我国车辆主动安全技术发展现状

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轮胎压力监测系统(Tirepressure Monitoring System,简称 TPMS),顾名思义,其作用是在车辆运行过程中实时监测汽车轮胎压力和轮胎温度,以向驾驶员报警的方式,避免因轮胎漏气或气压过低导致的事故发生,同时也能提高轮胎使用寿命,减少因胎压不均匀、胎压过高导致的车辆机械损耗,降低油耗保护环境。轮胎压力监测系统 分 为 间 接 式(Wheel-speedbased TPMS, 简 称 WSB) 和 直 接 式(Pressure-sensor Based TPMS,简称PSB)。间接式系统是依靠监控 ABS系统的轮速传感器数据进行的,这是因为在车辆重力作用下,气压较低的轮胎直径较小、转速较快。由于 WSB 系统是被动接受数据的,故又称为被动型 TPMS。直接式胎压监测系统(PSB)则在轮胎上设置了传感器,以主动方式对胎压数据进行即时收集,故又称为主动型 TPMS。相比之下,WSB 成本较 PSB 为低,性能则不如 PSB,无法像主动型系统一样判断出轮胎温度和胎压过低的原因,也无法在车辆静止时对胎压进行判断。随着 TPMS 系统的广泛普及,在目前的整装车辆上 PSB 系统正逐渐取代 WSB。

疲劳驾驶预警系统又称驾驶员疲劳检测系统,其原理是通过监测、分析驾驶员生理状态,来判定驾驶员是否疲劳驾驶,并通过声、光、联网上报等报警模式对驾驶员的危险驾驶行为进行管理,多用于长途运行的商用车上。分析驾驶员疲劳驾驶行为的方式有很多,目前较为有效的是利用人脸检测、人脸姿态估计和面部识别等技术,对驾驶员的眼部和嘴部进行定位与分析,主要针对人在疲劳时的打哈欠、眨眼、间歇性闭眼、低头等行为进行探测,并依据既有模型判断驾驶员的疲劳状态。当系统判断驾驶员疲劳情况达到阈值后,通常会采用警示灯、声音报警等手段对驾驶员进行持续刺激,并根据预设方案选择何时停止报警信号。一些系统要求在车辆停止、驾驶员疲劳状态消失后,车辆再次行进不再产生报警信号,一些系统则设定了最短休息时间,要求在车辆停止一段时间后,再次行进才不再产生报警信号。部分系统还会与上级管理系统进行通信,降低车辆疲劳驾驶至停靠过程中的事故率。

车辆主动防撞系统也称汽车自动防撞系统,是当前最具有代表性、前景最为广阔的车辆主动安全技术之一。车辆主动防撞系统通常由采集系统、数据处理系统和执行机构两方面组成,其中采集系统负责通过车载雷达、激光探测、超声波声呐探测、视觉成像等设备和手段对车辆周围的道路交通环境进行探测,之后将得到的周围环境物体位置信息、车辆与各物体间的相对速度信息、地面交通标识信息等反馈到数据处理系统中。根据前装、后装形式的不同,执行机构的类型 和功能也有所差别。前装系统定制水平较高,能够对车窗、座椅、车辆传动系统等进行执行机构的统一布设和安装;后装系统较为灵活,但由于不同车型各系统配置存在差别,通常是以改进刹车机构、增设车内控制台的形式进行安装。

数据处理系统作为系统的核心,会根据收集系统得到的道路交通环境数据,判断车辆行进路线内障碍物与车辆的相对位置,确定车辆是否有撞击或剐蹭危险。如果危险存在,系统会进行紧急响应,而根据系统功能的不同,响应类型也不同。对于涵盖自动驾驶功能的高集成度系统而言,系统可以主动控制车辆行进方向,进行主动避让;而大部分仅有主动防撞功能的系统,则通过主动减速或紧急制动避免事故发生。这种处理方式凭借着主动探测和快速处理获得的宝贵时间,比驾驶员先探测到危险并进行反应,有效提高了人 / 车系统的快速反应能力。

泊车系统分为自动泊车系统和辅助泊车系统,前者可以做到人 / 车分离、自动泊车,而后者因为相对较低的成本而更为常见。辅助泊车系统包括泊车雷达、视觉监控系统、报警器等,一般通过向车载终端传送车后画面、画面辅助线、雷达测距报警等方式对驾驶员进行提醒,车辆的全部操控权仍掌握在驾驶员手中;部分前装辅助泊车系统还附带自动刹车功能。自动泊车系统则与有主动避让功能的车辆主动防撞系统类似,都由采集系统、数据处理系统和执行机构组成。由于泊车时周围环境通常为静止的,设计路线较在动态环境中主动避让要容易许多。泊车系统作为城市驾驶中最为方便、常用的系统之一,发展前景日益开阔。

车辆高级驾驶辅助系统(Advanceddriver Assistant System,简称 ADAS)又称先进驾驶辅助系统,是车辆主动安全技术的发展前沿,也是先进探测技术与其他车辆主动安全技术的整合形态。ADAS 系统是通过在车辆上装备的摄像头、雷达、激光、超声波及其他各类传感器和网络通信设备,对车辆内部、外部信息进行主动收集,在监控车辆自身运行状态的同时,对车辆周围乃至一定范围内的道路交通环境进行分析,为驾驶员提供安全驾驶方案,或主动干预避免事故发生。

高级驾驶辅助系统功能繁多,属于集成式系统,根据需求不同可包含导航与实时交通系统、自适应巡航系统、车道偏移报警系统、车联网系统、智能限速提醒系统、车道保持系统、主动防撞系统、夜视系统、自适应灯光控制系统、自动泊车系统、交通标识识别、盲点探测系统、驾驶员疲劳检测系统、下坡控制系统和车辆报警系统等。随着智能车辆理念的普及和自动驾驶技术市场的快速扩张,ADAS 系统这种将主动安全技术与导航系统等车辆辅助系统进行整合的发展模式,已经成为当前车辆主动安全技术的主要发展趋势。

我国的车辆主动安全技术总体发展态势良好,但由于我国主动安全技术研发起步较晚,我国企业在部分研发历史较长的主动安全技术的市场竞争中劣势较大。随着近年来我国互联网技术、人工智能技术等前端技术的进步,自动驾驶技术研发热潮兴起,直接带动了 ADAS等高端车辆主动安全技术的快速发展。国家制定的《“十三五”科技创新规划》也特别提出了要“重点发展电动汽车智能化、网联化、轻量化技术及自动驾驶技术”,为我国车辆主动安全技术的未来发展开创了良好局面。

ABS 作为最重要、发展最早的车辆主动安全技术之一,其在国内主动安全业界的发展情况较为典型,能够代表 TCS、ESP、ASR 等国际上起步较早、普及率较高的主动安全技术在我国的发展情况。ABS 技术作为在安全带应用以来最重要的车辆安全成果,在 20 世纪初期已现雏形。随着 20 世纪 70 年代后期电子技术的发展,ABS 逐渐从可靠性较低的机械式向电子式发展。在 20世纪 80 年代中期后,ABS 系统进入商业化发展模式,业界企业不断以高性价比为目标进行 ABS 系统的研发和整合,为 ABS 系统的快速普及创造了条件。目前北美、西欧在法律法规和保险业的推动下,客车及轻型货车的 ABS 装备率早已达到90%以上,危险品车辆 ABS 装备率为 100%;我国在 1999 年提出的《机动车运行安全技术条件》中对部分车辆的 ABS 加装进行了强制性要求,并在 2012 年的最新版本中进行了加强,进一步提高了 ABS 系统在我国的强制普及率。

在 ABS 系统快速渗透国内车辆主动安全市场的同时,我国自主研发的 ABS 系统虽然已陆续取得了一系列突破,但由于起步较晚、自主产品商业化水平不够,总的来说仍难以与国际上的同类产品进行竞争。目前,国内汽车 ABS 市场基本被德国、美国、日本及韩国厂商占领,比较著名的品牌有德国博世、德国大陆集团的大陆泰密克、美国天合汽车集团和韩国万都等。 2012年,ABS 产品市场份额的 96%被 10家合资企业瓜分,其中博世公司占有 32% , 大 陆 泰 密 克 公 司 占 有22%,市场结构基本定型。自 2011 年《产业结构调整指导目录 (2011 年本)》实施以来,ABS 一直属于鼓励外商投资的项目,部分相关的重要零部件则限于合资、合作企业生产。外商带来的高质量 ABS 产品保证了国内 ABS 系统的安全性,但受ABS 系统配套模式的影响,其他产业通过“合资转内资”进行技术吸收的成功经验在产业技术国有化过程中推行速度较慢,自主研发仍是我国 ABS 系统的主要出路。

我国 ESP 系统发展情况与 ABS 类似,但在国内普及程度上不如ABS 技术高。 ESP 作为集成升级式系统,实现全面国产化首先需要的就是 ABS 技术的自主化,在当前我国 ABS 技术仍在快速追赶国际先进水平的情况下 ,ESP 系统的自主化难度较大。在这种情况下借鉴 ABS的国内发展历程,强制推行 ESP 系统安装显然不利于我国 ESP 产业发展。因此,较美国强制安装 ESP 系统带来的高普及率,我国 ESP 系统普及率相对较低与国内产业发展现状密不可分。

ADAS 技术是近年兴起的车辆主动安全技术,作为自动驾驶和无人驾驶必备的安全技术,国内发展态势良好,车辆主动防撞技术、车道自动保持、爆胎主动应对系统、夜视系统、驾驶员疲劳检测系统等车辆主动安全技术的水平或达国际前列,或能在与国外产品竞争中不落下风。对于车辆主动防撞技术,目前国内业内较知名的厂商有河南护航、北京泰远、益驾科技等,这些厂商主要以车载激光雷达、响应算法等为自主研发对象,部分技术具有国际先进水平。车辆爆胎主动应对系统有桂林博达的阿波罗爆胎应对系统、吉利 BMBS 爆胎监测及控制系统等,均为早已自主研发成功的爆胎应对系统,能够有效提高车辆爆胎后的可操控能力,对减少大型车辆高速行驶爆胎后的急转侧翻事故发生存在关键作用。在汽车夜视及驾驶员防疲劳领域,则有上海眼控科技、深圳保千里视像等公司,这些公司在主营面部识别、视觉跟踪等视觉监控技术的同时,也在积极进行技术与产品的自主研发,以期打入车辆主动安全市场。

而自动驾驶及无人驾驶技术作为车辆主动安全的终极解决方案,目前我国很多有实力的传统整车制造商和互联网公司都在积极进行技术的自主研发。由于整车制造商具有丰富的车辆研发及生产经验,在科研成果转化中富有经验,有利于自动驾驶系统样车的快速形成与数据的搜集。目前国际上福特、通用、雷诺 - 日产、戴姆勒 - 梅赛德斯、大众、宝马等传统车企已走在了自动驾驶汽车产品研发与测试的前列,我国长安、奇瑞、长城、北汽、比亚迪等,也在积极开发自己的自动驾驶汽车技术。与此同时,谷歌、百度等互联网公司凭借其深厚的数据处理基础和积累的庞大资本,与整车企业齐头并进。当前自动驾驶汽车技术的代表是谷歌公司的无人驾驶汽车团队 Waymo,具有世界领先的 300 万英里的大数据里程与 0.2 次 / 千英里的人工干预次数;而我国的百度汽车则属于第二梯队,与处于第三梯队的滴滴打车都具有广阔的发展空间。为加快我国自动驾驶汽车产业发展,百度提出了阿波罗计划,提出了自动驾驶开源代码框架,为我国未来自动驾驶车辆的自主导航、主动避障与突发事件应对等主动安全技术发展提供了重要的发展机遇。

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