现代汽车安全技术及其发展..

1 引 言 汽车经过 120 多年的发展 已成为人类必不可少 最主要的交通工具 汽车 在给人类带来极大方便的同时 也给道路交通带来了很大的安全问题 随着汽 车保有量的日益增加 车辆事故和因车祸伤亡的人数也在不断增加 已成为一 个不容忽视的社会问题 人们对汽车安全性能的要求越来越高 为满足人们对 汽车安全性能要求日益增加的需求 越来越多的先进技术被应用到汽车安全装 置上 2 第一章 汽车安全技术的发展过程 1 1 汽车安全技术的概述 汽车发展的历史就是汽车安全性能不断提高的历史 而汽车安全技术的发展 过程也是汽车安全性技术法规发展和完善的过程 1 1 1 交通事故的定义 我国定义道路交通事故为 凡车辆 人员在特定道路通行过程中 由于当 事人违反交通法规或依法应该承担责任的行为而造成人 畜伤亡和车辆损失的 交通事件 有车辆参与是定义交通事故的前提条件 确保汽车安全是减少事故 的主要环节 1 1 2 汽车安全的概述 1 汽车安全是伴随着汽车的发明而出现的 是汽车发明的必然产物 1769 年世界上第一起汽车安全事故发生 1858 年英国开始实施世界上最早的道路交通法 随着汽车保有量的增加 道路交通事故已成为世界性的社会问题 全世 界每年死于交通事故的人数估计超过 50 万人 伤 1000 万人以上 2 汽车安全主要取决于车 人和交通环境三大要素 首先汽车的可靠性要高 安全性能要好 其次参与交通行为的人员要掌握交通安全知识 遵守交通法规 此外交通环境 道路 交通设施 法规管理 的好坏和完善与否 对确 保汽车安全也有不可忽视的作用 3 汽车安全性的分类 一般按照交通事故发生的前后加以分类 在交通事故发生后尽量减少交通事故和司乘人员直接受害程度 保证司 乘人员和行人的安全 这种安全称为被动安全 也称为冲突安全 在交通事故发生之前采取安全措施 以避免交通事故的发生 这种安全 称为主动安全 也称为预防安全 3 1 2 汽车安全法规 汽车安全法规 经不断修订或追加项目 变得越来越严格和完善了 在美国 1966 年起由运输部 DOT 和国家公路交通安全局 NHTSA 主管联邦动车安全法规 FMVSS 的制订和监督实施 FMVSS 分为三个系列 100 系列为预防事故发生 200 系列为碰撞过程中的乘员保护或减少伤害 300 系列为减少事故后的灾害 作 为整车碰撞最终试验的法规标准主要有 u 三项指标 汽车乘员碰撞保护 FMVSS 208 防止转向机构对驾驶员的伤害 FMVSS 204 汽车碰撞时燃 油泄漏 FMVSS 301 这些法规均要求整车以 48 3km h 的车速正面碰撞固定 壁 然后进行各种测量分析 美国执行 FMVSS 使得汽车事故死亡人数减少了 20 约一万人 取得的效果是相当明显的 继美国的 FMVSS 之后 欧共体 日本 澳大利亚 加拿大等国也相应公布了 自己的法规 欧洲各国在很久以前就开始实施各自的车辆法规及其 汽车型式认证 二战后 欧洲各国为消除贸易上的障碍 大力推行法规的国际 化 制订了作为统一法规的 EEC 指令和 ECE 法规 欧洲经济委员会 ECE 法规由 各国任意自选 没有强制力 欧洲经济共同体 EEC 指令则作为成员国统一的法 规 具有一定的强制力 日本制订了道路运输车安全标准和新型汽车审查标准 后来也不断参照 FMVSS 和 ECE 进行修改和补充 1968 年由澳大利亚运输咨询委 员会 ATAC 的各分委会制订了澳大利亚设计法规 ADR 加拿大汽车安全标准 CMVSS 基本上与黄国 FMVSS 相同是关于车辆及车辆零件安全的法令 我国继 1989 年制定的 GB T11551 89 汽车乘员碰撞保护 GB 11557 89 防止汽车转 向机构对驾驶员伤害的规定 GB 11553 89 汽车正面碰撞时对燃油泄漏的规 定 这些标准基本上与美国法规相近 要求的标准也一样 预计在几年后 在 不断开展汽车碰撞试验研究的基础上 我国亦将形成自己的汽车碰撞安全法规 系统 那时我国汽车碰撞安全性必然会有很大的提高 1 3 汽车安全性的现状 随着汽车保有量的增长 道路交通事故已成为世界性的社会问题 全世界 每年死于道路交通事故的人数估计超过 50 万人 伤 1000 万人以上 近年来我 4 国各种机动车的保有量增加很快 道路交通事故的数量和死亡人数也不断增加 从 1985 年到 1994 年的 10 年间 事故数量和死亡人数分别增加了 27 和 60 1995 年已达到了起和 71000 多人 成为世界上交通事故最严重的国家 严 峻的现实提醒我们必须有效地控制道路交通事故提高汽车的安全性 为此各汽 车厂家都极其重视在现在汽车上设置各种主动安全装置和被动安全装置 1 4 汽车安全技术的分类及涉及的领域 汽车安全技术一般分为 主动安全技术 aetive salty technology 和被动 安全技术 passivesaftytechnology 1 4 1 汽车主动安全技术 根据 汽车理论 和 汽车设计 的概念 所谓主动安全技术就是在汽车 的设计和制造时 对汽车的内 外部结构进行合理有效的设计 采用更先进的 技术和装备 主动预防 避免或减少汽车在行驶过程中发生事故 以提高汽车 的主动安全性能 俗话说的防患于未然 1 4 2 汽车被动安全技术 是指在车辆发生交通安全事故后 通过车内的保护系统来有效地保护驾乘人 员尽量减少损伤的程度 包括对车上员和乘车下行人的保护 1 4 3 汽车安全技术涉及的领域 主动安全中的事故安全技术 事故前 的车距自动报警 电控悬袈 防抱死制 动系统 驱动防滑系统 巡航控制系统 车辆操作稳定系统 自动变速器 车 胎气压报警系统 预防安全技术 正常行驶时 中的车况 路况监测 改善驾驶 视野 提高车辆被认视性 灯照防眩晕 驾驶员注意力监测 自动导航等 被动安全技术中碰撞安全技术 事故当时 安全气囊 安全带 行人保护 吸 能车体 抑制安全技术 事故后 减轻二次伤害 阻燃构件 自动报警 安全门 锁 汽车 黑匣子 等 5 第二章 汽车上常用的安全技术 2 1 主动安全技术 2 1 1 距离警示系统 该系统可以帮助驾驶员保持与前车的安全距离 当距离警示系统启动后 驾 驶员可以 预先设定本车与前车的时间间隔 汽车行驶时 系统探 测到本车与前面的汽车时间间隔低于本车的设定值时 会在前挡风玻璃发出警 示 同时发出警示声 如果驾驶员还没有采取任何安全措施 这个系统将会自 动刹车 2 1 2 行驶中打瞌睡或精力不集中警报系统 由于高速公路网的不断完善 增加了长时间驾驶的机会 驾驶人员极易疲劳 和注意力不集中 由此而引起的交通事故约占整个车辆事故的 50 该系统能 够记录汽车在道路上的行驶情况并向注意力分散的驾驶员发出警示 避免或减 少因疲劳驾驶导致事故的发生 该系统使用仪表板处安装的小型摄像机及夜间 红外扫描装置 监视驾驶员的脸部表情 通过微机处理来判断驾驶员是否打瞌 睡或注意力不集中 当驾驶员打瞌睡或注意力不集中时会发出警报 2 1 3 视觉增强系统 为使驾驶员在雨 雾天仍有良好的视觉效果 国外一些大的汽车公司研制出 一种视觉增强系统 该系统能迅速去除风挡玻璃上的雨水雾气 典型的结构有 三种 第一种是采用除水防护薄膜 使水膜不易形成 第二种是日本三菱汽车 公司采用的一种斥水玻璃 使水珠快速结成大水滴流走 第三种是日本制造商 利用超声波技术使吸附在风挡玻璃上的水膜雾化消散 2 1 4 轮胎气压过低警报系统 轮胎气压过低时 会使汽车的行驶性能变坏 加速轮胎磨损 甚至造成车辆 倾翻事故 为了解决这一问题 车辆上装有轮胎气压过低警报系统 当轮胎气 压低于某一定值时 该系统报警 以便驾驶人员采取一定措施 确保行车安全 6 为了减少轮胎气压过低对安全行驶的影响 英国哈蒙雷塑料研究所研制出一种 自动吸气的轮胎 其内部填充一种能自动吸气的泡沫塑料 吸气特性取决于所 受压力 轮胎受的压力越大 吸人气体越多 当压力减小时 它又释放出一部 分气体 始终保持一定压力 2 1 5 自动巡航系统 普通的巡航系统是汽车行驶到一 定速度时 启动巡航系统 汽车会保持一 定的速度自动前进 不用再踩油门 但当遇到情况时 驾驶员必须踩制动以防 事故发生 因此 驾驶员必须随时准备制动 采取制动后巡航系统自动失去功 能 必须重新加速后重新设定巡航速度 自动巡航系统则具有高度智能化功能 能自动调整车速 巡航时速最低可达 32 km h 利用携带的 GPS 系统会时时提 醒自动巡航系统近 1 km 范围内可能出现的物体 自动巡航系统接收到信息后判 断出最佳的车速 待确认无潜在危机后 又会恢复到较快的巡航速度 2 1 6 偏离行驶路线警报系统 由于某种原因 车辆稍微偏离行车路线 而驾驶员又没有注意修正时 该系 统发出警报 直到车辆回到原来的路线为止 日本三菱 汽车公司和马自达汽车公司采用车载摄像机识别道路中间白线的方法 即当车 辆偏离白线或偏离白线较多时 该系统报警 汽车报警后 驾驶员仍没有使车 辆回到原来路线时 该系统便自动地使车辆回到原来路线 2 1 7 一体化底盘控制系统 它是一种先进的集成系统 通过中央底盘控制器 将制动 悬架 转向 动 力传动等控制系统进行电子化连接 控制器通过微电脑的控制运算 对各个子 系统进行协调 以获得车辆整体性能和稳定性控制达到最佳 保持汽车在任何 行驶状态下的平稳性和快速转弯时的可控性 减少颠簸和转向时离心力造成的 冲撞 2 1 8 电子制动力分配系统 电子制动力分配系统 英文全称是 ElectricBrakeforce Distribution 缩 写为 EBD 为了防止汽车制动时后轮先制动的情况发生 EBD 系统可依据车辆 7 的重量和路面条件来控制制动过程 制动以前轮为基准要比较后轮轮胎的滑动 率 如发觉前后车轮有差异 而且差异程度较大必须被调整时 它就会调整汽 车制动液压系统 使前 后轮的液压接近理想化制动力的分布 因此 重踩制 动在 ABS 动作启动之前 EBD 已经平衡了每一个轮的有效地面抓地力 防止出 现后轮先抱死的情况 改善制动力的平衡并缩短汽车制动距离 2 1 9 电子制动辅助系统 电子制动辅助系统 英文全称是 ElectronicBrake Assist 缩写为 EBA 在 一些非常紧急的情况下 驾驶员往往缺乏果断 不能迅速踩下制动踏板 EBA 就是为此设计的 它的功能与 ABS 相似 该系统利用传感器感知驾驶员对制动 踏板踩踏的速度和力度大小 以此判断驾驶员此次制动的意图 如果属于非常 紧急的制动 EBA 就会指示制动系统产生更强的制动力 使 ABS 发挥作用 从 而使制动力快速产生 减小制动距离 而对于正常情况的制动 EBA 则会通过 判断不予启动 ABS 通常情况下 EBA 的响应速度都会远远快于驾驶员 这对缩 短制动距离增加行车安全性非常有利 因此 对于脚力较差的女性及高龄驾驶 员避让紧急危险的制动是非常有帮助的 汽车主动安全技术是当今汽车安全技术的重点研究领域和主要发展方向 汽 车主动安全技术除以上所述外 还有很多 如远红外线夜视系统轮胎防爆安全 气阀 防爆 扎 轮胎 高位制动灯 防滑差速锁 超声波清洗雨滴后视镜 驾 驶员酒精浓度检测仪 等等 2 2 被动安全技术 2 2 1 安全带 安全带是 50 年代开始作为选装件装备汽车的 但直到现在 它仍然是最基 本的乘员保护装置 它的作用在于能够在正面碰撞 后面碰撞 有角度碰撞以 及翻车事故发生时防止乘员从座位上甩出 帮助乘员减少受伤的风险 现在 在安全带的设计过程中引入了许多先进技术 从而使今天的工程师能够根据车 辆的构型对安全带系统进行设计 安全带系统的重要部分 安全带收缩装置 总成 可以根据车辆的设计而有不同的变型 安全带收缩装置的首要目的是 8 发生碰撞或强烈制动的过程中将安全带锁紧在恰当的位置 在不使用安全带时 贮存安全带 根据车辆的设计 还可以增加一些附加的功能 以增强性能或提 高便利性 例如紧急锁紧装置 一正常的驾驶过程中 膝 肩部安全带的紧急锁 紧式伸缩装置允许安全带随着乘员一起移动 从而使安全带的使用能够紧贴合 身 而且舒适 当车辆快速减速时 伸缩卷筒锁止 从而使卷绕在卷筒上的安 全带也锁止 还有一些车辆的伸缩装置采用 抓钳 装置来抓住安全带 2 2 2 智能安全气囊 智能安全气囊除具有一般安全气囊所具有的部件和功能外 它所配备的气体 发生器都是多级的 具有更多的传感系统 可以自动地感测到乘员的体重大小 乘员的身材高矮 乘员的坐姿 座椅移动情况 乘员离位情况 离安全气囊模块 的距离 以及乘员是否佩带安全带等信息 以此来确定安全气囊打开时采取的不 同充气级别 避免乘员被爆炸的气囊击伤 以达到最佳的保护效果 2 2 3 汽车 黑匣子 该系统与飞机黑匣子相似 它可监视和记录车辆碰撞前后的瞬间以及行车途 中各种传感器信号的变化情况 以便准确分析故障的成因 日本丰田汽车公司 汽车黑匣子可以记录事故发生前后车辆和驾驶环节等方面的信息 并能再现故 障的全部过程 2 2 4 事故自动呼救系统 自动呼救系统是一项较新的被动安全技术 它是基于安装了全球卫星定位系 统 GPS 的车辆 当车辆发生严重的交通事故后 它会立即自动向救援中心呼叫 报告事故车辆所在的准确位置 车辆事故的状态 并能向救援人员赶赴现场的 途中转发伤员身体方面的重要信息 可以测出车内微小的振动和微量的二氧化 碳 能测出车内是否有人 以争取尽早地 更准确地发出求救信息以获得及时 救援 2 2 5 紧急门锁释放装置 其功能有 当碰撞传感器确认已发生碰撞时 系统将立即自动地释放门锁 使车门能迅速打开 9 2 2 6 防撞型安全转向柱想 在汽车发生正面碰撞事故时 由于车身前部的变形 转向盘连同转向柱将一 起向驾驶员方向移动 此时驾驶员在惯性力的作用下向前冲击 驾驶员胸部会 因撞在转向盘和转向柱上而受到严重伤害 防撞型安全转向柱除了能保证汽车 正常行驶时传递转向扭矩外 当汽车发生正面碰撞 碰撞力达到一定值时 转 向柱的中间轴可以伸缩 弯曲或断开 达到隔绝一次碰撞影响的目的 2 2 7 防撞吸能车厢 为了减少驾驶室在事故中的变形 保证车内乘员有足够的生存空间 通过采 用高强度合金材料以及增加乘员车厢材料尺寸 从而获得汽车中部刚性车身结 构 采用中间有泡沫填充物的夹层钢板等 2 2 8 安全头枕 在追尾碰撞事故中 即使车速较低 被撞车内的驾乘者会因车辆突然向前加 速而引起头部剧烈后仰 造成颈部和背部损伤 安全头枕的作用就是在汽车发 生追尾碰撞事故时防止驾乘者因头部后仰过度而受到伤害 被动安全技术是对事故发生后的一种补救措施 在汽车安全技术领域 被动 安全技术也是不可忽视的 除以上所述外 还有一些比较简单和基本的被动安 全技术 如汽车灭火器材的配备 钢化玻璃和夹层玻璃的应用以及汽车的无棱 尖 角设计等都属于被动安全的范围 10 第三章 汽车安全技术的发展趋势 汽车安全技术涉及的范围越来越广 越来越细 但任何单一技术都或多或少 存在不尽人意之处 而且仅仅依靠某一项技术已很难使汽车整体安全性能得到很 大提高 因此 如何提高汽车安全性 满足人们对汽车安全性能越来越高的需求 变得越来越急迫 驾驶汽车 确保行车安全 另外要不断完善各项单一技术本身 还要搞好各项单一技术之间的协同这一点更重要它直接影响到第一项工作的最 终成败即汽车安全技术应朝着和减少事故影响的目的 所以今后的汽车安全技 术是越来越集成化 智能化 系统化的 1 集成化 将汽车主动安全技术与被动安全技术进行融合 会得到更好的安全保护效果 在 2000 年世界汽车年会上 德尔福公司推出了 集成安全系统 ISS 该 系统涵盖了汽车上所有的主要子系统 由 50 种不同的技术组成 包括现有的 不久将推出的以及未来将要推出的先进技术 这些技术集成于一体 协同发挥作 用 达到更好地预防交通事故发生操纵方面的不足 等到相关技术如智能汽车操 纵性能设计和人机工程设计等技术进一步成熟后 就可进一步推动汽车安全智能 化 有人预测 未来的汽车会成为各种尖端电子技术的载体 或者说 21 世纪的 汽车是移动的电脑平台 智能制动 智能减速和智能转向将是未来智能汽车的基 本特点 2 智能化 随着电子信息等技术的飞速发展 形形色色的智能技术在汽车上得到广泛应 用 安全技术逐步走向智能化 GPS 全球定位系统 技术 智能避撞系统 智能 驾驶系统 智能轮胎 智能悬架 智能安全气囊 将在汽车上发挥越来越大的 作用 随着传感器技术的发展和计算机运算速度的加快及相关技术的进步越来 越多的新型智能化安全技术装置将出现在现代车辆上这些智能装置将具有一定 的识别 判断能力在各种情况下都能自动协助或自行控制 11 3 系统化 将汽车 道路 人作为一个系统来分析研究 让三者相互协调 达到各自性能 的最佳匹配 才能实现驾驶员行为特征 车辆机械特性及道路设施和交通法规之 间的最优协调 才能追求系统整体的最佳效益 随着现代科学技术的发展 未 来的汽车安全技术将向着微处理机 软件技术 多通道传输技术 集成化技术 车载网络系统 光导纤维传导技术 声纳传感技术 纳米技术等更先进的技术 领域发展 不仅能将过去在军事及航天领域的雷达 声纳 超声波 远红外线 卫星定位系统等先进技术和设备应用于汽车 而且能将声学 光学 电磁学 光电感应 指纹识别等领域的新技术运用到汽车上更能保证驾乘人员的安全 12 结 论 汽车安全性已经不仅是个技术问题 在某种程度上也是一个重要的社会问题 汽车的主动安全性因其定位于防患于未然 所以有着广阔的发展前景 越来越 受到汽车生产企业 政府管理部门和消费者的重视 应用电子技术使车辆实现 的高度智能化是汽车主动安全技术能在世界范围内发生质的跃变的主要因素 美国 70 年代提出的试验安全车 ESV Experiment Safety Vehicle 日本 90 年 代提出的高级安全车 ASV Advanced Safety Vehicle 虽然是两个不同历史时期 提高汽车安全性的代表作 但它们都是未来的安全汽车的雏形 欧 美 日等汽车工业发达的国家对于包括汽车安全技术在