基于安全性的汽車電子技術

汽車作為現代人類的交通工具，改變了人們的生活方式，推動了社會經濟的發(fā)展和人類文化的進步，成為社會不可缺少的交通工具。但隨著汽車保有量的日益增加，汽車也帶來諸如環(huán)境污染、能源消耗、交通安全等社會問題，其中汽車道路交通安全問題尤為突出，世界上每年道路交通事故死亡約120萬人，近幾年我國每年道路交通事故死亡約10萬人，直接經濟損失達數十億元。

　　由于汽車事故不斷出現，造成重大的社會危害，引起了世界各國的重視，汽車的安全問題已成為全球性的社會問題。各國為了減少交通事故和人員傷亡采取了一系列措施，取得了良好的效果。尤其是近幾年，汽車上廣泛采用電子技術，裝備ABS、ASR、ESP、SRS及VDC等機電產品，汽車的安全性能有了大幅的提高，雖然我國汽車的保有量在增加，但交通事故死亡人數成下降趨勢，這說明先進的汽車電子技術可提高汽車的安全性能，減少交通事故的發(fā)生。

　　一、汽車安全性的內容和影響因素

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　　汽車安全性一般分為主動安全性、被動安全性、事故后安全性和生態(tài)安全性。

　　1．汽車的主動安全性

　　汽車的主動安全性是指事故將要發(fā)生時操縱制動或轉向系，防止事故發(fā)生的能力，以及汽車正常行駛時保證其動力性、操縱穩(wěn)定性、駕駛舒適性、信息正常的能力。又可分為行駛安全性、環(huán)境安全性、感覺安全性、操作安全性。

　　2．汽車被動安全性

　　汽車被動安全性是指事故發(fā)生時保護乘員和步行者，使直接損失降到最小的能力。又可分為車外部安全性、車內部安全性。

　　3．事故后安全性

　　事故后安全性，是指汽車能減輕事故后果的能力。是指能否迅速消除事故后果，并避免新的事故發(fā)生。

　　4．生態(tài)安全性

　　生態(tài)安全性是指發(fā)動機排氣污染、汽車行駛噪聲和電磁波對環(huán)境的影響，其內容見圖1。

　　（二）汽車安全性的影響因素

　　汽車道路交通事故是世界性的災害，因此汽車交通安全也是世界性的難題。道路交通事故引起人的傷亡，財產的損失，給國民經濟也帶來了巨大的損失。然而誘發(fā)交通事故的因素是多方面的，它受汽車行車速度、道路條件、車輛狀況、駕駛員行為、駕駛員的文化素質和自然環(huán)境等因素的綜合影響。其中人、汽車、道路、環(huán)境條件是影響道路交通安全的主要因素，它們之間的關系見圖2。

　　在道路交通系統(tǒng)中，人是系統(tǒng)的核心，道路是系統(tǒng)的基礎。人的因素影響主要是指交通直接參與者的性格、經驗或狀態(tài)等。道路因素的影響是指線路走向、路面狀況、交通信號的布置和清晰度，以及交通規(guī)則、交通管理措施等。汽車本身因素的影響是指車輛結構和技術狀況等。環(huán)境條件因素的影響是指環(huán)境對人的精神影響（疲勞、反應能力），對道路因素的影響（雨、雪、風、霧）以及對汽車的物理影響（道路附著條件、轉向特性等）。如果把環(huán)境條件納入道路影響因素范圍內，可認為道路交通安全主要與“駕駛員-汽車-道路”系統(tǒng)有關。而汽車是該系統(tǒng)中潛在危機性最大的環(huán)節(jié)，因此應用先進的電子技術提高汽車的安全性能是減少道路交通事故的有效途徑。

　　二、電子技術在汽車行駛安全上的應用

　　近年來，汽車保有量迅速增加，汽車安全性已成為人們最關心的問題。為了保障人民生命財產安全，政府部門制定了相關的道路交通安全法規(guī)，為了滿足安全法規(guī)和消費者對汽車安全性的要求，汽車廠商采取了多方面措施來改善汽車的安全性能，其中電子技術起了很大的作用。電子技術提高汽車安全性主要表現在以下幾個方面。

　　（一）主動安全性電子技術

　　現代汽車主動安全性電子技術有代表性的電控裝置有防抱死制動系統(tǒng)（ABS）、電子制動力分配裝置（EBD）、驅動防滑系統(tǒng)（ASR）、電子穩(wěn)定程序系統(tǒng)（ESP）、電控懸架系統(tǒng)、電控動力轉向系統(tǒng)、主動避撞系統(tǒng)、車輛動力學控制系統(tǒng)（VDC）、信息顯示系統(tǒng)等。

　　1．汽車制動防抱死系統(tǒng)

　　防抱死制動系統(tǒng)（Anti-LockBraking System簡稱ABS）是一種防止制動過程車輪抱死的汽車主動安全裝置。ABS系統(tǒng)在制動過程中通過傳感器感知車輪與路面的滑移，由ABS電控單元做出判斷，并通過電磁閥調整制動力的大小，使輪胎滑移率保持在一個理想的范圍（10%～20%），來保證車輛制動時有較大的縱向制動和抗側向外力的能力，防止可能發(fā)生的后輪側滑，甩尾，提高汽車在制動過程中的方向穩(wěn)定和轉向操縱的能力，并能提高附著系數利用率，縮短制動距離，減少輪胎磨損。電子控制汽車防抱死系統(tǒng)是目前提高車輛行駛安全性的有效措施之一。

　　2．汽車驅動防滑系統(tǒng)

　　汽車驅動防滑系統(tǒng)（ASR）是在汽車起步和加速時將滑移率控制在一定范圍（5%～15%）內，防止驅動輪快速滑動，提高汽車的驅動力。ASR在控制中，通過輪速傳感器反饋來的信號經控制單元處理后發(fā)出指令，調節(jié)發(fā)動機的輸出轉矩，從而調節(jié)驅動輪的驅動轉矩。目前ASR的裝備大多是在ABS系統(tǒng)增設一部分部件的方法來實現，可看成是對ABS系統(tǒng)的完善和補充。

　　3．汽車電子制動力分配系統(tǒng)

　　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，這種情況會導致在汽車制動時四只輪子與地面的磨擦力不一樣，制動時容易造成打滑、傾斜和車輛側翻事故。電子制動力分配系統(tǒng)（EBD）能夠根據汽車制動時產生軸荷轉移的不同，自動調節(jié)前、后軸的制動力分配比例，提高制動效能，并配合ABS系統(tǒng)提高制動穩(wěn)定性。

　　4．汽車電子穩(wěn)定程序系統(tǒng)

　　ESP是英文Electronic Stability Program的縮寫，中文譯成“電子穩(wěn)定程序”。該系統(tǒng)通常是支援防抱死制動系統(tǒng)及驅動防滑系統(tǒng)的功能。它通過對從各傳感器傳來的車輛行駛狀態(tài)信息進行分析，然后向ABS、ASR發(fā)出糾偏指令，來幫助車輛維持動態(tài)平衡。ESP一般需要安裝轉向傳感器、車輪傳感器、側滑傳感器、橫向加速度傳感器等。它可以監(jiān)控汽車行駛狀態(tài)，并自動向一個或多個車輪施加制動力，以保持車子在正常的車道上運行。

　　5．汽車電控懸架

　　汽車不同的行駛狀態(tài)對懸架有不同的要求。一般行駛時需要柔軟一點的懸架以求舒適感，當急轉彎及制動時又需要硬一點的懸架以求穩(wěn)定性，兩者之間有矛盾。另外，汽車行駛的不同環(huán)境對車身高度的要求也是不一樣的，剛度不變的懸架無法滿足這種矛盾的需求。理想的懸架應在不同的條件下有不同的彈簧剛度和阻力減震，既能滿足行駛平順性要求和操縱穩(wěn)定性要求，又能達到安全行駛的目的。電子技術的發(fā)展，使得設計出一種可以在一定范圍內調整的懸架成為可能，這種懸架稱為電控懸架，目前比較常見的是電控空氣懸架形式。典型的電控懸架系統(tǒng)由電子控制元件（ECU）、空氣壓縮機、車高傳感器、轉向角度傳感器、速度傳感器、制動傳感器、空氣彈簧元件等組成。該系統(tǒng)能夠根據汽車的瞬時駕駛條件自動調節(jié)懸架組件的性能，即通過各種傳感器對汽車的運行狀況進行檢測，當懸架電子控制元件收到傳感器檢測到的轉向和制動狀況信號后，能自適應地處理車輛的側傾、前后仰，并自動調整減振器阻尼力，能防止車體傾斜并提高車輪的地面附著力。該系統(tǒng)使汽車更易于控制，具有更好的操縱穩(wěn)定性。

　　6．汽車電控動力轉向系統(tǒng)

　　電控動力轉向系統(tǒng)（簡稱EPS Electronic Control Power Steering）是為了實現在各種行駛條件下轉向盤上所需要的力都是最佳值，而在轉向系統(tǒng)上采用了電子控制的系統(tǒng)。該系統(tǒng)在各種不同的速度狀況下通過電控轉向微處理器自動調整轉向盤的操縱力。在低速時和車輛擺放時，駕駛員只需較小的力就能靈活地進行轉向，在高速時，能自動使操縱轉向盤的力加大。

　　EPS既提高了駕駛的舒適性及轉向靈敏度，又能克服高速轉向“發(fā)飄”的弊病，保證了高速行駛的穩(wěn)定性和安全性。

　　7．汽車主動避撞系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)是輔助汽車駕駛者對影響公路交通安全的人、車、路環(huán)境進行實時監(jiān)控，在危急情況下由系統(tǒng)主動干涉駕駛操縱、輔助駕駛者進行應急處理、防止汽車相撞事故的發(fā)生，保障了汽車行車安全。

　　8．汽車一體化底盤控制系統(tǒng)

　　汽車一體化底盤控制系統(tǒng)（UCC）是一種先進的集成系統(tǒng)，它通過中央底盤微處理器，將制動、懸架、轉向和傳動系等控制系統(tǒng)連接起來，底盤微處理器能夠接受每個子系統(tǒng)傳感器發(fā)來的數據，對各子系統(tǒng)進行協調控制，使車輛的整體水平達到最佳，保證車輛行駛的安全性。

　　9．汽車輪胎監(jiān)測系統(tǒng)

　　汽車輪胎是汽車與地面的接觸部分，影響汽車的驅動力和制動力。在安全性方面起著非常大的作用，汽車行駛中若輪胎氣壓不足，將導致輪胎磨損不均勻，燃油消耗增加，并使穩(wěn)定性和操縱性變壞，極易發(fā)生輪胎爆裂，引發(fā)交通事故。汽車輪胎監(jiān)測系統(tǒng)（TMPS）能實現對汽車輪胎的實時監(jiān)測，當壓力低于安全范圍時會給予報警。

　　10．其他安全控制系統(tǒng)

　　為了適應汽車高速、安全、舒適的需要，越來越多更先進的電子技術應用到汽車上，如睡眠駕駛警報系統(tǒng)、司機分神監(jiān)視系統(tǒng)、視覺增強和夜視系統(tǒng)、導航系統(tǒng)等，為汽車的安全行駛提供了保障。

　　（二）被動安全性電子技術

　　隨著汽車技術的發(fā)展，汽車主動安全技術已經在交通安全中起到越來越大的作用，有效地減少了交通事故的發(fā)生。但現實中仍不可避免地發(fā)生很多交通意外，因此現代汽車還需要裝備被動安全系統(tǒng)。汽車被動安全性電子技術有代表性的電子裝置是安全氣囊。

　　安全氣囊一般由傳感器、電控單元、氣體發(fā)生器、氣囊及續(xù)流器等組成，通常氣體發(fā)生器和氣囊等做在一起構成氣囊模塊。當傳感器感受汽車碰撞強度，將感受到的信號傳送到控制器，控制器接收傳感器的信號并進行處理，當它判斷有必要打開氣囊時，立即發(fā)出點火信號以觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器接收到點火信號后，迅速點火井產生大量氣體給氣囊充氣。此時一方面乘員的頭部和胸部壓在氣袋上與前面的車內物體隔開，另一方面當人體與氣袋接觸時，利用氣袋的阻尼或氣袋背面的排氣孔節(jié)流作用來吸收乘員慣性力產生的動能，達到保護乘員的作用。安全氣囊系統(tǒng)的組成如圖3所示。

??? 安全氣囊是新近發(fā)展起來的最有效的被動安全裝置，在碰撞事故中顯示出對乘員的巨大保護功效，隨著電子技術的發(fā)展，安全氣囊逐步向智能化方向發(fā)展。

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　　汽車事故后安全技術是保障乘員及時救助和減少事故后損失，避免再次傷害。有代表性的電子裝置有門鎖緊急施放系統(tǒng)、GPS救援系統(tǒng)等。

　　1．門鎖緊急施放系統(tǒng)

　　門鎖緊急施放系統(tǒng)在車輛發(fā)生碰撞事故后，為了使乘員能迅速地從被撞車輛中救出，車門應能容易打開。其工作原理是當碰撞傳感器確認已發(fā)生碰撞，系統(tǒng)立即施放門鎖。

　　2．GPS救援系統(tǒng)

　　車輛發(fā)生碰撞后，為了快速救助傷者，必須準確確定事故車輛地點。GPS救援系統(tǒng)利用衛(wèi)星導航定位，能很快確定車輛方位，縮短了救助時間，降低了乘員的傷害程度。

　　三、結束語

　　隨著汽車技術和電子技術的發(fā)展，汽車安全技術經歷了從碰撞后易于救助到減少損傷，再到事故避免和預防的發(fā)展過程，逐漸由被動安全到主動安全，向更加人性化和智能化的方向發(fā)展。未來的汽車將會成為電子產品的綜合平臺，電子技術將會使汽車變得更加安全、舒適和方便。