汽车主动安全技术及其发展动态.doc

汽车主动安全技术及其发展动态通信工程102 傅立甬 110022051摘要随着科技的发展与进步，汽车的行驶速度越来越快，随之带来的是巨大的交通事故问题。全球每年有超过130 万人死于因汽车引起的道路交通事故，交通事故导致车毁人亡、家庭支离破碎，给人们的生活带来不必要的灾难。现代汽车主动安全技术能够很好的控制汽车，实现汽车的人工智能和避免交通事故的发生。关键词汽车 主动 交通事故 安全技术 发展动态前言由交通事故统计可知，很多交通事故的发生都与汽车的主动安全性相对较差有很大关系。如直接影响汽车行驶安全性的汽车制动性能较差，出现的严重后轴侧滑或制动跑偏而发生的交通事故占交通事故总数的35左右。另外汽车操作稳定性与感觉安全性有较大关系的汽车照明和驾驶员的视野等都直接影响汽车交通事故的发生率。因此，提高汽车的主动安全性，对于预防交通事故的发生具有积极的意义。一、 汽车主动安全制动系统现代汽车技术发展的主要方向是安全、环保和节能，世界各国都在围绕这三个方面开展大量研究开发工作。其中对人类生命财产有直接关系的是汽车安全。汽车安全性包括主动完全性和被动安全性两大类。主动安全性是指避免交通事故发生之前的主动安全控制技术。目前主动安全控制技术包括制动、转向、悬架、车距雷达报警系统，即自适应巡航控制系统等。 汽车制动系统是汽车主动安全性的重要组成部分。（1）防抱制动系统（ABS） ABS是Antilock Braking System 的缩写，防抱制动系统（ABS）的任务是防止由于制动力过大造成的车轮抱死（尤其在光滑的路面上），从而使得即使全制动也能维持横向牵引力，保证了驾驶的稳定性和车辆的转向控制性以及主、挂车制动协调性的最佳效果。同时保证了可利用的轮胎和路面之，间的制动摩擦力以及车辆减速度和停车距离的最优化。ABS 失效时，常规制动系统仍然起作用。（2）驱动防滑系统（ASR）ASR（Anti-Slip Regulation）驱动防滑系统也叫自动牵引力控制， ASR 的原理是使打滑的驱动轮的滑移率与非驱动的前轮比较，使其保持在理想牵引力和稳定性的范围，即获得良好的牵引力，又保持车辆的稳定性。根据路面状况在车轮打滑时，ASR 将启动发动机控制或制动控制。ASR 的主要优点： 1、维持了车辆的驱动力和转向力。 2、当车辆在湿滑的路面起步、加速和转弯时保证了驾驶的稳定性。 3、可以通过警告灯提醒驾驶员路面的湿滑（ASR 起作用时灯亮）。 4、将轮胎因打滑的磨损减少到最小程度。 5、进一步减少了事故的可能性。（3）电子制动控制系统（EBS）EBS（Electronic Brake System）电子制动控制系统将是未来的主要市场占有者，主要由转向角度传感器，桥控调节器，ESC 模块，ABS 电磁阀，挂车控制阀，制动信号传感器，比例继动阀等零部件组成，EBS 系统实现了制动系统的电子控制，当驾驶员踩制动踏板时，制动信号传感器将获得的踏板行程信号传输给电控单元，同时从速度传感器和磨损传感器获得轮速信号和摩擦片磨损状态信号，然后电控单元根据相应的控制策略进行计算并传输控制信号来控制比例继动阀，ABS 电磁阀，备压阀和桥控调节器，从而控制前后桥执行制动。（4）电子稳定控制（ESC） 基于ABS 的电子稳定控制系统（Electronic stability control 简称ESC），当车辆处于低附着系数路面时，不仅要面对横向加速度过大的危险，还要面对转向不足或者转向过度的情况。对于带挂车的列车而言，更有侧翻的危险。当车辆在低附着系数路面上转向时，ESC系统不仅监测车辆的横向加速度，在出现翻车危险时通过对驱动轮和挂车进行制动，并且通过CAN 总线控制发动机和缓速器输出扭矩，以降低车速，从而避免翻车。同时增加了带横摆角传感器的ESC 控制模块。 通过ESC 控制模块不断监测并计算车辆的横摆角，并与安装在转向管柱内的转向角度传感器测得的转向盘的转向角度相比较，当两者差异超出限制的数值时，通过ABS 电控单元激活安装在前桥的ABS 电磁阀对转向轮进行制动，以纠正车辆转向不足或者转向过度的情况，从而让车辆在低附着系数路面上提高操纵稳定性。（5）自适应巡航控制系统（ACC） 自适应巡航控制系统（ACC：Adaptive Cruise Control）是专为商用车设计开发的一项新技术，既有导航控制系统的功能，同时又可以控制与正前方车辆的距离。当汽车以较高的速度接近前方车辆时，如果两车之，间的距离太近，很容易造成追尾事故自适应巡航控制系统的关键在于对相对距离和相对速度的测量，相对距离和安全距离的大小关系为主要判断依据来保证车辆的安全性。商用车ACC 系统主要有以下技术优势： 保持车速稳定：汽车无论是在平路上行驶还是上坡，下坡，或是在风速变化，大雾等情况下行驶，在发动机功率允许的范围之内，行驶速度均能保持不变；提高汽车行驶时的舒适性；提高经济性和环保性：在同样的行驶条件下，可节省燃油。二、基于智能交通系统的汽车行驶主动安全系统基于智能交通系统的汽车行驶主动安全系统指利用现代信息技术、传感技术来扩展驾驶人员的感知能力，将感知技术获取的外界信息（如车速、其它障碍物距离）传递给驾驶人员，同时在路况与车况的综合信息中辨识是否构成安全隐患；在紧急情况下，能自动采取措施控制汽车，使汽车能主动避开危险，保证车辆安全行驶，也就是通常所说的汽车主动避撞系统。国内外对车辆行驶主动安全技术的研究主要集中于车辆行车信息感知及行车安全状态辨识技术、车辆主动避撞系统控制技术及车辆控制执行技术等方面。（1） 测距雷达信号处理技术经测距雷达传来的目标物距离信号含有随机误差，必须要对数据进行处理，才可以在系统计算中应用。另外测距雷达传来的只是车辆间的距离信息，必须从这些距离信息中比较准确的提取出车辆间的相对速度以及相对加速度信息。过去采用的办法是直接对距离信号取微分，得相对速度值，再对相对速度值取微分得相对加速度值，这种方法经实践证实是不可行的。问题主要有两点：一是距离误差对相对速度以及相对加速度的影响较大，二是由于算法所限，系统实时性不好。（2） 行车安全距离动态算法传感器正确获取车辆行车信息之后，需要进行各种信号的融合，进行车辆危险或安全状态的实时辨识。需要确定的是当前情况下的行车安全距离。本研究提出了一种基于驾驶员模型的安全距离确定方法。实际行车时，驾驶员总是要对车辆的运行进行一下预测，以决定当前的操作。（3） 车辆纵向动力学模型车辆控制方法的评价是基于系统仿真及实验的结果，作为仿真评价的基础，首先需要建立比较准确的车辆动力学模型。汽车纵向动力学总成包括：发动机、液力耦合器、自动变速器及车辆驱动系。使汽车具有主动安全性，集信息感知、动态辨识、控制等技术与方法于一体是ITS 的主要研究内容之一。世界各大汽车公司，都在开展这方面的研发，目前日本、欧美汽车企业在汽车主动避撞技术方面已取得实用化成果。这些技术虽然其理论研究成果可以借鉴，但涉及具体技术属于公司保密范围，国内企业难以得到具体技术资料，且中国的道路及驾驶习惯与国外不同，不能直接引进使用国外技术。本研究在车辆运动中对周围障碍物的感知技术和方法、车辆行驶危险或安全状态的动态辨识方法、汽车主动避撞控制及执行技术等关键技术问题的研究方面取得了一定的突破和创新，为解决智能交通系统研究开发过程中的汽车行驶安全问题，提供了理论及技术支撑。三、国内外主动安全技术研究现状发达国家非常重视汽车的主动安全。汽车主动安全技术正引领新技术革命的到来。 在美国，目前NHTSA(北美高速公路安全局)法规要求所有整车必须配置ABS；另外，IIHS(美国高速公路安全保险协会)的数据表明，安装了ESC 系统以后，事故量有很大的降低，尤其反映在单车死亡事故上，其事故发生率下降幅度达到56%。因此NHTSA 已经提交草案，要求从2009 年到2011 年，对于重量大于4.5 吨的整车必须配置ESC 系统。 日本同样对汽车主动安全非常重视。J-NCAP(日本的新车碰撞测试)致力于测试时速100km/h 的汽车突然刹车后的制动距离，分别在干燥路面和湿滑路面进行，记录从踩刹车之后到停止之前的距离。不可否认，J-NCAP 的制动测试其实在各国的标准测试中也是很普遍的，但是从J-NCAP 的测试报告中可以看出，日本国内汽车的制动效果逐年上升，制动距离从原来的55m-60m减少到现在的40m-44m，在汽车行驶中遇到突发事件时，这的确是有非常大的帮助的。同样在日本，从2005 年起，JAMA(日本汽车制造商协会)就开始对配备ESC 的需求进行分析和研究。在欧洲，欧盟的工业产业界和其他的相关组织一起启动了“eSafety”项目，该项目正致力于加速集成式智能化安全系统的研发和应用，以降低欧洲的交通事故，提高道路安全。作为“eSafety”项目的一个主要组成部分，PReVENT 是由欧盟和欧洲汽车业界一起赞助的用以研发预防式的安全技术和系统，该系统帮助驾驶员通过车内的安全系统来探测周边环境的危险级别，并根据驾驶员本身的状态来决定如何更好地预防潜在事故的发生。我国在这方面的理论研究与实际应用也完全可以赶上和超过美国、日本和欧洲等发达西方国家，达到国际领先水平。在国家汽车主动安全技术的总体发展战略中，重庆大学从1997 年开始着手进行国家自然科学基金项目“汽车安全行驶智能辅助操作系统”的研究，到现在已经取得了突破性成果，并以此为基础，研究开发了“高速公路智能型汽车行驶主动安全预警系统”，通过了由国家重型汽车质量监督检测中心组织的测试和由重庆市科委组织的专家鉴定会鉴定，一致认为达到了国际先进水平。 现代汽车主动安全电子技术将呈现出以下发展趋势：功能多样化、系统集成化、体积微型化、通讯网络化。四、汽车主动安全技术的发展趋势汽车安全设计要从整体上来考虑，不仅要在事故发生时尽量减少乘员受伤的机率，而且更重要的是要在轻松和舒适的驾驶条件下帮助驾驶员避免事故的发生。现代汽车的安全技术包括主动安全技术和被动安全技术两方面。而被动安全技术和主动安全技术是保证汽车乘员安全的重要保障。过去，汽车安全设计主要考虑被动安全系统，如设置安全带、安全气囊、保险杠等。现在汽车设计师们更多考虑的则是主动安全设计，使汽车能够主动采取措施，避免事故的发生。在这种汽车上装有汽车规避系统，包括装在车身各部位的防撞雷达、多普勒雷达、红外雷达等传感器、盲点探测器等设施，由计算机进行控制。在超车、倒车、换道、大雾、雨天等易发生危险的情况下随时以声、光形式向驾驶员提供汽车周围必要的信息，并可自动采取措施，有效防止事故发生。另外在计算机的存储器内还可存储大量有关驾驶员和车辆的各种信息，对驾驶员和车辆进行监测控制。例如，根据日本政府提高汽车智能和安全性的高级汽车计划，由日本丰田公司研制成功的丰田高级安全汽车即具有驾驶员瞌睡预警系统、轮胎压力监测警告系统、发动机火警预报系统、前照灯自动调整系统、盲区监控系统、汽车间信息传输系统、道路交通信息引导系统、自动制动系统、紧急呼叫(SOS)停车系统、灭火系统以及各向安全气囊系统等，其中有些单项设备已投放市场。汽车100 多年的发展史中，有关汽车的安全性能的研究和新技术的应用也发生了日新月异的变化，从最初的保险杠减振系统、乘客安全带系统、安全气囊到汽车碰撞试验、车轮防抱制动系统(ABS)、驱动防滑系统(ASR)，到无盲点、无视差安全后视镜及儿童座椅系统的研究，汽车的安全性能正日趋完善。特别是近几年，随着科学技术的迅速发展，越来越多的先进技术被应用到汽车上。目前，世界各国都在运用现代高新科，加紧研制汽车安全技术，一批批有关汽车安全的前沿技术、新产品陆续装车使用，使未来的汽车更加安全。 未来汽车电子控制的重要发展方向之一是汽车安全领域，并向几个方向发展：利用雷达技术和车载摄像技术开发各种自动避撞系统；利用近红外技术开发各种能监测驾驶员行为的安全系统；高性能的轮胎综合监测系统；自适应自动巡航控制系统；驾驶员身份识别系统；安全气囊和ABS/ASR。随着更加先进的智能型传感器、快速响应的执行器、高性能电控单元、先进的控制策略、计算机网络技术、雷达技术、第三代移动通信技术在汽车上的广泛应用，现代汽车正朝着更加智能化、自动化和信息化的机电一体化方向发展。五、结论交通事故我们应该尽量做到防患于未然，汽车主动安全技术能够大量减少车辆碰