• 車源比較
    目前尚未加入比較項目

打造智慧安全車最新汽車安全科技總覽


刊登時間: 2016/03/07

文/童國輔

圖/Audi、BMW、Kia、Volvo、GM、Bosch、WRC官網

如何提高汽車安全,是所有車廠不斷努力且精進的方向,從最早的安全帶、安全氣囊、ABS防鎖死煞車系統,到後來的TCS循跡防滑控制系統、ESC電子穩定控制系統,乃至於最新的PA停車輔助系統、LDW車道偏移警示系統、FCW前方碰撞預警系統、BSD盲點偵測系統與ACC自適性車距控制巡航系統等,再怎麼演進都是為了提高行車安全,減少意外事故發生的機會,而這些系統到底是如何作動,是重視安全的您所需要認識的汽車科技,就讓筆者一一為大家介紹。

 

人一旦被拋離座椅,任何安全配備都是無用的,因此上車第一件事就是繫上安全帶,而預縮式安全帶會在撞擊發生時會自動將乘員緊緊的綁在座位上,並且在撞擊發生後立刻適度地放鬆,避免過緊的安全帶束力對胸部造成傷害。

 

利用科技輔助人性

減少人為誤判意外

當汽車一被發明出來並且成為人們日常生活的重要交通工具時,車禍意外也就成為了生活中隨時可能發生的事情,在車輛高速移動時,人們的反應與判斷有時不見得有足夠的時間可以應變,更不用說因為人類視覺盲點限制、疲勞駕駛、身體不適、車子突發性的爆胎、故障等因素,有時碰撞意外就在難以避免的當下來發生,也因為每個人都希望能平平安安的回家,因此車廠才會不斷積極的研發各種提高行車安全的配備,發展出現在市面上車款所搭載的各種汽車安全系統。

 

安全氣囊的作用在輔助安全帶,沒有繫上安全帶的駕駛,在氣囊爆出時可能會導致顏面灼傷或挫傷,而隨著安全需求,氣囊的安裝位置也愈來愈多樣化,一輛車裡的安全氣囊數可多達十個。

 

汽車安全系統根據是否為預防性質,分為「主動安全」與「被動安全」兩種。被動安全發展較早,主要在碰撞發生時,減緩駕駛人與乘客所受到的傷害,例如安全氣囊,但這並「無法減少」事故發生的機率,因此又發展出「預防」事故發生的主動安全系統,有效減少碰撞事故的發生。首先筆者先簡單介紹一下大家都知道的被動安全系統的概要。

 

 

 

「被動安全」的觀念比主動安全來的要早,一般大眾都很熟悉,像安全帶與安全氣囊將乘客固定在位置上,車體潰縮區則是透過吸收碰撞力量,在車輛發生意外時,保護駕駛人及乘客的安全,減緩碰撞對肢體帶來的傷害。以下看看這幾項設計:

 

具有WIL頸椎傷害緩和設計的座椅,其內部結構與頭枕的位置,都是為減緩頭部衝擊與減少軀幹部份向後加速效果的設計打造,可保護乘員的頸部,有些高價進口車的頭枕,甚至可做出向下移動或向前彈出的動作,以提高頭部支撐力。

 

預縮式安全帶

一般乘客並不會像賽車選手般對安全戰戰兢兢,無時無刻將安全帶束到最緊,但為了讓一般乘客在緊急狀況發生時得到一定程度的保護,預縮式安全帶就得上場了。預縮式安全帶會在撞擊發生時會自動將乘員緊緊的綁在座位上,並且在撞擊發生後立刻適度地放鬆,避免過緊的安全帶束力對胸部造成傷害。精確且細微的動作與反應,兼顧了駕駛人的舒適與安全保護。

 

 

 

安全氣囊

安全氣囊的正式名稱是輔助約束系統(Supplement Restraint System, SRS),常被稱為Airbag。當車體感測到一定程度以上的撞擊發生時,ECU會立刻發出訊息,啟動安全氣囊的充氣裝置,讓安全氣囊可以瞬間膨脹達到保護作用,這一切過程只需費時0.03秒。針對駕駛座、副駕駛座設計不同大小、形狀的安全氣囊,再加上前座膝部專用、側邊防護安全氣囊、氣簾,可能在一輛車裡的安全氣囊數可多達十個。再根據實際撞擊的來源方向以及力道,引發不同位置的安全氣囊做彈出保護。

WIL頸椎傷害緩和設計

當汽車被後車追撞時,由於慣性的關係,車輛的乘員將會向後仰倒。但由於身體受到座椅椅背良好的支撐,後仰的狀況將集中在頭部。劇烈的撞擊將可能造成頸椎的受損,進而可能造成乘員巨大的傷害,而WIL頸椎傷害緩和設計,便是為減少此類傷害所設計的,具有WIL設計的座椅,其座椅內的結構以及頭枕的位置與角度,都是為減緩頭部衝擊與減少軀幹部份向後加速效果的設計而打造,可保護乘員寶貴而易受傷的頸部,有些高價進口車的頭枕,甚至可以在意外發生的當下,做出向下移動或向前彈出的動作,以提高頭部支撐力。

 

ABS的作用在避免輪胎在重踩煞車時鎖死打滑,此時轉動方向盤還可控制車輛,並無法減少煞車距離,因此有ABS系統的車輛,遇到危急時請記得將煞車踩到底,並且轉動方向盤閃躲前方障礙物,可別直直得撞下去。

 

主動安全系統作用

減少意外發生機率

至於預防危險發生的「主動安全」科技,泛指在車輛意外發生之前,可以幫助駕駛人避免事故發生的車輛安全科技,而這樣的想法與初衷,在過去電子科技尚未發達時,與主動的概念有些落差,嚴格來說也只能算是半主動,一直到這幾年隨著車輛愈來愈聰明,這樣的概念才得到較完整的實現,甚至已達「自動反應、提高安全」的水準,這部分我們下文會有深入介紹,我們還是先從較早發展,且目前已得到大量應用的是ABS防鎖死煞車系統、TCS循跡防滑控制系統及ESC電子車身穩定系統,來介紹起。

 

ABS系統很早以前就已被發明出來,且隨著科技進步,ABS本體的體積也愈做愈小,現在連大型重型機車都已搭載ABS系統,可減少急煞時輪胎鎖死打滑的情況。

 

ABS防鎖死煞車系統

應該很少人有過重踩煞車的體驗,甚至連ABS作動時的感覺為何,都不曾經歷過,不過它卻是相當重要且基礎的主動安全配備。多數路上行駛,駕駛人很少會急踩煞,但在緊急狀況時,駕駛人若瞬間強力踩煞車,輪胎極易鎖死打滑,車輛卻很可能因為慣性而持續前進,此時駕駛即使轉動方向盤,車輛也無法轉彎,相對也就無法做出閃避前方障礙物的動作,碰撞就很容易發生。而防鎖死煞車系統(Antilock Brake System, ABS)是運用車輪感測器進行偵測,當偵測到輪胎鎖死時,會持續快速點放煞車制動力,在保有最大煞車力道的同時,還能預防車輪鎖死,使駕駛能做出閃避動作,減少意外發生機會,這樣的設計在雨天濕滑路面上更能有所發揮。

 

 

 

不過大家可別以為ABS能縮短煞車距離,在乾地路面上,搭載ABS系統的車輛,煞車距離不見得比較短,該系統的使用重點在配合轉動方向盤閃躲障礙物,建議大家有機會的話找一條寬闊無車的大直線道路,加速到60km/h後,重踩煞車同時轉動方向盤,體驗ABS作動時的煞車踏板回饋感,說不定哪天派得上用場也說不定。

 

EBD電子煞車力分配系統,會自動偵測各個車輪與地面將的抓地力狀況,將煞車系統所產生的力量,適當地分配至四個車輪,讓車輛在彎道中煞車時也能穩定的將車輛停止下來。

 

EBD電子煞車力分配系統

EBD是Electronic Brake-Force Distribution的縮寫,中文全名為電子煞車力分配系統。配置有EBD系統的車輛,會自動偵測各個車輪與地面將的抓地力狀況,將煞車系統所產生的力量,適當地分配至四個車輪。在EBD系統的輔助之下,煞車力可以得到最佳的效率,使得煞車距離明顯地縮短,並在煞車的時候保持車輛的平穩,提高行車的安全。而EBD系統在彎道之中進行煞車的操作亦具有維持車輛穩定的功能,增加彎道行駛的安全。

 

 

 

TCS/TRC循跡防滑控制系統

循跡防滑控制系統(Traction Control System, TCS)是比ABS更先進的裝置,在1986年由Bosch首度引入車內配備。ABS解決在煞車時造成的車輪空轉,而TCS則是特別著重於避免車輛「起步」或「加速」時易造成的打滑或車輪空轉。同樣透過車輪速度感測器做監控,當車輛行經濕滑或其他特殊路面時,若發現車輪的轉速異常,TCS會減少電子節氣門開度或減低引擎出力,來抑制輪胎打滑情況,或針對該輪進行煞車,以維持車輛行進的軌跡,使其符合駕駛人的操作方向。這套系統只能減少輪胎加速時的打滑情況,無法達到「救車」效果,要有救車功能就需ESC/ESP等系統。

 

除了電子式安全系統外,可潰縮式車體結構設計,也是眾多車廠積極努力研發的方向。

 

ESC/ESP電子穩定控制系統

電子穩定控制系統(Electronic Stability Control, ESC)則是比上述所提的ABS和TCS系統還要再細膩的控制系統,透過每秒25次的不斷偵測,與可個別控制每一個輪胎的抓地力情況,讓車身在行駛時維持更穩定的狀態。

這套系統會同時運用方向盤舵角感應器與G值感應器,偵測方向盤的轉動角度,當系統發現車輛無法做到充分轉彎時,系統可透過內側後輪煞車,達到輔助轉彎效果;而當系統發現車輛打滑快要失控時,則會主動對個別輪胎施加不同的煞車力道,協助駕駛掌控車輛,使車輛回復正確的行使路線,減少打滑失控的基會發生,同時也可協助駕駛閃避前方障礙物,且車輛不會失控,是屬於高階的主動煞車作動系統。

 

屬於高階主動式ABS系統的ESC/ESP電子穩定控制系統,目前已愈來愈普及於中低價位車款上,可有效減少車輛在雨天或雪地等濕滑路面上行駛時的失控情況。

 

上述介紹的安全系統目前已逐漸落實到所有剛上市的新車上,不過人們對行車安全的追求,並沒有因此而停止,反倒以更快的速度發展中,其中又以目前已成為話題與研發主流的ADAS先進駕駛輔助系統為受到矚目。接下來我們就來簡單介紹這套系統的樣貌與功能。

 

 

 

 

這兩張圖正好可用來說明有無搭載ESC/ESP系統的差別,紅車沒有搭載上述系統,因此急轉方向盤後車輛容易失控,綠車則載上述系統的輔助下,安全穩定地救車成功,回到預定的行駛路線上。

 

 

 

 

 

ESC/ESP電子穩定控制系統,會同時運用方向盤舵角感應器與G值感應器,偵測方向盤的轉動角度,當系統發現發現車輛打滑快要失控時,會主動對個別輪胎施加不同的煞車力道,協助駕駛掌控車輛,使車輛回復正確的行使路線。

 

 

搭載主動安全系統項目愈多的車輛,愈難做出甩尾甚至是四輪橫移的動作,相對來說也是少了一些駕駛樂趣,因此有些比較注重性能的車款,都允許將ESC/ESP系統整個關閉。

 

先進駕駛輔助系統

讓車輛成為智慧車

各大汽車系統中,先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems;ADAS),是近年來車廠積極發展的智慧車輛技術之一,所謂ADAS先進駕駛輔助系統,主要是由9個子系統所組成,包含盲點偵測系統(Blind Spot Detection System)、停車輔助系統(Backup Parking Aid System)、後方碰撞警示系統(Rear Crash Collision Warning System)、車道偏離警示系統(Lane Departure Warning System)、緩解撞擊煞車系統(Collision Mitigation System)、適路性車燈系統(Adaptive Front-lighting System)、夜視系統(Night Vision System)、主動車距控制巡航系統(Adaptive Cruise Control System)、碰撞預防系統(Pre Crash System),每個子系統有其特定用途,基本作動原理相去不遠,主要透過車用雷達、感測器等收集資訊,再藉由電子控制單元進行資訊分析處理,進而輸出訊號讓車輛進行對應的動作。

 

愈來愈多車輛都會搭載視覺盲點偵測系統,會在A柱內側飾板或車外照後鏡上,安裝警示燈號,提醒車主注意兩旁的車輛動態,如此也使得一組照後鏡的價格相當驚人,不過安全無價就看車主如何衡量。

 

這套系統的主要功能並不是控制汽車,而是為駕駛人提供車輛的工作情形與車外環境變化等相關資訊進行分析,且預先警告可能發生的危險狀況,讓駕駛人提早採取因應措施,避免交通意外發生。此外,還有一個相當重要的目的,就是將來可以成為無人駕駛智慧車的技術基礎。

 

 

 

近年自動駕駛成為車輛產業發展顯學,2014年Audi於美國CES發表最新自動駕駛系統,以約一台平板電腦體積的晶片組取代過往厚重龐大的電腦主機,不只成功的縮減車重,且優越的晶片運算能力更大幅提升自動駕駛性能的表現。另一方面,Google在2014年就開始推出自動駕駛原型車,其車內無方向盤與踏板,更顛覆了傳統印象。分析自動駕駛車的技術架構,需同時彙集ADAS先進駕駛輔助系統(Advanced-Driver Assistance Systems)、V2I或V2V通訊、地圖資訊與電腦判斷等多項環節共同運作,其中ADAS更是發展的重要基石,近年國際各大車廠已將其應用從高階車款導入中低階車款,並應用於不同車型,包含國產車的Ford New Focus上都看得到這些智慧系統的身影,顯示ADAS系統確實已逐漸成熟。

 

車道偏離警示系統也是ADAS先進駕駛輔助系統的主要子系統之一,透過前擋玻璃上的偵測雷達,可得知車輛是否有偏離車道,並且發出警示聲響,以減少車主疲勞駕駛時可能犯的擦撞意外。

 

對於ADAS系統,若要深入分析的話,還需要另闢一個單元才能說明清楚,筆者在此先行打住,以免本單元介紹太多工程方面的內容,讓大家看得神經緊繃,往後筆者會再另寫專文與大家分享,有興趣的讀者敬請期待。

 

碰撞預防系統,就是目前大家所熟知的自動煞車系統,借由雷達輔助可能碰撞到的前方車輛,並主動介入煞車系統,讓車輛自動停止下來,降低碰撞機會,這套系統通常有速限條件,車速高於50km/h就無法讓車輛停止下來。

 

 

後方碰撞警示系統,又稱倒車來車警示系統,可協助車主在倒車駛出停車格時,主動偵測左右來車,並發出警示聲響,以防止碰撞意外發生,這在駛出大賣場地下停車場時特別好用。

 

 

所有的主動/自動安全系統,設計的目的都是為了減少人為誤判而造成的意外傷害,不過這些系統都還是有其極限,結合駕駛者本身的防禦駕駛觀念,才能更進一步減少車禍發生。

 

 

每個ADAS子系統都有其特定用途,基本作動原理相去不遠,主要透過車用雷達、感測器等收集資訊,再藉由電子控制單元進行資訊分析處理,進而輸出訊號讓車輛進行對應的動作。

 

 

 

 

 

夜視系統也是各車廠主力研發的安全配備之一,不過門檻與成本不低,目前只有高價進口車才有搭載。

 

 

ADAS先進駕駛輔助系統的終極研發方向,是使車輛能自動研判紅綠燈號、路旁標誌,並結合無線通訊技術,使車輛具有智慧能主動判斷車況,除了提醒駕駛注意外,更有可能達到無人自動駕駛的境界。