系统构架分析 - 从细节出发阐述汽车安全系统技术架构

　　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着特点。

　　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

　　具图五所示系统为电子式动力辅助方向盘（Electric power Assisted Steering， EPAS）系统，简称动力方向盘。相对于传统的油压式方向盘，EPAS采用电子式马达来为驾驶人员提供车轮转向的辅助控制。EPAS一般由传感器获得方向盘的位置、扭矩，再结合车速、发动机温度、电池供电情况等参数实现电子式马达的辅助控制。EPAS目前已逐渐进入市场，其不但能使引擎负载降低，还能进一步改善燃油的使用效率。

　　

　　图五　动力方向盘系统构架

　　预拉紧安全带（Seat Belt Tensioner）也是先进的行车安全保障系统，其可作为碰撞系统中的子系统。预拉紧安全带在车辆正常行驶时给驾驶员与乘客较大的肩部空间，使其能享受驾驶与乘车的舒适；但在事故发生的瞬间，为保护人员安全，避免其向前冲击而造成的身体伤害，预拉紧安全带可迅速收紧，使人员紧靠座椅，减少其与前方物体发生碰撞的危险。

　　

　　图六　预拉紧安全带系统架构图

　　结论

　　随着电子技术和控制科学的不断进步，汽车电子系统也发生了革命性的变革。车辆的安全防护系统也由传统的安全带、气囊等被动式系统，逐渐升级至预碰撞控制等主动安全系统。而这一切的实现则得益于多种传感器及其控制系统对行车、制动、引擎控制、车速控制、安全防护等性能的支持。

　　未来的汽车电子系统中，加速度传感器、陀螺仪等先进传感器的进一步发展、控制环节单芯片的趋势，以及车载网络系统的形成，都将对实时性、处理速度、数据传送能力等方面的性能大幅提高，届时人们在享受高速的出行便利的同时，也可得到最大限度的安全保障。