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1、 汽车电子学概论课程论文 姓名: 李 灵 姗 学号: 0904620104 成绩: _汽车主、被动安全系统的现状及其发展姓名：李灵姗学号：0904620104院系：电光学院提要汽车安全，一个大家越来越关心的话题。我们都知道，汽车安全被分为主动和被全两项，车辆的被动安全系统归纳起来可分为安全车身结构和乘员保护梁大累，其中安全车身结构主要是为了减少一次碰撞带来的危害，而乘员保护系统则是为了减少二次碰撞造成的乘员损伤或避免二次碰撞。而在主动安全方面各项技术的研发和应用都较晚。其中有代表性的ABS技术是英国人霍纳摩尔1920年研制发明并申请专利，1936年德国博世公司取得了ABS专利权，而使用在汽车工
2、业上大概已经到了二十世纪50年代；90年代初期，在当今炙手可热的ESP开始被博世发明出来，第一款安装了ESP的轿车则是奔驰的产品。关键字 汽车安全 主动 被动 安全系统 现状 发展一、汽车主动与被动安全系统的名词解释主动安全系统方面是指通过事先防范，避免事故发生的安全系统。它有望以最彻底的方式减少交通事故中的人员伤亡，也是新世纪汽车安全性的重点研究区域。通常,汽车主动安全系统可分为车轮防抱死制动系统、电子控制制动系统、驱动防滑系统、电控悬架系统、电控动力转向系统、车辆动力学控制系统等多项控制技术系统。由于主动控制系统所涉及的装置较多,在此我们只简单介绍部分技术,更多的内容将在各个品牌的文章中详
3、细谈到。 车轮防抱死制动系统(ABS):通过将制动器制动力调节到适应路面所能提供纶胎的附着力,达到防止车轮在紧急制动期间抱死的目的,防止车辆侧滑和甩尾。 牵引力控制系统(ASR):其作用是当汽车加速时将轮胎滑动率控制在一定的范围内,从而防止驱动轮因为滑动而损失动力或因为过大动力输出造成一些安全问题。它的功能一是提高牵引力;二是保持汽车的行驶稳定。行驶在易滑的路面上,没有ASR的汽车加速时驱动轮容易打滑;如是后驱动的车辆容易甩尾,如是前驱动的车辆容易方向失控。有ASR时,汽车在加速时就不会有或能够减轻这种现象。 电子稳定控制系统(ESP):电子稳定控制系统其实就是牵引力控制系统的升级版本,牵引力
4、控制系统只对驱动轮的动力输出进行控制,而电子稳定控制系统则会对四个轮子的都进行控制。电子稳定控制系统是通过对四个车轮进行必要的制动来达到稳定车身的目的的。 自适应定速巡航系统:为速度控制系统,自动驾驶系统等。其作用是: 按司机要求的速度合开关之后,不用踩油门踏板就自动地保持车速,使车辆以固定的速度行驶,并具有“跟车”功能,与前面的车自动调整跟车距离和速度,确保有一定的安全距离范围。 灯光随动转向系统(AFS):该系统能够根据行车速度、转向角度等自动调节大灯的偏转,以便能够提前照亮“未到达”的区域,提供全方位的安全照明,确保夜间转弯行车的安全。当然汽车安全的装备远远不止这些,文中只是对最为常见的
5、安全装置,除了以上谈到的应用相对较广的主动安全系统,奥迪的侧向辅助系统、奔驰的注意力辅助系统、沃尔沃的城市安全系统、宝马的平视显示系统等等都将是后期关注的重点。被动安全系统是指在交通事故发生后尽量减小损伤的安全系统，包括对乘客和行人的保护。 在汽车上运用的被动安全技术可大致概括为以下方面： 1、高强度高抗扭力、撞击力强化精钢车身，像一个坚硬的笼子把乘客罩在其中。 2、聚氨酯胶合车窗：即使车窗爆裂了也不会脱落伤害乘客和路人，强烈撞击时乘客不会出现被抛出车外的危险。 3、车身的前后皱折区，可缓和并分解撞击力。 4、横置发动机可翻滚下潜：横置发动机给了前厢更多的皱折空间。在受前方撞击时，发动机可翻滚
6、下潜吸收并分解了撞击能量；同时可避免发动机侵入驾驶仓。5、防侧撞韧性稳定横杆：侧撞发生时可将侧撞力导向车身另一侧，吸收分解撞击力，同时减低对发动机的震动。 6、溃缩式转向柱：正面撞击时，转向柱会自动重叠溃缩，不会侵入车厢，避免方向盘对乘客胸部造成致命损伤。 7、防撞击车轮侵入车厢前桥装置，保护下肢免受伤害。 8、多段气囊充气系统：前部气囊受撞击时分两个阶段充气，中间有延时，延时根据撞击力的大小程度而调整，使脸部与气囊接触时处于气囊放气阶段，不会造成损伤。且气囊爆出传感器位于全车的中部，采用电感式，解决了其他车型前置机械式传感器的误报问题。 9、可压缩式方向盘：在发生车祸时，方向盘自动短裂或弯折
7、，一面刺入驾驶员的胸口。 10、夹层，塑化玻璃的应用：在发生车祸时，玻璃不象普通玻璃一样有尖锐菱角，而是呈圆粒壮，不会对车上人员或路人造成伤害。 其实被动安全方面的技术应用还有很多，这些只是一般得到使用的。技术人员正在尝试着将其他先进的技术运用到汽车上，如磁力增阻屏，它能在即将发生碰撞是在汽车周围产生强大的反磁场，和对方车辆想排斥，达到避免碰撞的目的，如临时起跳绷带，能在发生车祸的瞬间让驾驶员弃车而逃，等等相关技术反有待进一步的研究。二、在主、被动安全系统的现状汽车安全系统已从被动形式发展到主动形式，被动式安全系统追求的是在意外发生时能降低对个人的伤害，但主动式安全系统则强调要避免意外事件的发
8、生。这种事先的预防能力，需依靠在车子内外所设置的各种感测装置，如雷达、红外线、 CMOS/CCD影像传感器、胎压监测系统(TPMS)等。基于不同的安全诉求，这些监测到的数据会经由特定的控制器来加以计算，分析其代表的意义，并以最快的速度做出适当的反应。目前已使用或发展中的先进安全系统在市场上已呈现应用热潮。1、预碰撞系统起“内外”保护作用 交通事故的发生以碰撞为主，而碰撞的理由往往与驾驶人的注意力不集中(如打瞌睡或打电话)、或视线不良等情况有关，而且事故的发生通常都只在刹那之间。今日汽车厂无不致力于发展预碰撞(pre-crash)安全系统，此系统又可分为对内部驾驶人(或乘客)的保护以及对行人的保
9、护两种。 对驾驶人来说，当预碰撞安全系统透过雷达系统监测到冲击的可能性，它会向驾驶人提出警示，如果仍无法避免冲撞的发生，会在0.6秒前启动自动刹车系统，此系统能根据驾驶者刹车的力量，增加刹车油压辅助，让车辆减速的动作更为确实，以望能将车速降至最低;在此同时，预碰撞系统也会驱动安全带系统内的马达，将安全带卷回，并将乘员固定在所设计的最佳位置上，例如调整头枕位置来防止颈部伤害，或将坐椅移到一个可以让安全气囊发挥最大功能的位置，以期将冲击降到最低。此外，系统也可以做出关闭车窗及天窗等控制动作。在行人的保护方面，当雷达、红外线或影像传感器等组件感测到车体即将冲撞到行人时，预碰撞系统会紧急告知驾驶人，并
10、在碰撞不可避免时，如上述般启动自动刹车系统、爆开位于保险杆及前挡风玻璃处的安全气囊，以降低对行人头部、胸部及足部的伤害。 2、自适应巡航系统介入汽车操纵从被动安全到预碰撞系统，都是不得已时的撞车处理措施，但最好的情况是能做到事前预防碰撞的发生。通过配置在车子四周、愈来愈多的传感器，以及更先进的数字控制技术，今日的车主能够获得来自安全系统的辅助驾驶信息，在探测到可能出现的危机时，可适时发出警告信号，甚至能够介入汽车的操纵控制。自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control，ACC)就是这样的一套系统，它的主要功能在于当车距过近时将车辆减速，距离够远时再为车子加速。 自适应巡航控制
11、系统属于前向行驶的自动车速控制功能，它对于刹车仅有部分的干预程度，让驾驶人仍居于主控者的地位。要实现自适应巡航控制的首要工作，就是锁定前方的目标车辆，再计算出前方车辆的移动信息，如车速、加速度、偏航率等; ACC系统会依据计算出的距离及相对速度，以及车主设定的反应时间，进一步算出两车之间的安全车距，并进一步做出加速及减速的动作。当两车距离过近时，则切换到预碰撞的处理模式。3、驾驶警示系统多用CCD/CMOS 系统进行监控并做出警示动作。这些警示功能包括车道偏离警示(Lane Departure Warning，LDW)、驾驶危险警示、视觉死角警示(或称盲点检测)等等。这些功能大多利用CCD/C
12、MOS影像传感器来进行监视，并通过一套辨识系统判断车辆或驾驶的行为是否正常，并适时发出恰当的警告信号。车道偏离警示是当车辆不正常偏离车道线时进行警示动作，辅助驾驶人控制车辆保持在车道线内，或提醒驾驶人变换车道时必须先打方向灯。如果驾驶人事先打方向灯，再变换车道，这属于正常行为，系统不会发出警示信号。 驾驶危险警示系统是利用影像传感器来监看驾驶人的行为，当驾驶人出现打瞌睡或视线偏离车道太久的情况时，会发出警告。有的系统甚至会监测驾驶座中的酒精浓度，并提出适当的警告。此外，驾驶人的视线也有不少死角，透过加装后侧方死角及后方死角监视器，可以为驾驶人提供视觉死角的相关环境信息。例如使用CCD或是超音波
13、进行后方物体的监测、显像及警示，可以避免车辆倒车时发生事故。对于驾驶人来说，有用的信息能减轻一些操控上的感知负担，并协助他做出适当的应变动作，不过，如果警示信息出现的太频繁且没有太大作用(如“前有测速照相”语音警示)，这只会让驾驶人觉得不堪其扰，进而拒绝使用这样的一套辅助系统。另一个问题是如何发出警讯让驾驶人知道，如语音、屏幕/仪表板显示，或通过以振动油门踏板、方向盘或车体微动等方式来对驾驶人做出警示。 4、主动安全系统对传感器要求高 要做出正确的警示甚至是系统监控，关键在于充分且有用的感测信息，以及对信息的辨识或判断能力，前者需要靠传感器的广泛设置，后者则得依靠控制器中的可靠算法。以传感器来
14、说，目前用于环境感知的技术包括雷达、光探测与测距、红外线、超音波、影像传感器及加速度器等。这些技术各有其使用特性，分别适用于车体中不同的位置及不同的应用。 以追随前车及预碰撞功能来说，在传感器上主要是采用毫米波雷达或激光雷达。其中激光雷达的成本较低，约只有毫米波雷达1/3的价格，不过，由于激光雷达的波长比较短，因此在下雨天无法达到理想的功能，因此为提高安全性能，高端车种还是会选用毫米波雷达。 在行人、道路、障碍物的辨识以及视野辅助方面，则以红外线及影像传感器为主要的监视器技术。红外线监视器又分为远红外线(FIR)及近红外线(NIR)两种技术，远红外线的原理是检测出物体的热量再将温差影像化，适合
15、监测具有体温的人体及动物;近红外线则具有夜视的能力，能够在视线不良的环境中(如夜间)辅助显示前方的路况，而且能显示比车灯距离更远的位置，不过，会受到前方对照车灯的影响。 CCD或CMOS影像传感器的应用也愈来愈广，从前方、前侧方及后方的辅助视线应用已扩大到对车内及后侧方向的监测功能。透过辨识逻辑，它能够用来辨识道路分隔线、行人、交通信号标志，或判断路面是否干燥或积水、积雪，甚至进一步推测路面的湿滑度，以供驾驶人做参考。对于高反差或灰暗的环境，影像传感器也能通过将高感应度及低感应度两种画面合成的方式，制作出色调更分明的画面。 此外，影像传感器也能与红外线或雷达结合而形成混合式传感器，能提供功能更
16、强的监视及警示功能。以红外线监视器来说，当红外线LED照射前方所反射回来的红外线被CCD吸收后，不管是白天或晚上，都可以辨识车辆四周的路况。 更具智能性的主动式安全系统得靠精确且遍布车体内外的各式传感器，以及具正确且立即辨识、判断能力的演算平台来实现。视觉性的传感器(如雷达、红外线、影像传感器等)只是众多传感器中的一部分，未来完善的汽车安全系统还得充分结合陀螺仪、加速度计、方向盘与刹车踏板位置探测器，以及轮胎转速检测系统，对车体配件做出精确的监控及警示。 愈来愈多的传感器、更强大的演算中心及对刹车、引擎、安全气囊等装置的控制，将形成更复杂的车载网络(in-vehicle network)，此网
17、络中需要更实时的处理性能和数据传送能力。这些智能性的辅助功能将让驾驶人更轻松和安心地开车，也有助于减少交通意外的发生或降低事件的严重性。而未来完善的汽车安全系统还得充分结合陀螺仪、加速度计、方向盘与刹车踏板位置探测器，以及轮胎转速检测系统，对车体配件做出精确的监控及警示。三、主、被动安全系统的发展安全是个公众问题。根据统计，导致车辆发生事故的主要原因是侧滑博世汽车部件（苏州）有限公司底盘管理系统总监柏汉思告诉记者，25%导致人员伤亡的事故是由侧滑引起的，而在导致人员死亡的事故中，有65%是因侧滑引起。 目前，有一种主动安全措施可以解决侧滑问题，即ESP（电子稳定程序）。 据柏汉思介绍，在欧洲，
18、ESP的装机率可达到40%，其中德国的装机率最高；在其他地区，其装机率则只有10%，甚至更低。在中国，2004年的装机率只有3%（见表一）。 虽然各国的研究数字略有不同，但使用ESP能够降低事故率30%35%，这已得到公认。如果一辆SUV装上ESP，甚至可以防止事故高达67%（见表二）。 主动安全系统能够主动防御各种安全事故，如ABS（防抱死制动系统）可以在行车方向上给予保护，ESP则是在各个方向特别是侧向上给予保护。 博世从1978年开始致力于研究主动安全系统，此外，还研究了被动安全系统、驾驶辅助系统和车辆辅助系统，来保护驾驶员的安全。 被动安全系统是在事故发生时，保证驾驶员安全的，目前博世
19、的技术有安全气囊、侧撞感应和正撞感应；驾驶辅助系统包括导航系统、自适应巡航系统、倒车雷达；车辆辅助装置包括车顶的控制、安全带的控制等。 “这些系统综合起来能够使驾驶员安全驾驶。但是，目前这些系统都是独立的，互相之间没有作用，即使有作用，也是非常有限的。”柏汉思遗憾地说。“我们要利用现在的技术，将这些作用结合起来，即将主动安全系统、被动安全系统和综合性系统组合起来。这就是整合主动被动安全系统，简称CAPS。” 整合主动被动安全系统后，如果发生危险，不同阶段就会有不同的安全模式。如果将汽车发生碰撞分为5个阶段，它在每个阶段是怎样对驾驶员进行保护的呢？ 第一阶段是潜在的危险阶段，这时不会危及驾驶员的
20、安全，CAPS通过自巡航的雷达检测到危险的存在，启动预制动或者将所用参数调整到即将启动的状态； 第二阶段是进入到一个高危阶段，CAPS通过听觉和视觉警告驾驶员危险即将来临，ESP开始起作用； 第三阶段是碰撞不可避免阶段，部门系统开始工作，如安全带开始张紧、座位后移、车窗天窗关闭、紧急制动； 第四阶段是碰撞中，CAPS要启动所有装置保护驾驶员，比如启动安全气囊、碰撞中制动； 第五阶段是事故后处理，包括自动报警、警告灯启动和发送碰撞现场照片。四、结语汽车安全系统已从被动形式发展到主动形式，被动式安全系统追求的是在意外发生时能降低对个人的伤害，但主动式安全系统则强调要避免意外事件的发生。这种事先的预防能力，需依靠在车子内外所设置的各种感测装置，如雷达、红外线、 CMOS/CCD影像传感器、胎压监测系统(TPMS)等。基于不同的安全诉求，这些监测到的数据会经由特定的控制器来加以计算，分析其代表的意义，并以最快的速度做出适当的反应。目前已使用或发展中的先进安全系统在市场上已呈现应用热潮。参考文献：刘艳梅 电子技术在现代汽车上的应用何玉军 国内外汽车电子技术应用现状边明远、浙静 现代汽车电子技术应用的发展趋势
