隨著社會的發展,交通安全問題越來越凸顯,汽車的安全性能也越來越受到消費者的關注。傳統的針對沖撞后的乘員保護的被動安全技術已經遠遠不能滿足現代交通對汽車安全性的要求,汽車主動安全技術應運而生。
汽車主動安全技術是指通過預先的防范避免事故發生,實現防患于未然的技術。汽車主動安全技術從研發至今,除了經典的防抱死制動系統 ABS(Antilock Brake System,ABS),電子制動力分配EBD(Electronic Brake force Distribution,EBD),車身電子穩定系統ESP(Electronic Stability Program,ESP)和牽引力控制系統TCS(Traction Control System,TCS)外,越來越多的先進技術被應用于汽車主動安全配置中。
一. 汽車主動安全技術的研究現狀
汽車主動安全技術按照開發商主要分為汽車制造企業和第三方科技企業兩大類。在本報告中以沃爾沃、豐田、本田、日產、通用、BMW幾個汽車品牌為例介紹汽車制造企業開發主動安全技術的現狀,以Mobileye公司介紹第三方科技企業開發主動安全技術的現狀。
1. 汽車制造企業
1) 沃爾沃
在汽車安全領域,沃爾沃是有口皆碑的,除了完善的被動安全措施,沃爾沃近幾年發展了一系列主動安全系統,這些主動安全配置也已成為沃爾沃車輛的重要賣點之一,主要包括:City Safety城市安全系統、自適應巡航系統、帶全力剎車的行人安全安全系統、盲點信息系統、車道偏離警示系統、駕駛員安全警告系統。
除此之外,沃爾沃還有六大主動安全技術還未正式推向市場,它們是沃爾沃汽車最新的安全技術,將會配備在最新的SPA可擴展平臺上。其中夜間探測系統、動物探測系統、帶輔助轉向功能的路沿和路障探測系統、帶輔助轉向功能的自適應巡航系統即將和全新XC90一起推向市場(2014年底),而車間互聯和汽車自動泊車系統則將要耐心等待一段時間。
2) 豐田
豐田的預碰撞安全系統叫做Pre-Collision System,簡稱PCS。豐田不僅是最早將預碰撞安全系統裝備在量產車上的品牌之一,而且一直都是世界領先水平。經歷了幾年的發展,如今該系統主要由4個系統組成:預碰撞座椅安全帶、預碰撞制動、預碰撞輔助制動和懸架控制。
此外,日本豐田公司還成功研制“豐田高級安全汽車”,包括駕駛員瞌睡預警系統、輪胎壓力監測警告系統、發動機火警預報系統、前照燈自動調整系統、盲區監控系統、汽車間信息傳輸系統、道路交通信息引導系統、自動制動系統、緊急呼叫(SOS)停車系統、滅火系統以及各向安全氣囊系統等,其中有些單項設備已投放市場。
而在2013年CES美國消費電子展中,豐田公布了全新的“先進主動安全研試驗車”。這輛試驗車基于一輛雷克薩斯LS600h打造,整套系統的全稱為Advanced Active Safety Research Vehicle。這套系統通過車載GPS、雷達、激光測距儀和立體相機等外設相配合,探測車輛周圍一切的路況和環境,從而以準無人駕駛的形式幫助駕駛員安全行車,避免意外事故發生。
3) 本田
本田在被動安全領域除了獨創的“G-CON”碰撞安全技術外,在主動安全領域其開發的碰撞緩解制動系統CMBS(Collision Mitigation Brake System)、主動巡航控制系統ACC(Adaptive Cruise Control)、全球首例盲點顯示系統LW(Lane Watch)和主動轉角照明系統ACL(Active Cornering Light)也均有不俗的表現。
同時本田也一直在關注行人主動安全,正在研發基于專用短波通訊的V2P(車對行人)/V2M(車對騎車者)技術,并于2013年9月在底特律演示了這兩項安全技術。該技術通過專用短波通訊方式進行信息交換,防止車輛與行人和騎車者之間發生碰撞。目前該技術正在試驗階段。
4) 日產
在2013年9月結束的法蘭克福車展上,日產推出了新一代奇駿車型。日產新奇駿配備了LDW (Lane Departure Warning) 車道偏離警示系統、FCW (Forward Collision Warning) 前方碰撞警示 、人機交互系統、主動小駕駛控制和主動發動機制動系統和自動駐車系統。
除此之外,日產的主動安全技術的最大體現就是,將各式繁多的安全英菲尼迪安全屏障系統。安全屏障系統是英菲尼迪一系列主動安全技術的組合系統加以整合,為車輛提供主動安全保護,降低事故的發生概率,同時結合高強度的車身結構設計為乘客提供進一步的安全保護。該系統多項安全技術,包括帶有移動物體檢測(MOD)的360度全景式監控影響系統、車輛碰撞預防系統、全速段智能巡航系統、盲區警示系統、側面碰撞修正系統、車道偏離警示系統、車到偏離修正系統、超視距前端碰撞預警系統以及增強型智能剎車輔助系統。
日產是多家汽車產商中計劃在2020年推出完全自動駕駛汽車的公司之一,同時日產還在開發一款叫Safety Shield(安全盾牌)的產品。它提供很多方法讓駕駛者和乘客避開危險,包括各種駕車情境,從危險出現之前到車禍之后。
5) 通用
上海通用從07年開始,正式擴張主動安全技術的研發,并于2013年將五項主動安全技術應用于別克新君越車型之上,為之命名IntelliSafe前瞻性主動安全系統。這五項安全技術分別為:全車速自適應巡航、碰撞預警、車道偏離預警、車道變更輔助以及泊車輔助功能。IntelliSafe前瞻性主動安全系統通過安裝在車輛前后左右的多個傳感器和攝像頭實現對整車360度實時監控,一旦落入信息反饋范圍,車輛將通過點亮圖標、發出警報、座椅震動等方式立即提醒駕駛者,當駕駛者未能及時做出反應時,車輛將啟動自動剎車功能來隔離危險。
之后的凱迪拉克2014款XTS也更加體現了通用在主動安全領域的野心。通用在XTS商所構建的ESS強化安全策略籠絡了多項主動安全技術,除了前方碰撞系統和道路偏移預警之外,還包括側面盲區預警、后方交通預警功能。值得一提的是,雖然借助震動的觸覺方式來提醒駕駛員并不是凱迪拉克首創,但相較之下凱迪拉克通過座椅不同位置的震動可以更為清晰直觀地告訴駕駛者潛在危險的來源方向,彰顯了凱迪拉克在這方面的人性化。
6) BMW
隨著2013年9月23日新款BMW 5系Li的上市,BMW進一步鞏固了其在細分市場的領導地位。新BMW 5系Li的全新駕駛輔助系統,融合了多項高科技,顯著提升了車輛在城市交通中的安全性,減輕了駕駛者的負擔。其中包括帶停車起步功能的主動巡航系統、碰撞警告系統、行人碰撞保護、車道偏離警告、具備行人、動物識別功能的第二代BMW夜視系統。而作為本次車型升級的美學設計最大亮點,全新自適應LED大燈成為了新BMW 5系Li最易識別的身份證明。自適應LED大燈的遠光燈輔助系統帶有新的防眩目功能。與此同時,彎道輔助照明功能可以讓駕駛員對黑暗中的彎道更加“了如指掌”。高度智能的LED大燈在各種路況下都能為駕駛員提供理想的照明,完美實現了“眼觀六路”,從而極大提高了夜間行駛的安全性。
2. 汽車配件廠商
除了汽車制造企業在主動安全領域有著積極的表現之外,一些汽車配件廠商也在致力于汽車工業的芯片技術研究。最富盛名的莫過于在該市場掌握著全球70%的份額,僅用1個攝像頭就實現了防碰撞系統的以色列廠商Mobileye。公司距今十幾年的歷程,主要致力于汽車工業的計算機視覺算法和駕駛輔助系統的芯片技術的研究。
Mobileye C2-270智能行車預警系統是Mobileye的一個非常成功的產品,現已經銷往全世界42個國家,主要功能包括:前方車距監測與警示、前方車輛碰撞警示、低速時前方車輛碰撞警示(虛擬保險杠)、行人碰撞警示和車道偏離預警。每種警示的報警聲各不相同,因此在熟悉之后,駕駛員無需查看顯示裝置,根據聲音即可判斷出警示的種類。之后Mobileye又繼續開發了新一代智能防撞系統Mobileye 560,新一代的智能防撞系統除了包含上一代C2-270所具備的所有功能之外,更加入了智能遠光燈和限速警示功能,讓Mobileye的行車安全防護網更加周密。
由于公司主要專注的方向為視頻核心處理技術,因而這里著重就上述先進技術中應用了視頻圖像處理的汽車主動系統進行進一步的分類及介紹,主要可分為駕駛操控輔助、車周環境探測、駕駛員疲勞檢測(僅沃爾沃)、預碰撞警示(僅Mobileye產品)四類。
? 駕駛操控輔助
屬于支持駕駛操控方面的主要包括帶輔助轉向功能的自適應巡航系統、帶輔助轉向的路沿和路障檢測、車輛偏離預警。
沃爾沃的帶輔助轉向功能的自適應巡航系統是在現有的自適應巡航系統和車道保持輔助技術基礎上演進而成,而帶輔助轉向的路沿和路障檢測也是為了實現車輛不駛出車道,三者在功能實現中交集就是防止車輛偏離,因而這里只分析視頻處理在車道偏離預警系統中的應用。
車道偏離預警系統是一種通過報警的方式輔助駕駛員減少汽車因車道偏離而發生交通事故的系統。現在已經商業化的車輛偏離預警系統使用均是基于視覺,由道路和車輛狀態感知、車道偏離評價算法和信號顯示界面三個基本模塊組成。該系統的工作原理為對攝像頭采集的道路信息進行車道線識別處理,然后通過車道偏離評價算法判斷車輛是否偏離車道,如果偏移車道則將警示信號輸出信號顯示界面。
主要視頻處理技術:視頻采集及存儲、道路線實時檢測及分析
? 車周環境探測
屬于車周環境探測的主要包括盲點信息系統(并線輔助)、多角度監視和行人探測。
盲點信息系統能夠幫助駕駛者時刻關注車輛兩側盲區的道路情況。盲點信息系統通過將兩臺響應速度極高的攝像頭分別放置在每個車門上的后視鏡上,當另一輛汽車進入監視區內時,放置在車門后視鏡附近的警示燈就會閃亮。駕駛者就可以知道另外一輛車正在靠近,從而避免在變道時發生交通事故。
主要視頻處理技術:視頻實時采集及存儲
多角度監視在各個品牌的表現大同小異,本質上來講就是通過在汽車的正前方、后方、后視鏡下方等處安裝攝像頭配合傳感器完成對車輛周圍環境的多角度、全方位地偵測,甚至合成一個俯瞰的無縫連接的車周合成圖像,輔助駕駛員完成泊車、倒車等動作。
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