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讓被動安全智能起來

2020-06-12 23:35:26·  來源：碰撞與安全  作者：鄭捷 廣汽研究院  
　
集 成 安 全從汽車的行駛過程看，駕駛的舒適性、操作的便捷性、機械的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)的耐撞性、車與環(huán)境的溝通都會影響安全，于是便有了集成安全的概念。廣義上集
集 成 安 全
 
從汽車的行駛過程看，駕駛的舒適性、操作的便捷性、機械的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)的耐撞性、車與環(huán)境的溝通都會影響安全，于是便有了集成安全的概念。廣義上“集成安全”被劃分為“被動安全”和“主動安全”。被動安全領(lǐng)域相對成熟，已經(jīng)發(fā)展了耐撞的車身結(jié)構(gòu)，如高效的吸能區(qū)域、高強度的乘員艙、友好的行人保護(hù)裝置，以及有效降低傷害的約束系統(tǒng)，如點爆式的安全帶和安全氣囊、可潰縮轉(zhuǎn)向柱。而主動安全領(lǐng)域雖然也經(jīng)歷了較長的歷史，但近十年才伴隨著自動駕駛技術(shù)迎來了高速發(fā)展，從已經(jīng)普及的車身穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)、防抱死系統(tǒng)(ABS)，到時下正在普及的駕駛輔助技術(shù)(ADAS)，包括：自適應(yīng)巡航(ACC)、自動緊急剎車(AEB)、車道保持(LPS)、盲區(qū)監(jiān)測(BSD)、自適應(yīng)高光和點陣車燈、駕駛員監(jiān)測等，以及正在發(fā)展的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(V2X)，包含：車對車(V2V)、車對人(V2P)、車對道路(V2I)。
 
“集成安全”的發(fā)展概覽
   主動安全技術(shù)更多地依賴傳感器工作，它取代了人的感知，并幫助人做出決策和執(zhí)行。很多時候主動安全技術(shù)被認(rèn)為比被動安全技術(shù)更加智能更有前景。然而，事實上被動安全中的氣囊和安全帶的點爆同樣依賴傳感器工作，同樣需要感知、決策和執(zhí)行功能。所以，顯然這樣的認(rèn)識并不準(zhǔn)確。
 
事故發(fā)生的邏輯順序
事故發(fā)生的過程可以按“正常駕駛”、“避免事故”、“事故發(fā)生”、“事故發(fā)生后”的邏輯順序鋪陳開來。如果將“正常駕駛”和“避免事故”的過程看成是道路處于有序的狀態(tài)，那么當(dāng)?shù)缆肥驎r，發(fā)生事故的風(fēng)險就會很高。被動安全技術(shù)是在事故發(fā)生（包含事故發(fā)生后）這一特定的連續(xù)過程中減輕事故傷亡的技術(shù)，而主動安全技術(shù)則是這一特定過程之外所有為了保證道路有序的技術(shù)。
    
任何系統(tǒng)都不是絕對安全的。自動駕駛系統(tǒng)的功能安全還處于十分初級的階段，人機交互中會存在人對系統(tǒng)的誤解。這些因素會造成道路失序，碰撞事故仍然會發(fā)生。因此被動安全技術(shù)必不可缺。事實上，被動安全技術(shù)同樣可以借助感知和網(wǎng)聯(lián)技術(shù)而變得更加智能，更好地降低事故傷亡。只是目前被動安全技術(shù)的前景被自動駕駛技術(shù)展現(xiàn)出的便捷性的光芒所遮蔽。但隨著自動駕駛技術(shù)的普及，新類型事故逐漸發(fā)生時，人們就會意識到自動駕駛同樣需要被動安全作為最后一道防線。搭載了更先進(jìn)被動安全技術(shù)的產(chǎn)品會獲得人們更多的信任。
 
“主被動安全”的6大方向
    
其實在自動駕駛的浪潮掀起之前，行業(yè)就提出了許多“主被動安全”的概念。相信這些概念在智能汽車的大背景下將加速成為被動安全的發(fā)展方向：
1 預(yù)碰撞響應(yīng)
任何一個碰撞事故都可以根據(jù)車輛的運動狀態(tài)和系統(tǒng)的響應(yīng)速度，在時間軸上決定一個“事故不可避免地發(fā)生”的時間點（no return point），這個時間點是早于碰撞時刻的。將這個時間點到碰撞時刻之間的時段稱之為預(yù)碰撞（Pre-crash）階段。在預(yù)碰撞階段內(nèi)大約有100到300毫秒是可以利用的時間，這大大擴展了被動安全的響應(yīng)時間。我們都知道目前被動安全技術(shù)被限制在碰撞后的100毫秒內(nèi)，約束系統(tǒng)的點爆窗口更是只有幾毫秒到50毫秒的時長。因此，這樣的時間擴展非常重要。被動安全技術(shù)可以利用碰撞前這多出來的100到300毫秒擴展約束系統(tǒng)的點爆窗口，甚至布置新的功能，從而實現(xiàn)更好的乘員和行人保護(hù)。
 
Pre-crash響應(yīng)示意圖
2 約束系統(tǒng)的精準(zhǔn)點爆
通過環(huán)境感知傳感器識別碰撞物體、碰撞角度、碰撞速度、碰撞重疊率，從而根據(jù)碰撞類型、碰撞嚴(yán)重程度精準(zhǔn)點爆約束系統(tǒng)，并降低誤報率和不報率。

3 碰撞自適應(yīng)車身結(jié)構(gòu)
當(dāng)感知到碰撞后對車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形。最典型的例子便是主動發(fā)罩技術(shù)或行人保護(hù)氣囊。通過攝像頭識別行人后，提前觸發(fā)主動發(fā)罩或行人保護(hù)氣囊，為行人增加緩沖空間。又如側(cè)碰可變懸架。通過側(cè)面雷達(dá)識別出側(cè)碰后，觸發(fā)可變懸架調(diào)整車輛姿態(tài)，讓門檻和地板更多地參與吸能。
 
主動發(fā)罩和行人保護(hù)氣囊
 
側(cè)碰可變懸架
 
4 預(yù)碰撞氣囊
根據(jù)“更少安全帶，更多氣囊”的原則，利用預(yù)碰撞時間展開一個體積更大、保壓時間更長的安全氣囊，增加乘員的緩沖面積，減小緩沖力，并使乘員受力在時間上更加平均，從而減小乘員傷害，提高可承受的碰撞上限。
 
預(yù)碰撞氣囊

5 乘員姿態(tài)預(yù)調(diào)整
    
利用預(yù)碰撞時間提前點爆或回收安全帶，調(diào)整座椅位置，使乘員以一個更合理的姿態(tài)參與碰撞以減輕傷害。

6 自適應(yīng)約束系統(tǒng)
ADAPTABLE RESTRAINT SYSTEM
    
通過傳感器或網(wǎng)聯(lián)功能獲取乘員身高體重年齡等身體信息和通過攝像頭獲取乘員碰撞前的姿態(tài)，并通過環(huán)境傳感器獲取碰撞的嚴(yán)重程序，從而調(diào)整約束系統(tǒng)的響應(yīng)，如氣囊點爆時間、氣囊體積等。如圖7所示，有研究表明通過自適應(yīng)約束系統(tǒng)可以有效降低各體型人體的受傷程序，有效降低各碰撞速度下的傷害風(fēng)險。
 
 
自適應(yīng)約束系統(tǒng)的作用效果預(yù)估
    
對于安全帶，可以增加回收馬達(dá)實現(xiàn)安全限力可調(diào)，并將當(dāng)前的150-200N上限擴展到1000N。對于安全氣囊，可以增加氣體流量控制、體積控制、泄氣控制，實現(xiàn)氣囊體積、剛度和保壓時間可調(diào)。

結(jié)語
由于主動安全技術(shù)更多地屬于自動駕駛系統(tǒng)的組成部分，我們不妨將“集成安全”的概念落腳在“主被動安全”上：在碰撞結(jié)構(gòu)、約束系統(tǒng)的現(xiàn)有設(shè)計基礎(chǔ)上，結(jié)合感知技術(shù)、網(wǎng)聯(lián)技術(shù)和大數(shù)據(jù)，探索主被動安全新的聯(lián)合仿真方法、新的聯(lián)合試驗技術(shù)，將面向標(biāo)準(zhǔn)工況的產(chǎn)品賦予可自適應(yīng)即時應(yīng)對真實事故的新功能。
 
 
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