隨著交通運輸業(yè)的發(fā)展，大噸位重型商用運輸車以其運輸效率高、能耗低、單位運輸成本低等特點受到了用戶的青睞，最近幾十年來有了高速的發(fā)展。隨之而來的公路安全問題，引起了很多普通用戶、車輛制造商和車輛管理機構的高度重視。駕駛員協(xié)助系統(tǒng)DAS(Driver Assistance System)的出現(xiàn)及發(fā)展就受到了如歐聯(lián)盟委員會(the EU Commission)等機構的支持和鼓勵，本文在不涉及技術細節(jié)的情況下，就DAS的技術狀態(tài)和發(fā)展方向作的總體介紹。
一、駕駛員協(xié)助系統(tǒng)DAS簡介
最初安裝在乘用車和卡車上的助力制動系統(tǒng)，雖然全都是機械結構，我們通常也稱之為DAS。當然，目前這種說法在內容上已有了很大的變化，通常我們把電子控制車輛動力系統(tǒng)如防抱制動系統(tǒng)ABS（Anti-skid Brake System）和電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP（Electronic Stability Program）等、車距控制系統(tǒng)如自適應巡航控制ACC（Adaptive Cruise Control）和車輛變道報警系統(tǒng)LDW（Lane Departure Warning）等都稱為DAS；另外我們也把報警、信息、視頻系統(tǒng)，如導航、夜視、路面識別等，以及為提高經(jīng)濟性而開發(fā)的一些系統(tǒng)，如控制拖車和掛車匹配的耦合力系統(tǒng)、自動變速器控制系統(tǒng)等等也都稱為DAS；還有，我們也把主動安全系統(tǒng)和舒適系統(tǒng)，如安全氣囊、車輛雷達防撞和導航等系統(tǒng)都歸類為DAS。
DAS發(fā)展到目前為止，基本能夠實現(xiàn)對車輛各個部位的控制，這些控制系統(tǒng)種類和功能都很多。如果按各控制系統(tǒng)的功能劃分，大體可分為安全類、舒適類和經(jīng)濟類，見圖1。其實各種類型的控制系統(tǒng)的功能很難有嚴格的區(qū)分。從宏觀經(jīng)濟的觀點來看，安全性能越好的系統(tǒng)最終導致的結果是成本大大降低，所以從這個意義上來說，我們所說的駕駛員協(xié)助系統(tǒng)中的“協(xié)助”，并不是說所有的工作都是由協(xié)助系統(tǒng)自動完成，而是與駕駛員共同合作，以適應駕駛員的需要。DAS的目標就是協(xié)助駕駛員完成他的主要工作—開車，以減輕駕駛員的勞動強度。
駕駛車輛是一個很復雜的過程，對駕駛員來說，這個過程可劃分為開車主要任務和開車次要任務。圖2給出了駕駛員開車過程分解圖。當然這兩個過程是同時存在的，在駕駛員的大腦里開車過程有意識的成分，也有潛意識的成分，人們很難用語言來描述它。所以到目前為止，盡管人們對此過程作了大量深人的研究，并取得了很大的進展，然而仍然沒有人能夠成功定義出一個標準的、可用來模擬駕駛員開車過程的可用的模型。
DAS主要是由一個或多個傳感器構成的，如圖3所示。使用這些傳感器可以對車輛運行環(huán)境（如車輛間距）、車輛運行狀況（如車速）、駕駛員（如注意力）、人機接口MMI(man-Machine interface)等進行處理，通常這些控制都是由執(zhí)行機構來完成動作，在圖3中用虛線表示，是因為只有當駕駛員主動干預時，他們才對車輛起作用。隨著DAS技術的發(fā)展，執(zhí)行機構逐漸集成到人機交換系統(tǒng)MMI中，它對駕駛員作用在主動踏板、方向盤等操縱件上的觸覺起到反饋作用。
對DAS控制鏈來說，目前比較具有競爭性的有兩種。以車輛動力控制系統(tǒng)為例。分別為“駕駛員—車輛—行車環(huán)境”和“DAS—車輛—行車環(huán)境”。從“駕駛員—車輛—行車環(huán)境”大系統(tǒng)的觀點觀察，可以說車輛設計的首要任務是劃定“駕駛員一車輛”和“車輛－行車環(huán)境”兩條邊界。確定哪些功能由人實現(xiàn)，哪些功能由車輛提供，車輛要從環(huán)境中吸收哪些物質，環(huán)境要承受車輛的哪些副作用。隨著汽車技術的發(fā)展，就連避讓、辨認路標和道路跟蹤等等原來天經(jīng)地義由人負責的功能都可以部分或全部由汽車承擔，這就出現(xiàn)了“DAS—車輛—行車環(huán)境”控制系統(tǒng)。如圖4所示。為了使車輛的安全性能達到最大，DAS在發(fā)展過程中遇到的最大的挑戰(zhàn)之一，就是在“駕駛員—車輛—行車環(huán)境”和“DAS—車輛—行車環(huán)境”兩種控制鏈之間找到合適的平衡點。按目前的技術狀態(tài)，在不久的將來，通過將駕駛員和DAS已經(jīng)應用的技術和正在研發(fā)的技術結合在一起，這個“平衡點”是能夠找到的。
二、應用在商用車與乘用車上DAS的差別
對商用車與乘用車本身，存在著很大的差別。首先這兩種車型的使用要求和技術狀態(tài)不同，其次在經(jīng)濟觀念上它們之間也存在著很大的差異。
從車輛動力學的觀點來看，商用車有較高重心高度、質量分配變化大、帶有掛車、較長的制動距離、較低的最高車速，所以他們對空氣動力學要求不是很高。同時，重型商用車都配備了標準備的電子控制助力制動系統(tǒng)EBS（Electronically controlled energy-assisted Brake System）,他們已經(jīng)滿足了DAS對安全性能的基本需要。
在駕駛員看來，商用車占有的交通地位要比乘用車更高，因為商用車對車輛后部和副駕駛員側，缺乏直接觀察視野。另外，在重型商用車上裝用的一些系統(tǒng)，在乘用車上目前基本沒有應用或很少應用，然而在有些情況下這些系統(tǒng)能對DAS能起到很重要的作用，如附加緩速制動系統(tǒng)（緩速器）、空氣懸掛、附加冷卻系統(tǒng)、某些液壓系統(tǒng)等就是如此。還有一些在乘用車上應用較為廣泛的系統(tǒng)，如被動安全系統(tǒng)的安全氣囊等，在商用車應用不是很多。
乘用車的用戶大部分都是業(yè)主，所以他們更關心車的安全而商用車則是代表了資金的投資，最原始的判斷方法是看它能否賺錢。它的駕駛員大都是受雇用的專業(yè)駕駛員，所以對車輛沒有自主權，雖然花在DAS上的成本與整車成本相比，特別是與整車壽命期間的成本相比是一個很小的數(shù)字，如果法規(guī)沒有規(guī)定，也很少有車主肯在這上面花費。只有當法規(guī)強制規(guī)定后，DAS才能成為車輛的標準配置，ABS就是如此。
從許多統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，安裝在商用車上DAS成本要比安裝在乘用車上的要稍高些，這是因為DAS目前安裝率還比較低；另外在可靠性和強度方面，在商用車上有更嚴格的要求。
對乘用車來說，駕駛員（業(yè)主）主導了DAS的發(fā)展趨勢，逐漸走向了以安全和舒適為主導的方向；而對商用車來說，這種趨勢是由法規(guī)和汽車制造商來決定的，他們的工作就是要提高用戶的安全意識。在多數(shù)情況下，客車出現(xiàn)的事一故比商用車少得多，但一旦出現(xiàn)，后果將更加嚴重。
三、DAS目前的技術狀態(tài)
根據(jù)功能分類的DAS在．圖I中已經(jīng)列出；各種系統(tǒng)的具體性能特點如自動化程度、起作用的時間、事故后果和緊急情況下的作用見圖5的DAS的系列產(chǎn)品現(xiàn)狀概況圖，圖中分別以“駕車任務”和“自動化程度”為橫豎坐標軸。
有些DAS系統(tǒng)如ABS目前應用已很普遍歐聯(lián)盟（EU）規(guī)定：在歐洲運行的卡車，重量超過3.5t的，必需安裝ABS。但是我們很悲哀地看到，法規(guī)還沒有車輛必須安裝電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP，盡管它與整車壽命期間的成本相比占很小的比例，但仍然沒有被市場作為標準配置所接受。2003年，歐洲賣出的大于12t的掛車中，ESP的安裝率還不到5%。
DAS目前的技術狀態(tài)可概括為如下點。
A．多通道數(shù)據(jù)總線信號傳輸系統(tǒng)目前都還是各自獨立的系統(tǒng)。從功能上講，還沒有充分集成到整車線路系統(tǒng)中。
B．只有很少的一些DAS在市場上應用比較廣泛，如ABS。
C．應用在傳動系上的柴油機電控系統(tǒng)EDC（Electronic Diesel Control）和自動變速器AT（Automated Transmission）、應用在制動系統(tǒng)上的電氣制動系統(tǒng)EBS(Electro-pneumatic Braking System）和應用在底盤系統(tǒng)上的電子空氣懸架EAS（Electronic Air Suspension）和翻轉控制系統(tǒng)RC(Roll Control)等都已實現(xiàn)了基本功能的相互聯(lián)系，并且也完全能夠實現(xiàn)無限電子控制。
D．在商用車上，電子控制轉向系統(tǒng)是正在研發(fā)的新技術。該項技術在2003年寶馬（BMW）公司推出的Golf客車上首次開始應用。與它應用在乘用車上相比，商用車上的電子控制轉向系統(tǒng)動力消耗很大，要到很久以后，才有可能投入批量生產(chǎn)。
E．在傳動系統(tǒng)和制動系統(tǒng)上，帶有主動調節(jié)的車輛動力控制系統(tǒng)ESP相對來講是比較先進的，車輛的縱向和橫向導航系 統(tǒng)如巡航控制CC（cruise control）、自適應巡航控制ACC和車輛變道報警系統(tǒng)LDW等，當前的狀態(tài)仍然局限在為用戶提供方便或作為報警功能上。
F．關于人機接口MM工，視覺和聽覺的聯(lián)系目前已占有絕對的主導地位；而有關觸覺反饋系統(tǒng)如各種踏板和語音控制系統(tǒng)等仍處在概念階段。
G．DAS發(fā)展過程中，軟件已成為其主要的制約因素之一。另外來自機電系統(tǒng)復雜化引起的DAS的功能更加強大，在實際應用中的要求更加嚴格，安全要求更高，并伴隨著逐漸增加的降成本壓力。所以，機電系統(tǒng)、傳感器、硬件和軟件相互作用促進了DAS的快速發(fā)展。我們從DAS快速增大的軟件內存空間可以看出這種趨勢，如ABS的內存32K，而EBS為2M。
四、DAS的關鍵技術
DAS除了應用一些在本領域比較特殊的技術外，在其它領域應用的幾種基礎技術對DAS的研究也是很重要的。
?。ㄒ唬﹤鞲衅骷夹g
傳感器技術是具有特別重要的地位，因為識別行車環(huán)境和駕駛員行為是幾乎所有高級DAS的基本構成部分。目前，DAS不再使用單個傳感器，而是將幾個傳感器組合使用來達到預期功能，如雷達和視頻等。這種傳感器集成和位置識別技術要求傳感器功能更加強大、價格更便宜的計算機硬件，來構成微控制器、數(shù)字信號處理器。它包括車輛傳感器、外界傳感器和駕駛員異常狀態(tài)傳感器等。
（二）有線（CAN、Flexray）和無線（藍牙）數(shù)據(jù)傳遞技術
隨著傳感器構成的集成電子技術的發(fā)展和車內外越來越多的系統(tǒng)用網(wǎng)絡連接在一起，無線和有線傳輸技術如CAN、Flexray、的光線傳輸和藍牙傳輸技術及UMTS等的應用更加頻繁。
?。ㄈ┯嬎銠C技術
發(fā)展趨勢為綜合化、智能化、高速化、小型化和高可靠性。
?。ㄋ模┫到y(tǒng)和安全工程
把具有不同功能的軟件系統(tǒng)組合到一個完整的系統(tǒng)中是特別重要的。這就是“集成”的思想，它逐漸占有了主導地位。車輛制造商和供應商對系統(tǒng)和軟件工作的過程進行掌握，根據(jù)產(chǎn)品的功能、質量、成本和定時來達到預期的目標，這對系統(tǒng)能否成功起到?jīng)Q定性的作用。
?。ㄎ澹┠M技術
今天，無論是作性能研究還是作系統(tǒng)的認證，如果沒有模擬技術，這些工作是不可能完成的。這個過程通常是以系統(tǒng)功能的離線模擬技術開始，在駕駛模擬器上通過實時試驗進行功能擴展，這種方法能夠重復進行，而且沒有危險；然后快速形成可駕駛的模型，并將模型接到試驗臺上，最后對系統(tǒng)進行強度破壞模擬試驗。
將來許多DAS的開發(fā)如果沒有駕駛模擬器是不可能進行的。最簡單的原因就是，在產(chǎn)品的開發(fā)階段進行路面試驗時存在很大的危險。有些系統(tǒng)如制動援助系統(tǒng)，只能在駕駛模擬器上適當?shù)卦囼炓幌缕淇尚行院托Ч?/p>
（六）駕駛員和交通運輸研究
多學科駕駛員和交通運輸研究將起到關鍵的作用，從心理學、社會學、經(jīng)濟學、法學、人文科學等方面進行研究，這對正確掌握“駕駛員—車輛—DAS”的關系具有重要的意義。這項工作超越了傳統(tǒng)的人類工程學研究，它更適合了解和模擬駕駛員的感覺及情感行為。在可持續(xù)發(fā)展理論的指導下，交通規(guī)劃新理論體系可以滿足交通運輸領域對交通規(guī)劃提出的新要求，也可以滿足智能運輸系統(tǒng)發(fā)展對交通基礎設施提出的新要求。
五、DAS的發(fā)展趨勢
目前DAS有些技術已有比較成熟的產(chǎn)品，并已得到了應用，如ABS、ESP等。還有些技術正處在發(fā)展的初級階段或將要開發(fā)的過程中，見圖6，如導航系統(tǒng)優(yōu)化、動力制導系統(tǒng)和用戶有好系統(tǒng)正在投入研究，在車輛穩(wěn)定和導航領域，根據(jù)安全性和舒適性的要求提出的一個新特性，它在對車輛的操縱性能沒有影響時，可以將制動和轉向的要求相組合來達到，車速和盲點等報警系統(tǒng)也將出現(xiàn)；帶轉向調節(jié)的車道保持協(xié)助系統(tǒng)LKA（Lane-Keeping Assistance）、ACC的停車—起步、能降低嚴重事故的緊急制動功能等，在中期目標中也會出現(xiàn)的越來越多。
隨著傳感器技術的發(fā)展，特別是電波探測器和視頻圖象處理手段的快速發(fā)展，車輛內外環(huán)境的識別更加方便。它與功能強大的計算機和軟件系統(tǒng)一起，可以對一些偶然出現(xiàn)的交通情況如車輛換道、超車、倒車、停車和起步等交通情況進行管制。
然而，在最近幾年內，DAS還不能夠完全獨自處理100%可能出現(xiàn)的交通情況，因此它的發(fā)展將．主要集中在駕駛員和DAS之間的工作量的合理分配問題上。對駕駛員本身來說，活動要求應該是中等水平，使他們既不能感覺到工作太多，也不能感覺到太少。
由聲音控制和觸覺反饋作補充仍然占主導地位的可視駕駛員MMI將來可能也是維持這種狀態(tài)，如目前使用的主動加速踏板、轉向轉矩疊加等。這就使駕駛員—車輛系統(tǒng)的操作界面更加直觀，并可降低視覺通道的作用。
因為有許多沒有準備推向市場的產(chǎn)品，也沒準備將他們市場化，其功能性研究工作只是在試驗室里驗證一下，所以傳感器和電子控制單元ECU具有特殊地位，它們可以降低產(chǎn)品成本、減少安裝空間和減輕產(chǎn)品重量。例如，用于ESP的橫向偏擺率傳感器的發(fā)展說明，在這個領域內，通過小型化來實現(xiàn)產(chǎn)品的大跨越是可以實現(xiàn)的。商用車的快速發(fā)展得益于批量化大規(guī)模生產(chǎn)，而對乘用車，特別是對傳感器，卻是得益于計算機和無線傳輸技術的發(fā)展。橫向偏擺率和雷達傳感器的發(fā)展證明，只有產(chǎn)品的產(chǎn)量達到一定數(shù)量后，才有可能盈利。
在更遠的將來，DAS的發(fā)展可以用“集成”這個詞來概括。將來許多單機系統(tǒng)將被集成在一起構成一個完整的系統(tǒng)，我們可以用“駕駛員助手”或“副駕駛員”來描述DAS。要素之一就是DAS與車輛“集成”的要求增長很快，例如縱向和橫向控制系統(tǒng)的聯(lián)系和用于距離控制的可靠導航數(shù)據(jù)的應用。傳感器數(shù)據(jù)的多重應用可以提高系統(tǒng)協(xié)同合作的效果。另外，象安全氣囊、安全帶張緊裝置等主動安全系統(tǒng)，有越來越多的互連要求；尤其當出現(xiàn)無法避免的事故時，防撞系統(tǒng)啟動要求更是如此。
拋開單車來看，DAS的發(fā)展趨勢就是它與外部基礎設施（如GPS無線電接收裝置）以及其它車輛之間的聯(lián)系更加緊密，整個的“車輛一交通一行車環(huán)境”系統(tǒng)是與整車網(wǎng)絡成為一個整體的功能完整的系統(tǒng)。
顯然，將來功能完整的D AS的復雜程度要遠遠超過目前的狀態(tài)，我們只有通過模塊化設計和明確的用戶界面定義才能進行系統(tǒng)管理。
所以，可以用三個詞來概括描述DAS的未來發(fā)展趨勢：行車環(huán)境、駕駛員和集成。
總之，從另一個角度來說，DAS的最終目標是廣泛應用于商用車領域并獲得利潤，所以，其發(fā)展的速度和發(fā)展規(guī)模受到法規(guī)和用戶接受程度的制約。只有那些在車輛的生命周期內對最終用戶有明顯經(jīng)濟效益的，并且由法規(guī)規(guī)定了的，或者由設備制造商作為產(chǎn)品的標準配置推出的、對產(chǎn)品沒有另外標價的DAS，才能得到市場的廣泛認可。無論從短期還是長期來說，車輛配置高性能的DAS能夠取得最大可能的安全性能，這在市場上早已得到了驗證。
六、DAS終極目標：“無事故駕駛”和“自動運行車輛”
當我們討論DAS時，其最終的評價標準是什么？其發(fā)展的最終目標在那里？答案目前有兩種，就是“無事故駕駛”和“自動運行車輛”。
“無事故駕駛”的目標與產(chǎn)品質量的零缺陷目標一樣，是一個理想的概念。當然自然界中有一些例子與這種理想狀態(tài)十分接近，實際上也許永遠沒有100%無事故的駕駛。然而，通過使用智能控制技術來減少交通事故的發(fā)生是可以實現(xiàn)的?！盁o事故駕駛”就象數(shù)學中的漸近線概念，人們通過努力可以離目標越來越近，是永遠無法達到的終點。在某些情況下，這個概念對產(chǎn)品將來的發(fā)展是有益且有幫助的。事實上，如果用“避免事故發(fā)生”來取代“無事故發(fā)生”，目前的技術狀態(tài)就已經(jīng)實現(xiàn)了。
另一個理想的概念就是“自動運行車輛”。即設定目的地和定時后，車輛自己會安全地到達目的地，那時就不再需要駕駛員了。在工業(yè)環(huán)境中，車輛以較低的運行車速，路面上都是無人駕駛車輛的情況下，這個目標在試驗車上已經(jīng)實現(xiàn)。然而，在實際運輸過程中，要把路面上的所有信息都傳給車輛，然后對路面交通進行管制，還是很困難的，還需要用幾十年的時間才可能實現(xiàn)；即使在飛機上，飛行員仍然需要對自動駕駛儀進行控制；公路上的車輛速度很快，會遇上許多偶然的事故，如果有事故發(fā)生，需要極短的反應時一間，所以，按目前的技術狀態(tài)，這個要求是無法達到的。
