汽車安全裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀與分析畢業(yè)論文

1、汽車安全裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀與分析畢業(yè)論文 高 等 教 育 自 學 考 試畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書汽車檢測與維修(獨立本科段)汽車安全裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀與分析汽車安全裝置的應(yīng)用現(xiàn)狀與分析摘 要 從18世紀汽車誕生以來,汽車對促進社會的進步,提高大眾的物質(zhì)和精神生活的水平都起到了非常重要的作用。但是隨著世界汽車工業(yè)的不斷發(fā)展,汽車保有量迅速的增加,隨之而來的汽車安全事故,環(huán)境污染及能源的消耗,特別是汽車安全問題,已經(jīng)越來越的嚴重,已經(jīng)對社會和人身財產(chǎn)安全造成了嚴重的危害。 目前,全球道路安全形勢十分的嚴峻,全世界每年因死于車禍的人數(shù)已經(jīng)達到120萬人,傷殘5000萬人,直接的經(jīng)濟損失已經(jīng)達到5000多億美元

2、。據(jù)預測,到2020年,道路交通死亡人數(shù)將達到234萬人,道路交通死亡人數(shù)在人類死亡和致病原因中排名第三,加強道路安全管理和汽車自身的安全的研究,預防交通事故,是需要全社會共同關(guān)注和改善的重要課題。 雖然我國汽車工業(yè)水平與先進的國家相比還有一定的差距,但是政府一直對汽車的安全,環(huán)保和節(jié)能給予了高度的重視,并制定了一系列的法律法規(guī)。而且汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策明確規(guī)定對汽車產(chǎn)品實行國際通行的形式認證制度,以推動汽車安全性的提高?！熬盼迤嚬I(yè)發(fā)展綱要”明確的提出了提高汽車安全性的目標和措施,包括采用ABS和安全氣囊等。然而因為我們國家的工業(yè)水平和科技技術(shù)水平還和國外發(fā)達國家有一定的差距。因此學習外國經(jīng)驗

3、,吸收消化引進的先進技術(shù),創(chuàng)造性地開發(fā)我們自己的安全性、低污染、低耗能的產(chǎn)品是當務(wù)之急。 關(guān)鍵詞:汽車安全,安全裝置,安全技術(shù),未來發(fā)展THE PRESENT SITUATION OF THE APPLICATION OF AUTOMOTIVE SAFETY DEVICE WITH ANALYSISABSTRACT From 18 actual cars, cars since in promoting the progress of the society, improve the public the level of material and spiritual life has pla

4、yed a very important role. But as the world the continuous development of auto industry, auto possession, along with the rapidly increased automotive safety accidents, environmental pollution and energy consumption, especially automobile safety issues, has been more and more serious, already on soci

5、al and personal property safety caused serious harm At present, the global road safety situation is very serious around the world every year because of the number of died in a car accident has reached 1.2 million people and disable 50 million people, direct economic losses have reached 50 billion do

6、llars. It is predicted that by 2020, road traffic deaths will reach 234 million, road traffic deaths in human death and causes of road safety ranked third, strengthen management and car own safety research, prevent traffic accidents, is the need to improve the whole society to care and an important

7、issue Although the national automobile industry compared with advanced countries, there is still a gap, but the government has been for the automobile safety, environmental protection and energy saving gave a high degree of attention and enacted a series of laws and regulations. And automotive indus

8、try policy of automobile products shall be expressly prevailing international authentication system in the form of auto safety, the improved. "Ninth-five-year plan automobile industry development outline" clear are put forward to improve the car safety goals and measures, including adopt A

9、BS and airbags, etc. However, because our country's industrial level scientific and technological level and abroad developed countries at a distance. So learn foreign experience, absorbing the introduction of advanced technology, creatively develops our own security, low pollution and low consum

10、ption of products is a priority KEY WORDS: auto safety, safety device, security technology, the future development目 錄 前言 ?1第一章汽車安全系統(tǒng)?2§1.1 汽車被動安全系統(tǒng)?2§1.1.1 安全帶?2§1.1.2 安全氣囊SRS?2§1.1.3 側(cè)門防撞鋼梁?3§1.2 主動安全系統(tǒng)?3§1.2.1 防鎖死制動系統(tǒng)?3§1.2.2防碰撞預警系統(tǒng)?4§1.2.3 夜視輔助系統(tǒng)?4§1.2

11、.4 主動防追尾系統(tǒng)?5§1.2.5電子制動力分配系統(tǒng)?5§1.2.6牽引力控制系統(tǒng)?5§1.2.7電子穩(wěn)定裝置?5§1.3 其他相關(guān)安全裝置?6§1.3.1胎壓監(jiān)控?6§1.3.2倒車警告/倒車影像/車外攝像頭?6§1.3.3芯片防盜系統(tǒng)?7§1.3.4自動感應(yīng)大燈和/或夜視輔助系統(tǒng)?7第二章汽車安全系統(tǒng)發(fā)展歷程?8 §2.1 安全車身?8 §2.2 安全帶?9 §2.3 安全氣囊?9 §2.4 ABS和ESP?9第三章電子技術(shù)在汽車安全系統(tǒng)上的應(yīng)用?11 §3.

12、1 概述?11 §3.2 汽車電子一般技術(shù)?12§3.2.1 ABS自動防抱死剎車系統(tǒng),Anti-lock Braking System?12§3.2.2 電子制動力分配系統(tǒng)?12§3.2.3 牽引力控制TCS?12§3.2.4電子剎車輔助EBA?13§3.2.5 電子車身穩(wěn)定控制ESP?13§3.3 前向防撞系統(tǒng)?14§3.3.1 現(xiàn)狀分析?14§3.3.2 原理?15§3.3.3 系統(tǒng)構(gòu)成?15第四章汽車安全系統(tǒng)未來發(fā)展前景?16 §4.1 正在研發(fā)的技術(shù)?17 §4.2

13、已經(jīng)應(yīng)用的技術(shù)?18§4.2.1 自適應(yīng)巡航系統(tǒng):主動幫你加減速?18§4.1.3 酒后駕駛閉鎖裝置:拒絕酒后駕駛?18參考文獻?20致謝21 前 言 隨著社會發(fā)展,安全不僅僅是防碰撞的代名詞,財產(chǎn)安全也應(yīng)算到中間一條,所以安全系統(tǒng)已經(jīng)被融入到各個配置當中。特別是在我們汽車產(chǎn)業(yè)中,汽車安全系統(tǒng),已經(jīng)在逐步的發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)取得了一定的成果。駕駛安全化,是生產(chǎn)商、消費者、交通安全部門一直共同追尋的目標。為此,世界各大汽車公司都不惜一切代價提高現(xiàn)代汽車的安全系數(shù)。汽車安全設(shè)計的最早理念是將車身結(jié)構(gòu)、金屬件制作得更加堅固可靠些,使汽車在受到碰撞時能夠有效地保護車內(nèi)乘客的安全。隨著汽

14、車科技的日益進步,特別是近20年來計算機技術(shù),設(shè)計理論、新型材料、工藝技術(shù)等方面的大力發(fā)展和廣泛應(yīng)用,汽車的安全技術(shù)逐漸向電子化、智能化方向發(fā)展。如美國的克萊斯勒公司,為了增加安全系數(shù),在車內(nèi)添設(shè)了安全氣袋;對于兒童和老年人乘坐的汽車,專門設(shè)計出特別安全系數(shù)的座位,并在汽車的前部及側(cè)面安裝了緩沖裝置。日本三菱公司最近新推出的一款高技術(shù)安全汽車,車內(nèi)不僅帶有一般的安全設(shè)施。而且還裝有先進的雷達探測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠自動識別紅綠燈、交通標志;探測前方道路上的障礙物、道路狀況,能夠?qū)崿F(xiàn)自動駕駛,具有很高的人工智能。另外,該汽車還能根據(jù)司機的眨眼頻率,及時向駕駛?cè)藛T發(fā)出“過度疲勞,應(yīng)該休息”的警告。這些

15、安全措施都能使駕駛員在駕車行駛的過程中的安全系數(shù)有了進一步的提高。隨著科技的不斷的進步,安全技術(shù)也隨著提高,目前,汽車安全系統(tǒng)可以分為汽車主動安全系統(tǒng)和汽車被動安全系統(tǒng)兩大類。本篇論文就是對這兩大系統(tǒng)進行分析,并對未來的汽車安全系統(tǒng)的發(fā)展的一些期望。 汽車安全系統(tǒng) 汽車安全系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展,已經(jīng)劃分為兩大系統(tǒng),分別是汽車被動安全系統(tǒng)和汽車主動安全系統(tǒng),這兩個系統(tǒng)分別在不同的情況下起到不同的作用,下面我主要介紹的是汽車被動安全系統(tǒng)。§1.1 汽車被動安全系統(tǒng) 為避免或減輕人員在車禍中受到傷害而采取的安全設(shè)計稱為被動安全設(shè)計,如安全帶,安全氣囊,車身的前后吸能區(qū),車門防撞鋼梁都屬被動安

16、全設(shè)計。它們都是在車禍發(fā)生后才起作用的。§1.1.1 安全帶 是為了固定乘員身體以避免發(fā)生碰撞而設(shè)置的,主要有兩點式和三點式兩種,兩點式只固定乘員的腰部,不能固定上半身,一般不用在前座,三點式在兩點的基礎(chǔ)上加一根斜跨到肩部固定上半身的帶子,固定帶子的固定點有三處,它可固定乘員的上半身,提高了安全性。 預緊式安全帶:當汽車發(fā)生碰撞事故的一瞬間,乘員尚未向前移動時它會首先拉緊織帶,立即將乘員緊緊地綁在座椅上,然后鎖止織帶防止乘員身體前傾,有效保護乘員的安全。它除了有普通安全帶卷收器的收放織帶功能外,還有控制裝置和預拉緊裝置,它們的功能是當車速發(fā)生急劇變化時,能夠在0.1s左右加強對乘員的

17、約束力,固定乘員在座位上,最大限度的降低傷害。它也可歸于主動安全類。§1.1.2 安全氣囊SRS 當車輛前端發(fā)生了強烈的碰撞,安全氣囊就會瞬間從方向盤內(nèi)“蹦”出來,墊在方向盤與駕駛者之間,防止駕駛者的頭部和胸部撞擊到方向盤或儀表板等硬物上(安全氣囊并不是不分大小的碰撞都會出來的,它對正面碰撞的受力和接觸面積都有要求的,一般在時速40公里以上的正面撞擊,以及車輛中心左右各約30°角的正側(cè)面撞擊時,才會感應(yīng)產(chǎn)生作用)。 工作過程:當傳感器偵測撞車的強烈程度,傳遞出信號;氣體發(fā)生器根據(jù)信號指示產(chǎn)生點火動作,點燃固態(tài)燃料并產(chǎn)生氣體(多為氮氣)向氣囊充氣,使氣囊迅速膨脹,當膨脹起來后

18、氣囊又立即泄氣, 防止乘員在撞上它以后反彈回來的二次傷害。 但必須說明的是,安全氣囊的爆出具有很短的時間性,一般來說,是遇到較為劇烈的撞擊才會彈出,且不可收回。安全氣囊的防護性從現(xiàn)實角度上來說遠不及安全帶。而且如果沒有使用安全帶的情況下,一旦發(fā)生事故安全氣囊一般也于事無補。所以安全氣囊要在安全帶的配合使用下才能發(fā)揮其作用§1.1.3 側(cè)門防撞鋼梁 當汽車受到側(cè)面撞擊時,車門很容易受到?jīng)_擊而變形,直接傷害到車內(nèi)乘員。為了提高汽車的安全性能,就在汽車兩側(cè)門夾層中間放置一兩根非常堅固的鋼梁,它的作用是:當側(cè)門受到撞擊時,堅固的防撞桿能大大減輕側(cè)門的變形程度,從而能減少汽車撞擊對車內(nèi)乘員的傷

19、害。 §1.2 主動安全系統(tǒng) 主動安全就是盡量自如的操縱控制汽車。無論是直線上的制動與加速還是左右打方向都應(yīng)該盡量平穩(wěn),不至于偏離既定的行進路線,而且不影響司機的視野與舒適性。這樣的汽車,當然就有著比較高的避免事故能力,尤其在突發(fā)情況的條件下保證汽車安全。主動安全體系大致有以下幾個系統(tǒng)裝置。§1.2.1 防鎖死制動系統(tǒng) ABS是Anti-lock Breaking System縮寫。目前大多數(shù)轎車都裝有ABS。在遇到緊急剎車時,經(jīng)常需要汽車立刻停下來,但人為大力剎車容易發(fā)生車輪鎖死的狀況?如國前驅(qū)動輪鎖死引起汽車失去轉(zhuǎn)彎能力,后驅(qū)動輪鎖死容易發(fā)生甩尾事故等等。安裝ABS就是

20、為解決剎車時車輪鎖死的問題,從而提高剎車時汽車的穩(wěn)定性及較差路面條件下的汽車制動性能。簡而言之,就是在汽車制動狀態(tài)下,仍能保持轉(zhuǎn)向,保證制動方向的穩(wěn)定性。使汽車輪胎處于(即將靜止與未靜止之間)。ABS的廣泛使用,大大降低了在緊急情況下,汽車的事故率。§1.2.2防碰撞預警系統(tǒng) AWS是Advance Warning System縮寫。是一個意外事故預防和緩和的駕駛輔助系統(tǒng),在危險發(fā)生前給駕駛員提供及時的聲音和視覺報警。目前,公路交通事故已成為全球范圍內(nèi)日益嚴重的公共安全問題。統(tǒng)計資料表明,其中駕駛員的人為因素導致的公路交通事故率最高。無論是事故數(shù)量。還是傷亡人數(shù)均分別高達各自總數(shù)的9

21、0%左右。并且。在導致這些公路交通事故的駕駛員的人為因素中,疲勞和精神分散駕駛是重要原因之一。駕駛員在3s時間內(nèi)的注意力不集中,造成了其中80%的交通事故,主要表現(xiàn)為車道偏離和追尾事故。 目前。國內(nèi)外在防止車道偏離和保持安全車距兩個方面都開展了相當多有益的探索,在雷達、激光、超聲波、紅外線、機器視覺等傳感器技術(shù)方面都取得了一些突破。經(jīng)過長期大量的研究實踐,人們逐步認識到采用單目視覺技術(shù),僅使用一臺攝像機,即能在一定程度上實現(xiàn)對前方道路環(huán)境、車輛探測及車距監(jiān)測的功能。 車元素研究顯示,若在公路交通事故發(fā)生前的1.5s給駕駛員發(fā)出預警,則可避免90%的這類事故。因此,通過在汽車上安裝汽車碰撞預警系

22、統(tǒng),利用技術(shù)手段分析車道、周圍車輛的狀況等駕駛環(huán)境信息,一旦當駕駛員發(fā)生疲勞及精神分散、汽車出現(xiàn)無意識的車道偏離及汽車間車距過近。存在追尾可能時。能夠及時給予駕駛主動預警,是減少公路交通事故行之有效的技術(shù)措施。§1.2.3 夜視輔助系統(tǒng) 這項新的研發(fā)成果能提供更大的視野范圍,而且不會讓逆向的車輛感到晃眼。由于采用了夜視輔助系統(tǒng),可以提前看清近光燈照不到的黑暗中的 交通標牌、彎道、行人、汽車、丟失的貨物或者道路上其他可以造成危險的事物。這樣,駕駛者可以及時采取制動或者避讓措施。此外,這個系統(tǒng)能減輕駕駛者在夜 間開車的緊張和勞累,保持精神飽滿的狀態(tài),從而能夠在緊要關(guān)頭迅速而正確地做出反應(yīng)

23、。 配備了夜視輔助系統(tǒng)的車輛裝有兩個額外的紅外線前照燈,可以照到前方大約200m的距離。由于夜視輔助系統(tǒng)的前照燈在可見光波長范圍之外進行工作,因此不會對人類的視線產(chǎn)生影響。在擋風玻璃內(nèi)側(cè),一個小型紅外線攝像機可以記錄車輛前方的環(huán)境,并將其顯示在駕駛艙儀表板的顯示屏上。當車速超過每小時15km時,駕駛者就可以啟動夜視輔助系統(tǒng)。將前照燈打開,然后只需按下儀表板上的一個按鈕,通常情況下顯示速度的8 英寸顯示器就被切換為攝像機圖像的狀態(tài)。汽車前方的道路情況以一個清楚的灰度級圖像出現(xiàn)在人們眼前,而車速顯示和其他重要的駕駛艙信息也不會。§1.2.4 主動防追尾系統(tǒng) 是在車輛的前端裝上傳感器、雷達

24、、攝像機等設(shè)備,能夠自動探測出與前車的距離,并于本車的制動、燈光等系統(tǒng)聯(lián)動,當跟車距離低于安全距離時,系統(tǒng)會在零點幾秒內(nèi)啟動,以強制拉大跟車距離。東風標致206裝備有主動防追尾安全系統(tǒng),在緊急制動時,危險警示燈自動頻閃,盡早提醒后面車輛,預防后車追尾。§1.2.5電子制動力分配系統(tǒng) EBD能夠在汽車制動時自動調(diào)節(jié)前、后軸的制動力分配比例,并配合ABS提高制動穩(wěn)定性。汽車在制動時,四只輪胎與地面的摩擦力不一樣,容易造成打滑、傾斜和車輛側(cè)翻事故。EBD用高速計算機分別對四只輪胎附著的不同地面進行感應(yīng)與計算,根據(jù)不同的情況用不同的方式和力量制動,并不斷調(diào)整,保證車輛的平穩(wěn)、安全。 

25、7;1.2.6牽引力控制系統(tǒng) TCS又稱循跡控制系統(tǒng)。汽車在光滑路面制動時,車輪會打滑,甚至使方向失控。同樣,汽車在起步或急加速時,驅(qū)動輪也有可能打滑,在冰雪等光滑路面上還會使方向失控而出危險。TCS依靠電子傳感器探測車輪驅(qū)動情況,不斷調(diào)節(jié)動力的輸出,從而使車輪不再打滑,提高加速性與爬坡能力。§1.2.7電子穩(wěn)定裝置 電子穩(wěn)定裝置(ElectronicStablityProgram)是一種牽引力控制系統(tǒng),如圖:1-1不但控制驅(qū)動輪,而且可以控制從動輪。如后輪驅(qū)動汽車常出現(xiàn)的轉(zhuǎn)向過度的情況,此時后輪會失控而甩尾,ESP便會通過對外側(cè)的前輪的適度制動來穩(wěn)定車輛。轉(zhuǎn)向不足時,為了校正循跡方

26、向,ESP則會對內(nèi)后輪制動,從而校正行駛方向。 隨著近年電子科技的發(fā)展,各種汽車智能安全系統(tǒng)也開始發(fā)展起來,主要是通過由雷達和攝像機組成的“預知傳感器”,對行車危險進行判斷并幫助駕車者進行處理。這一系統(tǒng)能夠在汽車與其它物體發(fā)生撞前的瞬間,自動進行干預以保證安全§1.3 其他相關(guān)安全裝置 隨著社會發(fā)展,安全不僅僅是防碰撞的代名詞,財產(chǎn)安全也應(yīng)算到中間一條,所以安全系統(tǒng)已經(jīng)被被融入到各個配置當中,如果細分的話那將數(shù)不勝數(shù),下面我們來介紹幾種在中高檔轎車上出現(xiàn)且也不太多見的。§1.3.1胎壓監(jiān)控 美國國家公路交通安全管理局?NHTSA 已經(jīng)做出要求,截止2003產(chǎn)品年車重小于或達

27、到4536公斤的所有美國乘用車輛都必須配備胎壓監(jiān)控系統(tǒng),事后寶馬公司就已經(jīng)把該系統(tǒng)用在全系轎車中。駕駛者可以通過車內(nèi)提示警告系統(tǒng)來判斷輪胎胎壓情況是否正常,首先避免了因輪胎虧氣出現(xiàn)的行車跑偏,其次在高速行駛時也對乘坐者安全是一種保障。? 所用車型:奧迪、寶馬、上海通用別克君越、凱迪拉克、雷克薩斯、邁巴赫、梅塞德斯奔馳、沃爾沃等。§1.3.2倒車警告/倒車影像/車外攝像頭 倒車警告這項技術(shù)用于在駕駛期間以及駐車時,針對您盲區(qū)中的轎車或物體向您發(fā)出警告。通常,該系統(tǒng)會在您行車時已經(jīng)進行響應(yīng);它可能會使后視鏡內(nèi)的一個警告標示進行閃爍,同時會發(fā)出聲音警告,該系統(tǒng)是一個短程檢測系統(tǒng)。如:上海通

28、用別克君越車內(nèi)后視鏡就配備此功能,反光鏡左邊會有一個車體形狀的圖標,前/后雷達在偵測障礙物時警告標示會給駕駛者以視覺和聽覺上的警告。 倒車影像和后視攝像機是一體,不僅保護您的轎車,還能夠避免在倒車時意外傷及兒童和動物。倒車已經(jīng)從向下傾斜后視鏡或發(fā)出聲音警告到實時查看。新一代技術(shù)包括一個攝像機,它可以與導航系統(tǒng)協(xié)同工作,對您身后的一切進行廣角拍攝,然后反映在車內(nèi)屏幕上,從而幫助您倒車或掛接拖車。 所用車型:雷克薩斯、上海通用別克君越、梅塞德斯-奔馳等。§1.3.3芯片防盜系統(tǒng) 財產(chǎn)安全也被人日益關(guān)注,一部幾十萬的轎車被偷盜會讓車主受到很大的損失。廠家也絞盡腦汁為轎車加入更多的安全防范系

29、統(tǒng)。通用別克君越不僅在點火鑰匙上加入Passkey III安全防盜系統(tǒng),還針對后行李箱結(jié)構(gòu)進行了改進,變?yōu)檫b控開啟無鎖芯防盜模式,大大減低了被盜被撬的幾率,給車主財產(chǎn)方面的最大保護。§1.3.4自動感應(yīng)大燈和/或夜視輔助系統(tǒng) 自動感應(yīng)大燈隨車輛周邊環(huán)境光線影響,系統(tǒng)會自動識別判斷。雨霧天氣光線不夠,大燈會自動亮起給駕駛者提供更安全的行車環(huán)境。后期廠家又延伸到自適應(yīng)大燈系統(tǒng),這更高級的系統(tǒng)會因方向而調(diào)節(jié)在車輛轉(zhuǎn)向時會轉(zhuǎn)動燈光。它們也可以是車速感應(yīng)式車燈可以改變光束的長度或高度,或者對環(huán)境光進行補償。 夜視系統(tǒng)可以有不同的形式,如基本的紅外線大燈或熱成像攝像機。但是無論采用何種科技,作用

30、都一樣:在夜間或者視線不明的情況下,幫助您看清更遠處的路面并且辨別接近 1000 英尺外道路上的動物、人或樹木。圖像在駕駛室中的顯示屏上形成,使肉眼難于看清的障礙物體提前被駕駛者掌控,目前博世公司開發(fā)的夜視系統(tǒng)則具有以上功能,但價格很是昂貴,即使是超豪華轎車目前也基本為選配系統(tǒng)。相信不久將來這一更高級的系統(tǒng)也會被中高級轎車所選用。 所用車型:凱迪拉克、雷克薩斯、林肯、梅塞德斯-奔馳S系等。 汽車安全系統(tǒng)發(fā)展歷程 如今,汽車安全已經(jīng)成為各大汽車廠商必修的功課,從只說安全的VOLVO到“為了所有人安全”的本田汽車,汽車安全成為汽車廠商宣傳的核心主題之一,那么,我們現(xiàn)在回頭看看,到底誰才是真正開創(chuàng)汽

31、車安全的鼻祖呢? 在講述ESP、安全帶、安全氣囊甚至G-CON車身之前,讓我們再來看看汽車安全的發(fā)展歷史,從歷史來看,汽車安全在汽車發(fā)明之后的50年左右才被逐步重視起來,這次我們必須仍然要感謝汽車的鼻祖戴姆勒-奔馳汽車,我們還要記住被稱為安全之父的一個人?巴恩伊(Béla Barényi)。§2.1 安全車身 1939年8月1日,巴恩伊第一次來到位于斯圖加特市郊辛德芬根的戴姆勒-奔馳公司上班。這位年輕人由此開始了改寫了汽車發(fā)展史的偉大歷程,因為后來出現(xiàn)的許多安全設(shè)計理念和技術(shù)都與他的發(fā)明息息相關(guān)。而在此前,這位脾氣急躁的天才設(shè)計師卻總窩在一間木板房里進行著各種新技

32、術(shù)的研發(fā)。早在40年代,他就開始注意到汽車的車身設(shè)計是決定汽車被動安全的關(guān)鍵,他創(chuàng)造性地提出特別設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向柱、方向盤、底盤以及車身,以確保車內(nèi)駕乘人員的安全性。他說:“未來汽車上的轉(zhuǎn)向系、轉(zhuǎn)向柱、方向盤、底盤和車身一定會與目前的有所不同。” 從1939年8月起,巴恩伊就在一個96平方米大小的木棚房里開始了他的設(shè)計研發(fā)工作。作為當今汽車安全車身技術(shù)的基礎(chǔ),巴恩伊在他的“Terracruiser”(1945)和“Concadoro”(1946)的新車方案中率先提出了他對被動安全的設(shè)想和未來車身的設(shè)計結(jié)合在一起思想。其中,六座的“Terracruiser”在車身中部設(shè)計了異常堅固的乘坐艙,并

33、且前面和后面分別與塑性變形碰撞緩沖區(qū)彈性連接,它們在事故發(fā)生時能吸收碰撞所產(chǎn)生的動力能量。類似的安全特性在三座的“Concadoro”上也有所體現(xiàn)?！癈oncadoro”車身采用三廂結(jié)構(gòu)設(shè)計,單排的座椅使得駕駛艙可以前后調(diào)整。此外,設(shè)計方案已經(jīng)有了帶擋板的方向盤和安全轉(zhuǎn)向柱。而這個時候,汽車巨子豐田汽車尚未誕生,本田汽車仍然在專注于它的摩托車技術(shù)。§2.2 安全帶 安全帶的發(fā)明和使用是當今汽車安全的專家VOLVO,如圖2-1,早在上世紀40年代,VOLVO汽車的安全設(shè)計也開始啟程,20世紀40年代,VOLVO在PV444型車上配置了諸如膠合擋風玻璃和安全車廂的框架機構(gòu)等創(chuàng)新配置,這種

34、設(shè)計和奔馳的巴恩伊在轎廂安全設(shè)計理念如出一轍。1959年,VOLVO推出了由尼爾斯?波哈林發(fā)明的三點式安全帶,從此改變了整個汽車世界。VOLVO于1962年榮獲第一個安全獎,以后類似獎項就接踵而來。1970年,VOLVO開始在轎車上裝備兒童安全座椅,1987年VOLVO又首先在轎車上裝備了安全氣囊。§2.3 安全氣囊 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,近年來安全氣囊,如圖2-2,幾乎成了各個汽車廠商轎車的標準配備了,保護汽車乘員的想法最先產(chǎn)生于美國。1952年美國汽車生產(chǎn)者聯(lián)合會在理論上闡述了這樣一種汽車安全系統(tǒng)的必要性。幾乎同時,這種系統(tǒng)的原理圖也繪制了出來。1953年8月,美國人約翰.赫特里特

35、首次提出了“汽車用安全氣囊防護裝置”,并在美國獲得了“汽車緩沖安全裝置”專利。但是真正實現(xiàn)安全氣囊的商用仍然是汽車安全的始祖戴姆勒奔馳,由于當時技術(shù)水平的限制,還不能把這種想法或?qū)＠吨T實現(xiàn)。到了1980年,奔馳公司開始實現(xiàn)這種設(shè)想,它在自己生產(chǎn)的部分汽車上安裝了安全氣囊。而從1985年起,在全部供應(yīng)美國市場的汽車上都有安裝了這種安全系統(tǒng)。隨后,又出現(xiàn)了第一個保護駕駛員旁前排座乘員頭部的氣囊。§2.4 ABS和ESP ABS技術(shù)是英國人霍納摩爾1920年研制發(fā)明并申請專利,如圖2-3,早在20世紀30年代,ABS就已經(jīng)在鐵路機車的制動系統(tǒng)中應(yīng)用,目的是防止車化在制動過程中抱死,導致車

36、輪與鋼軌局部急劇摩擦而過早損壞。 1936年德國博世公司取得了ABS專利權(quán)。它是由裝在車輪上的電磁式轉(zhuǎn)速傳感器和控制液壓的電磁閥組成,使用開關(guān)方法對制動壓力進行控制。 20世紀40年代末期,為了縮短飛機著陸時的滑行距離、防止車輪在制動時跑偏、甩尾和輪胎劇烈磨耗,飛機制動系統(tǒng)開始采用ABS,并很快成為飛機的標準裝備。20世紀50年代防抱制動系統(tǒng)開始應(yīng)用于汽車工業(yè)。1951年Goodyear航空公司裝于載重車上;1954年福特汽車公司在林肯車上裝用法國航空公司的ABS裝置。 1978年ABS系統(tǒng)有了突破性發(fā)展。博世公司與奔馳公司合作研制出三通道四輪帶有數(shù)字式控制器的ABS系統(tǒng),并批量裝于奔馳轎車上

37、。由于微處理器的引入,使ABS系統(tǒng)開始具有了智能,從而奠定了ABS系統(tǒng)的基礎(chǔ)和基本模式。90年代初期,在當今炙手可熱的ESP開始被博世汽車發(fā)明出來,如圖2-4,但是第一款安裝了ESP的轎車仍然是奔馳的產(chǎn)品-A級車。 所以,汽車安全幾乎是來自各個工業(yè)領(lǐng)域的積累,無論是VOLVO還是奔馳,都是這個領(lǐng)域內(nèi)實現(xiàn)商用化的先鋒,特別是汽車鼻祖奔馳,綜合來說,作為安全帶的開山鼻祖,VOLVO的安全的確讓人稱道,還有一貫對安全電子系統(tǒng)專注不止的博世汽車零部件公司,但是值得注意的是,從汽車安全車身設(shè)計理念到ABS/ESP、安全氣囊的大規(guī)模商用,奔馳汽車一直走在其它汽車公司之前。 梅賽德斯-奔馳自1900年生產(chǎn)出

38、世界上第一臺現(xiàn)代汽車以來,一直引領(lǐng)著整個汽車行業(yè)的發(fā)展,特別在汽車安全領(lǐng)域,ABS、ESP、安全帶、安全氣囊、碰撞測試等現(xiàn)代汽車的安全基礎(chǔ)要素幾乎都是由梅賽德斯-奔馳首創(chuàng)或率先使用的。電子技術(shù)在汽車安全系統(tǒng)上的應(yīng)用§3.1 概述 淺談汽車電子安全系統(tǒng)自從1886年世界上第一臺汽;Fh發(fā)動機驅(qū)動的車誕生以來,汽車安全一直是廣大汽車機械工程師們致力研究的重點。從安全氣囊到ABS,到今天在部分中低檔車都已安裝的ESP系統(tǒng),電子技術(shù)越來越多地應(yīng)用在汽車安全方面。隨著人們生活水平的提高,汽車價格逐年下降,汽車擁有量逐年上升,城市交通狀況不容樂觀,交通事故急劇攀升,其中因為駕駛者剎車不及時而發(fā)生

39、前向碰撞引發(fā)的交通事故占了大部分。另有大部分初學駕駛者和女性駕駛者,對車輛的控制能力較弱,在交通擁擠的時候,對跟隨前方車輛的距離判斷不準,駕駛自動檔的汽車時,極易因為沒有踩住剎車而導致汽車前溜,與前車發(fā)生碰撞。本文介紹了汽車安全相關(guān)的電子技術(shù),闡述了前向防撞系統(tǒng)現(xiàn)狀、原理和構(gòu)成。 §3.2 汽車電子一般技術(shù) 汽車電子技術(shù)主要有防抱死ABS、制動力分BP.EBD、牽引力控制TCS、電子剎車輔助BAS、電子車身穩(wěn)定控制ESP等。 §3.2.1 ABS自動防抱死剎車系統(tǒng) 在遭遇緊急情況時駕駛者踩死剎車,未安裝ABS系統(tǒng)的車輛來不及分段緩剎只能立刻踩死,剎車碟抱死車輪。由于車輛沖刺

40、慣性,瞬間可能發(fā)生側(cè)滑、行駛軌跡偏移與車身方向不受控制等危險狀況,ABS系統(tǒng)使車輛在車輪即將達到抱死臨界點時,剎車在一秒內(nèi)可作用60至120次,相當于不停地剎車、放松,即相似于機械自動化的“點剎”動作。此舉可避免緊急剎車時方向失控與車輪側(cè)滑,同時加大輪胎摩擦力,使剎車效率達到90% 以上。§3.2.2 電子制動力分配 EBD 的英文全稱是ElectricBrake?force Distribution,中文直譯就是“電子制動力分配”。汽車在制動時,四只輪胎附著的地面條件往往不一樣,比如有時左前輪和右后輪附著在干燥的水泥地面上,而右前輪和左后輪卻附著在水中或泥水中,這種情況會導致汽車制

41、動時四只輪子與地面的摩擦力不一樣,制動時容易造成打滑、傾斜和車輛側(cè)翻事故。EBD的工作原理就是用高速計算機在汽車制動的瞬間,分別對四只輪胎附著的不同地面進行感應(yīng)、計算,得出不同的摩擦力數(shù)值,使四只輪胎的制動裝置根據(jù)不同的情況用不同的方式和力量制動,并在運動中不斷高速調(diào)整,使制動力與摩擦力相匹配,從而保證車輛的平穩(wěn)、安全。從理論上講,當緊急剎車車輪抱死的情況下,EBD在ABS動作之前就已經(jīng)平衡了每一個輪的有效地面抓地力,可以防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)移,并縮短汽車制動距離。由此看來,EBD實際上是ABS的輔助功能,它可以改善并提高ABS的功效。§3.2.3 牽引力控制TCS 牽引力控制系統(tǒng)的英文

42、全稱是Traction Control System,如圖3-1,又稱循跡控制系統(tǒng)。汽車在光滑路面制動時,車輪會打滑,甚至使方向失控。同樣,汽車在起步或急加速時,驅(qū)動輪也有可能打滑,在冰雪口謝黎等光滑路面上還會使方向失控而出危險,TCS就是針對此問題而設(shè)計的。TCS依靠電子傳感器探測到從動輪速度低于驅(qū)動輪時這是打滑的特征,就會發(fā)出一個信號,調(diào)節(jié)點火時間、減小氣門開度、減小油門、降擋或制動車輪,從而使車輪不再打滑。§3.2.4電子剎車輔助EBA 電子控制剎車輔助EBA?ElectronicBrake Assist,這個系統(tǒng)可以感應(yīng)駕駛?cè)藢x車踏板的作動需求程度,當電腦從剎車踏板所偵測到

43、的剎車動作,來判斷駕駛?cè)舜舜蝿x車的意圖。如果是屬于非常緊急、急迫的剎車,EBA此時將會指示剎車系統(tǒng)產(chǎn)生更高的;Fh壓使ABS發(fā)揮作用,而使剎車力更快速的產(chǎn)生減少剎車距離。電子控制剎車輔助系統(tǒng)尤其是對于腳力較差的婦女及高齡駕駛者,在規(guī)避緊急危險的剎車時甚有幫助。EBA可以根據(jù)駕駛者踩剎車踏板的力度與速度,極快地反應(yīng)和計算緊急程度,瞬間增加制動;Fh壓的壓力,縮短剎車距離。據(jù)悉它能使車速高達200公里/小時的汽車完全停下的距離縮短21米之多,可以避免許多意外,尤其是在高速公路上,EBA更能有效防止常見的“追尾”意外。§3.2.5 電子車身穩(wěn)定控制ESP ESP 是英文Electronic

44、 StabilityProgram 的縮寫,中文意思是“電子穩(wěn)定程序”。ESP綜合了ABS剎車防抱死系統(tǒng)、EBA電子制動輔助系統(tǒng)和TCS牽引力控制系統(tǒng)三個系統(tǒng)的作用,功能更為強大。ESP系統(tǒng)由中央控制單元ECU及轉(zhuǎn)向傳感器、車輪傳感器、側(cè)滑傳感器、橫向加速度傳感器和執(zhí)行器組成,其目的是在電腦實時監(jiān)控汽車運行狀態(tài)的前提下,對發(fā)動機及制動系統(tǒng)進行干預和調(diào)控。 ESP系統(tǒng)工作原理如下:在汽車行駛過程中,轉(zhuǎn)角傳感器感知駕駛者轉(zhuǎn)彎方向和角度,車速傳感器感知車速、油門開度和轉(zhuǎn)速力矩,剎車傳感器感知剎車力,而擺角傳感器則感知車子的傾斜度和側(cè)傾速度。ECU了解這些信息之后,通過計算判斷汽車要正常安全行駛和駕

45、駛者操縱汽車意圖的差距,然后,由ECU發(fā)出指令,調(diào)整發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和車輪上的剎車力,從而修正汽車的過度轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向不足,以避免汽車打滑、轉(zhuǎn)向過度、轉(zhuǎn)向不足和抱死,從而保證汽車的行駛安全。美國于去年通過法令,要求新下線的所有汽車必須加裝ESP系統(tǒng),從而減少因側(cè)翻引起的交通事故。我國國內(nèi)的汽車,在高檔車中能普遍看到ESP系統(tǒng)的身影,但部分中低檔車如一汽大眾的速騰和東風雪鐵龍的凱旋等車型也裝備了ESP系統(tǒng),可見加裝ESP系統(tǒng)是汽車發(fā)展的趨勢。 §3.3 防撞系統(tǒng) 防撞系統(tǒng)最先應(yīng)用在飛機上,通過類似于敵我識別器的裝置,判斷對方航空器間的距離和速度,給己方提供駕駛參考和報警。現(xiàn)在汽車上也能見到防撞

46、系統(tǒng)的身影,最常見的是倒車雷達,通過雷達提供的距離信息,給駕駛者報警信息。國際上如德國、日本、美國等先進的汽車生產(chǎn)國,在十年前已經(jīng)開始了主動防撞安全裝置的研究與開發(fā)。戴姆勒?克萊斯勒公司和沃爾沃公司在汽車防撞器方面走在世界前列。§3.3.1 現(xiàn)狀分析 國內(nèi)市面上的前向防撞系統(tǒng)分為兩類,一類是純報警型,根據(jù)前向探測障礙物的距離,在超過安全范圍時給駕駛者提供報警,這類防撞裝置和倒車雷達差不多,有很多實用產(chǎn)品可供選擇。另一類是主動控制型防撞系統(tǒng),除在探測到前方障礙物時報警外,如駕駛者未采取措施,超出安全范圍時,根據(jù)電腦預先設(shè)定的控制方案,通過控制油門、剎車等裝置,達到主動制動的目的,從而保

47、證駕駛者的安全。國內(nèi)汽車自動防撞技術(shù)方面的研究,主要在一些大型汽車企業(yè)和科研院所開展,如:長春一汽、上海大眾、東風汽車、交通部科學研究所、武漢汽車研究所、清華大學汽車系、北京理工大學機械系、廣西大學、江蘇賽博、上海微系統(tǒng)。已經(jīng)形成了產(chǎn)品的,其中江蘇賽博的防撞雷達系統(tǒng)虛警率達到1 ,而北京泰遠的防撞產(chǎn)品未公布其虛警率。 目前國內(nèi)生產(chǎn)的汽車極少安裝雷達式前向防撞系統(tǒng),一方面是因為加大了汽車的制造成本,不利于市場競爭,最重要的原因是,國內(nèi)沒有成熟的自主產(chǎn)權(quán)的前向防撞系統(tǒng)!國外主要汽車制造商壟斷了汽車核心技術(shù),不向中國轉(zhuǎn)讓。典型的例子是一汽紅旗的HQ3車型,采用日本豐田皇冠的M ESTA平臺,HQ3原

48、型車MAJESTA 的主動避撞系統(tǒng)Pre-crash分為兩種:一種為緊急制動方式break type,由BA+預緊安全帶組成,標配于所有MAJESTA轎車;另一種為雷達方式Radar type,由雷達+攝像頭+BA+預緊安全帶+發(fā)動機制動+主動懸掛調(diào)整系統(tǒng)組成。紅旗HQ3提供的緊急避撞系統(tǒng)為緊急制動方式breaktype,可理解為緊急制動輔助系統(tǒng)與安全帶預緊系統(tǒng)的結(jié)合體。駕駛員快速踏下制動踏板時此系統(tǒng)會通過啟動剎車輔助制動加大制動力,同時讓預緊安全帶收縮,起到緊急狀態(tài)下比如碰撞前提前對乘客 保護的目的,更高級的雷達式主動避撞系統(tǒng)沒能在紅旗HQ3上出現(xiàn),它只裝備于日本本土的豐田MAJESTA轎車

49、上。國內(nèi)生產(chǎn)的前向防撞系統(tǒng),虛警率達到1%。,這數(shù)字在一般的應(yīng)用中可以忽略不計,但是在時速12O公里的行駛中,如果來一次虛報,汽車馬上緊急制動,其危險性是可想而知的。故就算汽車加裝了國產(chǎn)的前向防撞系統(tǒng),相信廣大消費者仍會持觀望態(tài)度而不敢采用。§3.3.2 原理 防撞系統(tǒng)的原理,是通過在汽車前向加裝雷達或激光測距裝置,以及視頻成像設(shè)備,根據(jù)測距裝置返回的距離信息,結(jié)合圖像分析,車載電腦自動判斷汽車行駛學術(shù)?建設(shè)園地研究園地 I專版方向的周圍是否出現(xiàn)障礙物,采用聲光報警提醒駕駛者,如駕駛者未采取任何措施,電腦即自行控制油門和剎車,達到減慢車速乃至制動的安全目的。§3.3.3 系統(tǒng)構(gòu)成 防撞系統(tǒng)由測距裝置、視頻成像設(shè)備、中央控制單元,結(jié)合前文所述的ESP系統(tǒng)構(gòu)成。 測距裝置?主要有測距微波雷達、激光測距,利用多普勒效應(yīng),精確測量物體間的距離。防撞系統(tǒng)安裝的測距設(shè)備,分布在車頭前方、兩側(cè)、尾部,分別測量各個方向的障礙物距離數(shù)據(jù),提供給車載電腦進行分析判斷。 視頻成像設(shè)備?在車輛前方安裝全天候成像功能的攝像頭,拍攝行駛前方的圖像,通過分析圖像,對測距裝置返回的數(shù)據(jù)進行輔助判斷,減少各種干擾,提高判斷的準確率。中央控制單元? 由具有高速運算能力的DSP芯片和單片機構(gòu)成車載電腦,存儲著判斷及控制程序,處理各種輸入數(shù)據(jù),并將控制信息傳遞到發(fā)