现代汽车安全应用技术现状及发展趋势初探

现代汽车安全应用技术现状及发展现代汽车安全应用技术现状及发展 趋势初探趋势初探 一 汽车安全发展的历史 1769 年法国炮兵技术军官尼古拉斯古诺制成了用蒸汽驱 动的车辆 一般 把它称为最早的机动车 他的这辆车在试验中撞 到了兵营的墙壁上 可以说这是 世界上第一起机动车事故 此后 随着这种蒸汽汽车的普及 为了安全起见 1858 年在英国开始实 施世界上最早的机动车安全法规 即 红旗法 这样自 1 8 世纪 汽车诞生以来所经历的半个多世纪 从汽车与其它交通工具协 调的观点所产生的 安全问题 可以看作是汽车安全性的起源 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 主管联邦机动车安全法规 fmvss 的制订和监督实施 fmvss 分成三个系列 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 燃油泄露 fmvs s 301 这些法规 均要求整车以 48 3 k m 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 f mvs s 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 澳大利亚和加拿大也相应公布了自 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 二战以后 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 f mvss 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 分委会制定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 1989 年制定了 gb t11551 89 汽 车乘员碰撞保护 gb tl1557 89 防止汽车转向机构对驾 驶员伤 害的规定 gb11553 89 汽车正面碰撞时对燃油泄露的规定 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 很大提高 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 62 1 9 9 5 年已达到了 272000 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 现代汽车上设置各种主动安全装置和被动安全装置 进入新世纪 后 汽车安全技术的发展步伐也越发加快 一些汽车工业发达 的国家不惜投入巨大的人力 财力和物力进行安全技术的研发 二 汽车安全的意义 随着汽车设计和制造技术的不断进步 汽车安全技术早已 经步入了崭新的时代 许多新安全技术的出现 使得拥有众多 主动被动安全防护的汽车似乎已能最大程度地确保驾驶者以及 行人的人身安全 但是 无论多么先进的工具或设备 最终都 得靠人的操纵和控制才能起作用 在高端的科技设备 没有专 业技术人才的操作也产生不了任何作用 同样 面对复杂的交 通环境 车辆优异的安全性能固然不可或缺 但是驾驶者自身 的意识和行为 才是决定安全的关键性因素 对于交通大环境而言 随着汽车保有数量的增多 城市交 通日益拥堵 一些车主变得急躁和易怒 于是违规驾车 高速 超车以及人车争道等现象屡屡发生 为行车安全带来了更多隐 患 在这样的情况下 在完善的安全技术也不可能充分保证车 内人员的安全 汽车安全的真正意义在于 当驾驶车辆的人员在正常情况 下操作车辆 一旦有突发情况或者不稳定的因素出现 此时通 过各种安全技术的以及装置的作用 可以尽可能化解危险或者 改善不稳定的情况 把车辆控制在一个安全的状态下 当事故 不可避免发生时 汽车安全技术又必须尽最大可能保护车内人 员的生命安全 此时汽车安全技术是车内人员最后的一道安全 保障 所以没有百分百保证安全的技术 当然也没有百分百安全 的车辆 一切的安全只是相对的 只有在正确的操作 正常行 驶的情况下 汽车安全系统才能发挥它应有的作用 汽车安全 才具有实际意义 三 汽车主动安全技术现状 为预防汽车发生事故 避免人员受到伤害而采取的安全设 计 称为主动安全设计 如 abs ebd tcs ldws 等都是主动 安全设计 它们的特点是提高汽车的行驶稳定性 尽力防止车 祸发生 其它像高位刹车灯 等也是主动安全设计 目前安全技术逐渐在完善 有更多的安 全技术将被开发并得到应用 1 总线技术 利用总线技术将汽车中各种电控单元 智能 传感器 智能仪表等联接起来 从而构成汽车内部局域网 实 现各系统间的信息资源共享 其优点主要有 1 大大减少线 束数量 连接点及体积 提高系统的可靠性和可维护性 2 采用通用传感器 达到数据信息共享的目的 3 改善系统的 灵活性 即通过系统的软件可实现系统功能的变化 根据侧重 功能的不同 sae 将总线划分为 a b c 三大类 a 类是面向 传感器和执行器的一种低速网络 主要用于后视镜调整 灯光 照明控制 电动车窗等控制等 目前 a 类的主流是 lin b 类 是应 用于独立模块间的数据共享中速网络 主要用于汽车舒 适性 故障诊断 仪表显示及四门中央控制等 其目前主流是 低速 can 又称称身 can c 类是面向高速 实时闭环控制 的多路传输网络 主要用于发动机 abs 和自动变速器 安全 气囊等的控制 目前 c 类主流是高速 can 又称动力 can 但是随着下一代高速 具有容错能力的时间触发方式的 x by wire 线控技术的发展 将逐渐代替高速 can 在 c 类网中的位置 力求在未来 5 10 年之内使传统的汽车机械系统变成通过高速容 错通讯总线与高性能 cpu 相连的百分之百的电控系统 完全不 需要后备机械系统的支持 其主要代表有 ttp c 和 flexrayo 而 在多媒体与通讯系统中 most idb 1394 和 蓝牙 技术成为了 今后的发展主流 另外 光纤凭借其高传输速率和抗干扰能力 越来越广泛的用作高速信号传输介质 2 倒车警告 倒车影像 车外摄像头 倒车警告这项技术用于在驾驶期间以及驻车时 针对您盲 区中的轿车或物体向您发出警告 通常 该系统会在您行车时 已经进行响应 它可能会使后视镜内的一个警告标示进行闪烁 同时会发出声音警告 该系统是一个短程检测系统 如 上海 通用别克君越车内后视镜就配备此功能 反光镜左边会有一个 车体形状的图标 前 后雷达在侦测障碍物时警告标示会给驾驶 者以视觉和听觉上的警告 倒车影像和后视摄像机是一体 不仅保护您的轿车 还能 够避免在倒车时意外伤及儿童和动物 倒车已经从向下倾斜后 视镜或发出声音警告到实时查看 新一代技术包括一个摄像机 它可以与导航系统协同工作 对您身后的一切进行广角拍摄 然后反映在车内屏幕上 从而帮助您倒车或挂接拖车 2 1 1 eye car 技术 eye car 技术可使每位驾驶员的眼睛处于同样的相对高度上 保证提供一个对路面和周围车道的无阻碍视眼和最好的能见度 这一技术还能提供一个特定的驾驶环境 eye car 通过使用电动座椅自动将不同身材驾驶员的眼睛调 到同一高度来解决能见度的问题 同时 可对转向盘 制动与 加速踏板 地板和中央控制台进行调整 以构成各自适应的驾 驶环境 同时对前立柱进行了重新的设计 将它从驾驶员的视 线中移开 因为汽车驾驶员所收到的最关键的信息一般有 90 以上是从车外通过眼睛观察获得的 所以 这一改进对于汽车 的安全性具有重要的意义 2 1 2 cam car 技术 cam car 技术旨在帮助提高驾驶员的感知能力 其技术特 点是 1 安装在汽车两侧的前向摄像系统 使驾驶员能够绕 过大型车辆提前看到隐蔽处的汽车或行人 在典型的行驶情景 中 驾驶员在拥挤的车流中左转弯时可以更容易地查看对面的 车辆 2 侧置后视摄像机提供了更广阔的侧面视野 摄像机 的覆盖面比传统的后视镜要广 特别是对于相邻的车道 3 安装在车后 扇面形布置的四个微型摄像机可以获 得车后的全景视野 图像经电子合成 具有变焦和 160 广角能 力 4 夜眼 night eye 摄像机可在低照度条件下 在 汽车处于倒挡时工作 即使在近乎黑暗的情况下也能提供车后 近距离内的细小影像 所用车型 雷克萨斯 上海通用别克君越 梅塞德斯 奔 驰等 3 自动感应大灯和 或夜视辅助系统 自动感应大灯 随车辆周边环境光线影响 系统会自动识别判断 雨雾天气光 线不够 大灯会自动亮起给驾驶者提供更安全的行车环境 后 期厂家又延伸到自适应大灯系统 这更高级的系统会因方向而 调节 在车辆转向时会转动灯光 它们也可以是车速感应式车灯 可以改变光束的长度或高度 或者对环境光进行补偿 夜视系统 可以 有不同的形式 如基本的红外线大灯或热成像摄像机 但是无 论采用何种科技 作用都一样 在夜间或者视线不明的情况下 帮助您看清更远处的路面并且辨别接近 1000 英尺外道路上的 动物 人或树木 图像在驾驶室中的显示屏上形成 使肉眼难 于看清的障碍物体提前被驾驶者掌控 目前博世公司开发的夜 视系统则具有以上功能 但价格很是昂贵 即使是超豪华轿车 目前也基本为选配系统 相信不久将来这一更高级的系统也会 被中高级轿车所选用 所用车型 凯迪拉克 雷克萨斯 林肯 s 系等 4 abs 防抱死制动系统 abs 是英文 antilock braking system 的缩写 意思是防抱死 制动系统 它与传统的制动系统协同工作 是一种安全 有效 的制动辅助系统 由装在车轮上的转速传感器采集四个车轮的 转速信号 送到电子控制单元计算出每个车轮的转速 进而推 算出车辆的减速度及车轮的滑移率 abs 电子控制单元根据计 算出的参数 通过液压控制单元调节制动过程的制动压力 使 车轮处于理想的制动状态 快抱死但未完全抱死 能在紧急 刹车状况下 保持车辆不被抱死而失控 维持转向能力 避开 障碍物 在一般状况下 它并不能缩短刹车距离 在 abs 不起作用时 电子制动力分配系统仍可调节后轮制 动力 保证后轮不会先于前轮抱死 以保证车辆的安全 在每 次点火接通时 abs 会自动进行自检 如果发现故障 电子制 动单元将自动中断 abs 功能 并点亮 abs 警告灯 此时制动系 统将如同没装 abs 系统时一样工作 abs 对制动力的调节过程 建压阶段 制动时 通过助力器和总泵建立制动压力 此时常开阀打 开 常驻闭阀关闭 制动压力进入车轮制动器 车轮转速迅速 隆低直到 abs 电子控制单元通过转速传感器得到识别出车轮有 抱死的倾向为止 保压阶段 abs 电子控制单元通过转速传感器得到的信号识别出车轮 有抱死的倾向时 abs 电子控制单元即关闭常开阀 此时常闭 阀仍然关闭 降压阶段 如果在保压过程中 车轮仍有抱死的倾向 则 abs 进入降 压过阶段 此时 电子控制单元命令常闭阀打开 常开阀关闭 液压泵开始工作 制动液从轮缸经低压蓄电池能器被送回制动 总泵 制动压力降低 制动踏板出现抖动 车轮抱死程度降低 车轮转速成开始增加 升压阶段 为了达到最佳的制动效果 当车轮达到一定转速时 abs 电子控制单元再次命令常开阀打开 常闭阀关闭 随着制动压 力增加 车轮再次被制动和减速 防抱死制动系统压力调节频率为每秒钟 5 6 个循环 各种 车型的数据会有一定差别 没有安装 abs 的汽车 如果在行驶中用力踩踏制动踏板 车轮会急速降低转速 最后车轮停止转动 但车身由于惯性依 然保持向前滑动 这种现象在车轮与路面之间发生较大的 滑移 出现这种状况时 汽车轮胎对路面的侧滑摩差力几乎消失 于是会出现下述现象 1 转向稳定性下降 方向盘操纵不灵 车辆尾部上翘 严重时车辆打转或出现折叠现象 2 操纵性下降 操纵方向盘而达不到转向要求 3 制动距离延长 超过一般的制动距离 所以 可想而知有无装设 abs 系统对汽车行驶的安全性是 非常重要的 5 asr 驱动防滑转控制系统 驱动防滑转控制系统简称 asr 也被称为牵引力控制系统 tcs 目前只在少数中 高档轿车上才被装用 asr 的主要 作用是让车辆起动或加速时保持平稳 防止驱动轮出现空转或 因之而出现的侧滑 asr 由传感器监测车轮的滑转情况 当驱 动车轮出现滑转时 控制系统通过控制发动机的动力输出或对 滑转车轮施以制动力来抑制车轮的滑转 以使车轮保持最大的 附着力 提高汽车牵引力和行驶稳定性 asr 对滑转车轮施以 制动力所需的制动压力由制动液压装置产生 asr 对发动机动 力输出的控制通常是通过调整点火正时及间歇关闭喷油阀 降 低发动机转速 降低发动机转矩 防止车轮打滑 asr 通常是根据汽车的行驶和车轮的滑转状况 对发动机 输出功率和驱动车轮制动综合协调控制来控制驱动车轮的滑转 率保持在理想的范围之内 以确保汽车在起步 加速及滑溜路 面行驶时有良好的牵引性和行驶稳定性 如果车辆在摩擦系数小的湿滑 积雪 结冰等路面起动或 加速时 驱动轮容易打滑导致汽车失控 tcs 系统一旦发现某 车轮有这种趋势 就迅速调节该车轮的输出扭矩 同时启动 abs 对打滑的驱动轮进行适当制动 以平衡每个车轮的抓地力 使其不致出现打滑或空转 保证车辆能迅速稳定地起动或加速 保持良好的操控性和方向稳定性 6 esp 电子稳定系统 车身电子稳定系统 electronic stability program 简称 esp 是博世 bosch 公司的专利 esp 系统实际是一种牵引力控制 系统 与其他牵引力控制系统比较 esp 不但控制驱动轮 而 且可控制从动轮 如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况 此 时后轮失控而甩尾 esp 便会刹慢外侧的前轮来稳定车子 在 转向过少时 为了校正循迹方向 esp 则会刹慢内后轮 从而 校正行驶方向 esp 系统包含 abs 防抱死刹车系统 及 asr 防侧滑系统 是这两种系统功能上的延伸 因此 esp 称得上是当前汽车 防滑装置的最高级形式 esp 系统由控制单元及转向传感器 监测方向盘的转向角度 车轮传感器 监测各个车轮的速 度转动 侧滑传感器 监测车体绕垂直轴线转动的状态 横向加速度传感器 监测汽车转弯时的离心力 等组成 控制 单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断 进而 发出控制指令 有 esp 与只有 abs 及 asr 的汽车 它们之间的 差别在于 abs 及 asr 只能被动地作出反应 而 esp 则能够探测 和分析车况并纠正驾驶的错误 防患于未然 esp 对过度转向 或不足转向特别敏感 例如汽车在路滑时左拐过度转向 转弯 太急 时会产生向右侧甩尾 传感器感觉到滑动就会迅速制动 右前轮使其恢复附着力 产生一种相反的转矩而使汽车保持在 原来的车道上 当然 任何事物都有一个度的范围 如果驾车 者盲目开快车 现在的任何安全装置都难以保全 7 车身动态综合管理系统 为了更好地确保安全性 目前主动安全技术的一种发展是 把 abs ebd asr 和 esp 等控制驱动力和制动力的主动安全系统 与电子控制系统 eps 电子悬架调节系统 ems 等组合成为车身 动态综合管理系统 vdim 与 esp 相比 vdim 对汽车各种行 驶状态实现类似球面的平滑控制 丰田汽车公司于 2005 年首次 把 vdim 运用到雷克萨斯 gs430 上 vdim 引人注目的地方在于 驾驶的整个过程就是人 车和道路环境之间一个信息交流过程 此系统构成一个人 车 道路环境的信息闭环系统 车辆性能的表 现取决于人 车和道路环境三者之间的相互协调和最佳匹配 即实现驾驶员的行为特性 车辆的机械特性以及道路设施与环 境之间的最优协调 以达到整体的最佳的效果 vdim 具有以下 的优点 1 vdim 将 abs ebd esp 等主动安全系统组合成一体 液压调节装置也组合为一体 称为电子控制系统 ecb 2 vdim 对车辆的操控性作了进一步的改进 传统的 abs ebs 和 esp 均为各自独立的功能 vdim 整合了这些系统的功能 进 行统一管理 能在发生侧滑之前就对车辆进行控制 不仅保证 了更高的预防安全性能 同时还使得车辆在起步 行进 转弯 停止等车辆基本运动性能更上一个台阶 3 vdim 将 abs ebd asr 和 esp 与电子控制转向系统 eps 和电子悬架调节 ems 组合 能够对车身姿态进行全方位 的调节 abs ebd asr 和 esp 可以控制车辆车轮的前后作用 力 即驱动力和制动力 eps 和 ems 可以控制车辆的侧向作 用力 转弯时 esp 和 eps 配合可以控制调节转向力矩 对前轮 转向实现恰当助力和准确修正 而 ems 可以调节任意状态下车 身前后左右姿态 因此这些系统综合控制时 能大大提高车辆 的行驶安全性和乘坐舒适性 4 vdim 采用了智能识别与判断技术 达到更好的人车 合一的境界 8 汽车防撞装置 汽车防撞装置是借助于遥测技术监视汽车前方和后方的车 辆 障碍物 并根据当时的车速自动判断是否达到危险距离 及时向司机发出警告 必要时还可进行自动关车 自动紧急刹 车 随着汽车数量日益增多 车速愈来愈高 汽车交通事故也 随之增多 汽车相撞 撞人 撞障碍物 翻车 冲出公路等时 有发生 尤其高速公路上一旦出现撞车就会造成多车相撞 此 外 汽车倒车时司机不能观察车后情况 也往往造成撞人或撞 上障碍物 分析撞车原因 大致有 驾驶不慎 能见度不高 车速过快 车距过小或汽车本身故障等 汽车防撞装置可在任 何天气 任何车速状态下探测出将要发生的危险情况并及时提 醒司机及早采取措施或自动紧急制动 避免严重事故发生 9 智能安全道路系统 智能安全道路系统的原理是通过管理和控制行驶在其上的 车辆 建立车辆与车辆之间的通讯与联系 保证每部行驶的车 辆的安全 智能安全道路系统的核心在于 车辆通过相互通讯 对于道路情况有一个清晰全面的了解 同时道路也通过与车辆 沟通 了解目前车辆行驶情况 在强大计算机技术以及控制 软件的帮助之下 道路能够合理分配车辆的流量以及控制车辆 速度 使得所有车辆以一种实时受控制的状态行驶在道路上 这样即充分利用了道路的环境 又使车辆驾驶员因操作导致的 事故可能降到了最低 在今年的上海世博会上 上汽集团 通 用汽车在其汽车馆内推出了全新的 面向 2030 年城市交通的 电动联网概念车 electric networked vehicle en v 它的核心 为电气化和车联网技术 这使车与车之间 车与外界之间时刻 能够保持信息交换 通过整合全球定位系统和导航技术 车对 车交流技术 无线通信以及远程感应技术 使得 en v 可以使用 手动驾驶或者自动驾驶模式 并且通过对实时交通信息的分析 自动选择路况最佳的行驶路线 10 汽车自适应巡航控制系统 汽车巡航控制系统是在一定车速范围内 驾驶员不用控制 加速踏板而能使汽车保持设定速度行驶的控制装置 采用这种 控制装置后 车辆在高速公路长时间行驶时 驾驶员不需要一 直控制加速踏板 从而降低了疲劳强度 同时少了不必要的车 速变化 使得燃油经济性变好 而自适应巡航控制系统 atc 是将车辆的巡航控制系统与车辆主动安全技术相联系 在使用 自动巡航控制时 有效减少追尾等事故的发生 提升行车的安 全性 atc 主要使用范围是在高速公路 低交通密度宽阔的道 路上 act 属于前向行驶的速度控制系统 标准的巡航速度控 制是 act 最基本的控制功能 act 最主要的功能在于控制本车 与周边车辆的安全的距离 其通过车身前部以及四周配置的多 个雷达以及传感器 通过车内控制系统的先进算法向驾驶员提 供安全的辅助信息和建议 并在探测到潜在的危险时向驾驶员 发送警报 甚至直接介入车辆的制动系统加以干预 act 与普 通巡航控制系统相比最大的进步在于 其车辆前部的雷达探测 器不仅仅能够测量本车与前车的距离 还能进一步得知前方车 辆的运行速度和两车相对的加速度 相比传统巡航控制系统 act 能够通过距离与速度的计算自动调整巡航速度以及保持安 全距离 而且不需要驾驶员进行额外干预 act 实现速度和车 距控制的关键在于锁定前方车辆 然后计算出行驶速度 加速 度等行驶信息 当启动 act 后 系统会依据车辆当前速度和设 定的巡航速度 计算出与前方车辆的安全距离 驾驶员只需要 为 act 设定反应时间 在行驶时 act 则会不断监控车速与车距 并判断下一步的控制 当行驶前方无车辆或者与前车距离大于 安全距离时 act 处于普通的巡航控制状态 当前方出现车辆 并且两车的距离逐渐小于设定的安全距离时 act 将控制节气 门开度对车辆进行减速 调整到与前车相同的速度以保持安全 距离 并且通过警报器提醒驾驶员注意速度与距离的变化 如 果前车离开车道或者距离增大后 act 将车速恢复到原设定值 如果前车进行紧急制动 act 判断出辆车相对加速度的异常后 会立刻通过警报警示驾驶员 同时进行制动干预 同样的措施 会在前方突然有车辆并线进入的情况下启动 在 act 的整个运 行过程中 一旦驾驶员参与车辆驾驶后 act 将自动退出对车 辆的控制 4 汽车的被动安全技术 汽车被动安全性 是指交通事故发生后 汽车本身减轻人 员伤害和货物损失的能力 汽车的被动安全系统主要包括安全带 安全气囊 智能安 全带及安全气囊系统 吸能式车体结构等 安全气囊作为乘员 约束保护系统的组成部分 已经成为现代汽车被动安全性的标 志 已经得到广泛的应用 欧 美 日等发达国家和地区 乘 用车的前排座位几乎都安装正面碰撞