汽車主動安全技術(shù)的背景、現(xiàn)狀與發(fā)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(yè)得到了迅速發(fā)展，21世紀更將是一個“車輪上”的社會。

作為現(xiàn)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(xiàn)在產(chǎn)量不斷增加，汽車制造業(yè)已成為全球一個重要的產(chǎn)業(yè)；另一方面還表現(xiàn)在汽車設(shè)計和制造技術(shù)不斷提高，成為一個技術(shù)水平越來越高的技術(shù)密集型和資金密集型相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)。

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(fā)生，交通環(huán)境日益惡化。專家對汽車交通事故的分析結(jié)果表明：在所發(fā)生的交通事故中，有80%是由于駕駛員反應(yīng)不及時，處置不當(dāng)造成。其中有65%的事故屬汽車追尾碰撞造成，其余則屬于側(cè)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(tǒng)研究分析后得出結(jié)論：若駕駛員能在事故發(fā)生前提早1秒鐘意識到會有交通事故發(fā)生，并采取了相應(yīng)的措施，則絕大多數(shù)事故都可能避免。

因此，大力研究開發(fā)如汽車防撞等主動式汽車安全技術(shù)，減少駕駛員的負擔(dān)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(xué)術(shù)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(shù)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(xiàn)有自動駕駛技術(shù)的某些功能，如自動轉(zhuǎn)向、自動剎車等來避免交通事故。安全預(yù)警是目前最為行之有效的技術(shù)手段。

交通安全問題已成為世界性的大問題。據(jù)報載，全世界每年因交通事故死亡的人數(shù)約50萬，因此汽車的安全性對人類生命財產(chǎn)的影響是不言而喻的。隨著高速公路的發(fā)展和汽車性能的提高，汽車行駛速度也相應(yīng)加快，加之汽車數(shù)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(chǎn)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(tǒng)的被動安全已經(jīng)遠遠不能避免交通的事故發(fā)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(shù)將成未來汽車的研發(fā)重點。

現(xiàn)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(xiàn)了汽車制動防抱死系統(tǒng)ABS以及在此基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的制動輔助系統(tǒng)BAS、電子驅(qū)動系統(tǒng)EBS和驅(qū)動調(diào)節(jié)系統(tǒng)ASR、車載雷達與超聲波防撞裝置等。這些裝置充分發(fā)揮制動效能，增加了汽車可控性和加速過程中的穩(wěn)定性，同時為實現(xiàn)汽車電子化、系統(tǒng)化提供了良好條件。

主動安全將保護提前到事故發(fā)生之前，在保護的基礎(chǔ)上更注重預(yù)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(fā)生成為可能。這就構(gòu)成了我們通常所說的“智能車輛”。智能車輛的發(fā)展是隨著智能交通系統(tǒng)ITS、計算機科學(xué)技術(shù)，人工智能技術(shù)等的發(fā)展而發(fā)展起來的。

智能車輛的研究分為三個發(fā)展階段

第一階段

在20世紀50年代，俄亥俄州立大學(xué)就已經(jīng)開始進行汽車自動控制技術(shù)的系統(tǒng)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(xué)，以及英國的道路交通研究所及德國的西門子等機構(gòu)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(lǐng)域，并且許多機構(gòu)已經(jīng)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(xué)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(chǎn)物，它配備了包括激光、雷達、視覺在內(nèi)的多種傳感器。但由于對環(huán)境的復(fù)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(yù)期的目的。德國國防軍大學(xué)依靠視覺導(dǎo)航的高速智能車VAMORS其行使速度已經(jīng)高達160公里/小時。

第三階段

20世紀90年代以來，技術(shù)發(fā)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(lǐng)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(shù)，使得智能車輛應(yīng)用技術(shù)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(shù)的研究方面起步較晚，目前主要有重慶大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、國防科技大學(xué)、南京理工大學(xué)和吉林大學(xué)等在進行智能車輛和相關(guān)技術(shù)研究工作。南京理工等5所院校聯(lián)合研制了軍用智能車7B.8系統(tǒng)。系統(tǒng)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(tǒng)的“感知 建模 規(guī)劃 執(zhí)行”算法，系統(tǒng)直線跟蹤速度為20km/h。清華研制的THMR-III智能車輛系統(tǒng)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(jù)地圖數(shù)據(jù)完成局部行為規(guī)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(tǒng)可完成白線跟蹤、路標(biāo)識別、道路識別等任務(wù)。

趨勢

在汽車100多年的發(fā)展史中，有關(guān)汽車安全性能的研究和新技術(shù)的應(yīng)用也發(fā)生了翻天覆地的變化。

從最初的保險杠減振系統(tǒng)、乘客安全帶系統(tǒng)、安全氣囊到汽車碰撞試驗、車輪防抱制動系統(tǒng)（ABS）和驅(qū)動防滑系統(tǒng)（ASR），到無盲點、無視差安全后視鏡及兒童座椅系統(tǒng)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(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的先進技術(shù)被應(yīng)用到汽車上。目前，世界各國都在運用現(xiàn)代高新科技，加緊研制汽車安全技術(shù)，一批批有關(guān)汽車安全的前沿技術(shù)和新產(chǎn)品陸續(xù)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(fā)展方向之一是汽車安全領(lǐng)域，并向幾個方向發(fā)展：利用雷達技術(shù)和車載攝像技術(shù)開發(fā)各種自動避撞系統(tǒng)；利用近紅外技術(shù)開發(fā)各種能監(jiān)測駕駛員行為的安全系統(tǒng)；高性能的輪胎綜合監(jiān)測系統(tǒng)；自適應(yīng)自動巡航控制系統(tǒng)；駕駛員身份識別系統(tǒng)；安全氣囊和ABS/ ASR。隨著更加先進的智能型傳感器、快速響應(yīng)的執(zhí)行器、高性能電控單元、先進的控制策略、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、雷達技術(shù)及第三代移動通信技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)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(fā)展。