发展中的主动安全技术

1.前言汽车诞生和发展的百余年来，汽车安全一直受到汽车制造企业、汽车消费者以及各国政府的普遍重视和关注。在汽车工业发达的国家中，巨大的人力、财力、物力不断投入到汽车安全性的研究领域，并制定了大量相关的汽车安全性标准，如国际标准(ISO)欧共体标准(ECE)、联合国欧洲经济委员会标准(EEC)以及各个国家标准(其中美国联邦机动车安全标准FMVSS及日本的汽车安保基准颇具影响)。尽管世界各地的安全标准千差万别，但由于汽车工业的国际化特征，汽车大国之间通过双边及多边的合作不断对汽车安全标准、法规加以协调、整合，使该领域的国家边界日益模糊。经过近几十年，尤其是进入90年代以来的发展，未来汽车安全的新概念已大致形。从现实生活中可以看到，尽管被动安全技术可以有效地减轻事故灾害，但主动安全技术更为重要，它可以避免人员及车辆的损伤，尤其是可以避免事后由于交通堵塞引起的可观的间接经济损失，可谓防患于未然。2.发展动因随着汽车保有量的增长，道路交通事故已成为世界性的社会问题。全世界每年死于道路交通事故的人数估计超过50万人，伤1000万人，而我国则是世界上交通事故最严重的国家。严峻的现实使人们不能不正视汽车安全性问题。从市场营销的角度看，提高汽车安全性就是增加企业产品的市场占有率；从消费者利益的角度看，提高汽车安全性就是强化对人的生命和财产的保障；从政府管理的角度看，提高汽车安全性就是稳定社会、保证经济繁荣的重要举措。进入90年代以来，无论是汽车消费者还是政府管理者都对未来汽车的安全性的期望值愈来愈高。随着社会的进步和人民生活水平的提高，汽车消费者和政府管理者的这种心态是合理的，也是必然的。这种趋势很快体现在各国的汽车安全法规上，汽车安全法规经过不断修订和追加，变得越来越严格和完善了。先是美国由运输部和国家公路交通安全局制定和监督实施的FMVSS法规使事故死亡人数减少20%。随后，欧共体、日本、澳大利亚、加拿大等国也相应公布了自己的法规，它们大多参照FMVSS和ECE进行修改和补充，且强制性越来越严格。我国继1989年制定的GB/T11551-89“汽车乘员碰撞保护”、GB/11557-89“防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定”、GB/11553-89“汽车正面碰撞时对燃油泄漏的规定”后，汽车碰撞安全法规系统也已呼之欲出，政府管理部门的法规使汽车企业不能不在汽车安全性上做出迅速而有力的回应。另一方面，汽车工业已成为当今世界上最典型的集团化、世界化产业，在全球经济一体化和知识经济初见端倪的背景下，尤其是亚洲金融危机后，世界各大汽车企业都在力求提高产品性能、占领技术制高点、适应国际化的多元化需求、积极开拓和占据国际市场。汽车安全性也自然成为各国工业支柱产业发展战略的重要组成部分。传统的针对冲撞后的乘员保护的技术和措施已经远远不能满足现代交通对汽车安全性的要求，把以冲撞安全为核心的传统汽车被动安全技术发展为以预防为核心的现代汽车主动安全技术已成为现代交通的迫切要求，而以先进的电子、通讯及信息技术在汽车上的应用为特征的新一轮汽车技术革命恰恰为此提供了可能。3.技术构成导致汽车交通事故的原因十分复杂，既有车辆自身的技术因素，也有参与交通的人的行为因素，还有公路、气象等环境因素。总而言之，人-车-环境是影响汽车行驶安全性能的三大因素，这三者组成了相互制约的系统工程。例如，驾驶员在驾驶汽车时要完成一个对环境和车的感知-判断-操作的闭环过程，在行驶中要经过周而复始地循环才能完成对汽车的操纵和控制。对驾驶员而言，必须具备相应的技能才能顺利完成安全驾驶工作；对车辆而言，必须为驾驶员提供一个能够适应人的生理和心理特点的外部技术条件，以保证驾驶员能很好地完成上述循环，这就是汽车主动安全的内涵。在目前的情况下，为提高汽车的主动安全性，做到防患于未然，主要通过以下几个方面的技术加以实现。3.1视认特性驾驶员在行车中所感觉到的道路、车辆等信息的准确性将直接影响汽车的主动安全性。良好的视认特性是汽车主动安全性的重要组成部分。汽车在行驶过程中，大约95%以上的外部环境信息是通过人的观察来进行收集的。视认特性包括：视野性能、被视认性、防眩目性等。其中视认性能包括前方视野(直接视野)、后方视野(间接视野)以及特殊环境下的视野性能(包括寒冷、雨天及夜晚时的视野)；被视认性则通过车辆示宽、紧急闪烁、报警、反射等信号装置加以实现。在防眩目性方面引入了诸如三光束前照灯等一些技术。3.2车辆底盘电子综合控制装置该装置是汽车主动安全技术中非常引入注目的项目，也是各大汽车企业显示自己技术实力、占据汽车技术有利制高点的重要方面，因此，发展中的汽车主动安全技术在此得以集中体现。驾驶员驾车的过程就是人、车和环境三者之间信息交流的过程，构成人-车-环境信息流的闭环系统，车辆性能的完善取决于闭环系统中的人、车和环境三者之间相互协调与各自特性的最佳匹配，即实现系统内驾驶员行为特性、车辆机械特性以及道路设施和交通法规之间的最优协调，以追求系统整体的最佳效益。这种先进的汽车主动安全技术的研究动向和成果，正体现了人机一体化(AHMS)的系统工程学观点。3.3信息传递技术驾驶员在操纵和控制汽车时，必须不断地从各方面获得所需要的信息。信息传递系统收集的人、车和环境三者的信息经过处理器处理后，除了服务于车辆底盘电子综合控制装置外，还可以输出对驾驶员更加有用的深加工信息，甚至包括驾驶员注意力状况，并用数据或图像显示，帮助驾驶员更加完整地获得信息，及时处理各种情况。信息传递技术是在世界汽车机电一体化的大背景下发展起来的，是以计算机和通信技术为核心的新技术，它紧紧围绕市场需要，着眼于未来的汽车安全，将为下个世纪的汽车市场的发展开辟了一条新路。这项技术即使是在目前的初级阶段其回报亦是很可观的。美国国家公路安全委员会(NHTSA)的交通动力学小组认为，仅ABS的全面实施，每年会减少2.9万起牵引车/挂车冲撞事故，挽救320-500个生命和减少2.7万个受伤者。德国汉诺威交通事故研究组对182例交通事故的分析报告表明，汽车装备防抱死制动系统可以避免7.1%的交通事故、13.9%的材料损失、17.4%的人员伤害。由此可以预计，如果将各项独立的主动安全装置和措施加以整合和优化，那么，汽车的主动安全性将发生质的飞跃。事实上，进入90年代以来，尤其是近几年，汽车主动安全技术正是沿此方向推进的。例如：继汽车装备防抱死制动系统ABS(Anti－BrakingSystem)和驱动防滑系统ASR(Anti－SlideRegulation)成为汽车主动安全常规技术后，汽车稳定性控制单元VSC(VehicleStabilityControl)这种在更高层次上综合ABS和ASR的汽车主动安全装置已应运而生。VSC系统极大地提高了汽车主动安全性能，它改变了冬季行车时加装雪地轮胎、防滑链等方法，即使在比直线行驶动力学复杂许多的转弯或是冰雪湿滑路况时也能应付自如。其它一些业已运用或即将技入应用的控制系统也将整合并发挥出综合效力。有人预测，未来的汽车会成为各种尖端电子技术的载体或者说21世纪汽车是移动的电脑平台。智能制动、智能加速、智能减速、智能转向是未来智能汽车的基本特征。汽车人机一体化的智能主动安全技术充分考察各个方面和多种因素，达到人和汽车共同判断、共同决策和协调统一，实现人机互补的合作“伙伴”关系。这种技术本身就是多学科结合的产物，包括机械、计算机、信息、生理学、心理学和社会科学等技术领域，以及人机耦合与接口的现代高新技术。例如，进行交通心理学和人的心理特性方面的研究目的是使未来汽车的操纵性能与人的生理特性相适应，从而减少因为人机工程原因引起的交通事故，为智能汽车操纵性能设计和人机工程设计奠定了理论基础。汽车智能化的前期工作是用汽车的驾驶辅助系统弥补人的感知、判断、操纵方面的不足。该技术将来一旦成熟，就可以进一步推进汽车主动安全智能化。4.结束语汽车安全性已经不仅是个技术问题，在某种程度上也是一个重要的社会问题。汽车的主动安全性因其定位于防患于未然，所以有着广阔的发展前景，越来越受到汽车生产企业、政府管理部门和消费者的重视。应用电子技术使车辆实现的高度智能化是汽车主动安全技术能在世界范围内发生质的跃变的主要因素。美国70年代提出的试验安全车ESV(ExperimentSafetyVehicle)、日本90年代提出的高级安全车ASV(AdvancedSafetyVehicle)虽然是两个不同历史时期提高汽车安全性的代表作，但它们都是未来的安全汽车的雏形。欧、美、日等汽车工业发达的国家对于包括汽车主动安全技术在内的汽车工业重大课题都是在高度计划和有序的状态下展开的，并且制定了近期、中期和长期规划，在国家法规和政策的指导下，通过产、学、研的联合，投入相当的力量逐步付诸实施，并取得了实质性的进步。而我国，随着国民经济的快速发展，车流的加大，再加上人口众多，交通问题会更加突出。对此，我国虽然采取了许多相应措施，但在加强汽车自身安全性能方面还是做得不够。这不仅不利于我国的交通安全状况，还会随着欧、美、日等汽车工业发达国家的先进安全技术的实用化、商品化，使刚刚兴起的中国民族汽车工业受到极大冲击，尤其在汽车业群雄逐鹿的今天，作为即将面临加入WTO后所带来的机遇与挑战的中国汽车工业，必须对此做出有力回应。顺应汽车主动安全技术发展的方向，在我国有计划、有步骤地发展现代汽车主动安全技术是势在必行的。