，发生事故的风险就会很高。被动安全技术是在事故发生（包含事故发生后）这一特定的连续过程中减轻事故伤亡的技术，而主动安全技术则是这一特定过程之外所有为了保证道路有序的技术。
任何系统都不是绝对安全的。自动驾驶系统的功能安全还处于十分初级的阶段，人机交互中会存在人对系统的误解。这些因素会造成道路失序，碰撞事故仍然会发生。因此被动安全技术必不可缺。事实上，被动安全技术同样可以借助感知和网联技术而变得更加智能，更好地降低事故伤亡。只是目前被动安全技术的前景被自动驾驶技术展现出的便捷性的光芒所遮蔽。但随着自动驾驶技术的普及，新类型事故逐渐发生时，人们就会意识到自动驾驶同样需要被动安全作为最后一道防线。搭载了更先进被动安全技术的产品会获得人们更多的信任。
“主被动安全”的6大方向
其实在自动驾驶的浪潮掀起之前，行业就提出了许多“主被动安全”的概念。相信这些概念在智能汽车的大背景下将加速成为被动安全的发展方向：
1 预碰撞响应
任何一个碰撞事故都可以根据车辆的运动状态和系统的响应速度，在时间轴上决定一个“事故不可避免地发生”的时间点（no return point），这个时间点是早于碰撞时刻的。将这个时间点到碰撞时刻之间的时段称之为预碰撞（Pre-crash）阶段。在预碰撞阶段内大约有100到300毫秒是可以利用的时间，这大大扩展了被动安全的响应时间。我们都知道目前被动安全技术被限制在碰撞后的100毫秒内，约束系统的点爆窗口更是只有几毫秒到50毫秒的时长。因此，这样的时间扩展非常重要。被动安全技术可以利用碰撞前这多出来的100到300毫秒扩展约束系统的点爆窗口，甚至布置新的功能，从而实现更好的乘员和行人保护。
Pre-crash响应示意图
2 约束系统的精准点爆
通过环境感知传感器识别碰撞物体、碰撞角度、碰撞速度、碰撞重叠率，从而根据碰撞类型、碰撞严重程度精准点爆约束系统，并降低误报率和不报率。
3 碰撞自适应车身结构
当感知到碰撞后对车身结构进行变形。最典型的例子便是主动发罩技术或行人保护气囊。通过摄像头识别行人后，提前触发主动发罩或行人保护气囊，为行人增加缓冲空间。又如侧碰可变悬架。通过侧面雷达识别出侧碰后，触发可变悬架调整车辆姿态，让门槛和地板更多地参与吸能。
主动发罩和行人保护气囊
侧碰可变悬架
4 预碰撞气囊
根据“更少安全带，更多气囊”的原则，利用预碰撞时间展开一个体积更大、保压时间更长的安全气囊，增加乘员的缓冲面积，减小缓冲力，并使乘员受力在时间上更加平均，从而减小乘员伤害，提高可承受的碰撞上限。
预碰撞气囊
5 乘员姿态预调整
利用预碰撞时间提前点爆或回收安全带，调整座椅位置，使乘员以一个更合理的姿态参与碰撞以减轻伤害。
6 自适应约束系统
ADAPTABLE RESTRAINT SYSTEM
通过传感器或网联功能获取乘员身高体重年龄等身体信息和通过摄像头获取乘员碰撞前的姿态，并通过环境传感器获取碰撞的严重程序，从而调整约束系统的响应，如气囊点爆时间、气囊体积等。如图7所示，有研究表明通过自适应约束系统可以有效降低各体型人体的受伤程序，有效降低各碰撞速度下的伤害风险。
自适应约束系统的作用效果预估
对于安全带，可以增加回收马达实现安全限力可调，并将当前的150-200N上限扩展到1000N。对于安全气囊，可以增加气体流量控制、体积控制、泄气控制，实现气囊体积、刚度和保压时间可调。
结语
由于主动安全技术更多地属于自动驾驶系统的组成部分，我们不妨将“集成安全”的概念落脚在“主被动安全”上：在碰撞结构、约束系统的现有设计基础上，结合感知技术、网联技术和大数据，探索主被动安全新的联合仿真方法、新的联合试验技术，将面向标准工况的产品赋予可自适应即时应对真实事故的新功能。
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