汽车的安全功能分被动安全和主动安全，其中被动安全主要包括，安全带和安全气囊，而主动安全就比较多了，包括比较基础的防抱死系统（ABS）、驱动防滑系统（ASR）和电子稳定控制系统(ESC)，还有最近很火的高级驾驶辅助系统（即AdvancedDrivingAssistantSystem，简称为ADAS），如自适应巡航（ACC）和AEB（自动紧急制动）。
下面我们就聊聊关于汽车主动安全的那些事儿。
作者丨Richard汽车研发工程师
▎普及几个重要的基本概念
在这之前，先介绍几个基本的概念，这几个概念是理解主动安全功能的基础，这几个概念理解过关了，主动安全的功能就基本上理解一半了。
轮速
第一个就是轮速的概念。
四个车轮上分别装有轮速传感器，检测车轮的转速信号。
检测这个干嘛？
大家知道仪表盘上的车速是怎么来的吗？
不是根据发动机转速，和变速箱换算来的，它是根据轮速信号得来的。
那轮速就是车速吗？
答案是不一定。
你可能会问，轮速怎么就不等于车速呢，车轮的转速乘以车轮的转动半径不就等于车速了吗？
这要看车轮的运动状态了，上述情况下是理想情况，也就是车轮处于纯滚动的状态下。这个时候路面印痕和和胎面花纹基本一致，可以近似认为车速等于轮速。
第二种情况就是边滚边滑，这种情况下车速大于轮速。
第三种情况就是车轮抱死时，发生拖滑，此时轮速等于0。
轮速除了计算车速外，还有另外一个重要的作用——判断车辆的实际运动状态，当四个车轮运动状态不一致时，其轮速信号也会有很大差异，这一点很重要，是很多功能得以实现的基础，这一点后面还会提到。
滑移率
下面我们就引入第二个概念，就是滑移率。滑移率就是形容车轮打滑程度的，具体表达式为：
由于车速始终大于等于轮速，所以滑移率始终处于0和1之间。
当车轮在纯滚动状态时，轮速等于车速，滑移率等于0。
当车轮抱死时轮速等于0，滑移率等于1。
当车轮边滚边滑时，滑移率大于0，小于1。
滑移率的概念很重要，它是一切制动控制的基础。
为什么这么重要？因为滑移率直接决定了轮胎的附着特性，也就直接决定了地面提供轮胎的最大附着力，即纵向力（制动力/驱动力）和侧向力（转向力）。具体可见下图。
上图，横坐标表示车轮的滑移率，以百分比表示，纵坐标表示附着系数，也就是地面所能提供的最大附着力。
从上图可以看出来，纵向附着系数（地面能提供的最大制动力）随着滑移率的增大，先变大后变小。
在紧急制动工况时，我们肯定希望地面能最大程度的提供制动力，所以我们需要监测滑移率并将滑移率始终控制在一个很窄的控制范围内，这就是ABS（防抱死系统）的工作原理。
而侧向附着系数随滑移率变大而逐渐减小，当滑移率为100%的时候，侧向附着系数为0，此时由于地面不能提供侧向力，所以车辆失去转向躲避障碍的能力，而这是我们要尽量避免的。
▎主动安全功能介绍
下面我们开始主动安全的各项功能介绍。
在这之前我们需要注意：所有的主动安全都是在保证车辆不失控的前提下，尽可能的利用地面给车轮的附着力。
EBD（电子制动力分配）
上面提到了，车轮抱死是我们要尽量避免的。
车轮抱死时，侧向附着系数为零，不能提供侧向力支撑。如果前轮抱死，则车辆会失去转向能力，如果后轮抱死，则会导致车辆侧滑甩尾，非常危险。
所以，与前轮抱死相比，后轮抱死的后果更严重，所以避免后轮先抱死时是第一要务。
由于制动时，前后轮载荷发生了转移，即前轮载荷变大，后轮载荷变小，地面所能提供的附着力又与载荷成正比。
为了最大程度的利用地面的附着力，前后轮的理想的制动力比例是一直变化的。
下图中曲线1为理想的前后制动力分配，曲线2为不带EBD功能的制动力分配，3为带EBD功能的制动力分配。
可以看出，在保证制动稳定性的前提下，EBD尽量的利用了地面的附着力，提高了制动效率。
那EBD功能具体是怎么实现的呢
其实很简单。
下面为ABS模块的硬件回路，EBD一般与集成在ABS模块内，有4个进流阀、4个出流阀以及一个回油泵对4个制动器的制动回路分别控制，EBD功能只控制后轮的制动回路压力。
正常制动工况下，进流阀开启，出流阀关闭。当检测到后轮滑移率上升时，后轮制动器的回路的进流阀关闭，此时后轮制动压力保持不变；如果滑移率继续上升，则出流阀打开，缓解后轮制动力；如果检测到后轮制动力不足，则进流阀打开，出流阀关闭。通过反反复复进油阀和出流阀的开启关闭来调节后轮制动压力，使其滑移率始终保持在控制范围内。
ABS（防抱死功能）
当检测到车轮滑移率上升很快，即将抱死时，ABS功能介入，通过进流阀、出流阀和回油泵的功能配合，使滑移率始终保持在控制范围内，避免轮胎抱死拖滑。
ABS的硬件模块与EBD相同，与EBD的控制逻辑也很像，不同之处在于：
1.对象不同
EBD只针对后轮，ABS则针对四个车轮
2.介入阶段不同
EBD只要后轮出现滑移率变化就介入，而ABS只有当即当滑移率上升明显即将抱死时才介入。
3.控制权限不同
EBD只控制进流阀和出流阀的开启关闭，而ABS除了控制这两种电磁阀外，还能通过控制回油泵将回路中的液体排出。
因为ABS能最大程度的利用路面附着力，所以能大幅提高制动效率，减少制动距离。
需要注意的是，ABS在充分利用了附着力的基础上还保留了一定的转向能力，让驾驶员在紧急制动时能能通过控制转向盘来躲避障碍物。
如下图所示，不配置ABS功能的车辆由于前轮抱死，失去转向能力，不能躲避前方车辆，而配置ABS功能的车辆则可以躲避障碍物来避免碰撞。
值得一提的是，ABS还能保证在不同附着系数上路面上行驶时的稳定性，如一边是正常路面（附着力大）一边是冰面（附着力小）。
上文提过，可以通过四个车轮的轮速信号来判断车辆的运动状态。
当两侧车轮的滑移率差异很大时，检测到车辆行驶在不同附着系数的路面上，ABS功能就会介入，防止车辆发生失控。
ASR/TCS/TRC（驱动防滑系统/牵引力控制系统）
以上这几种说法虽然不同，但其实质是一样的，不同的厂商叫法不一样而已。
上面提到的EBD/ABS是为了保证车辆在制动时的车辆稳定性，而ASR功能则是为了保证在驱动时的车辆稳定性。
有经验的驾驶员都知道，当汽车行驶在雪地等湿滑路面上时，由于路面附着力小，不能提供足够的驱动力，在加速或起步时驱动轮容易打滑空转，而ASR就是将车轮的滑移率控制在一定的范围内，防止驱动轮打滑，从而使车辆能平稳地起步、加速。
其主要检测的是驱动轮的滑移率变化，如果驱动轮滑移率较大，且与从动轮相比有较大差异，则系统判断为发生了驱动打滑，ASR介入并采取如下措施：
1.要求驱动系统（发动机/变速箱或者驱动电机）降低扭矩，如控制发动机进气门开度，控制燃油喷射量等。
2.对驱动轮施加制动力。
从节油效果考虑，一般来说是措施1优先的，如果仅采取措施1还不能满足要求，再采取措施2。
因为ASR需要主动给制动系统施压，而上面提到的ABS硬件回路中的回油泵只能将回路中的制动液排出，不能对制动回路进行主动增压。
也就是说ASR功能所需要的主动增压，仅靠目前ABS的硬件基础是不能实现的，需要进行修改，实际上目前ASR一般集成在ESC模块中，即在ABS模块的基础上增加4个阀，2个换向阀，2个高压换向阀，不过ASR只需要控制驱动轮回路，具体见下图。
正常制动时，换向阀和进油阀打开，其他阀关闭，制动液流向见下图。
当ABS功能启动时，换向阀和回流阀打开，进流阀关闭，此时回油泵将回路中的制动液排回制动主缸中，制动液流向见下图。
当ASR功能需要主动建压时，高压换向阀打开，换向阀关闭，此时回油泵经高压换向阀从制动主缸抽取制动液，增压后通过进流阀泵入制动器中，具体见下图。
ESC/ESP/DSC电子稳定控制系统
虽然名称听起来五花八门，但其实质是一样的。本田称作VSA，丰田叫做VSC，我们统称为ESC。
上面提到，ABS/EBD和ASR是分别针对制动和驱动工况的，而ESC，则是为了保证转向工况下的横向稳定性，避免车辆发生过度转向和转向不足。
再具体一点，就是在转向状态下，ESC能根据车辆的状态，有针对性地单独制动各个车轮，或控制发动机、自动变速器的状态使车辆保持稳定行驶。
具体是如何实现的呢？
首先，ESC根据方向盘转角传感器的信号（输入信号，代表驾驶员意图和规划路径）。
其次，通过车辆的车速、侧向加速度和横摆角速度等信号判断车辆的实际的运动状态（得出车辆的实际运动轨迹）。然后判断规划路径和实际运动轨迹是否一致。
如果两者有差异，则ESC将介入，在介入前先判断是该差异将造成转向不足还是过度转向。
若是过度转向，则ESC将在车辆外侧前轮主动施加制动力，对车辆施加额外的横摆力矩，降低过度转向趋势。
若是转向不足，则ESC将在车辆内侧后轮主动施加制动力，使车辆进一步转向，降低转向不足趋势。
具体见下图。
如果单独制动某个车轮不足以稳定车辆，ESC将通过降低发动机扭矩输出的方式或制动其它车轮来实现功能。
不过还是需要提醒各位注意的是，虽然ESC能有效的降低侧滑现象，但是任何控制功能都不能突破车辆的物理极限。如果驾车者驾驶速度过快，任何安全装置都难以保证安全。
▎ESC其他附加功能
由于ESC模块硬件的升级，带来的额外的好处是可以与其他使用场景相结合，实现更多的附加功能，下面我们讲几种比较常见的ESC附件功能。
制动辅助系统（BAS）
制动辅助系统通过驾驶员踩制动踏板的速度来理解其驾驶意图，如果察觉到制动踏板的制动压力恐慌性增加，即判断驾驶员将要进行紧急制动，制动辅助系统会在几毫秒内启动全部制动力，促使刹车系统更快的达到最大的制动效能，从而提供一个有效、可靠、安全的制动。
制动辅助系统对老人和女性尤其有帮助，可显著缩短紧急制动时的制动距离。如下图为配置制动辅助系统与否的差别。
坡道辅助系统
对于新手司机而言，坡道起步是个大难题，尤其对于手动挡车辆而言。
而配置了坡道辅助功能后，在坡道起步时，不需要使用手刹，右脚离开制动踏板后车辆仍能继续在坡上保持几秒（一般2秒内），驾驶员可以从容的踩油门起步。
该功能可以有效的防止溜车造成的事故，也让驾驶者在坡道起步时不会手忙脚乱。
驻车制动减速控制
一般手刹作为应急制动，在制动失效或者紧急制动时使用。高速时拉手刹非常危险，会造成车辆甩尾。电子手刹（EPB）目前也渐渐开始普及了，那高速时拉起电子手刹会怎样呢？
配置了驻车制动减速功能的车辆，如果在高速工况下检测到电子手刹被启动，则系统判断为其需要紧急制动。ESC会主动提高制动压力，以实现更高舒适性和更大的制动减速度，直至车辆停稳为止。
自适应巡航控制（ACC）和自动紧急制动（AEB）
在这里介绍这两个功能并不是说装备了ESC就具有着ACC和AEB功能，当然还需要其他模块的支持。
不过也正因为有了ESC主动增压的功能，ACC和AEB的功能才得以实现并逐渐普及。
虽然可以依靠其他来实现主动增压（如ibooster），但由于种种原因还没有得到普及，目前市面上在售车辆的大部分ACC和AEB都是借助ESC来实现制动控制的。
▎主动安全的未来
随着主动安全的发展，介入的工况也越来越多，实现的功能越来越多，从一开始EBD/ABS的制动工况，到ASR的驱动工况，再到ESC的转向工况，最后扩展到更丰富的应用场景（如驻车、坡道起步、紧急制动等），更多更早的介入到车辆控制中，辅助驾驶员更安全的驾驶。
虽然理论上Level5无人驾驶可以实现理论上的零事故率，达到百分之百的安全，不过目前Level5无人驾驶的解决方案并没有完全成熟。
在无人驾驶成熟并完全普及之前，绝大多数的车辆都是由人类驾驶员来操控的，而主动安全要做的，就是通过传感器、算法和执行器，来辅助驾驶员决策或在某些工况介入，来进一步降低事故率。
可以预见的是，未来主动安全的概念将进一步拓展，并在融合更多传感器、算法和执行部件的基础上，实现更多更复杂的功能，如目前已经在量产车上实现的360°环视系统、盲点探测系统、车道保持辅助系统、夜视系统，来弥补驾驶者视觉和判断上的不足。
未来，值得期待。
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