汽车新型综合安全装置的思考与设计
一
近年来，随着汽车产业的迅猛发展，汽车保有量呈几何级数增加，道路交通事故也大幅度增长，由此，汽车的安全性越来越受到人们的重视。
为了提高汽车安全，现代汽车研制和安装了多种安全装置，来帮助人们在行车时提高安全性。这些装置大体上可分为三类：
一类是主动安全装置。这是为了避免事故的发生而设置的。主要有防抱死制动系统（ABS）；制动力分配系统（EBD）；紧急制动辅助系统（BA）；防滑控制系统（ASR）；车身稳定控制系统（ESP）；车速感应自动上锁；零胎压继续行驶等。
一类是被动安全装置。它是为在事故发生后提供安全保护而设置的。主要有：安全带；安全气囊；侧门防撞钢梁；头枕；儿童座椅接口等。
还有一类是辅助驾驶安全装置。包括GPS导航系统；定速巡航；HUD抬头数字显示系统；自
适应巡航系统；随速助力转向；行车电脑显示屏；并线辅助系统；陡坡缓降驾驶；上坡辅助驾驶；倒车雷达；可视倒车；自动泊车等。
上述装置可谓名目繁多，种类齐全，毫无疑问，它们在不同程度上对行车安全会起着一定帮助性作用。但是汽车安全装置并不是万无一失的“安全神”。汽车有其特定的安全行车体系。除驾驶员这一重要因素外，汽车安全行车还要受车辆行驶系、车辆转向系、车辆制动系和距离（掌控）、车辆重心、天气（实时）、行车环境及车辆行驶的路面情况制约。不是采用了安全装置，汽车行车就绝对安全，采用的安全装置越多，就越安全。事实证明，安全技术的叠加与汽车的安全效果并不成正比。比如高档车各类配置甚多，无一例外，其行车的安全性不会有明显的提高，发生的事故并不见少，近几年在全国影响甚大的交通事故都有高档轿车的影子。而繁杂的配置，常有驾驶者操作不当，发生不必要的行车事故。还可能因为配置增加，售价抬高，更增加车重，再增加制动力消耗，甚至直接影响行车安全。在这个意义上，配置多，反倒是一种灾难。许多车辆的配置，根本用不上，甚至有人不知道其存在。驾驶者为无用配置买单，司空惯见。而且，配备安装日益普遍的上述三类安全装置，固然各有其长处，但也存在短板甚至盲区。
比如，主动安全装置显著有助于安全行车的功能，尤其是涉及制动系统的多项技术，功效更确切。但缺乏对所配置的多项制动装置使用工况进行监控，难以确保安全装置作用的圆满发挥。许多配置有多种装置的车辆事故频发，都是因部件失灵、失效造成。确保车辆配置的部件完好才能保证安全行车，因此配置监控车辆各系统工况的装置比配置安全技术更为重要和有效。
又如被动安全装置，其作用是落脚在事故发生后对乘员进行保护，尤须认真、切实使用，才能应对发生事故时的安全问题，否则就成了摆设，如安全带。有些技术如防撞钢梁增加，就有增重的负面问题。
而辅助驾驶装置对行车有技术性帮助；有一定的安全作用，但此类技术以方便驾驶为主，安防作用较有限。
二
基于以上认识，我们认为，汽车安全装置的设计研制和安装应当以可靠、实用、简洁、方便为出发点。要针对汽车安全的关键所在，发挥目前各种安全装置所长，注重克服其存在的短
板和盲区，采用更科学、恰当、性价比高的配置，做到少花钱，办多事；花了钱，办好事。当下尤应优先解决对影响汽车安全行车的车辆行车系统、部件监控不到位的问题，强化汽车的制动、转向、行驶等体系的监控；同时填补关乎车辆行车安全的必要技术内容。
为此，我们考虑为车辆建立一套完整的、综合性的安全行车信息监控装置。装置主要由单片机、显示屏、配套电路及信息采集的各种传感器等组成。具体采集车辆如下信息：
1.轮胎温度和压力的实际状况信息数据；
2.制动系统的工况信息；
3.转向系统工况信息；
4.车辆与周边物体的相对距离信息；
5.车辆重心及变化信息；
6.路面环境的信息（温度、湿度）；
7.路面的基本状况（颠簸、震动等）；
8.道路对行车的管理要求信息。
“装置”将采集的上述信息适时显示于驾驶者的视线方，为其行车提供适时行车服务；按需要显示必要信息（数据）和提供警示信号。
通过该“装置”，驾驶者可感知行车时车辆出现轮胎失效、制动失灵、转向失灵等状况；探测车辆与周边物体的相对距离，把握距离，防范碰撞（包括被人撞击）；适时把握车辆重心，避免重心失衡，造成侧翻或倾覆；知晓路面情况，掌握天气、环境情况对路况影响；及时探知道路管理部门的各类要求，配合管理，遵章行车。
“装置”可在夜晚、雨雾雪天同样发挥探测、监控等作用。其帮助行车的安全作用更为明显。
“装置”主要由：单片机、显示屏、RF发送接收模块、各种数据采集单元（传感器及匹配电路等）、配套电源等组成。
“装置”针对汽车安全的基本系统实行监控、警示，为当前市场独创的技术。
“装置”填补了国内外汽车安全技术的空缺，能切实解决市场产品的急迫需求。通过这个创新，可有效提高我国汽车的制造技术、安全水平。
三
“装置”拟选用美国得克萨斯洲仪器公司（TI）生产的MSP430系列单片机。该单片机有较完美的功能，足以满足本“装置”的控制、运行、信息采集、显示等技术使用要求。匹配、适应性强；总体经济性好；性价比高；运行可靠；各类配套电路相对简单；生产、开发成本低；调试、使用简便。
“装置”拟借用MSP430单片机强大的运算功能，运行和处理所采集的各种信息；丰富的可编辑程序用以控制“装置”运转，编制合理的工作程序，控制装置的各项信息采集；信号采集用多路转换器、转换存储寄存器，按照运行要求，输入采集的各种信息，及时处理（运算）；相应的开发语言及开发方式，可方便的调试装置和正常运行；液晶驱动器，能简便的支持显示屏的工作，显示必要的数值和警示信息等；特有的时钟系统，来指令“装置”各类控制的开闭运行；特有的定时器可控制时序发生等；WDT（“看门狗”定时器电路）特有的程序失控时，迅速复原能力，可很好恢复装置正常运行等等。5.车辆转向信息采集。
一般车辆的机械转向的信息采集，以末端执行转向的转向拉杆作为信息采集的基点。在转向拉杆动作摆动的两个极点位置，设置传感器（霍尔元件，INFINEON公司的HAI202型）元件，
如转向时其摆动异常，发生窜动、紊乱等动作，可以判断转向失灵。
现代转向机构有多种形式，对助力转向机构除转向终端要探测，必须对助力转向机构加以监测。
车辆转向信息采集后由单片机处理，设置警示数值，加以显示及警报。
6.采集行车的实时天气信息。
雨雾雪等恶劣天气，直接影响行车。行车的实时天气，拟采集温度、湿度信息。此类技术很成熟。温度传感器选用（DALLAS半导体公司的DS18B20型）元件、湿度传感器（SENSIRON公司的SHT11型）元件，按要求安置在车辆的适当部位。信息采集后由单片机处理，分别显示。信息显示时间，要安排间隔一定时间（如2-5分钟）更改一次。
7.采集路面状况信息。
不同路面状况，行车效果不一。以震动传感器（52HZ，BJSZXU公司的DT9837型）元件来探测路面状况，震动烈度大，警示之；如车辆摆动过大，甩尾，有侧滑倾向等，亦同样警告
之。获取危险信息后，应采取减速措施，求得车辆行驶平稳。信息采集后，由单片机处理，做必要显示。
8.采集道路管理信息。
道路管理主要是测速的方法，基本采用雷达测速装置。对应方法：探测道路测速的雷达波，发现有测速雷达波，即警示存在测速。得到此信息警示后，注意车辆的行进速度，防止超速。
采用雷达波探测传感器（DIANZIGOU公司的HZENFUYANA966型）元件或GPS信号的传感元件，采集到外在的测速信息后，由单片机处理，显示警示。
我国道路管理现状，不是上述理论的状况。大致有：地面感应探测；视频探测；雷达探测；超声波探测；红外线探测；激光探测等。要完全探测上述种种，技术上确实存在问题。
目前探测道路管理测速的技术主要有：雷达探测（含GPS信号采集或RFID卡信号采集）、“电子狗”探测等方式。雷达探测存在能否完整探测所有雷达波段的技术问题。“电子狗”探测是一种非法的方式。它们都存在对视频、红外线、激光等探测无效的问题。RFID存
在使用合法的问题。
我国的道路管理方式，当前要解决探测方式统一的问题。
六
如前所述，“装置”主要由单片机、显示屏、配套电路及信息采集的各种传感器等组成。整套信息采集的“装置”的元器件成本有限。除元器件成本外，计算“装置”的成本还有前期的开发（含软件）、研制、试制等费用。再有是检测、定型等费用。总计其成本有限，产品价格可以配装普通车辆。
“装置”不必是上述完整的八项信息采集（单片机可胜任），可以根据车型的不同，选用合适的信息采集项目。如某几项等，满足使用即可，其成本造价更有限。
“装置”不存在更多消耗的产品（主要用电），进入实际使用不会增加车辆日常维护保养的开支。
“装置”作为一个汽车安全产品定型后，随产品的批量增加，其成本会直线下降。如有大型汽
车生产厂商（或汽车电子生产商），将“装置”列入生产计划，将其进入普通车辆安装，那成本更低，也将更为简单、方便。
相信使用此“装置”后，我国汽车的安全性能提高将到一个新高度，甚至可以认为可超越国外水平（国外尚无同类产品）。新出厂的汽车可以配装上“装置”；同时，面对行驶在道路的亿计的现有车辆，“装置”可以为其安全行车提供服务，这个汽车的后装市场，从安全角度考虑，“装置”有义不容辞的责任（需要企业来开发这片蓝海）。
“装置”解决的是汽车系统的安全性问题。车辆增加此装置的成本，代价不高，其安全性能大大提升。汽车的安全效益不是简单的制造成本的计算。汽车安全装置的投入，其价值肯定高于车辆的其他配置。“行车千里，安全第一”。没有安全行车的保障装置，其他华而不实的配置又有何用。
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