汽车主被动集成安全发展趋势研究

近年来，汽车工业在世界范围内掀起浪潮，汽车的保有量也随之增多。如何减少汽车安全事故的发生频率，尤其是最大程度地降低因交通事故而造成的人员伤亡，是目前汽车发展道路上的最大障碍。在此背景之下，世界上众多知名汽车厂商开始陆续着手汽车的安全系统开发工作，也收获了可喜的研发成果，例如传感器融合技术。传感器融合技术是“系统集成技术”的一种，它融合了主动技术与被动技术，并且通过主被动技术的完美结合，创造出一种适用于车上成员人身安全以及车辆安全驾驶的全面驾驶策略。

关键词：主被动集成；安全；驾驶

作者：陈杰

单位：西华大学

来源：无线互联科技

随着汽车工业的快速进步，越来越多的功能被集成到汽车中，正因如此，汽车中的按键控制也随之增多，而这些控制按键的空间分布无法做到非常集中。所以，很多司机都觉得，汽车三角式安全带的束缚很大程度上限制了他们去操控汽车内的按键，因此不愿意使用三角式安全带。除此之外，公交车、大巴车、大货车司机则经常处于长途驾驶状态下，而长时间精神高度紧张地驾驶车辆非常费神，容易致使驾驶员精神疲劳，注意力分散，遇到紧急情况时反应不及时甚至打瞌睡，难以及时应对临时紧急情况，这可能导致灾难和交通意外。相关的交通数据显示，困倦驾驶是造成交通事故的最重要原因之一。因此，防止疲劳驾驶已成为当今世界的研究重点。为了防止人为干扰，避免因长时间驾驶得不到休息等因素而酿成严重的交通安全事故，本文开发并设计了一种集成主动被动安全系统（IAPS），该系统将可逆预紧安全带（RPSB）、前撞预警系（FCWS）、车道偏离警告系统（LDWS）和高级驾驶员辅助系统（FDMS）（高级驾驶员辅助系统，ADAS）集成在一起[1]。

01、主动安全系统与被动安全系统相结合

交通事故的顺序始于“进入模式”阶段。当乘员系紧安全带带扣后，安全带系统会逐渐变为“舒适模式”阶段，如有必要，会变为“动态支撑”阶段。当超过“控制点”时，“车辆稳定极限”阶段进入“预碰撞”阶段。在此阶段，使用先进的执行器和传感器来缩小两者之间的间隙非常有用[2]。在“碰撞”发生之时，能够展现出已被知晓的被动约束系统的巨大优势，例如：被动约束系统对驾驶人的人身安全起到了举足轻重的作用，并且它还能够凭借自身先进的技术和携带的传感器支撑主动安全系统与被动安全系统二者之间的交互和结合。

02、远近雷达与传感器的巧妙融合

远近雷达与传感器之间的巧妙结合能够获取路面以及汽车控制状态的完整信息，远程雷达的作用就是确定角度和侦测到前面汽车的相对距离。短距离雷达（SRR）在碰撞前提供其他信息，并有助于改变车道。这些传感器也可用作倒车摄像头，以辅助停车。这3个传感器的组合也称为“传感器融合”。由于其覆盖范围广且测量精度高，因此可提供必要的信号重复功能，从而在紧急制动中发挥作用[3]。如上所述，可以通过“集成”显著改善单个安全系统的优势。

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03、主动安全系统和被动安全系统的集成

因为预先由制动系统提供了相关道路状况（路面上的不同摩擦系数），在汽车开始采取制动措施时，稳定控制系统就会立即激活反向转向力的介入[4]。结果，在路边产生具有高摩擦系数的大制动力，这将大大减少汽车的制动距离。

04、可逆预紧式安全带结构

可逆预紧安全带主要由直流电动机、传动机构、牵开器和电子控制单元（ECU）组成。传动机的组成结构不仅包含了传动齿轮，还包含了单向离合器。单向离合器使用棘轮和棘爪机构实现锁定状态[5]。可逆预紧式安全带与FCWS、LDWS和FDMS集成为一体，其逻辑结构可逆预紧式安全带的ECU根据FCWS、LDWS监测到的行车信号，经过算法识别当前的危险等级，进而控制电机进行正转或反转，实现危急提醒、碰撞预紧、解除预紧等功能[6]。当LDWS检测到车辆没有打开转向信号并异常偏离车道时，或者FCWS检测到碰撞时间（TTC）时，即当两辆汽车发生碰撞时，如果初始的速度差始终不变，当碰撞开始之后一直到发生碰撞的时间内Tc 小于1.385 s，IAPS得以激活，之后就能够达到突发警示的目的。自从冲突警示提醒来自FCWS，Tc小于等于1.385 s时，车内的安全带就会自动执行初级预警功效，它的目标则是清除三角式安全带和驾驶员二者之间的距隙，此时它能够起到非常引人注目的警示作用；当Tc小于0.69 s时，三角式安全带便会自动开启中级预警功效，它的目标则是达到最大程度上的驾驶员保护功效，驾驶员将被最大程度上地安置在汽车座椅上；当Tc大于 1.385 s时，IAPS它会自动确认现在的汽车驾驶状态是否安全，以此控制汽车发动机的转速并将其释放[7]。

05、传感器的功能扩展

出于对安全角度的考虑，ACC自动巡航雷达传感器能够根据距离自行计算行车速度，ACR利用此信息在发生车辆碰撞时最大限度地保护乘员。在这种情况下，电子稳定性控制技术也会使用传感器上捕捉的指示来达到制动效果[8]。雷达传感器还提供地面速度信息，这可以帮助改善现有安全系统的功能，例如防抱死制动系统（ABS）、ACR和安全气囊控制[9]。该信息还有助于扩展新功能，例如直接轮胎压力监测器（TPM），换道支持和制动辅助功能。很明显，结合主动和被动安全系统的雷达系统可以警告驾驶员，并且可以显著减少车辆后方碰撞。

06、结语

现如今，很多交通事故数据都表明需要新的安全策略来减少道路事故和死亡人数。从很多研究中能够看出，主动安全系统以及被动安全系统的相互融合确实能够大大地提高汽车的制动安全性能。现如今，在主被动集成系统中，传感器与主被动技术三者之间的相互融合更加适用于现在的汽车市场。被动安全系统与主动安全系统集成的主要作用是能够预防交通事故，而主动安全系统和被动安全系统的集成则是偏向于一定程度上降低交通事故的严重性和随之带来的后果。使用两种类型的集成示例可以确认这些措施的高效率。由于最终评估确认还有其他集成选项，因此需要进行深入研究。综上所述，研究新的安全系统技术是一项长期的战略问题。

【参考文献】

[1]程川泰，王军年，褚宏森，等.改善乘员侧向被动安全的自倾斜式汽车座椅设计与响应试验[J].机械设计，2020（7）：1-7.

[2]景润申.浅谈被动安全系统对汽车安全性能的作用及未来发展趋势[J].时代汽车，2020（3）：92-93.

[3]田富刚.第八届汽车被动安全技术及标准法规国际研讨会在南昌成功召开[J].中国汽车，2019（9）：7-14.

[4]贾红，赵瑞妮，邱兆文.汽车被动安全部件结构安全性风险评价研究[J].汽车零部件，2019（5）：1-6.

[5]祝小康，李梦帆，苏秀荣.CAE分析在汽车被动安全设计中的应用[J].智能制造，2018（9）：52-55.

[6]宋志强，曹立波，欧阳志高，等.集成主被动式安全带的性能评估及优化分析[J].中国机械工程，2019（21）：2567-2576.

[7]谢伟平，穆国宝，何凯欣，等.浅谈被动安全系统对汽车安全性能的作用及未来发展趋势[J].汽车零部件，2018（7）：90-93.

[8]夏永佳，任宝学.汽车被动安全装置在事故安全中的运用探究[J].现代制造技术与装备，2018（4）：140，142.

[9]杨妙梁.主动安全系统与被动安全系统的集成[J].轻型汽车技术，2007（1）：32-35.