基于安全性的汽車電子技術(shù)

　　汽車作為現(xiàn)代人類的交通工具，改變了人們的生活方式，推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類文化的進(jìn)步，成為社會(huì)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(huì)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(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)十億元。

　　由于汽車事故不斷出現(xiàn)，造成重大的社會(huì)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(huì)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(shù)，裝備ABS、ASR、ESP、SRS及VDC等機(jī)電產(chǎn)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(shù)成下降趨勢(shì)，這說明先進(jìn)的汽車電子技術(shù)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(nèi)容和影響因素

　　（一）汽車安全性的內(nèi)容

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

　　1．汽車的主動(dòng)安全性

　　汽車的主動(dòng)安全性是指事故將要發(fā)生時(shí)操縱制動(dòng)或轉(zhuǎn)向系，防止事故發(fā)生的能力，以及汽車正常行駛時(shí)保證其動(dòng)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(dòng)安全性

　　汽車被動(dòng)安全性是指事故發(fā)生時(shí)保護(hù)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(nèi)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(dòng)機(jī)排氣污染、汽車行駛噪聲和電磁波對(duì)環(huán)境的影響，其內(nèi)容見圖1。

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　　汽車道路交通事故是世界性的災(zāi)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(cái)產(chǎn)的損失，給國民經(jīng)濟(jì)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(zhì)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(guān)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(chǔ)。人的因素影響主要是指交通直接參與者的性格、經(jīng)驗(yàn)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(hào)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(jié)構(gòu)和技術(shù)狀況等。環(huán)境條件因素的影響是指環(huán)境對(duì)人的精神影響（疲勞、反應(yīng)能力），對(duì)道路因素的影響（雨、雪、風(fēng)、霧）以及對(duì)汽車的物理影響（道路附著條件、轉(zhuǎn)向特性等）。如果把環(huán)境條件納入道路影響因素范圍內(nèi)，可認(rèn)為道路交通安全主要與“駕駛員-汽車-道路”系統(tǒng)有關(guān)。而汽車是該系統(tǒng)中潛在危機(jī)性最大的環(huán)節(jié)，因此應(yīng)用先進(jìn)的電子技術(shù)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(shù)在汽車行駛安全上的應(yīng)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(guān)心的問題。為了保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，政府部門制定了相關(guān)的道路交通安全法規(guī)，為了滿足安全法規(guī)和消費(fèi)者對(duì)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(shù)起了很大的作用。電子技術(shù)提高汽車安全性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

　　（一）主動(dòng)安全性電子技術(shù)

　　現(xiàn)代汽車主動(dòng)安全性電子技術(shù)有代表性的電控裝置有防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、電子制動(dòng)力分配裝置（EBD）、驅(qū)動(dòng)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(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、主動(dòng)避撞系統(tǒng)、車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)（VDC）、信息顯示系統(tǒng)等。

　　1．汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)

　　防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（Anti-LockBraking System簡(jiǎn)稱ABS）是一種防止制動(dòng)過程車輪抱死的汽車主動(dòng)安全裝置。ABS系統(tǒng)在制動(dòng)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(diào)整制動(dòng)力的大小，使輪胎滑移率保持在一個(gè)理想的范圍（10%～20%），來保證車輛制動(dòng)時(shí)有較大的縱向制動(dòng)和抗側(cè)向外力的能力，防止可能發(fā)生的后輪側(cè)滑，甩尾，提高汽車在制動(dòng)過程中的方向穩(wěn)定和轉(zhuǎn)向操縱的能力，并能提高附著系數(shù)利用率，縮短制動(dòng)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(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)

　　汽車驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)（ASR）是在汽車起步和加速時(shí)將滑移率控制在一定范圍（5%～15%）內(nèi)，防止驅(qū)動(dòng)輪快速滑動(dòng)，提高汽車的驅(qū)動(dòng)力。ASR在控制中，通過輪速傳感器反饋來的信號(hào)經(jīng)控制單元處理后發(fā)出指令，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，從而調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。目前ASR的裝備大多是在ABS系統(tǒng)增設(shè)一部分部件的方法來實(shí)現(xiàn)，可看成是對(duì)ABS系統(tǒng)的完善和補(bǔ)充。

　　3．汽車電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)

　　汽車在制動(dòng)時(shí)，四只輪胎附著的地面條件往往不一樣。比如，有時(shí)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(huì)導(dǎo)致在汽車制動(dòng)時(shí)四只輪子與地面的磨擦力不一樣，制動(dòng)時(shí)容易造成打滑、傾斜和車輛側(cè)翻事故。電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)（EBD）能夠根據(jù)汽車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生軸荷轉(zhuǎn)移的不同，自動(dòng)調(diào)節(jié)前、后軸的制動(dòng)力分配比例，提高制動(dòng)效能，并配合ABS系統(tǒng)提高制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)的功能。它通過對(duì)從各傳感器傳來的車輛行駛狀態(tài)信息進(jìn)行分析，然后向ABS、ASR發(fā)出糾偏指令，來幫助車輛維持動(dòng)態(tài)平衡。ESP一般需要安裝轉(zhuǎn)向傳感器、車輪傳感器、側(cè)滑傳感器、橫向加速度傳感器等。它可以監(jiān)控汽車行駛狀態(tài)，并自動(dòng)向一個(gè)或多個(gè)車輪施加制動(dòng)力，以保持車子在正常的車道上運(yùn)行。

　　5．汽車電控懸架

　　汽車不同的行駛狀態(tài)對(duì)懸架有不同的要求。一般行駛時(shí)需要柔軟一點(diǎn)的懸架以求舒適感，當(dāng)急轉(zhuǎn)彎及制動(dòng)時(shí)又需要硬一點(diǎn)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(duì)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(yīng)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(dá)到安全行駛的目的。電子技術(shù)的發(fā)展，使得設(shè)計(jì)出一種可以在一定范圍內(nèi)調(diào)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(jī)、車高傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器、速度傳感器、制動(dòng)傳感器、空氣彈簧元件等組成。該系統(tǒng)能夠根據(jù)汽車的瞬時(shí)駕駛條件自動(dòng)調(diào)節(jié)懸架組件的性能，即通過各種傳感器對(duì)汽車的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)懸架電子控制元件收到傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)向和制動(dòng)狀況信號(hào)后，能自適應(yīng)地處理車輛的側(cè)傾、前后仰，并自動(dòng)調(diào)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(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

　　電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱EPS Electronic Control Power Steering）是為了實(shí)現(xiàn)在各種行駛條件下轉(zhuǎn)向盤上所需要的力都是最佳值，而在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向微處理器自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)向盤的操縱力。在低速時(shí)和車輛擺放時(shí)，駕駛員只需較小的力就能靈活地進(jìn)行轉(zhuǎn)向，在高速時(shí)，能自動(dòng)使操縱轉(zhuǎn)向盤的力加大。

　　EPS既提高了駕駛的舒適性及轉(zhuǎn)向靈敏度，又能克服高速轉(zhuǎn)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(dòng)避撞系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)是輔助汽車駕駛者對(duì)影響公路交通安全的人、車、路環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在危急情況下由系統(tǒng)主動(dòng)干涉駕駛操縱、輔助駕駛者進(jìn)行應(yīng)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(jìn)的集成系統(tǒng)，它通過中央底盤微處理器，將制動(dòng)、懸架、轉(zhuǎn)向和傳動(dòng)系等控制系統(tǒng)連接起來，底盤微處理器能夠接受每個(gè)子系統(tǒng)傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)，對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，使車輛的整體水平達(dá)到最佳，保證車輛行駛的安全性。

　　9．汽車輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

　　汽車輪胎是汽車與地面的接觸部分，影響汽車的驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)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(dǎo)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(cè)系統(tǒng)（TMPS）能實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車輪胎的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)壓力低于安全范圍時(shí)會(huì)給予報(bào)警。

　　10．其他安全控制系統(tǒng)

　　為了適應(yīng)汽車高速、安全、舒適的需要，越來越多更先進(jìn)的電子技術(shù)應(yīng)用到汽車上，如睡眠駕駛警報(bào)系統(tǒng)、司機(jī)分神監(jiān)視系統(tǒng)、視覺增強(qiáng)和夜視系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等，為汽車的安全行駛提供了保障。

　　（二）被動(dòng)安全性電子技術(shù)

　　隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車主動(dòng)安全技術(shù)已經(jīng)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(xiàn)實(shí)中仍不可避免地發(fā)生很多交通意外，因此現(xiàn)代汽車還需要裝備被動(dòng)安全系統(tǒng)。汽車被動(dòng)安全性電子技術(shù)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(gòu)成氣囊模塊。當(dāng)傳感器感受汽車碰撞強(qiáng)度，將感受到的信號(hào)傳送到控制器，控制器接收傳感器的信號(hào)并進(jìn)行處理，當(dāng)它判斷有必要打開氣囊時(shí)，立即發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)以觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器接收到點(diǎn)火信號(hào)后，迅速點(diǎn)火井產(chǎn)生大量氣體給氣囊充氣。此時(shí)一方面乘員的頭部和胸部壓在氣袋上與前面的車內(nèi)物體隔開，另一方面當(dāng)人體與氣袋接觸時(shí)，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(chǎn)生的動(dòng)能，達(dá)到保護(hù)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(dòng)安全裝置，在碰撞事故中顯示出對(duì)乘員的巨大保護(hù)功效，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，安全氣囊逐步向智能化方向發(fā)展。

　　（三）事故后安全性電子技術(shù)

　　汽車事故后安全技術(shù)是保障乘員及時(shí)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(yīng)能容易打開。其工作原理是當(dāng)碰撞傳感器確認(rèn)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(zhǔn)確確定事故車輛地點(diǎn)。GPS救援系統(tǒng)利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位，能很快確定車輛方位，縮短了救助時(shí)間，降低了乘員的傷害程度。

　　三、結(jié)束語

　　隨著汽車技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，汽車安全技術(shù)經(jīng)歷了從碰撞后易于救助到減少損傷，再到事故避免和預(yù)防的發(fā)展過程，逐漸由被動(dòng)安全到主動(dòng)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(huì)成為電子產(chǎn)品的綜合平臺(tái)，電子技術(shù)將會(huì)使汽車變得更加安全、舒適和方便。