第五章車身部分的電子控制

5.1

電子控制安全氣囊系統(tǒng)5.2汽車電子防盜系統(tǒng)5.3自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)5.4

汽車夜視系統(tǒng)5.5汽車碰撞警示與預(yù)防系統(tǒng)第五章車身部分的電子控制5.1電子控制安全氣囊系統(tǒng)5.1.1概述5.1.2安全氣囊系統(tǒng)的基本組成5.1.3安全氣囊系統(tǒng)工作原理

5.1.4碰撞傳感器5.1.5電子控制系統(tǒng)

5.1.1概述

安全氣囊(SupplementalRestraintSystem，SRS)，也稱輔助乘員保護(hù)系統(tǒng)。

它是一種當(dāng)汽車遇到?jīng)_撞而急劇減速時能很快膨脹的緩沖墊，可以保護(hù)車內(nèi)乘員不致撞到車廂內(nèi)部，是一種被動安全裝置，具有不受約束、使用方便和美觀等優(yōu)點。

近年來隨著世界汽車市場的競爭愈演愈烈，以及安全氣囊制造成本的降低，以往只在高檔轎車作為選裝件的安全氣囊，現(xiàn)已逐步發(fā)展到作為標(biāo)準(zhǔn)件安裝到一些小型、緊湊型轎車上。安全氣囊的類型：

1.根據(jù)碰撞類型的不同，分正面碰撞防護(hù)安全氣囊和側(cè)面碰撞防護(hù)安全氣囊及頂部碰撞防護(hù)安全氣囊；

正面碰撞防護(hù)安全氣囊在轎車有較高的安裝率。已成為基本安全配置。

實際交通事故統(tǒng)計表明，安全氣囊與三點式安全帶配合使用，對正面碰撞事故中的乘員具有更好的保護(hù)效果。2.按照安全氣囊安裝數(shù)目，分為單氣囊系統(tǒng)(只裝在駕駛員側(cè))和雙氣囊系統(tǒng)(駕駛員側(cè)和副駕駛員側(cè)各有一個安全氣囊)和多氣囊系統(tǒng)（除正面氣囊外還安裝有側(cè)氣囊或頂氣囊）多種。3.按照安全氣囊的觸發(fā)傳感器，分為電子式和機(jī)電式兩種。5.1.2安全氣囊系統(tǒng)的基本組成安全氣囊系統(tǒng)主要由傳感器、氣囊組件、氣體發(fā)生器、電控裝置(ECU)等組成,如圖所示。安全氣囊工作過程5.1.3安全氣囊系統(tǒng)工作原理

當(dāng)汽車遭受前方一定角度內(nèi)的碰撞時，安裝在汽車前部和SRSECU內(nèi)部的碰撞傳感器都會檢測到汽車突然強(qiáng)減速的信號，并將信號輸入SRSECU，判斷是否發(fā)生碰撞。安全氣囊工作過程

當(dāng)汽車遭受碰撞且減速度達(dá)到設(shè)定值時，SRSECU發(fā)出控制指令將氣囊組件中的點火器(電雷管)電路接通，引爆使點火劑(引藥)受熱爆炸。氣體發(fā)生劑釋放出大量氮氣鼓起空氣囊。5.1.4傳感器

1碰撞傳感器

傳感器按其功能可分為碰撞傳感器和保險傳感器兩種，碰撞傳感器負(fù)責(zé)檢測碰撞的激烈程度。保險傳感器，也稱觸發(fā)傳感器，其閉合的減速度要稍小一些，起保險作用，防止因碰撞傳感器短路而造成誤膨開。

如果汽車以40km/h的車速撞到一輛停放的同樣大小的汽車上，或以不低于20km/h的車速迎面撞到一個不可變形的固定障礙物上，碰撞傳感器、保險傳感器便都會動作，氣囊將膨開。軌道鋼球加速度（機(jī)械式）傳感器壓電加速度（電子式）傳感器由應(yīng)變電阻傳感器

機(jī)械型保險傳感器(2)保險傳感器（b)電子型5.1.5電子控制系統(tǒng)5.1.6氣囊組件氣囊組件主要由氣體發(fā)生器、點火器、氣囊、飾蓋和底板組成。駕駛員側(cè)氣囊組件位于方向盤中心處，乘客側(cè)氣囊組件位于儀表板右側(cè)手套盒的上方。

氣體發(fā)生器又稱充氣器，用于在點火器引爆點火劑時，產(chǎn)生氣體向氣囊充氣，使氣囊膨開。氣體發(fā)生器用專用螺栓和專用螺母固定在氣囊支架上，裝配時只能用專用工具進(jìn)行裝配。5.2汽車電子防盜系統(tǒng)5.2.1概述5.2.2汽車防盜系統(tǒng)的組成與分類5.2.3中央控制門鎖的組成與分類5.2.1概述

汽車防盜技術(shù)已經(jīng)與安全、環(huán)保、節(jié)能一起被列為汽車技術(shù)發(fā)展的四大課題。車輛防盜系統(tǒng)的功能主要包括以下三方面：防止非法進(jìn)入汽車，既車鎖工作的可靠性；防止破壞或非法搬運汽車，既發(fā)動機(jī)的防盜性；防止汽車被非法開走，既汽車的防盜報警功能。按汽車防盜設(shè)備的結(jié)構(gòu)與功能可分為四大類：機(jī)械式防盜鎖、電子式防盜產(chǎn)品、電子控制防盜系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)式(GPS)防盜技術(shù)。

其中電子防盜系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的汽車防盜設(shè)備，也是發(fā)展的主流方向。作為車輛管理性防盜系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)式(GPS)防盜技術(shù)也在處于試用階段。1汽車電子防盜系統(tǒng)汽車電子防盜系統(tǒng)，它具有特殊診斷功能，即合法使用者在讀取鑰匙保密信息時，能夠得到該防盜系統(tǒng)的歷史信息。

其基本原理是用密碼鑰匙鎖住汽車的馬達(dá)、電路和油路，在沒有鑰匙的情況下無法啟動車輛。

由于數(shù)字化的密碼重碼率極低，而且要用密碼鑰匙接觸車上的密碼鎖才能開鎖，杜絕了被掃描的弊病。

它不僅比以往的電子防盜系統(tǒng)更有效地起到防盜作用外，還具有其他先進(jìn)之處：它采用的獨特射頻識別技術(shù)(RFID)可以保證系統(tǒng)在任何情況下都能正確識別駕駛者，在車主接近或遠(yuǎn)離車輛時可自動識別其身份，自動打開或關(guān)閉車鎖；

2網(wǎng)絡(luò)式(GPS)防盜技術(shù)

該系統(tǒng)由GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)及車載終端及GSM通信網(wǎng)絡(luò)組成。

監(jiān)控中心通過定位衛(wèi)星對全國范圍內(nèi)安裝移動GPS終端設(shè)備的車輛實行不間斷、高精度的定位，利用GSM網(wǎng)絡(luò)的短信息平臺作為通信媒介來實現(xiàn)信息的傳輸。

當(dāng)車輛遭受到非正常啟動或人為破壞，車輛就會通過GSM自動報警，系統(tǒng)將報警信息和報警車輛所在位置無聲地傳送到報警中心，不會引起盜賊的警覺。

車輛報警后，監(jiān)控中心可以馬上顯示出該車輛的警示圖標(biāo)和周邊情況，以便指揮有關(guān)人員協(xié)助搜尋。

還可以通過車載移動電話監(jiān)聽車內(nèi)聲音，必要時可以通過手機(jī)關(guān)閉車輛油路、電路并鎖死所有門窗。

如果GPS防盜器被非法拆卸，那么它會自己發(fā)出報警信息，報警臺很快就能準(zhǔn)確判斷車輛方位。5.2.2汽車防盜系統(tǒng)的組成

最基本的汽車防盜系統(tǒng)如圖1所示，通常包括三個部分：報警啟動/解除操作部分、控制電路部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。圖1汽車防盜系統(tǒng)的組成

防盜系統(tǒng)始終工作在警戒狀態(tài)中，一經(jīng)檢測不到進(jìn)入者，或駕駛者的密匙合法性，或遇搬動汽車等異常時，防盜控制ECU向執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分發(fā)出命令，一方面要求其發(fā)出報警信號，包括尖銳的警示聲音和燈光閃爍，另一方面要求其阻止啟動機(jī)和發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)，使汽車失去運動能力。1中央控制門鎖

隨著對汽車安全性、可靠性和方便性要求的不斷提高，現(xiàn)在一些中高檔轎車都配置了中央控制門鎖。

這種門鎖系統(tǒng)是在電動門鎖的基礎(chǔ)上采用計算機(jī)控制技術(shù)發(fā)展而來的，能夠區(qū)分正常打開車門與非法打開車門。

中央控制門鎖系統(tǒng)是由微機(jī)根據(jù)各個開關(guān)信號控制門鎖的開、閉，可使駕駛員更加方便安全地使用汽車。

當(dāng)駕駛員用鑰匙鎖定左側(cè)前門時，其他三個車門及行李箱門鎖也同時被鎖好，打開時可單獨開左前車門，也可同時打開所有車門及行李箱門。

中央控制門鎖系統(tǒng)主要由門鎖開關(guān)、門鎖繼電器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。圖3帶電容定時裝置的門鎖開關(guān)2無線遙控系統(tǒng)

無線遙控系統(tǒng)也叫無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)(remotekeylessentry，RKE)，由三個功能部件組成：手持遙控發(fā)射器、遙控高頻接收電路、CPU和執(zhí)行器驅(qū)動電路。遙控高頻接收電路和執(zhí)行器驅(qū)動電路分成兩個模塊，以便于縮小接收電路的體積并與大電流電路分離，可以很靈活地選擇安裝位置從而優(yōu)化無線信號接收性能。

無線遙控系統(tǒng)為車主打開門鎖提供了一個方便手段，同時，這個系統(tǒng)還可以提供相關(guān)的行李箱、燈光和喇叭的控制功能。合法使用者可通過射頻遙控進(jìn)行操作，享受它的便捷和舒適，而非法侵入者卻只能面對堅固的機(jī)械機(jī)構(gòu)束手無策。

1前照燈的發(fā)展

傳統(tǒng)使用白熾燈，照度不斷有所增加，后又有用鹵素車燈提高照度；

20世紀(jì)80到90年代，開始應(yīng)用高強(qiáng)度氣體放電燈（highintensitydischargelamp，簡稱HID）。HID燈與鹵素車燈相比，亮度增加了3倍。

LED作為汽車尾燈已經(jīng)被人們廣泛接受。近年來，隨著LED亮度的逐漸增加，2003年高亮度LuxeonTM

的市場投放，使LED開始在汽車前照燈領(lǐng)域嶄露頭角，它以體積小、壽命長、環(huán)保、聚焦距離短等優(yōu)勢受到人們普遍的關(guān)注和青睞。但以上都僅僅只是提高前照燈的照度。5.3自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)為了在夜間或者是惡劣天氣下能達(dá)到更好的視覺效果，要求前照燈光線和照區(qū)隨著不同的駕駛環(huán)境而改變。這就需要設(shè)計一種靈活的前照燈系統(tǒng)，此系統(tǒng)能根據(jù)行車的方向，速度及天氣狀況的變化自動適應(yīng)，將前照燈的照度、照向、寬度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)控制。這就是自適應(yīng)前照燈照明系統(tǒng)（advancedfrontlightingsystem，AFS）。動態(tài)照明系統(tǒng)這一概念是20世紀(jì)90年代初提出的，經(jīng)過10多年的發(fā)展，智能化自適應(yīng)前照燈照明系統(tǒng)AFS正式亮相。該系統(tǒng)可以根據(jù)汽車行駛的速度、偏離速率以及轉(zhuǎn)向角等表示汽車運動狀態(tài)的參量來計算照明的方式。如下圖。2自適應(yīng)前照燈照明系統(tǒng)（AFS）AFS系統(tǒng)是由傳感器組、傳輸通路、電控單元和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。由于需要對多種車輛行駛狀態(tài)做出綜合判斷，因此AFS系統(tǒng)是一個多輸入多輸出的復(fù)雜的系統(tǒng)。其主要部分包括：（1）前照燈鹵素車燈、HID燈或LED燈等；（2）傳感器包括角度傳感器和速度傳感器等。隨著速度和方向盤角度的改變，車身高度和傾斜度也會隨之改變，傳感器將這些參數(shù)的變化通過CAN總線傳輸給電控單元（ECU），電控單元收集所有傳感器傳來的數(shù)據(jù)控制執(zhí)行電機(jī)，在理論上給出最合理的光分布，用來改善燈光照明；（3）霧探測器該探測器能應(yīng)用在惡劣天氣尤其是濃霧條件下，給出真實的實際可視距離。自動霧探測器可根據(jù)霧濃度大小給出正確的判斷，并調(diào)整照明方式，以適應(yīng)惡劣天氣，提高霧天駕駛的安全性。3AFS系統(tǒng)的基本組成4AFS系統(tǒng)的控制方式AFS的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一系列的電機(jī)和光學(xué)機(jī)構(gòu)組成的。一般有投射式前照燈，對前照燈垂直角度進(jìn)行調(diào)整的調(diào)高電機(jī)，對前照燈水平角度進(jìn)行調(diào)整的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，對基本光型進(jìn)行調(diào)整的可移動光柵，此外還有一些附加燈。電控單元ECU通過CAN總線將各種信息通過中央處理器精確計算后產(chǎn)生輸出信號，控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)對前照燈進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)，傾斜度信息控制調(diào)高電機(jī)對前照燈進(jìn)行垂直旋轉(zhuǎn)。5預(yù)瞄型AFS系統(tǒng)（P-AFS）

AFS要實現(xiàn)其功能，必須要從不同的傳感器取得不同的車輛行駛信息。如，車速、方向盤轉(zhuǎn)角、車身高度、車身傾斜角度，還必須通過一些特殊的傳感器，獲取車輛實際轉(zhuǎn)向角度的信息。所以AFS所需獲的大部分信息也被其他的控制系統(tǒng)采用，即AFS實際上要和其他的系統(tǒng)共用一些傳感器，所以，必須通過CAN局域網(wǎng)總線這一傳輸通路以后，才能實現(xiàn)這些傳感器信息的共享。但傳統(tǒng)AFS系統(tǒng)不具備預(yù)瞄性，它與駕駛環(huán)境無關(guān)。而P-AFS系統(tǒng)則與駕駛環(huán)境息息相關(guān)。它是將近年來出現(xiàn)的增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)信息引入到控制系統(tǒng)，這個導(dǎo)航系統(tǒng)擁有一種算法，它能夠識別出當(dāng)前車輛在地圖中的位置，同時從已經(jīng)計算出的位置能夠計算出車前路線的曲率值。使得AFS具有預(yù)知功能，它特有的優(yōu)良性能使得出射的光束偏離道路走向的角度更小。在汽車未進(jìn)車燈調(diào)整區(qū)域前就得到預(yù)調(diào)整。

盡管這些年來汽車照明技術(shù)取得不小的進(jìn)步，但夜間行車的風(fēng)險仍比白天大得多。而車載夜視系統(tǒng)的出現(xiàn)卻解決了這一難題，車載夜視系統(tǒng)給駕駛者帶來了極大的安全感。由于安全距離大大擴(kuò)展，他們可以有更大的制動和反應(yīng)余地。

一般汽車只能照射100m左右，而夜視系統(tǒng)至少可看到450m以外的路況信息，另外，即使打開汽車前燈也不影響圖像的顯示，迎面駛來汽車的強(qiáng)烈車燈光也不會使夜視系統(tǒng)致盲。

此外，夜視系統(tǒng)是全天候的電子眼，在雨雪和濃霧天氣公路上的物體及路旁的一切也都能盡收眼底，提高了汽車行駛的安全性。

上圖是直視效果，下圖是夜視效果。5.4

汽車夜視系統(tǒng)（NVS）1汽車夜視系統(tǒng)的作用

汽車廠家無一不把研發(fā)的目光注視著汽車夜視這一新產(chǎn)品上。由于價格原因現(xiàn)只在頂級車上使用。先后有BMW、BENZ、美洲豹及皇冠等車上配置了自行研發(fā)的汽車夜視系統(tǒng)。汽車夜視儀必然會作為汽車必須配置的產(chǎn)品，汽車夜視儀現(xiàn)在的發(fā)展可是迅猛的，仍然遵循著由高端市場向中低端市場滲透的規(guī)律在發(fā)展著，并且速度極快。

2汽車夜視系統(tǒng)的前景

3汽車夜視系統(tǒng)的分類汽車夜視系統(tǒng)有被動夜視系統(tǒng)和主動夜視系統(tǒng)兩種。被動式夜視系統(tǒng)：被動夜視系統(tǒng)是根據(jù)紅外成像原理工作的，屬于被動式紅外成像技術(shù)。該系統(tǒng)本身不發(fā)出任何信號，而是通過一個起攝影作用的傳感器來來探測前方物體熱量，物體的影像在熱傳感器上形成熱影像，經(jīng)過處理后由顯示給駕駛員。

主動式夜視系統(tǒng)：主動夜視系統(tǒng)采用了集成于前燈的近紅外燈，用車載紅外敏感攝像機(jī)捕捉圖像，為駕駛員提供增強(qiáng)的圖像顯示。它是可供使用的最低成本夜視系統(tǒng)之一。被動式夜視系統(tǒng)價格較高，但不發(fā)射紅外線對其它車產(chǎn)生影響，主動夜視系統(tǒng)價格低，圖像還原性好，但會給對方來車紅外線攝像機(jī)造成光盲。5.5汽車碰撞警示與預(yù)防系統(tǒng)（CWAS)

汽車防碰撞技術(shù)主要用在防追尾碰撞系統(tǒng)、側(cè)防系統(tǒng)、倒車?yán)走_(dá)三個方面。其中倒車?yán)走_(dá)技術(shù)比較成熟,成本也比較低,有較廣泛的應(yīng)用;防追尾碰撞系統(tǒng)和側(cè)防系統(tǒng)在世界多個知名汽車制造商也都有成功的研究與應(yīng)用,但是價格還比較高,未能在中、低檔車中推廣,還需要進(jìn)一步完善、降低成本。1倒車?yán)走_(dá)汽車在倒車時由于后視鏡、后視窗盲區(qū)大,而且有時受到照明光線的影響,碰撞事故時有發(fā)生。倒車?yán)走_(dá)就可以大大避免這種事故,保護(hù)車輛及乘客的安全?，F(xiàn)在市場上大量應(yīng)用的倒車?yán)走_(dá)是超聲波倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)。超聲波測距的原理是通過超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波信號在由接收器連續(xù)檢測超聲波后遇到障礙物反射回來的回波,測出檢測到回波和發(fā)出聲波的時間差。超聲波發(fā)生器是由兩個壓電晶片和一個共振板組成。當(dāng)在其兩極加頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率脈沖電信號時,壓電晶片就會產(chǎn)生共振,并帶動共振板振動,從而產(chǎn)生超聲波。相反,如果當(dāng)共振板接收到超聲波信號時,將壓迫壓電晶片作振動,將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能,就成為了超聲波接收器。超聲波發(fā)射與接受交替進(jìn)行，由ECU進(jìn)行計算和修正溫差得出障礙物距離，顯示給駕駛員。利用超聲波檢測比較迅速、方便、計算簡單,易于做到實時控制,并且在測量精度方面滿足倒車防碰撞的要求,價格也比較經(jīng)濟(jì),因此得到了廣泛的應(yīng)用。但超聲波的傳播速度慢,傳輸延時較大,影響了系統(tǒng)告警的反應(yīng)速度,超聲波測量距離也比較短(在5米左右),不適應(yīng)高速行駛車輛測距使用。

2側(cè)防系統(tǒng)

側(cè)防系統(tǒng)就是在車輛改道或轉(zhuǎn)彎時檢測盲區(qū)是否有其它車輛或障礙物,從而避免由此造成的碰撞事故。在國外主要有三種不同的汽車側(cè)防系統(tǒng):射頻側(cè)防系統(tǒng)、微波側(cè)防系統(tǒng)和紅外側(cè)防系統(tǒng)。如美國丹佛自動檢測公司研制出的一種紅外掃描防撞系統(tǒng)。該系統(tǒng)由紅外傳感器、紅外檢測器、LED顯示器組成。這種掃描側(cè)防系統(tǒng)監(jiān)測范圍大,工作可靠,紅外傳感器部件朝后安裝在汽車尾部,可以監(jiān)測兩側(cè)4-5m以內(nèi)的盲區(qū)。當(dāng)汽車改變方向或改道時,掃描側(cè)防系統(tǒng)啟動工作。當(dāng)紅外傳感器部件發(fā)射的紅外信號被接近的物體反射時,紅外接收器檢測到反射的紅外信號,觸發(fā)工作系統(tǒng),使安裝在司機(jī)旁邊的后視鏡上的LED發(fā)出報警信號。

3車輛防追尾碰撞系統(tǒng)

追尾事故在整個交通事故中占很大的比例,車輛防追尾碰撞系統(tǒng)就是在汽車在有追尾碰撞危險時,能立刻發(fā)出警報信號,提醒司機(jī)及時處理,并在必要的時候自動啟動制動系統(tǒng),盡量避免交通事故的發(fā)生。所以研究一種實時、可靠、適應(yīng)性好的車輛防追尾碰撞系統(tǒng)是提高車輛安全的一項非常重要的內(nèi)容。車輛防追尾系統(tǒng)就是在行駛中檢測車輛前、后方的車輛或障礙物的信息,如己車的速度、加速度,相關(guān)車的速度、加速度,兩車之間的距離等參數(shù),用相關(guān)的安全距離模型進(jìn)行追尾碰撞判斷,做出不