基于安全性的汽车电子技术

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汽车作为现代人类的交通工具，改变了人们的生活方式，推动了社会经济的发展和人类文化的进步，成为社会不可缺少的交通工具。但随着汽车保有量的日益增加，汽车也带来诸如环境污染、能源消耗、交通安全等社会问题，其中汽车道路交通安全问题尤为突出，世界上每年道路交通事故死亡约120万人，近几年我国每年道路交通事故死亡约10万人，直接经济损失达数十亿元。
　　由于汽车事故不断出现，造成重大的社会危害，引起了世界各国的重视，汽车的安全问题已成为全球性的社会问题。各国为了减少交通事故和人员伤亡采取了一系列措施，取得了良好的效果。尤其是近几年，汽车上广泛采用电子技术，装备ABS、ASR、ESP、SRS及VDC等机电产品，汽车的安全性能有了大幅的提高，虽然我国汽车的保有量在增加，但交通事故死亡人数成下降趋势，这说明先进的汽车电子技术可提高汽车的安全性能，减少交通事故的发生。
　　一、汽车安全性的内容和影响因素
　　（一）汽车安全性的内容
　　汽车安全性一般分为主动安全性、被动安全性、事故后安全性和生态安全性。
　　1．汽车的主动安全性
　　汽车的主动安全性是指事故将要发生时操纵制动或转向系，防止事故发生的能力，以及汽车正常行驶时保证其动力性、操纵稳定性、驾驶舒适性、信息正常的能力。又可分为行驶安全性、环境安全性、感觉安全性、操作安全性。
　　2．汽车被动安全性
　　汽车被动安全性是指事故发生时保护乘员和步行者，使直接损失降到最小的能力。又可分为车外部安全性、车内部安全性。
　　3．事故后安全性
　　事故后安全性，是指汽车能减轻事故后果的能力。是指能否迅速消除事故后果，并避免新的事故发生。
　　4．生态安全性
　　生态安全性是指发动机排气污染、汽车行驶噪声和电磁波对环境的影响，其内容见图1。

  
　　（二）汽车安全性的影响因素
　　汽车道路交通事故是世界性的灾害，因此汽车交通安全也是世界性的难题。道路交通事故引起人的伤亡，财产的损失，给国民经济也带来了巨大的损失。然而诱发交通事故的因素是多方面的，它受汽车行车速度、道路条件、车辆状况、驾驶员行为、驾驶员的文化素质和自然环境等因素的综合影响。其中人、汽车、道路、环境条件是影响道路交通安全的主要因素，它们之间的关系见图2。

  
　　在道路交通系统中，人是系统的核心，道路是系统的基础。人的因素影响主要是指交通直接参与者的性格、经验或状态等。道路因素的影响是指线路走向、路面状况、交通信号的布置和清晰度，以及交通规则、交通管理措施等。汽车本身因素的影响是指车辆结构和技术状况等。环境条件因素的影响是指环境对人的精神影响（疲劳、反应能力），对道路因素的影响（雨、雪、风、雾）以及对汽车的物理影响（道路附着条件、转向特性等）。如果把环境条件纳入道路影响因素范围内，可认为道路交通安全主要与“驾驶员-汽车-道路”系统有关。而汽车是该系统中潜在危机性最大的环节，因此应用先进的电子技术提高汽车的安全性能是减少道路交通事故的有效途径。
　　二、电子技术在汽车行驶安全上的应用
　　近年来，汽车保有量迅速增加，汽车安全性已成为人们最关心的问题。为了保障人民生命财产安全，政府部门制定了相关的道路交通安全法规，为了满足安全法规和消费者对汽车安全性的要求，汽车厂商采取了多方面措施来改善汽车的安全性能，其中电子技术起了很大的作用。电子技术提高汽车安全性主要表现在以下几个方面。
　　（一）主动安全性电子技术
　　现代汽车主动安全性电子技术有代表性的电控装置有防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配装置（EBD）、驱动防滑系统（ASR）、电子稳定程序系统（ESP）、电控悬架系统、电控动力转向系统、主动避撞系统、车辆动力学控制系统（VDC）、信息显示系统等。
　　1．汽车制动防抱死系统
　　防抱死制动系统（Anti-LockBraking System简称ABS）是一种防止制动过程车轮抱死的汽车主动安全装置。ABS系统在制动过程中通过传感器感知车轮与路面的滑移，由ABS电控单元做出判断，并通过电磁阀调整制动力的大小，使轮胎滑移率保持在一个理想的范围（10%～20%），来保证车辆制动时有较大的纵向制动和抗侧向外力的能力，防止可能发生的后轮侧滑，甩尾，提高汽车在制动过程中的方向稳定和转向操纵的能力，并能提高附着系数利用率，缩短制动距离，减少轮胎磨损。电子控制汽车防抱死系统是目前提高车辆行驶安全性的有效措施之一。
　　2．汽车驱动防滑系统
　　汽车驱动防滑系统（ASR）是在汽车起步和加速时将滑移率控制在一定范围（5%～15%）内，防止驱动轮快速滑动，提高汽车的驱动力。ASR在控制中，通过轮速传感器反馈来的信号经控制单元处理后发出指令，调节发动机的输出转矩，从而调节驱动轮的驱动转矩。目前ASR的装备大多是在ABS系统增设一部分部件的方法来实现，可看成是对ABS系统的完善和补充。
　　3．汽车电子制动力分配系统
　　汽车在制动时，四只轮胎附着的地面条件往往不一样。比如，有时左前轮和右后轮附着在干燥的水泥地面上，而右前轮和左后轮却附着在水中或泥水中，这种情况会导致在汽车制动时四只轮子与地面的磨擦力不一样，制动时容易造成打滑、倾斜和车辆侧翻事故。电子制动力分配系统（EBD）能够根据汽车制动时产生轴荷转移的不同，自动调节前、后轴的制动力分配比例，提高制动效能，并配合ABS系统提高制动稳定性。
　　4．汽车电子稳定程序系统
　　ESP是英文Electronic Stability Program的缩写，中文译成“电子稳定程序”。该系统通常是支援防抱死制动系统及驱动防滑系统的功能。它通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，然后向ABS、ASR发出纠偏指令，来帮助车辆维持动态平衡。ESP一般需要安装转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等。它可以监控汽车行驶状态，并自动向一个或多个车轮施加制动力，以保持车子在正常的车道上运行。
　　5．汽车电控悬架
　　汽车不同的行驶状态对悬架有不同的要求。一般行驶时需要柔软一点的悬架以求舒适感，当急转弯及制动时又需要硬一点的悬架以求稳定性，两者之间有矛盾。另外，汽车行驶的不同环境对车身高度的要求也是不一样的，刚度不变的悬架无法满足这种矛盾的需求。理想的悬架应在不同的条件下有不同的弹簧刚度和阻力减震，既能满足行驶平顺性要求和操纵稳定性要求，又能达到安全行驶的目的。电子技术的发展，使得设计出一种可以在一定范围内调整的悬架成为可能，这种悬架称为电控悬架，目前比较常见的是电控空气悬架形式。典型的电控悬架系统由电子控制元件（ECU）、空气压缩机、车高传感器、转向角度传感器、速度传感器、制动传感器、空气弹簧元件等组成。该系统能够根据汽车的瞬时驾驶条件自动调节悬架组件的性能，即通过各种传感器对汽车的运行状况进行检测，当悬架电子控制元件收到传感器检测到的转向和制动状况信号后，能自适应地处理车辆的侧倾、前后仰，并自动调整减振器阻尼力，能防止车体倾斜并提高车轮的地面附着力。该系统使汽车更易于控制，具有更好的操纵稳定性。
　　6．汽车电控动力转向系统
　　电控动力转向系统（简称EPS Electronic Control Power Steering）是为了实现在各种行驶条件下转向盘上所需要的力都是最佳值，而在转向系统上采用了电子控制的系统。该系统在各种不同的速度状况下通过电控转向微处理器自动调整转向盘的操纵力。在低速时和车辆摆放时，驾驶员只需较小的力就能灵活地进行转向，在高速时，能自动使操纵转向盘的力加大。
　　EPS既提高了驾驶的舒适性及转向灵敏度，又能克服高速转向“发飘”的弊病，保证了高速行驶的稳定性和安全性。
　　7．汽车主动避撞系统
　　该系统是辅助汽车驾驶者对影响公路交通安全的人、车、路环境进行实时监控，在危急情况下由系统主动干涉驾驶操纵、辅助驾驶者进行应急处理、防止汽车相撞事故的发生，保障了汽车行车安全。
　　8．汽车一体化底盘控制系统
　　汽车一体化底盘控制系统（UCC）是一种先进的集成系统，它通过中央底盘微处理器，将制动、悬架、转向和传动系等控制系统连接起来，底盘微处理器能够接受每个子系统传感器发来的数据，对各子系统进行协调控制，使车辆的整体水平达到最佳，保证车辆行驶的安全性。
　　9．汽车轮胎监测系统
　　汽车轮胎是汽车与地面的接触部分，影响汽车的驱动力和制动力。在安全性方面起着非常大的作用，汽车行驶中若轮胎气压不足，将导致轮胎磨损不均匀，燃油消耗增加，并使稳定性和操纵性变坏，极易发生轮胎爆裂，引发交通事故。汽车轮胎监测系统（TMPS）能实现对汽车轮胎的实时监测，当压力低于安全范围时会给予报警。
　　10．其他安全控制系统
　　为了适应汽车高速、安全、舒适的需要，越来越多更先进的电子技术应用到汽车上，如睡眠驾驶警报系统、司机分神监视系统、视觉增强和夜视系统、导航系统等，为汽车的安全行驶提供了保障。
　　（二）被动安全性电子技术
　　随着汽车技术的发展，汽车主动安全技术已经在交通安全中起到越来越大的作用，有效地减少了交通事故的发生。但现实中仍不可避免地发生很多交通意外，因此现代汽车还需要装备被动安全系统。汽车被动安全性电子技术有代表性的电子装置是安全气囊。
　　安全气囊一般由传感器、电控单元、气体发生器、气囊及续流器等组成，通常气体发生器和气囊等做在一起构成气囊模块。当传感器感受汽车碰撞强度，将感受到的信号传送到控制器，控制器接收传感器的信号并进行处理，当它判断有必要打开气囊时，立即发出点火信号以触发气体发生器，气体发生器接收到点火信号后，迅速点火井产生大量气体给气囊充气。此时一方面乘员的头部和胸部压在气袋上与前面的车内物体隔开，另一方面当人体与气袋接触时，利用气袋的阻尼或气袋背面的排气孔节流作用来吸收乘员惯性力产生的动能，达到保护乘员的作用。安全气囊系统的组成如图3所示。　　
  
  
　　安全气囊是新近发展起来的最有效的被动安全装置，在碰撞事故中显示出对乘员的巨大保护功效，随着电子技术的发展，安全气囊逐步向智能化方向发展。
　　（三）事故后安全性电子技术
　　汽车事故后安全技术是保障乘员及时救助和减少事故后损失，避免再次伤害。有代表性的电子装置有门锁紧急施放系统、GPS救援系统等。
　　1．门锁紧急施放系统
　　门锁紧急施放系统在车辆发生碰撞事故后，为了使乘员能迅速地从被撞车辆中救出，车门应能容易打开。其工作原理是当碰撞传感器确认已发生碰撞，系统立即施放门锁。
　　2．GPS救援系统
　　车辆发生碰撞后，为了快速救助伤者，必须准确确定事故车辆地点。GPS救援系统利用卫星导航定位，能很快确定车辆方位，缩短了救助时间，降低了乘员的伤害程度。
　　三、结束语
　　随着汽车技术和电子技术的发展，汽车安全技术经历了从碰撞后易于救助到减少损伤，再到事故避免和预防的发展过程，逐渐由被动安全到主动安全，向更加人性化和智能化的方向发展。未来的汽车将会成为电子产品的综合平台，电子技术将会使汽车变得更加安全、舒适和方便。