基于安全性的汽車(chē)電子技術(shù)

汽車(chē)作為現代人類(lèi)的交通工具，改變了人們的生活方式，推動(dòng)了社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展和人類(lèi)文化的進(jìn)步，成為社會(huì )不可缺少的交通工具。但隨著(zhù)汽車(chē)保有量的日益增加，汽車(chē)也帶來(lái)諸如環(huán)境污染、能源消耗、交通安全等社會(huì )問(wèn)題，其中汽車(chē)道路交通安全問(wèn)題尤為突出，世界上每年道路交通事故死亡約120萬(wàn)人，近幾年我國每年道路交通事故死亡約10萬(wàn)人，直接經(jīng)濟損失達數十億元。

　　由于汽車(chē)事故不斷出現，造成重大的社會(huì )危害，引起了世界各國的重視，汽車(chē)的安全問(wèn)題已成為全球性的社會(huì )問(wèn)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(chē)上廣泛采用電子技術(shù)，裝備ABS、ASR、ESP、SRS及VDC等機電產(chǎn)品，汽車(chē)的安全性能有了大幅的提高，雖然我國汽車(chē)的保有量在增加，但交通事故死亡人數成下降趨勢，這說(shuō)明先進(jìn)的汽車(chē)電子技術(shù)可提高汽車(chē)的安全性能，減少交通事故的發(fā)生。

　　一、汽車(chē)安全性的內容和影響因素

　?。ㄒ唬┢?chē)安全性的內容

　　汽車(chē)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(chē)的主動(dòng)安全性

　　汽車(chē)的主動(dòng)安全性是指事故將要發(fā)生時(shí)操縱制動(dòng)或轉向系，防止事故發(fā)生的能力，以及汽車(chē)正常行駛時(shí)保證其動(dòng)力性、操縱穩定性、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(jué)安全性、操作安全性。

　　2．汽車(chē)被動(dòng)安全性

　　汽車(chē)被動(dòng)安全性是指事故發(fā)生時(shí)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(chē)外部安全性、車(chē)內部安全性。

　　3．事故后安全性

　　事故后安全性，是指汽車(chē)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)機排氣污染、汽車(chē)行駛噪聲和電磁波對環(huán)境的影響，其內容見(jiàn)圖1。

　?。ǘ┢?chē)安全性的影響因素

　　汽車(chē)道路交通事故是世界性的災害，因此汽車(chē)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(chǎn)的損失，給國民經(jīng)濟也帶來(lái)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(chē)行車(chē)速度、道路條件、車(chē)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(chē)、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(jiàn)圖2。

　　在道路交通系統中，人是系統的核心，道路是系統的基礎。人的因素影響主要是指交通直接參與者的性格、經(jīng)驗或狀態(tài)等。道路因素的影響是指線(xiàn)路走向、路面狀況、交通信號的布置和清晰度，以及交通規則、交通管理措施等。汽車(chē)本身因素的影響是指車(chē)輛結構和技術(shù)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(fēng)、霧）以及對汽車(chē)的物理影響（道路附著(zhù)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(chē)-道路”系統有關(guān)。而汽車(chē)是該系統中潛在危機性最大的環(huán)節，因此應用先進(jìn)的電子技術(shù)提高汽車(chē)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(chē)行駛安全上的應用

　　近年來(lái)，汽車(chē)保有量迅速增加，汽車(chē)安全性已成為人們最關(guān)心的問(wèn)題。為了保障人民生命財產(chǎn)安全，政府部門(mén)制定了相關(guān)的道路交通安全法規，為了滿(mǎn)足安全法規和消費者對汽車(chē)安全性的要求，汽車(chē)廠(chǎng)商采取了多方面措施來(lái)改善汽車(chē)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(chē)安全性主要表現在以下幾個(gè)方面。

　?。ㄒ唬┲鲃?dòng)安全性電子技術(shù)

　　現代汽車(chē)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（ABS）、電子制動(dòng)力分配裝置（EBD）、驅動(dòng)防滑系統（ASR）、電子穩定程序系統（ESP）、電控懸架系統、電控動(dòng)力轉向系統、主動(dòng)避撞系統、車(chē)輛動(dòng)力學(xué)控制系統（VDC）、信息顯示系統等。

　　1．汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統

　　防抱死制動(dòng)系統（Anti-LockBraking System簡(jiǎn)稱(chēng)ABS）是一種防止制動(dòng)過(guò)程車(chē)輪抱死的汽車(chē)主動(dòng)安全裝置。ABS系統在制動(dòng)過(guò)程中通過(guò)傳感器感知車(chē)輪與路面的滑移，由ABS電控單元做出判斷，并通過(guò)電磁閥調整制動(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(lái)保證車(chē)輛制動(dòng)時(shí)有較大的縱向制動(dòng)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(chē)在制動(dòng)過(guò)程中的方向穩定和轉向操縱的能力，并能提高附著(zhù)系數利用率，縮短制動(dòng)距離，減少輪胎磨損。電子控制汽車(chē)防抱死系統是目前提高車(chē)輛行駛安全性的有效措施之一。

　　2．汽車(chē)驅動(dòng)防滑系統

　　汽車(chē)驅動(dòng)防滑系統（ASR）是在汽車(chē)起步和加速時(shí)將滑移率控制在一定范圍（5%～15%）內，防止驅動(dòng)輪快速滑動(dòng)，提高汽車(chē)的驅動(dòng)力。ASR在控制中，通過(guò)輪速傳感器反饋來(lái)的信號經(jīng)控制單元處理后發(fā)出指令，調節發(fā)動(dòng)機的輸出轉矩，從而調節驅動(dòng)輪的驅動(dòng)轉矩。目前ASR的裝備大多是在A(yíng)BS系統增設一部分部件的方法來(lái)實(shí)現，可看成是對ABS系統的完善和補充。

　　3．汽車(chē)電子制動(dòng)力分配系統

　　汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)，四只輪胎附著(zhù)的地面條件往往不一樣。比如，有時(shí)左前輪和右后輪附著(zhù)在干燥的水泥地面上，而右前輪和左后輪卻附著(zhù)在水中或泥水中，這種情況會(huì )導致在汽車(chē)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(chē)輛側翻事故。電子制動(dòng)力分配系統（EBD）能夠根據汽車(chē)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生軸荷轉移的不同，自動(dòng)調節前、后軸的制動(dòng)力分配比例，提高制動(dòng)效能，并配合ABS系統提高制動(dòng)穩定性。

　　4．汽車(chē)電子穩定程序系統

　　ESP是英文Electronic Stability Program的縮寫(xiě)，中文譯成“電子穩定程序”。該系統通常是支援防抱死制動(dòng)系統及驅動(dòng)防滑系統的功能。它通過(guò)對從各傳感器傳來(lái)的車(chē)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(lái)幫助車(chē)輛維持動(dòng)態(tài)平衡。ESP一般需要安裝轉向傳感器、車(chē)輪傳感器、側滑傳感器、橫向加速度傳感器等。它可以監控汽車(chē)行駛狀態(tài)，并自動(dòng)向一個(gè)或多個(gè)車(chē)輪施加制動(dòng)力，以保持車(chē)子在正常的車(chē)道上運行。

　　5．汽車(chē)電控懸架

　　汽車(chē)不同的行駛狀態(tài)對懸架有不同的要求。一般行駛時(shí)需要柔軟一點(diǎn)的懸架以求舒適感，當急轉彎及制動(dòng)時(shí)又需要硬一點(diǎn)的懸架以求穩定性，兩者之間有矛盾。另外，汽車(chē)行駛的不同環(huán)境對車(chē)身高度的要求也是不一樣的，剛度不變的懸架無(wú)法滿(mǎn)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(mǎn)足行駛平順性要求和操縱穩定性要求，又能達到安全行駛的目的。電子技術(shù)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(chēng)為電控懸架，目前比較常見(jiàn)的是電控空氣懸架形式。典型的電控懸架系統由電子控制元件（ECU）、空氣壓縮機、車(chē)高傳感器、轉向角度傳感器、速度傳感器、制動(dòng)傳感器、空氣彈簧元件等組成。該系統能夠根據汽車(chē)的瞬時(shí)駕駛條件自動(dòng)調節懸架組件的性能，即通過(guò)各種傳感器對汽車(chē)的運行狀況進(jìn)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(dòng)狀況信號后，能自適應地處理車(chē)輛的側傾、前后仰，并自動(dòng)調整減振器阻尼力，能防止車(chē)體傾斜并提高車(chē)輪的地面附著(zhù)力。該系統使汽車(chē)更易于控制，具有更好的操縱穩定性。

　　6．汽車(chē)電控動(dòng)力轉向系統

　　電控動(dòng)力轉向系統（簡(jiǎn)稱(chēng)EPS Electronic Control Power Steering）是為了實(shí)現在各種行駛條件下轉向盤(pán)上所需要的力都是最佳值，而在轉向系統上采用了電子控制的系統。該系統在各種不同的速度狀況下通過(guò)電控轉向微處理器自動(dòng)調整轉向盤(pán)的操縱力。在低速時(shí)和車(chē)輛擺放時(shí)，駕駛員只需較小的力就能靈活地進(jìn)行轉向，在高速時(shí)，能自動(dòng)使操縱轉向盤(pán)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定性和安全性。

　　7．汽車(chē)主動(dòng)避撞系統

　　該系統是輔助汽車(chē)駕駛者對影響公路交通安全的人、車(chē)、路環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，在危急情況下由系統主動(dòng)干涉駕駛操縱、輔助駕駛者進(jìn)行應急處理、防止汽車(chē)相撞事故的發(fā)生，保障了汽車(chē)行車(chē)安全。

　　8．汽車(chē)一體化底盤(pán)控制系統

　　汽車(chē)一體化底盤(pán)控制系統（UCC）是一種先進(jìn)的集成系統，它通過(guò)中央底盤(pán)微處理器，將制動(dòng)、懸架、轉向和傳動(dòng)系等控制系統連接起來(lái)，底盤(pán)微處理器能夠接受每個(gè)子系統傳感器發(fā)來(lái)的數據，對各子系統進(jìn)行協(xié)調控制，使車(chē)輛的整體水平達到最佳，保證車(chē)輛行駛的安全性。

　　9．汽車(chē)輪胎監測系統

　　汽車(chē)輪胎是汽車(chē)與地面的接觸部分，影響汽車(chē)的驅動(dòng)力和制動(dòng)力。在安全性方面起著(zhù)非常大的作用，汽車(chē)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(chē)輪胎監測系統（TMPS）能實(shí)現對汽車(chē)輪胎的實(shí)時(shí)監測，當壓力低于安全范圍時(shí)會(huì )給予報警。

　　10．其他安全控制系統

　　為了適應汽車(chē)高速、安全、舒適的需要，越來(lái)越多更先進(jìn)的電子技術(shù)應用到汽車(chē)上，如睡眠駕駛警報系統、司機分神監視系統、視覺(jué)增強和夜視系統、導航系統等，為汽車(chē)的安全行駛提供了保障。

　?。ǘ┍粍?dòng)安全性電子技術(shù)

　　隨著(zhù)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)已經(jīng)在交通安全中起到越來(lái)越大的作用，有效地減少了交通事故的發(fā)生。但現實(shí)中仍不可避免地發(fā)生很多交通意外，因此現代汽車(chē)還需要裝備被動(dòng)安全系統。汽車(chē)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(chē)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(jìn)行處理，當它判斷有必要打開(kāi)氣囊時(shí)，立即發(fā)出點(diǎn)火信號以觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器接收到點(diǎn)火信號后，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(chē)內物體隔開(kāi)，另一方面當人體與氣袋接觸時(shí)，利用氣袋的阻尼或氣袋背面的排氣孔節流作用來(lái)吸收乘員慣性力產(chǎn)生的動(dòng)能，達到保護乘員的作用。安全氣囊系統的組成如圖3所示?！　?/p>

　　安全氣囊是新近發(fā)展起來(lái)的最有效的被動(dòng)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(zhù)電子技術(shù)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(chē)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(mén)鎖緊急施放系統、GPS救援系統等。

　　1．門(mén)鎖緊急施放系統

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

　　2．GPS救援系統

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

　　三、結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)汽車(chē)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)安全技術(shù)經(jīng)歷了從碰撞后易于救助到減少損傷，再到事故避免和預防的發(fā)展過(guò)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(lái)的汽車(chē)將會(huì )成為電子產(chǎn)品的綜合平臺，電子技術(shù)將會(huì )使汽車(chē)變得更加安全、舒適和方便。