汽車安全技術包括主動安全、被動安全以及ADAS/自動駕駛輔助等多個層面。主動安全系統(tǒng)通過傳感器和智能算法在事故發(fā)生前對危險進行感知并主動干預;被動安全系統(tǒng)通過車身結(jié)構(gòu)和安全約束措施在碰撞中保護乘員;ADAS/自動駕駛技術則利用多傳感器融合和復雜算法實現(xiàn)從L1到L4級別的輔助與自動駕駛功能。以下按類別分別解析各項技術原理、關鍵傳感器、實現(xiàn)方式及代表性案例。
主動安全系統(tǒng)
主動安全系統(tǒng)在事故發(fā)生前識別風險并采取措施。**自動緊急制動(AEB)**是典型功能:該系統(tǒng)通過前向毫米波雷達、攝像頭(以及可選的激光雷達和超聲波)持續(xù)監(jiān)測前方障礙物,比較實際距離與安全閾值。當發(fā)現(xiàn)碰撞風險且駕駛員未及時制動時,系統(tǒng)自動施加剎車以減輕碰撞后果。據(jù)統(tǒng)計,AEB可將追尾事故發(fā)生概率降低約56%。例如沃爾沃City Safety、奔馳Pre-safe等系統(tǒng)都集成了AEB功能。
- 自適應巡航控制(ACC) :ACC系統(tǒng)利用前置雷達(和車速傳感器)持續(xù)檢測前車距離。控制單元根據(jù)距離與速度差自動調(diào)節(jié)油門或制動,使本車與前車保持設定的安全跟車距離,典型應用如博世ACC系統(tǒng)、特斯拉Autopilot的跟車功能等。
- 車道偏離預警(LDW) :通過車內(nèi)擋風玻璃下的攝像頭識別道路車道線,實現(xiàn)對車輛軌跡的監(jiān)控。當車輛無意識偏離車道時,系統(tǒng)通過聲音、儀表提醒或方向盤震動等方式警告駕駛員。
- 車道保持輔助(LKA) :在LDW基礎上增加自動轉(zhuǎn)向干預。當檢測到車輛偏離車道時,系統(tǒng)計算需要的修正轉(zhuǎn)向力矩,并通過電子助力轉(zhuǎn)向(EPS)執(zhí)行微量轉(zhuǎn)向操作,使車輛回到車道中央。LKA常用于高速巡航時輔助駕駛,如大眾Lane Assist、特斯拉Autosteer等。
- 盲點監(jiān)測(BSM/BSW) :在車輛后側(cè)安裝毫米波雷達,用于實時監(jiān)測后視鏡盲區(qū)。當有其它車輛進入盲區(qū)時,系統(tǒng)通過車內(nèi)警示燈或聲音提醒駕駛員。同時,BSM往往集成變道輔助(LCA)功能,在變道時提示后方快速接近的車輛。
主動安全系統(tǒng) | 關鍵傳感器 | 主要功能 | 代表廠商/案例 |
---|---|---|---|
自動緊急制動 (AEB) | 前向雷達、攝像頭(可選激光雷達) | 檢測碰撞風險并自動剎車 | 沃爾沃 City Safety、奔馳 Pre-safe等 |
自適應巡航 (ACC) | 前向毫米波雷達、攝像頭 | 保持與前車安全距離,自動跟車 | 博世ACC、特斯拉Autopilot跟車功能 |
車道偏離預警 (LDW) | 前向攝像頭 | 監(jiān)測車道標線,偏離時報警 | 大眾Lane Assist、寶馬與奔馳類似系統(tǒng) |
車道保持輔助 (LKA) | 前向攝像頭 + EPS系統(tǒng) | 自動修正轉(zhuǎn)向,保持車道居中 | 大眾Lane Assist、特斯拉Autosteer |
盲點監(jiān)測 (BSM/BSW) | 側(cè)后方毫米波雷達 | 監(jiān)測側(cè)后盲區(qū),提醒后方來車 | 博世BSD、奧迪Side Assist |
主動安全系統(tǒng)通常融合攝像頭、毫米波雷達、激光雷達和超聲波等多種傳感器數(shù)據(jù)。傳感器采集的環(huán)境信息經(jīng)過控制單元的數(shù)據(jù)處理模塊比對安全模型,如距離閾值和速度信息,然后觸發(fā)預警或直接干預,如踩油門切換至剎車。以上各系統(tǒng)已在市場上廣泛應用,隨著ADAS等級標準的提高,主動安全功能正成為新車標配。
被動安全系統(tǒng)
被動安全系統(tǒng)是在事故發(fā)生后保護乘員安全的技術手段。主要包括安全約束與結(jié)構(gòu)設計兩方面:
- 安全帶 :通過限制乘員位移,將碰撞力分散傳遞,顯著降低乘員傷亡風險。現(xiàn)代安全帶配備預緊器(碰撞瞬間自動收緊)和限力器(控制帶力),進一步保護乘員。在發(fā)展趨勢上,電動安全帶技術已出現(xiàn),它根據(jù)乘員體型自動調(diào)節(jié)松緊,并可與氣囊系統(tǒng)協(xié)同工作以提高保護性能。
- 安全氣囊 :在碰撞瞬間快速充氣形成緩沖袋,吸收乘員與車內(nèi)結(jié)構(gòu)間的沖擊動能,減少沖擊力對乘員的傷害。常見氣囊有前排正面氣囊、側(cè)氣簾、頭部氣簾、膝部氣囊等,均由碰撞傳感器和ECU控制觸發(fā)。
- 潰縮吸能區(qū) :車身前后部設計有可控變形區(qū)(潰縮區(qū)),在碰撞時可變形吸收大部分碰撞能量,減少沖擊傳遞到乘員艙。例如前后縱梁和翼子板均采用易變形設計,以降低碰撞載荷傳遞。
- 高強度乘員艙 :乘員艙部分采用高強度鋼材或復合材料構(gòu)件,形成堅固的安全籠結(jié)構(gòu),盡可能保證碰撞后乘員艙不發(fā)生過度變形。在側(cè)面碰撞時,車門、B柱、橫梁等部件通過合理加強,可將沖擊力分散至車身框架結(jié)構(gòu)中,保護乘員空間。
- 碰撞測試標準 :國際上常用的碰撞評估標準有Euro NCAP和C-NCAP等,它們通過正面偏置碰撞、側(cè)面碰撞、鞭打測試、行人碰撞測試等項目,綜合評估車輛的被動安全性能。測試結(jié)果以星級形式反饋,指導廠商改進設計并供消費者參考。
被動安全技術 | 主要作用 | 特點/實例 |
---|---|---|
安全帶 | 固定和約束乘員,減小位移 | 配合預緊器和限力器使用,與氣囊協(xié)同工作 |
安全氣囊 | 緩沖碰撞能量,保護乘員 | 前排、側(cè)面頭部、膝部等多氣囊配置 |
潰縮吸能結(jié)構(gòu) | 吸收碰撞能量,減少沖擊傳遞 | 設計前后縱梁等吸能區(qū),乘員艙不變形 |
高強度乘員艙 | 保持乘員艙強度,轉(zhuǎn)移沖擊力 | 車身不同區(qū)域選用不同強度鋼材 |
碰撞測試評價 | 評估整車被動安全性能 | Euro NCAP、C-NCAP等正偏/側(cè)碰測試評星 |
近年來,被動安全技術不斷迭代升級。 智能安全帶 、 多階段氣囊 、虛擬碰撞仿真等新技術逐漸應用。比如電動安全帶可自動收緊、主動提醒未系安全帶。車身材料正向碳纖、鋁合金等輕量化高強度方向發(fā)展,進一步提高能量吸收效率。同時,碰撞測試標準也在完善,如增加了主動安全輔助測試(如行人AEB)和更苛刻的碰撞工況,推動整車安全設計不斷提升。
智能輔助駕駛(ADAS/自動駕駛相關)
ADAS/自動駕駛系統(tǒng)依賴多傳感器融合和 高性能計算 。典型傳感器包括攝像頭、毫米波雷達、激光雷達和超聲波雷達等。其中,攝像頭用于捕獲道路場景、車道線、交通標志等視覺信息;毫米波雷達可全天候探測前后方目標的距離和相對速度,適用于ACC、AEB等功能;激光雷達生成高精度三維點云,有利于高級自動駕駛系統(tǒng)進行環(huán)境建模;超聲波雷達則用于短距離探測,如泊車輔助和盲區(qū)探測。
硬件上,車廠和Tier1通常采用專用ADAS域控制器來處理感知和決策任務。例如華為推出的MDC智能駕駛計算平臺,基于昇騰車規(guī)芯片,支持L2+至L5等級演進;Mobileye EyeQ系列SoC專為多路攝像頭AI處理設計,可實時處理每秒千幀圖像;特斯拉自研FSD計算機(基于AI芯片)用于Autopilot/FSD功能;NVIDIA Drive Orin、英偉達Xavier等也是常見的高算力平臺。各方案通過高性能異構(gòu)計算,實現(xiàn)對數(shù)十路傳感器數(shù)據(jù)的實時融合與分析。
算法方面,ADAS/自動駕駛系統(tǒng)包含感知、融合、定位、規(guī)劃和決策多個模塊。目標識別常使用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(如CNN、YOLO等)進行車輛、行人、車道線和交通標志檢測; 多傳感器融合 (如卡爾曼濾波)將攝像頭與雷達/LiDAR信息融合,提高感知魯棒性;路徑規(guī)劃算法包括基于柵格地圖的A*算法、采樣法(RRT)、模型預測控制(MPC)等,用于生成安全可行的行駛軌跡;行為決策則通過有限狀態(tài)機或深度強化學習等方法確定換道、超車等高層動作。值得注意的是,最新的自動駕駛趨勢正朝向端到端神經(jīng)網(wǎng)絡發(fā)展。例如特斯拉FSD v12通過端到端訓練將感知、預測和規(guī)劃融合于單一網(wǎng)絡,實現(xiàn)了“感知-決策一體化”的自動駕駛解決方案。
硬件/組件 | 主要功能 | 特點與應用 | 代表應用/方案 |
---|---|---|---|
攝像頭 | 環(huán)境視覺感知(識別車道、目標、標志) | 高分辨率,成本低;受光照天氣影響 | 特斯拉純視覺方案、Mobileye SuperVision |
毫米波雷達 | 探測目標距離/速度 | 全天候工作,穿透性強;角度分辨率低 | 博世ACC雷達、現(xiàn)代盲區(qū)雷達 |
激光雷達 | 生成高精度3D點云 | 精度高、視場廣;成本高、易受環(huán)境影響 | Waymo、谷歌L4/L5項目 |
超聲波雷達 | 近距離檢測(泊車/側(cè)后方) | 短距離高精度;成本低 | 倒車雷達、主動剎車近障礙檢測 |
域控制器(SoC) | 多傳感器數(shù)據(jù)融合與計算平臺 | 高算力異構(gòu)芯片,支持深度學習與傳感融合 | 華為MDC、特斯拉FSD芯片、NVIDIA Orin |
這些軟硬件協(xié)同實現(xiàn)了自動駕駛功能。典型方案包括: 特斯拉 Autopilot/FSD (基于多路攝像頭+AI神經(jīng)網(wǎng)絡); Mobileye EyeQ 系列 (多攝像頭環(huán)視+AI SoC); 華為 ADS (MDC計算平臺+多雷達攝像頭); 百度 Apollo 、蔚來 NIO Pilot等則采用攝像頭+激光雷達/雷達融合的方案。綜上所述,ADAS/自動駕駛系統(tǒng)通過融合攝像頭、雷達、激光雷達、超聲波等傳感器數(shù)據(jù),再結(jié)合目標檢測、路徑規(guī)劃、傳感融合和決策控制等算法,實現(xiàn)從L1~L4級的自動駕駛輔助功能。
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