汽车主动安全技术发展与展望.pdf

汽车主动安全技术发展与展望汽车主动安全技术发展与展望 1 汽车主动安全技术汽车主动安全技术 汽车安全技术通常可分为主动安全技术和被动安全技术 主动安全技术是指 基于先进的防范措施 避免事故发生的技术 20 世纪 80 年代前 汽车安全性的 研发重点在安全带 安全座椅等被动安全设备上 后来人们意识到事故前对车辆 运动状态进行实时监测 并在必要时进行干涉或预警更具有现实意义 开始从提 高车辆制动性能的角度来提高其主动安全性 主动安全技术是指基于先进的防范 措施 避免事故发生的技术 80 年代至今 随着电子技术和计算机技术的飞速 发展 汽车主动安全技术也迎来快速发展 各种新技术层出不穷 进入 21 世纪 随着互联网的普及 汽车主动安全技术也向着集成化 智能化的方向发展 2 底盘控制系统底盘控制系统 在现有的主动安全技术中 发展最早 技术最成熟的是底盘系统控制技术 因此 底盘控制系统也成为了许多主动安全技术的基础 表 1 表 2 总结了底盘控制和其相关安全技术的发展历程 表 1 底盘集成控制技术的发展 时间 事件 1985 1995 集成控制的萌芽和起步阶段 1985 Nissan 展出概念车 ARC X 各子系统通过 CPU 间通讯而协作完成 一些功能 1987 Toyota 在概念车 FXV II 中对主动空气悬架 4WS 发动机 变速 器和 ABS 进行集成控制 1991 Toyota 在车型 Sorarer 中对主动油气悬架 4WS ABS 以及 TCS 进 行集成控制 2001 Daimler 在 F400 上对主动悬架 主动倾角控制 线控转向和线控 制动等系统进行了集成控制 2002 GM 在 Cadillac Seville 中采用 Delphi 的底盘一体化控制系统 2002 Continental 开始第二代 ESP 研究 在差动制动和发动机干预基础 上加入前轮主动转向 2006 Toyota 在 Lexus 460 上采用综合安全理念 将多个 ECU 整合成 4 个 ECU 功能群 对 ABS 驱动控制 主动制动和转向系统进行统一 管理 2010 年后 底盘集成控制向整车集成控制发展 Delphi Bosch Continental 和 TRW 都在研发将主 被动安全技术整合的 集成安全技术 表 2 底盘控制技术有关的主动安全技术的发展 分 类 技术 名称 功用 时间 事件 纵 向 控 制 ABS 防 抱死技术 使车轮在制动时保持 最佳滑移率 即车轮处于 边滚边滑的状态 那么车 辆就能够保证最短制动距 离而且在制动过程中转向 轮可以保持转向能力并且 不易发生甩尾现象 1920 至 1940 年代 ABS 理论被提出并在火 车和飞机上开始应用 1950 至 1970 年代 与数字电子技术结合 开始应用于汽车上 1980 年代 ABS 与 ASR 结合发展 1986 年 BOSCH 公司第一个 将 ABS ASR 应用于量产车 上 1990 年代 至 21 世纪 初 ABS ASR 与横摆稳定 控制系统 YSC 结合发展 1992年BMW和 BOSCH 联 合 开 发 出 具 有 ABS ASR YSC 功能的防滑 控制系统 进 入21世 纪 后 ABS ASR YSC 综合控制得 到普及 2010 年左 右 提出车辆综合控制系统 IVSC 将现有底盘控制技 术同转向系统 传动系统等 诸多系统集成控制 驱动防滑 控制 TCS ASR 防止汽车起步 加速 过程中驱动轮打滑 特别 是防止汽车在非对称路面 或转弯时驱动轮空转 并 将滑移率控制在 10 20 内 1980 年代 国际上开始将TCS 应用 于量产车 1985 Volvo 将 ETC 电子牵引 力控制系统安装在 Volvo760 Turbo 汽车上 成为世界上第 一个实车采用的汽车驱动防 滑控制系统 1986 GM 在其生产的克尔维 特 英迪牌轿车上安装了牵 引力控制系统 1986 奔 驰 公 司 与 瓦 布 科 WABCO 公司联合开发出 应用于货车的 TCS 系统 1986 BOSCH 汽车公司首次 推出了具有制动防抱死和驱 动防滑转功能的 TCS 一一 BOSCH ABS ASR 2U 1989 奥迪汽车公司将ASR安 装在前置前驱动的奥迪轿车 上 这是世界上第一次将 TCS 装置安装在前置前驱动 轿车上 1990 年代 后 开始和 ABS ASR 等技 术结合发展 横 向 控 制 电子 稳定性程 序 ESP VDC VSC DSC 是对 ABS TCS 技术的继 承与发展 当车辆高速转 向或在湿滑路面行驶时 为其提供最优车辆稳定性 和转向控制 1990 年代 宝马与 BOSCH 公司合 作开发的前两代 DSC 系统 结构相对简单 只是将方向 盘转角传感器加装在原有 ABS 系统基础上 1996 年其 合作推出的第三代 DSC 产 品 在方向盘转角传感器的 基础上又增加了横摆角速度 传感器和侧向角速度传感器 采集实车信息 奔驰公司第一次在量产 的 A 级轿车中装备了博世公 司的 ESP 产品 2000 年后 形成了五大电子稳定控 制系统供应商 分别是 德国 博 世 Bosch 日 本 电 装 Denso 爱信 精工 Aisin Seiki 美国天合 TRW 和德 尔福 Delphi 截止到 2014 年 博世集团生产的 ESP 产 品市场占有率达到 50 EPS 电动助力 转向 根据作用在转向盘上 的转矩信号和车速信号 通过电子控制装置使电机 产生相应大小和方向的转 向辅助力 协助驾驶员进 行转向操纵 并获得最佳 的转向特性的伺服系统 1980 年代 中期 提出 EPS 的概念 1988 日本铃木开发出新型 EPS 摆脱液压系统 1993 本田将 EPS 用于量产车 1999 TRW 将小齿轮助力式 EPS 用于量产车 2000 年后 AFS 4WS 和 EPS 等子 系统组成的电子转向系统 SBW 称为发展潮流 主动横向 稳 定 杆 AARB 提高车辆侧倾稳定性 1980 年代 开始 展开对 AARB 的研究 1993 英国学者 Sharp 等 介绍了由旋转作动器连接的 前后横向稳定杆 并根据侧 向加速度传感器信号输出对 作动器进行位移控制 1992 1998 英 国 巴 斯 大 学 的 J Darling 等人通过仿真分析 验证了一种用于乘用车上的 靠液压作动的低成本主动横 向稳定杆悬架 1994 日本学者 Kusahara 等将主动横向稳定杆运用到 商用车辆上 研究了其对较 小车身侧倾角的可行性 1999 德尔福公司推出了 第一代主动横向稳定杆 并 研发线性和旋转作动器 2005 德尔福研发出第二代主 动横向稳定杆 采用滚珠螺 杆旋转作动器 2008 德 尔 福 推 出 第 三 代 ASBS 防侧翻控制系统 该 系统被用到了路虎揽胜越野 车 3 自适应巡航系统 自适应巡航系统 ACC 及防撞系统 及防撞系统 ACC系统并不直接参与制动 而是通过和ABS等制动系统进行信息交互 从而 完成汽车的自动减速防撞 在此基础上就发展出了汽车的防撞系统 汽车防撞系统的研制一般是作为其他主动安全技术发展的基础 根据智能汽 车和汽车自动驾驶的发展方向技术发展的基础 这一点有着非常重要的意义 现有的防撞系统存在很多问题 如不够人性化 大多只考虑了安全性要求 没有考虑燃油经济性和乘员舒适性 现有的防撞系统存在很多问题 如不够人性 化 大多只考虑了安全性要求 没有考虑燃油经济性和乘员舒适性 表 3 中展示了基于 ACC 技术的主动安全技术的发展过程 表 3 主要基于 ACC 系统的主动安全技术 名称 功用 时间 事件 ACC 自适 应巡 航系 统 利用雷达探测与前方车 辆的车距 在车辆定速 巡航时可根据道路状况 控制车辆速度 保持设 定好的车距 1990 奔驰公司和劳伦斯电子公司联合 研制了汽车防撞报警系统 基于雷 达 碰撞 预警 系统 用雷达 摄像头等传感 器探测交通环境 判断 是否有碰撞危险 一旦 检测到碰撞危险 启动 相应预防措施 1995 三菱公司最早应用 ACC 系统 前撞 预警 系统 用雷达 摄像头等传感 器探测前方交通信息 提示可能发生的碰撞危 险 1997 卡内基梅隆大学机器人学院研发 出基于机器视觉的车道偏离预警 系统 变道 辅助 系统 监测车辆两侧后方盲区 车后方 50m 以内 的 交通情况 90 年 代至 21 世 纪初 研究热点在对传感器的选择上 奔 驰公司的毫米波雷达的研究 富士 重工的 CCD 摄像机 三菱公司的激 光雷达 车道 偏离 警示 系统 车辆偏离所行驶的车道 时对驾驶员进行提醒 防止由于车辆偏移车道 而引发事故 2000 高端车型开始配置防撞系统 车道 保持 系统 车辆偏离所行驶的车道 时 系统主动干预 自 动操作转向系统使车辆 保持在原有车道行驶 2007 奥迪 Q7 最先装备盲点监测系统 盲点 监测 与车 后预 警系 统 防止在变道时与盲点的 车辆或行人相撞 2005 年以 后 将分系统如 BAS ESP 等进行集成 开始 推出综合的防撞系统 奔驰的 Pre Safe Pro Safe 系统 沃尔沃的 CWAB 系统 本 田的 CMBS 系统 4 未来发展展望未来发展展望 从上述各的发展中我