“新四化”变革对汽车安全技术的挑战和思考.pdf

12汽车工业研究季刊2023年第2 期.DOI:10.32023.02.003研究Resvesearch“新四化”变革对汽车安全技术的挑战和思考张伟李宇星张东辉摘要：当前，汽车安全技术的应用日新月异。随着汽车业“新四化”即“电动化、网联化、智能化、共享化”的提出，汽车安全技术又将面临新的挑战。本文简要论述了“新四化”对汽车安全技术的影响，探了驾驶安全、新能源安全、智能网联信息安全及共享出行服务安全领域面临的挑战，并提出了系统性应对建议。关键词：新四化变革汽车安全技术 发展挑战 应对引言汽车产业变革浪潮迭起，“电动化、网联化、智能化、共享化”应运而生。汽车逐渐从交通工具向智能移动终端发展，消费者将享受前所未有的出行便利和用户体验，但安全仍是永恒不变的主题。由于新四化领域仍处于科技创新期，安全边界随着科技的迭代与融合而不断发生动态变化，由传统道路交通安全逐渐向新能源汽车安全、智能网联信息安全、共享出行服务安全等新安全领域延展。被动安全、主动安全、新能源安全、信息安全、共享出行安全等领域均面临着严峻挑战。汽车安全技术面临的挑战随着现代汽车行驶速度提高，道路条件改善，各种行驶场景不断更新，2 0 14-2 0 2 0 年间我国机动车交通事故数呈小幅波动增长态势，汽车以7 6%的保有量占比导致7 4%的交通事故，造成了大量的人员伤亡和财产损失。未来随着自动驾驶车辆上路，驾驶员角色发生改变，人、车、环境交互场景增多，安全对策也变得更加复杂，面临综合协调的考验。1.1被动安全被动安全一直是汽车安全的最后一道防线。面对驾驶辅助系统、自动驾驶系统等智能驾驶技术的介人，汽车被动安全不断在迎接新的挑战。比如如何在紧急制动时响应乘客离位运动导致的姿态改变，如何根据实际场景进行精准判断与触发相应的智能化被动安全执行动作，如何对乘客伤情做出及时且合理的评价，如何对乘客安全保护装置性能可靠性做出权威测试等等问题均有待解决。1.2主动安全主动化安全配置的不断出现，对于提高汽车制动性、优化操作稳定性、实施状态监测、改善驾驶员视野、预防驾驶疲劳等方面功不可没。但由于影响汽车安全性能的三大要素“人-车-环境”是相互制约的闭环系统，要实现人车共同判断、统一决策的高智能理想画面，还需要多学科高度结合，多领域紧密协作。在机械、计算机、信息学、心理学、社会学、人机工程学、机器深度学习等方面均有很长的路要走。1.3新能源汽车安全新能源汽车安全事故频发，除了传统碰撞情况下发生的人员伤亡，还存在碰撞导致的高压系统受损，从而发生高压泄露、总成故障、电气连接故障、短路甚至电池起火等次生风险，以及不当快速充电或过充导致电池热失控危险。据不完全统计，截止2 0 19已公开报道的新能源汽车自燃起火事故达15 0 件，分别在充电、静止、行驶、渗水、碰撞时发生电池包的燃烧或爆炸。除了汽车工业研究季刊2023年第2 期1研究Research电池安全外，相应的配套基础设施，比如充电桩、换电站等也面临着本体设施漏电、老化、接口积尘、触头磨损等安全挑战。1.4智能网联信息安全当汽车逐渐发展成又一个重要智能终端时，因智能网联信息安全性、可靠性及监管机制相对薄弱而导致的恶性事件逐年上升 3。据车云研究所的调查结果显示，目前汽车网络攻击频率更高，从按年计到按周/天计；覆盖面更广，各车型、各品牌均有涉及，动力系统、转向系统、制动系统、车身控制系统、仪表盘等均可作为攻击点；手段更多，从物理接触到远程攻击，从单一车辆到大规模可复制；攻击发起主体更多样化，黑客、窃贼、间谍、车主自身、维修厂、恐怖分子等；威胁结果更加严重，轻则受害者隐私或数据泄露，重则人身伤害，甚至导致大规模的群体性安全、社会安全与国家安全。1.5共享出行服务安全当前共享出行服务市场保持快速增长，但安全事件也在快速增加。依靠目前政府对网约车接近空白的法规保护以及企业参差不齐的自我管理水平并不能形成对个人信息的完整保护。网约车、顺风车犯罪频发，乘客和车主均面临人身及财产安全隐患。且网约车平台存在收集、泄露、非法提供或滥用客户隐私或个人数据的风险行为，包括联系方式、地理位置、银行账户、行程等个人敏感信息，易导致个人名誉受损、身心健康受害。汽车安全的系统性应对面对上述日趋严峻与复杂的挑战，需通过建立全生命周期的动态安全防护能力、加强全方位的监控管理、完善符合中国技术特色和交通特征的汽车安全相关法规、推动各方积极参与和通力合作，并辅于材料变革、结构优化、控制升级、技术融合等手段予以系统性解决。2.1贯彻汽车安全意识，建立全生命周期的动态安全防护能力在研发、设计、生产、销售、使用、延展服务到废弃的全生命周期中，将功能安全、预期功能安全与信息安全结合用户场景进行深度融合，并充分结合加密传输、访问控制、异常检测等新功能和新技术应用，从产业及技术发展的层面来打造一套贯穿“人-车-路-云”的可管、可控、可信、可持续的全生命周期安全体系。对于关键芯片、核心算法、操作系统、通讯技术、系统应用等汽车基础科技保障方面需要根据上诉体系进行整体布局研究并逐点突破。比如加强数据融合和计算能力、加快新型电子电气结构研发等基础前瞻技术研发来确保底层的自主研发能力和安全保障，从而全面前瞻地应对不断变化的复杂安全挑战。2.2加强和优化监控与管理系统，形成全方位的监控管理实行准入门槛、行前预防、行中保护到行后处置的多层纵深的全面管理，将安全责任落实到生命周期的各个环节。可考虑云端安全与车端安全应用、车端安全设备的软硬件充分协同，并充分发挥企业-地方-国家三级联网安全监控平台作用，构建从预警、报警到出警的车路与车云网络信息安全的统一监管与调度平台。除此之外，大数据在安全监控管理领域的应用价值将不容忽视。考虑应用大数据建立实时、快速识别风险的情报收集、分析与预警能力，从而完善汽车预警系统，发挥危险预警的优势。在这个过程中，要充分保障源头数据信息的精准化，并基于使用场景来提取典型数据，从而定义新的安全工况。只有这样，才可以辅助驾驶员监测车辆行驶状态及周边环境信息，甚至干预驾驶员的驾驶操作行为，让问题可发现、可预判、可处置。2.3完善具有中国技术特色和交通特征的汽车安全相关法规和技术标准目前，我国在汽车安全顶层设计层面始终保持着与国际同步，但由于在汽车安全领域投入时间短、涉及范围窄、技术积累以及经验较少，故不足以支撑其打破国际技术壁垒。因此要跟上并加快汽车安全技术发展步伐，需构建面向行驶安全、电池安全、智能网联汽车信息安全、出行服务安全的行业规范及发展标准，建立安全标准框架，制订安全标准政策，并在实践中不断扩充细节，从而有效刺激安全技术的发展。2.3.1法规及制度等方面在交通法规建设、产品准人制度、安全检测与评级、安全漏洞处置等细分领域加快推动相关法规出台，明确责任与义务，支撑管理，引导技术长远发展。在交通法规建设方面，为适应智能化发展，提高自动驾驶交规遵守能力，可以将规则量化，并通过仿真测试平台来验证道路使用场景。此外，构建数字化交通规则，充分考虑运行、管理、执法、处理等场景中法规的恰当运用，并顺势推出自动驾驶交通规则学习。另外，考虑将智能驾驶证件分级分类也不失为有利的法规保障手段。2.3.2技术或产品准人管理方面首先要有测试验证评价自动驾驶安全性的核心技术与测试标准作为基础法规保障，需构建汽车测试验证场景库，提供安全性评价与能力评价考核，为准人要求提供参考。14汽车工业研究季刊2023年第2 期研究Research除此之外，要加强行业标准间的有机融合，并与国际标准同步，甚至率先建立标准。当然，在实际应用中还应注重准入管理的精度和深度2.3.3安全检测与评级方面推动安全监测方法形成，执行安全评价及评测，完善监管机制既要保证监管力度、筑牢基本安全保障底线，又要实现鼓励创新，牢牢把握两者之间的平衡。推动并健全安全漏洞发现、处置与管理机制，为完善相关法规提供制度保障，尤其在隐私和数据保护领域。积极面对自动驾驶、无人汽车等安全责任认定领域空白问题，探索伦理与规范冲突解决办法，聚焦数据的有序、规范以及合理使用等。2.4推动各方积极参与，搭建通力协作平台，以全新视角、全局思维共同推进汽车安全领域协作自主车企由于其发展特点和需要，无法消除其技术来源的复杂性，从而形成统一的技术路线。尽管开发出许多创新性产品或技术，但分散式的开发或不均衡的发展使得完整的技术体系无法构成，在整车上便也无法体现技术集聚效果。而面对数据安全、云安全等新技术挑战和智慧城市等新安全场景，靠传统、单一以及碎片化的安全技术手段是无法应对的。因此需要多方共同参与，协同建设汽车安全体系。动力转向控制后视摄像头备用传感器V2X(Vehicle-to-电动座椅控制everything)通讯安全气囊PODS监测系统电子稳定控制模块遥控无钥匙进入车内环境控制系统仪表盘娱乐导航模组(DVD,eCalls,HandsFreeTelephony,GPS)燃油喷射模块动力总成和发动机管理系统（Mil.ABS系统SiL,HiL)胎压监测系统排放控制模块自适应照明控制雷达防碰撞系统混合动力电动汽车（HEV)纯电动汽车（EV）首先，国家政府应积极推动汽车安全相关领域的安全研究和技术开发，加大对技术融合与创新的支持力度，通过设立关键技术研究专项、设立合作组织或合作项目、实施正向激励政策鼓励等措施，让主机厂、零部件供应商、高校、实验室等产业链关键参与方参与进来，集中资源着力强化技术领域的研发储备和产业发展另外，要保证道路效率最大化与道路安全“零事故”，需要汽车供应链上下游企业，比如安全算法、云端安全、信息安全解决方案提供商、整车企业、零部件企业等，科技企业、保险公司、科研机构、高校甚至消费者各方都积极参与，在计算机软件工程、新型非金属材料、金属材料、人体生物力学、心理学、系统工程学等各种新兴科学领域共同探索互联模式。2.5材料变革、结构优化、控制升级、技术融合助力安全技术发展由于汽车安全行业的专业性和高综合性，需要靠产业链的全面整合以及新兴学科的深度研究来带动和影响技术发展。材料、结构、控制的有效结合以及其他相关产业链的技术创新均可产生深远影响。2.5.1材料方面高强度钢、热成型钢、轻质铝合金、碳纤维、复合材料、工程塑料等高新材料在高机械性能、均匀分布载荷、高能量吸收性能、少结构性振动、好防腐蚀性、轻结构重量、高舒适要求满足度等方面各有优越性，这些材料的深人研究与逐渐成熟的应用大大促进了汽车安全结构优化与相关电子控制系统升级。针对新能源车，固态电池、氢燃料电池、镁电池、无钻电池、金属空气电池等新电池的材料研发储备与前瞻性探究，应围绕高比能、高安全、长循环、低成本等方面保障电池安全稳定性，消除安全隐患。2.5.2结构优化设计方面基于安全要求的整车结构优化设计理念体现在考虑不同碰撞模式下车体吸能分析、整体式车身结构耐撞安全设计、整车吸能区和安全区的合理布置、防撞吸能部件结构优化设计、高强度乘员舱设计、2 5%小偏置碰撞车身结构设计等技术方案中。随着仿真计算理论和方法的不断发展与完善，汽车安全仿真与优化技术在车身结构碰撞大变形模拟、标准假人在碰撞过程中的动态响应分析、交通事故或状况场景模拟等方面实现性能目标，并结合碰撞试验数据为结构改进保驾护航。可以说，整车结构优化设计、碰撞试验技术与仿真技术相辅相成，一起高效确保整车的安全性和可靠性。2.5.3控制系统方面随着嵌人式系统、局域网控制和数据总线技术不断发展与进步，可达成动力传动系统、发动机管理系统、自动变速器控制系统等各个子系统的综合协调控制，并衍生出新能源电车在碰撞后快速断电技术、融合制动、转向及悬架主动控制技术的底盘一体化控制系统、多合一电动动力总成系统等先进系统控制技术。结合5 G通讯网络，利用统一处理信号与指令的车载局域网，加大控制系统与机械系统的一体化、模块化、域控化程度，防止功能重15汽车工业研究季刊2023年第2 期研究Research复执行，更好地匹配和协调各个系统工作，促进从模块到系统、再进一步到整体方案的融合，从而在提高系统可靠性之外，还能朝着多功能、集成化方向发展2.5.4各领域技术融合方面视觉技术的发展给城市智能交通系统落地增加了可能性。图形界面建立“人车-路”的交通场景，通过雷达、超声波、摄像头、GPS等不同的传感器模型进行数据处理与风险评估，并通过调整场景参数对仿真场景进行修正，结合使用性能评估要求形成系统性能最敏感的关键场景，从而辅助驾驶者进行相应的决策与判断。除此之外，综合利用各类传感器为基础的安全预警系统还可以与各层级安全控制功能系统共同作用，不仅可以帮助维持安全驾驶、改善安全状态甚至进行驾驶干预，还可以在危险情况发生时帮助缓解碰撞并减轻碰撞伤害。总的来说，各个领域技术的探索与创新将会整体推进汽车安全技术向着高质量、更精尖的方向发展总之，只有将多域技术深度融 J.汽车文摘,2 0 2 0(2):1-5.3车云研究院，赛迪智库安全产业研究所，国汽智联.2 0 19年汽车新四化安全趋势白皮书 R/0L(2019.11.20).2022.09.19.https:/ J.装备制造技术,2 0 17(9):2 5 7-2 5 9.5李庆敏.汽车安全产业现状分析 .现代工业经济和信息化,2 0 2 17):10-11.6杨帅，张金换.汽车安全多领域融合的研究与展望 J汽车安全与节能学报，2022(1):29-47.作者工作单位：中信戴卡股份有限公司合，集严密监控、提前防御、平稳运营、响应及时、决策智能、应对精准为一体，才可实现不同系统间交互信息的高效传递，才可前瞻规划未来新业务场景，才可从全维度建设安全能力结束语在汽车“电动化、网联化、智能化、共享化”大趋势下，各项安全技术单一的深入发展已经不能满足汽车安全技术的更高要求。不论是传统的汽车被动安全，还是近年来长足发展的主动安全，以及新形势下复杂安全需求中的新能源安全、信息安全、共享出行安全等，最终都是“以人为核心”来构建人、车、环境间的全方位、系统化、多领域融合的安全技术，也只有相互关联、协调统一、深度融合才能走上高品质、可持续的发展之路。参考文献：1中华人民共和国国家统计局.关于我国汽车保有量、交通事故及直接财产损失的相关数据 EB/0L.2022.07.18.https:/