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汽車安全系統(tǒng)技術研究分析一、汽車主動安全技術1．ABS 防抱死制動系統(tǒng)防抱死制動系統(tǒng)(Anti-lock Braking System,簡稱 ABS)由 ABS 電腦、液壓裝置、車輪轉速傳感器、制動液壓管路及電器配線等組成。ABS 系統(tǒng)對于汽車在各種行駛條件下的制動性能及制動安全尤為重要，特是緊急制動，能夠充分利用輪胎和路面之間的峰值附著性能，提高汽車抗側滑性能并縮短制動距離，充分發(fā)揮制動效能，同時增加了汽車制動過程中的可控性。從而減少了汽車事故發(fā)生的可能性。 沒有安裝 ABS 的汽車，如果在行駛中用力踩踏制動踏板，車輪會急速降低轉速，最后車輪停止轉動，但車身由于慣性依然保持向前滑動。這種現(xiàn)象在車輪與路面之間發(fā)生較大的“滑移” ，出現(xiàn)這種狀況時，汽車輪胎對路面的側滑摩差力幾乎消失，于是會出現(xiàn)下述現(xiàn)象：（1）轉向穩(wěn)定性下降：方向盤操縱不靈，車輛尾部上翹，嚴重時車輛打轉或出現(xiàn)折疊現(xiàn)象；（2）操縱性下降：操縱方向盤而達不到轉向要求；（3）制動距離延長：超過一般的制動距離。所以，可想而知裝設 ABS 系統(tǒng)對汽車行駛的安全性是非常重要的。2．ASR 驅動防滑控制系統(tǒng)ABS 用于防止汽車制動過程中車輪抱死，將車輪的滑移率控制在理想的范圍內，以縮短制動距離，提高汽車制動時方向穩(wěn)定性和轉向操縱性，從而提高汽車行駛的安全性。隨著對汽車性能要求的提高，不僅要求在制動過程中防止車輪抱死，而且要求在驅動過程中防止驅動輪滑轉，使汽車在驅動過程中的方向穩(wěn)定性、轉向控制能力和加速性能都得到提高，因此采用了汽車驅動防滑轉向系統(tǒng) ASR（Accelerations Slip Regulation） 。ASR 是 ABS 的完善和補充，ASR 可單獨設置，但大多數(shù)是與 ABS 組合一起，常用 ABS/ASR 表示，稱為防滑控制系統(tǒng)。ASR 主要用來防止汽車在起步、加速時車輪的滑轉，保證汽車在加速過程中的穩(wěn)定性并改善在不良路面上的驅動附著條件。它可以使無差速鎖的汽車在冰雪路面和泥濘道路上起步并改善其通行能力，還可以防止在車速較高并通過滑溜路面又轉彎時汽車后部的側滑現(xiàn)象。總之，ASR 由于防止了車輪的滑轉，便可最大限度地利用發(fā)動機的驅動力矩，保證汽車有足夠的縱向力、側向力和操縱力，使汽車在起動、轉向和加速過程中，在滑溜和泥濘路面上、在山區(qū)上下坡過程中都能穩(wěn)定地行駛，既保證了行車安全，減少輪胎磨損和燃油消耗，又改善了汽車的驅動性能。3．VDC 系統(tǒng) ABS/ASR 系統(tǒng)成功地解決了汽車在制動和驅動時的方向穩(wěn)定性問題，但不能解決汽車轉向行駛的方向穩(wěn)定性問題。例如當汽車轉向行駛時，不可避免地受到側向和縱向力的作用，只有當?shù)孛婺軌蛱峁┏浞值膫认蚝涂v向力時，駕駛員才能控制住車輛。如果地面?zhèn)认蚋街芰Ρ容^低，就會損害汽車按預定方向行駛的能力。雨天汽車高速轉向行駛時，常常側向滑出,就是地面?zhèn)认蚋街芰Σ蛔愕木壒省榻鉀Q此問題，最近汽車工業(yè)發(fā)達國家又在 ABS/ASR 系統(tǒng)的基礎上發(fā)展成汽車動態(tài)控制系統(tǒng)（Vehicle Dynamics Control，簡稱 VDC） 。這個系統(tǒng)把汽車的制動、驅動、懸架、轉向、發(fā)動機等各主要總成的控制系統(tǒng)在功能上、結構上有機地綜合在一起，可使汽車在各種惡劣工況下，如冰雪路面上、對開路面上、彎道路面上以及采取規(guī)避動作移線、制動、加速和下坡等工況時，對不同承載、不同輪胎氣壓和不同程度的輪胎磨損都有良好的方向穩(wěn)定性，表現(xiàn)出最佳的行駛性能。VDC 的應用，在制動、加速和轉向方面完全解脫對駕駛員的要求，是汽車的主動安全行駛方面的一個新的里程碑。VDC 系統(tǒng)對轉向行駛的控制主要是借助于對各個車輪的制動控制和發(fā)動機功率輸出控制來實現(xiàn)的。例如汽車左轉彎時，若前輪因轉向能力不足而趨于滑出彎道，VDC 系統(tǒng)即可測知側滑即將發(fā)生，就采取適當制動左后輪的辦法。若在同一彎道上，因后輪趨于側向滑出而轉向過多，VDC 系統(tǒng)即采取適當制動右前輪的辦法，維持車輛的穩(wěn)定行駛。在極端情況下，VDC 系統(tǒng)還可采取降低發(fā)動機功率輸出的辦法降低行駛車速，減少對地面?zhèn)认蚋街芰Φ男枨髞砭S持車輛的穩(wěn)定行駛。采用 VDC 系統(tǒng)后，汽車在對開路面上或彎道路面上的制動距離還可進一步縮短。4. CCS 汽車巡航控制系統(tǒng)汽車巡航控制系統(tǒng)（Cruised Control System,縮寫為 CCS）就是可使汽車工作在發(fā)動機有利的轉速范圍內，減輕駕駛員的駕駛操縱勞動強度，提高行駛舒適性的汽車自動行駛裝置。汽車巡航系統(tǒng)（CCS）的作用是：按司機所要求的速度閉合開關后，不用踩油門踏板就可以自動地保持車速，使車輛以固定的速度行駛。采用了這種裝置，當在高速公路上長時間行車后，司機就不用再去控制油門踏板，減輕了疲勞，同時減少了不必要的車速變化，可以減省燃料。汽車巡航控制系統(tǒng)是最早開發(fā)的汽車電子控制系統(tǒng)之一。這種系統(tǒng)使用另外的車速傳感器，將車速信號輸入發(fā)動機控制微機，由微機控制真空系統(tǒng)工作。這種系統(tǒng)也要使用伺服器、車速控制開關桿和制動踏板上的真空解除開關等，其功能和基本系統(tǒng)相同。在這個系統(tǒng)中，電子控制裝置可根據(jù)行駛阻力的變化，自動調節(jié)發(fā)動機油門開度，使行駛車速保持恒定。這樣既減少了不必要的車速變化，從而節(jié)省了燃料，同時也減輕了駕駛員的負擔。電子巡航控制系統(tǒng)的方框圖如圖 2 所示。 二、汽車被動安全技術1．安全帶汽車安全帶是一種安全裝置，它能在汽車發(fā)生碰撞或急拐彎時，使乘員盡可能保持原有的位置而不移動和轉動，避免與車內堅硬部件發(fā)生碰撞而造成傷害。安全帶與安全氣囊一樣，都是現(xiàn)代轎車上的安全裝置，但是前者的歷史悠久，普及范圍廣。看似簡簡單單的安全帶其實并不“簡單” 。一直處在關注行車安全最前沿的通用汽車公司，通過分析大量意外事故后發(fā)現(xiàn)：汽車安全帶不但能使人保住性命，更能在超過半數(shù)的事故中減低甚至消除駕車者、乘車者受傷的機會。汽車發(fā)生碰撞或遇到意外緊急制動時產(chǎn)生的巨大慣性作用力，會使駕駛員、乘客與車內的方向盤、擋風玻璃、座椅靠背等物體發(fā)生二次碰撞，極易造成對駕乘員的嚴重傷害，甚至將駕乘員拋離座位或拋出車外，而安全帶能將駕乘人員束縛在座位上。發(fā)生意外時，它能有效防止二次碰撞，并且其緩沖作用能吸收大量動能，減輕駕乘人員的傷害程度。系好安全帶也是安全氣囊發(fā)揮作用的一個重要條件。因為安全氣囊要發(fā)揮最大作用，對于駕乘者在撞擊瞬間的身體位置、坐姿以及動作有著極為嚴格的要求。否則，安全氣囊展開時強大的瞬間沖擊力對于頭部等較為脆弱的部位，可能造成嚴重的傷害，尤其對于兒童，這種傷害可能是致命的。即便是最普通的三點試安全帶，在撞車瞬間也可及時束住駕乘者的上半身，確保駕乘者處于安全氣囊完全展開的范圍內，使安全氣囊最有效地發(fā)揮功效。因此，千萬不要因為車中配備了安全氣囊而感到高枕無憂，只有系好了安全帶才能減輕或消除車禍的發(fā)生。2．安全氣囊當汽車前部發(fā)生強烈的碰撞時，由于慣性，駕乘者的身體向前快速移動，這時安全帶便會盡力“拉住”駕乘者的身體，吸收部分沖擊能量，同時安全氣囊以“迅雷不及掩耳之勢”充氣并完全打開；接著駕乘者的身體上部便沉向安全氣囊，氣體也開始從氣囊的排氣口勻速逸出，并吸收了大部分沖擊能量；隨后，駕乘者身體向后并回到座椅上。以上整個過程幾乎都是發(fā)生在一瞬間的，駕乘者完全處于被動的局面，在這種情況下，被動的依靠輔助乘員保護系統(tǒng)是唯一的選擇。安全氣囊的開發(fā)設計就是基于安全帶有限的保護作用之上的，它們互相配合發(fā)揮對駕乘者的輔助保護作用。在乘員使用安全帶的情況下，氣囊有助于減輕胸、頭和面部在碰撞時受傷的嚴重性。當汽車發(fā)生前碰撞時，首先是汽車要停止運動，車內乘員的慣性力作用下仍以原速度繼續(xù)向前運動。不系安全帶的乘員將會與轉向盤、前擋風玻璃相碰，因而可能受到嚴重傷害；系安全帶的乘員可以隨著汽車停止運動而逐漸停止向前運動。如果碰撞劇烈，乘員向前運動更快，即使系了安全帶，在完全停止運動前，仍會與車內物相碰。如果此時裝在轉向盤或儀表板內的氣囊充氣彈出，它就可以保護乘員減少其與車內物相碰的可能性，更均勻的分散頭、胸的碰撞力，吸收乘員的運動能量，從而起到補充安全帶效果的作用。除了安全帶和安全氣囊外汽車被動安全技術還包括汽車保險杠、汽車安全玻璃、安全車身、乘員頭頸保護系統(tǒng)（WHIPS）等。這些對提高汽車行駛的安全性能都有著非常重要的貢獻三、汽車主動安全新技術1．Eye Car 技Eye Car 技術可使每位駕駛員的眼睛處于同樣的相對高度上，保證提供一個對路面和周圍車道的無阻礙視眼和最好的能見度。這一技術還能提供一個特定的駕駛環(huán)境。Eye Car 通過使用電動座椅自動將不同身材駕駛員的眼睛調到同一高度來解決能見度的問題，同時，可對轉向盤、制動與加速踏板、地板和中央控制臺進行調整，以構成各自適應的駕駛環(huán)境。同時對前立柱進行了重新的設計，將它從駕駛員的視線中移開。因為汽車駕駛員所收到的最關鍵的信息一般有 90%以上是從車外通過眼睛觀察獲得的。所以，這一改進對于汽車的安全性具有重要的意義。2．Cam Car 技術Cam Car 技術旨在幫助提高駕駛員的感知能力。其技術特點是：（1）安裝在汽車兩側的前向攝像系統(tǒng)，使駕駛員能夠繞過大型車輛提前看到隱蔽處的汽車或行人。在典型的行駛情景中，駕駛員在擁擠的車流中左轉彎時可以更容易地查看對面的車輛。（2）側置后視攝像機提供了更廣闊的側面視野。攝像機的覆蓋面比傳統(tǒng)的后視鏡要廣，特別是對于相鄰的車道。（3）安裝在車后、扇面形布置的四個微型攝像機可以獲得車后的全景視野。圖像經(jīng)電子合成，具有變焦和 160°廣角能力。（4） “夜眼” （Night Eye）攝像機可在低照度條件下，在汽車處于倒擋時工作，即使在近乎黑暗的情況下也能提供車后近距離內的細小影像。四、汽車被動安全新技術1．未來安全氣囊（1）可充氣式幕系統(tǒng)。這是一項全新的安全設計，其基本原理是為保護車內乘員的頭部，當碰撞發(fā)生時其會進行充氣，充氣后的形狀呈幕狀。（2）管狀充氣結構頭部空氣囊。此套系統(tǒng)為補足目前側邊防護系統(tǒng)，仍停留于保護人的胸部、腹部、臂部，對于頭部的保護較不足。它配合車身剛體結構、車門防護剛梁、側邊空氣囊，可構成較完整的側邊安全防護網(wǎng)，這也將是未來的安全防護趨勢。（3）頭部支撐系統(tǒng)。頭部支撐系統(tǒng)通稱為頭枕，車輛中座椅所配合的頭枕，其實不只是為了舒適,更重要的是為了安全。車輛如果遇到緊急狀況剎車時，車身會有強烈的前后擺動，由于慣性原理乘員身軀必然跟著擺動，尤其是頸部。如果沒有頭部的支撐緩沖的頭枕時，頸部受傷所引起的傷害是非常驚人的。（4）外部安全氣囊。2．自適應約束技術系統(tǒng)（ARTS）全新的自適應約束技術系統(tǒng)（ARTS）利用一系列傳感器來監(jiān)測駕駛員座椅位置、安全帶使用情況、前排乘員乘坐質量和位置以及發(fā)生碰撞時的碰撞烈度和碰撞力的方向等信息，再根據(jù)具體的碰撞特點對每個前排乘員氣囊的展開進行調節(jié)。該系統(tǒng)可進一步減少由于氣囊展開不當對乘員造成的傷害，特別是對于身材較小的前排乘員。3．汽車吸能方向管柱汽車吸能方向管柱通過在汽車發(fā)生碰撞時重新分配傳到方向盤上的沖擊力，將沖擊力路徑迅速分流，使得傳遞到方向盤上的載荷最小。轉向管柱由空心管和轉向軸承構成。傳統(tǒng)轉向管柱的空心管和轉向軸承是整體式的，轉向軸上端和方向盤連接,下端與方向器連接。而吸能方向管柱的特點是將整體式轉向管柱一分為二，分為上轉向管柱和下轉向管柱兩部分；里面的轉向軸也分為兩截，它們之間用外向節(jié)機構連接。一旦發(fā)生碰撞令方向機構產(chǎn)生位移，外向節(jié)下端特制的轉向軸會折疊，上轉向管柱移入下轉向管柱內，實現(xiàn)“縮進” ，從而擴大空間減低傷害。