汽车安全系统简介与技术分析

来源：意法半导体　2021-12-21 18:21:29

4. 电子稳定程序

驾驶是人和车辆的结合，安全控制系统除了能对驾驶人员的行为和状态进行监控，还应能对车辆的行为实现有效控制。ESP（Electronic Stability Program）即电子稳定程序，其整合了ABS（Anti-lock Braking System）和TCS（Traction Control System，循迹控制系统），属于主动式车辆安全系统，可协助驾驶员保持车辆的正常状态和行为，防止出现例如轮胎打滑和失控等现象的发生。

ABS称为防死锁剎车系统，当汽车轮胎出现死锁时，ABS会迅速点放刹车，防止车辆跑偏。与之相对的TCS称为循迹控制系统，当轮胎空转时，通过降低扭矩或轮胎的死锁来让轮胎重获抓地力。ESP通过将二者整合，在车辆出现侧滑或转向不足时，会分别对每个轮胎施加不同的制动力来修正行车轨迹。

传感器的类型与选用

无论是驾驶警示系统这类的辅助提示系统，还是电子稳定程序类的系统接控，其有效的工作基础是充分可靠的信息以及后台正确而迅速的判断能力。获得可靠信息的关键是传感器及其合理的分布；正确的判断力则来自控制系统的快速响应和可靠算法。

车辆用传感器依据其具体的特性和用途，分别位于车体的不同位置，主要包括雷达、红外线、LIDAR（Light Detecting and Ranging）、超声波、加速度传感器、CCD/CMOS影像系统等。

预碰撞系统中主要运用的传感器为毫米波雷达或激光雷达。其中毫米波雷达价格较高，主要面向高端车市场；而激光雷达的成本较低，仅为毫米波雷达的1/3左右，针对低价车市场。但在性能上，激光的波长较短，限制了其应用范围，不利于雨雪天等恶劣环境下的使用。

红外线及影像传感器为主的监视器技术主要用于行车时的障碍物识别及辅助视野等。红外线成像又可分为温度探测的远红外（FIR）技术和用于夜视的近红外（NIR）技术。FIR可探测具有温度的生物，其可将物体辐射出的热量显示为影像；NIR则主要用于夜间等视线不良的情况，可探测得比车灯照射距离更远，但同时也容易受到对面灯光的影响，其主要用于夜视等辅助路况显示。

如需要探测车外甚至车内的具体情况，则可使用CCD或CMOS元件作为视觉影像传感器。目前CCD/CMOS的应用日趋广泛，配合先进的视觉识别算法，其成像范围内的运动物体、路面状况及摩擦系数、路边的交通信号与标志、路面车道分隔线等都可被视别，完全可成为驾驶员的眼睛。

CCD/CMOS也可实现较大的动态，来表现昏暗和高反差环境下的图像细节，该技术通过捕捉高感光度和低感光度两种画面并加以合成的方式实现。此外，CCD/CMOS如果与上文所述红外线或雷达结合，则可组成混合式传感器（Sensor Fusion）。红外线发生器照射目标物体后，反射回的红外线被CCD/CMOS吸收，因此无论白天或夜晚均可对路况加以识别，为驾驶员提供功能强大的辅助视觉。

系统构架分析

汽车安全系统的预碰撞处理、安全速度/车距控制等各种警示与应变系统的原理都十分类似，即由ECU（中央电子控制单元）接受外界传感器的相关信息后，通过内置算法进行实时评估并决定最佳的应变措施。因此，汽车电子系统的设计上与一般系统设计并无太大差异，但硬实时性和可靠性是与其它电子控制系统相区别的显著特点。

首先以安全气囊（Airbag）控制系统为例。该系统主要由驾驶员及乘客面前的安全气囊，位于车身外的冲撞传感器（Satellite Sensor），安置于车门、座位和车顶等位置的加速度传感器（G-Sensor），以及通常为16位或32位MCU的ECU等几部分组成。当车身受到碰撞，冲撞传感器会立即向ECU发出信号，ECU则会收集碰撞强度、座椅位置、乘客重量、安全带情况等参数来进行迅速评估，并在极短的时间内通过电爆驱动器（Squib Driver）打开安全气囊来保护车内人员的安全。

图二　安全气囊系统架构图

如图三所示，主动式悬挂系统（Active Suspension）也是汽车中比较常见的安保系统，其可大幅提高车辆的操控性。主动式悬挂系统主要由传感器、减震筒及计算机控制系统等组成。该系统可采集汽车的速度、加速度、负重、转向程度、左右G力等数据来由程序对悬挂系数，和底盘与地面的高度等进行实时调整。

图三　主动式悬挂系统架构组成

越来越多地国家的法律法规对防抱死煞车系统（Anti-lock Brake Systems, ABS）的性能提出了要求，对其可靠性的更高要求增加了ABS设计的复杂程度和研发难度。如图四所示系统中，ABS的主要目的是防止车辆失速滑行的危险情况，当控制环节发现紧急刹车导致转速过低时，会迅速点放刹车，给予轮胎足够的滚动空间和更大的抓地力，防止车辆跑偏。该系统的关键是轮胎转速的测量。

图四　 ABS系统构架图

标签：汽车安全被动型系统主动型系统

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