在发展初期,汽车的研发重点放在机械的运行与控制上,但随著技术进步,车辆性能、速度的增加,车辆的碰撞可能对人体造成的伤害越来越大,行车安全也逐渐受到重视。

人们对车辆安全的观念一直在进化,最基本的遵守交通规则:不超速、不酒驾、保持车距等等基础的安全驾驶观念是驾驶人必须做到的自律,但往往我们无法控制其他驾驶人的行为,又或者因为人类视觉盲点限制、疲劳驾驶、驾驶者突然的身体不适、车子突发性的爆胎、故障等等因素造成难以避免的碰撞意外。使用者对行车安全的渴望成为促进汽车电子厂商研发的最佳催化剂,发展出现在市面上车款所搭载的各种汽车安全系统。

主动安全vs.被动安全

汽车安全系统根据是否为预防性质,分为主动安全与被动安全两种。被动安全发展较早,主要在碰撞发生时,减缓驾驶人与乘客所受到的伤害,例如安全气囊,但这并无法减少事故发生的机率,因此又发展出「预防」事故发生的主动安全系统,有效减少碰撞事故的发生。接下来透过具体了解这些安全系统的运作原理与可达到的防护效果来感觉其可能获得的市场重视。

主动安全

预防危险发生的「主动安全」科技泛指在车辆意外发生之前,可以帮助驾驶人避免事故发生的车辆安全科技。其实「预防」的观念并非创新,但随著电子科技的进步及持续的观念推广,这样的概念直到近年才得到较完整的实现。

在各种主动系统中,较早发展,目前已得到大量应用的是ABS防锁死煞车系统、TCS循迹防滑控制系统及ESC电子车身稳定系统。

ABS防锁死煞车系统

一般情况,在驾驶人踩煞车后,转动中的车轮转速会慢慢减低,但在紧急状况时,驾驶人若瞬间强力踩煞车,很可能因为惯性法则造成车子持续前进,但车轮锁死不动的情况,此时驾驶即使转动方向盘,也无法有效控制车子。防锁死煞车系统(Antilock Brake System, ABS)运用车轮感测器进行侦测,当侦测到轮胎锁死时,会减少煞车的制动力,预防车轮锁死,进而保持对车辆的操控,提高煞车时的安全性。1978年,Bosch首度将ABS应用在汽车上,经过这些年的发展,各家厂牌也都多有改良,例如VOLVO提供具有液压煞车辅助与预警煞车功能的ABS系统,就是具备多项煞车功能的整合性产品。

TCS循迹防滑控制系统

循迹防滑控制系统(Traction Control System, TCS)是比ABS更进一步的装置,在1986年由Bosch首度引入车内配备。ABS解决在煞车时造成的车轮空转,而TCS则是特别著重于避免车辆起步或加速时易造成的打滑或车轮空转。

同样透过车轮速度感测器做监控,当车辆行经湿滑或其他特殊路面时,若发现车轮的转速异常,TCS会改变引擎点火时间或控制供油系统来调节动力输出,或针对该轮进行煞车减缓打滑,以维持车辆行进的轨迹,使其符合驾驶人的操作方向。

图片来源:Bosch官网

ESC电子稳定控制系统

电子稳定控制系统(Electronic Stability Control, ESC)是比上述所提的ABS和TCS系统更细腻的控制系统,透过密集频繁的侦测确认(1秒25次)与积极地介入分别控制每一个轮胎,让车身在行驶时维持更稳定的状态。

ESC运用方向盘转角感测器(Steering Angle Sensor)侦测方向盘的转动角度,当系统发现车辆无法做到充分转弯时,系统可透过内侧后轮煞车,达到辅助转弯;再搭配使用偏航率感测器(Yaw Rate Sensor)侦测车辆的偏航情形。当系统发现偏航过度时,会使外侧前轮煞车来抑制偏航过度。

因此当需要闪避障碍物的紧急状况发生时,ESC可以协助闪避障碍物接著回到正轨,有效避免车体翻覆意外。


图片来源:Bosch官网

从主动安全循序发展出的三项系统可感觉其运作过程除了加强驾驶人的车辆控制,更主动、自动进行车辆稳定作业,不单只是加入电子化更迈向智慧。

除此以外,往后陆续发展的适应性巡航系统、夜视系统、适应性头灯系统、车道偏离警示系统及各国政策所大力推动的TPMS胎压监测系统也都是属于主动安全系统的范畴。各国车辆安全法规的推动,是安全系统的积极采用及与技术发展的最主要推动力。

各国车辆安全法规表格

被动安全

被动安全的观念比主动安全来的要早,一般大众都很熟悉,像安全带与安全气囊将乘客固定在位置上,车体溃缩区则是透过吸收碰撞力量,在车辆发生意外时,保护驾驶人及乘客的安全,减缓碰撞对肢体带来的伤害。以下看看这几项设计:

安全气囊

安全气囊的正式名称是辅助约束系统(Supplement Restraint System, SRS),常被称为Airbag。当车体感测到一定程度以上的撞击发生时, ECU会立刻发出讯息,启动安全气囊的充气装置,让安全气囊可以瞬间膨胀达到保护作用,这一切过程只需费时0.03秒。

针对驾驶座、副驾驶座设计不同大小、形状的安全气囊,再加上前座膝部专用、侧边防护安全气囊、气帘,可能在一辆车里的安全气囊数可多达十个。再根据实际撞击的来源方向以及力道,引发不同位置的安全气囊做弹出保护。

预缩式安全带

<>一般乘客并不会像赛车选手般对安全战战兢兢,无时无刻将安全带束到最紧,但为了让一般人乘客在紧急状况发时生得到一定程度的保护,预缩式安全带就得上场了。预缩式安全带会在撞击发生时会自动将乘员紧紧的绑在座位上,并且在撞击发生后立刻适度地放松,避免过紧的安全带束力对胸部造成伤害。精确且细微的动作与反应,兼顾了驾驶人的舒适与安全保护。

认识各种智慧主、被动安全系统的运作原理并了解其防护效能,可以让驾驶人及其他乘客更充分运用其功能,再搭配正确的驾驶观念,将能有效进一步提升行车安全。而随著科技的进步,车辆安全科技也持续进化,除了上述系统外,目前最新正在积极发展的先进驾驶辅助系统(ADAS)更是市场焦点,下篇将介绍ADAS系统,看这整合多项功能的全面性系统如何运作并开启无人驾驶的可能性。

 

转贴自股感知识库

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