汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)的背景、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)的背景、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

背景

20世紀(jì)后半葉以來(lái)，濃縮了人類(lèi)文明的汽車(chē)工業(yè)得到了迅速發(fā)展，21世紀(jì)更將是一個(gè)“車(chē)輪上”的社會(huì)。

作為現(xiàn)代主要交通工具，汽車(chē)給人們工作和生活帶來(lái)了方便。一方面表現(xiàn)在產(chǎn)量不斷增加，汽車(chē)制造業(yè)已成為全球一個(gè)重要的產(chǎn)業(yè)；另一方面還表現(xiàn)在汽車(chē)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)不斷提高，成為一個(gè)技術(shù)水平越來(lái)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(jìn)展和車(chē)輛的普及，交通運(yùn)輸問(wèn)題日益嚴(yán)重。道路擁擠，交通事故頻繁發(fā)生，交通環(huán)境日益惡化。專(zhuān)家對(duì)汽車(chē)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(shí)，處置不當(dāng)造成。其中有65%的事故屬汽車(chē)追尾碰撞造成，其余則屬于側(cè)面碰撞、擦掛所致。因此，德國(guó)奔馳公司的專(zhuān)家們?cè)趯?duì)各類(lèi)交通事故進(jìn)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(shí)到會(huì)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(kāi)發(fā)如汽車(chē)防撞等主動(dòng)式汽車(chē)安全技術(shù)，減少駕駛員的負(fù)擔(dān)和判斷錯(cuò)誤，對(duì)于提高交通安全將起到重要作用。由于駕駛過(guò)程是一個(gè)高度智能化的過(guò)程，盡管學(xué)術(shù)界對(duì)汽車(chē)自動(dòng)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(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能的研究成果而言，尚不能建立一個(gè)確切的模型，以全面真實(shí)地反映駕駛過(guò)程。因而，目前還不能依賴(lài)現(xiàn)有自動(dòng)駕駛技術(shù)的某些功能，如自動(dòng)轉(zhuǎn)向、自動(dòng)剎車(chē)等來(lái)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(wèn)題已成為世界性的大問(wèn)題。據(jù)報(bào)載，全世界每年因交通事故死亡的人數(shù)約50萬(wàn)，因此汽車(chē)的安全性對(duì)人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)的影響是不言而喻的。隨著高速公路的發(fā)展和汽車(chē)性能的提高，汽車(chē)行駛速度也相應(yīng)加快，加之汽車(chē)數(shù)量增加以及交通運(yùn)輸日益繁忙，汽車(chē)事故增多所引起的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，已成為一個(gè)不容忽視的社會(huì)問(wèn)題，汽車(chē)的行車(chē)安全更顯得非常重要。而傳統(tǒng)的被動(dòng)安全已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能避免交通的事故發(fā)生，因此主動(dòng)安全的概念慢慢地形成并不斷地完善。主動(dòng)安全技術(shù)將成未來(lái)汽車(chē)的研發(fā)重點(diǎn)。

現(xiàn)狀

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，各種主動(dòng)安全裝置也相繼問(wèn)世。先后出現(xiàn)了汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統(tǒng)ABS以及在此基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的制動(dòng)輔助系統(tǒng)BAS、電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EBS和驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)ASR、車(chē)載雷達(dá)與超聲波防撞裝置等。這些裝置充分發(fā)揮制動(dòng)效能，增加了汽車(chē)可控性和加速過(guò)程中的穩(wěn)定性，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)電子化、系統(tǒng)化提供了良好條件。

主動(dòng)安全將保護(hù)提前到事故發(fā)生之前，在保護(hù)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(chē)具有某種人的“智能”，能感知外界，能夠自己“思考”主動(dòng)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(shuō)的“智能車(chē)輛”。智能車(chē)輛的發(fā)展是隨著智能交通系統(tǒng)ITS、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，人工智能技術(shù)等的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。

智能車(chē)輛的研究分為三個(gè)發(fā)展階段

第一階段

在20世紀(jì)50年代，俄亥俄州立大學(xué)就已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行汽車(chē)自動(dòng)控制技術(shù)的系統(tǒng)研究。從20世紀(jì)50年代末到60年代，在美國(guó)的俄亥俄州立大學(xué)，以及英國(guó)的道路交通研究所及德國(guó)的西門(mén)子等機(jī)構(gòu)都對(duì)智能車(chē)輛進(jìn)行了研究。

第二階段

進(jìn)入20世紀(jì)70年代，在智能車(chē)輛的研究過(guò)程中，許多國(guó)家都進(jìn)入了智能車(chē)輛的研究領(lǐng)域，并且許多機(jī)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入了先進(jìn)的行列，其中典型的有美國(guó)的NIST、CMU、德國(guó)的國(guó)防軍大學(xué)以及日本的TSUGAWA等。

20世紀(jì)80年代初期，美國(guó)的DARPA計(jì)劃中就包括了智能車(chē)輛計(jì)劃CMU的NAVLAB就是計(jì)劃的產(chǎn)物，它配備了包括激光、雷達(dá)、視覺(jué)在內(nèi)的多種傳感器。但由于對(duì)環(huán)境的復(fù)雜性和傳感器的信息處理水平估計(jì)不足，使得整車(chē)的行使速度很慢，達(dá)不到預(yù)期的目的。德國(guó)國(guó)防軍大學(xué)依靠視覺(jué)導(dǎo)航的高速智能車(chē)VAMORS其行使速度已經(jīng)高達(dá)160公里/小時(shí)。

第三階段

20世紀(jì)90年代以來(lái)，技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)。以意大利帕爾瑪特·布洛基為代表的ARGO工作組在智能車(chē)領(lǐng)域中進(jìn)行了卓有成效的令人振奮的工作，利用機(jī)器視覺(jué)、多傳感器融合技術(shù)，使得智能車(chē)輛應(yīng)用技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展并在1998年6月1日到6日進(jìn)行了一次2000多公里的旅行測(cè)試。穿越了平原、山地、高架橋和隧道等，取得了顯著成效。

我國(guó)在智能車(chē)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(guó)防科技大學(xué)、南京理工大學(xué)和吉林大學(xué)等在進(jìn)行智能車(chē)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(chē)7B.8系統(tǒng)。系統(tǒng)安裝有二維彩色等傳感器。兩臺(tái)PC486完成路邊抽取識(shí)別和激光信息處理8096單片機(jī)完成車(chē)輛的定位計(jì)算和自動(dòng)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(xiàn)跟蹤速度為20km/h。清華研制的THMR-III智能車(chē)輛系統(tǒng)集成了二維彩色攝像機(jī)、磁羅盤(pán)光碼定位、GPS、超聲等傳感器。用一臺(tái)SUN SPARK 10根據(jù)地圖數(shù)據(jù)完成局部行為規(guī)劃兩臺(tái)PC486完成視覺(jué)信息車(chē)輛和超聲波測(cè)量、位置測(cè)量、車(chē)輛方向速度控制。系統(tǒng)可完成白線(xiàn)跟蹤、路標(biāo)識(shí)別、道路識(shí)別等任務(wù)。

趨勢(shì)

在汽車(chē)100多年的發(fā)展史中，有關(guān)汽車(chē)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(xiǎn)杠減振系統(tǒng)、乘客安全帶系統(tǒng)、安全氣囊到汽車(chē)碰撞試驗(yàn)、車(chē)輪防抱制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）和驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)（ASR），到無(wú)盲點(diǎn)、無(wú)視差安全后視鏡及兒童座椅系統(tǒng)的研究，汽車(chē)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(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到汽車(chē)上。目前，世界各國(guó)都在運(yùn)用現(xiàn)代高新科技，加緊研制汽車(chē)安全技術(shù)，一批批有關(guān)汽車(chē)安全的前沿技術(shù)和新產(chǎn)品陸續(xù)裝車(chē)使用，使未來(lái)的汽車(chē)更加安全。

未來(lái)汽車(chē)電子控制的重要發(fā)展方向之一是汽車(chē)安全領(lǐng)域，并向幾個(gè)方向發(fā)展：利用雷達(dá)技術(shù)和車(chē)載攝像技術(shù)開(kāi)發(fā)各種自動(dòng)避撞系統(tǒng)；利用近紅外技術(shù)開(kāi)發(fā)各種能監(jiān)測(cè)駕駛員行為的安全系統(tǒng)；高性能的輪胎綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；自適應(yīng)自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)；駕駛員身份識(shí)別系統(tǒng)；安全氣囊和ABS/ ASR。隨著更加先進(jìn)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(jìn)的控制策略、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)及第三代移動(dòng)通信技術(shù)在汽車(chē)上的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代汽車(chē)正朝著更加智能化、自動(dòng)化和信息化的機(jī)電一體化方向發(fā)展。