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1、现代中低档汽车主动安全技术研究与设计张谱（德州学院汽车工程系，山东德州 253023）摘要： 现代汽车安全系统包括主动安全系统和被动安全系统。其中主动安全系统是当今世界研究汽车安全的主题与趋势。本文介绍了目前国内外主要汽车主动安全技术，分析了事故发生前后主动安全技术所起的作用。通过对汽车主动安全技术的整合使其更能在中低档汽车上推广开来，增加汽车的安全性能，减少交通事故的发生。关键词： 预防安全； 行驶安全； 事故安全1绪论随着科技的发展与进步，汽车的行驶速度越来越快，随之带来的是巨大的交通事故问题。全球每年有超过130万人死于因汽车引起的道路交通事故，交通事故导致车毁人亡、家庭支离破碎，给人们
2、的生活带来不必要的灾难。现代汽车主动安全技术能够很好的控制汽车，实现汽车的人工智能和避免交通事故的发生。 1.1研究中低档汽车主动安全技术的目的和意义随着人类社会的不断发展与进步，汽车的普及和应用将更加普遍和深入，随之带来的道路交通安全问题也已成为世界性的大问题。据联合国世界卫生组织最新一期的“世界灾难报告”称目前，全球每年有超过130万人死于因汽车引起的道路交通事故，道路交通事故仅次于心脑血管疾病、呼吸系统疾病和恶性肿瘤之后，已经成为威胁人类生命的第四大杀手。全球每年因道路交通事故造成的直接经济损失高达5800多亿美元。因此，汽车的安全性能对人类生命和财产安全的影响是不言而喻的。研究预防安全
3、，酒精浓度检测避免驾驶员酒后驾驶，车况检测以及轮胎气压检测能够很好的检测当前汽车的技术状况，排出安全隐患；研究行驶安全，通过灯光设计、改善驾驶员视野、路况检测、电子控制悬架系统ESS、驾驶员注意力检测、自适应巡航控制系统ACC和电子稳定系统ESP等技术增强操纵稳定性和行驶安全性；研究事故安全，汽车预碰撞系统AWS、电子机械制动系统EMB、防抱死制动系统ABS、驱动防滑系统ASR和电子制动力分配系统EBD最大程度的避免发生交通事故。为此，我们有必要研究汽车的安全系统，了解国内外现代汽车主动安全技术的研究现状，使主动安全技术应用于中低档车上加强对车辆的主动安全控制，实现车辆的人工智能，降低车辆的危
4、害使汽车能够更好的为人类服务。现代汽车安全系统能够对汽车实现人工智能控制。加强对现代汽车安全系统的研究进程，不仅能够降低因发生交通事故而造成的财产损失，更好的保护人身安全，而且也能够在发生交通事故前充分做好安全预警工作提醒驾驶员注意安全，必要时汽车主动采取措施避免交通事故的发生。现代汽车正在从被动安全系统向主动安全系统过度，主动安全技术在汽车上的应用解决了当今社会面临的又一大难题，成为人们减少交通事故、克服威胁人类生命安全的重要法宝。1.2国内外主动安全技术研究现状和发展趋势发达国家非常重视汽车的主动安全。汽车主动安全技术正引领新技术革命的到来。在美国，目前NHTSA(北美高速公路安全局)法规
5、要求所有整车必须配置ABS；另外，IIHS(美国高速公路安全保险协会)的数据表明，安装了ESC系统以后，事故量有很大的降低，尤其反映在单车死亡事故上，其事故发生率下降幅度达到56%。因此NHTSA已经提交草案，要求从2009年到2011年，对于重量大于4.5吨的整车必须配置ESC系统。日本同样对汽车主动安全非常重视。J-NCAP(日本的新车碰撞测试)致力于测试时速100km/h的汽车突然刹车后的制动距离，分别在干燥路面和湿滑路面进行，记录从踩刹车之后到停止之前的距离。不可否认，J-NCAP的制动测试其实在各国的标准测试中也是很普遍的，但是从J-NCAP的测试报告中可以看出，日本国内汽车的制动效
6、果逐年上升，制动距离从原来的55m-60m减少到现在的40m-44m，在汽车行驶中遇到突发事件时，这的确是有非常大的帮助的。同样在日本，从2005年起，JAMA(日本汽车制造商协会)就开始对配备ESC的需求进行分析和研究。在欧洲，欧盟的工业产业界和其他的相关组织一起启动了“eSafety”项目，该项目正致力于加速集成式智能化安全系统的研发和应用，以降低欧洲的交通事故，提高道路安全。作为“eSafety”项目的一个主要组成部分，PReVENT是由欧盟和欧洲汽车业界一起赞助的用以研发预防式的安全技术和系统，该系统帮助驾驶员通过车内的安全系统来探测周边环境的危险级别，并根据驾驶员本身的状态来决定如何
7、更好地预防潜在事故的发生。我国在这方面的理论研究与实际应用也完全可以赶上和超过美国、日本和欧洲等发达西方国家，达到国际领先水平。在国家汽车主动安全技术的总体发展战略中，重庆大学从1997年开始着手进行国家自然科学基金项目“汽车安全行驶智能辅助操作系统”(批准号： 69674012)的研究，到现在已经取得了突破性成果，并以此为基础，研究开发了“高速公路智能型汽车行驶主动安全预警系统”，通过了由国家重型汽车质量监督检测中心组织的测试和由重庆市科委组织的专家鉴定会鉴定，一致认为达到了国际先进水平。现代汽车主动安全电子技术将呈现出以下发展趋势：功能多样化、系统集成化、体积微型化、通讯网络化。世界各国研
8、究汽车主动安全技术逐渐走向白热化阶段，本文综述了现代中低档汽车主动安全技术，在充分掌握目前国内外主要汽车主动安全技术现状的基础上对主动安全技术进行整合与设计使其更好的应用于现代中低档汽车上。2现代中低档汽车预防安全技术研究与设计现代汽车预防安全技术能够很好的检测当前汽车的技术状况，能够很好的预判汽车能否正常行驶以及是否存在安全隐患，能够在汽车存在技术状况的时发出必要的预警信号和措施警告驾驶员，若驾驶员硬要驾驶存在安全隐患的汽车，汽车便会自动采取必要的强制措施来控制汽车。预防安全，酒精浓度检测避免驾驶员酒后驾驶，车况检测以及轮胎气压检测能够很好的检测当前汽车的技术状况，排出安全隐患。2.1酒精浓
9、度检测系统设计（1）酒精浓度检测的目的 酒精浓度传感器安装在驾驶室内，当驾驶员进入驾驶室，因其呼出的气体中含有乙醇的成分，传感器检测到这种成分，便将信号处理、放大成为计算机可以接收的信号，计算机做出判断，向控制器发出指令，使断电器工作，发动机熄火，禁止酒后驾车，避免酒后驾驶引发的交通事故。（2）酒精浓度传感器的结构酒精浓度传感器由热敏电阻、和壳体三部分组成。热敏电阻采用负温度系数的电阻（NTC），负温度系数热敏电阻其电阻值随着NTC热敏电阻本体温度的升高呈现出阶跃性的减小， 温度越高，电阻值越小；热敏电阻主要用于加热SnO2，同时加速气体吸附、脱出的过程，提高器件的灵敏度和反应速度，烧去附着在
10、探测部分的油雾、尘埃等污物，起清洁作用，控制不同的加热温度，增强对被测气体的选择性。SnO2是金属氧化物半导体气敏元件， 在200-300度时吸附还原性气体乙醇而使电阻值急剧下降，因而，控制电流增大，磁场吸力大于弹簧弹力而断电。壳体要求比较严格，要求及耐高温又有很好的透气性。（3）酒精浓度传感器的工作原理这种传感器主要使用半导体气敏材料（SnO2），利用与其气体接触时使半导体的导电率等物理性质发生变化来检测待测气体的成分和浓度。这种传感器具有灵敏度高、响应时间和恢复时间快、使用寿命长及价格低等优点，将成为世界上产量最大、使用最广的传感器之一。SnO2金属氧化物半导体气敏元件，在200-300度
11、时吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减小，从而使其阻值增加。而当遇到有能供给电子的还原型气体乙醇时，原来吸附的氧脱附，而以正离子状态吸附在金属氧化物半导体表面，氧脱附放出电子，还原型气体以正离子状态吸附也要放出电子，从而使氧化物半导体导带电子密度增加，电阻值下降。当还原型气体不存在时，金属氧化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值回升到初始状态。空气中的氧的成分大体上是恒定的，因而氧的吸附量也是恒定的，酒精浓度传感器的阻值大致保持不变。如果被测气体流入这种气氛中，器件表面将产生吸附作用，器件的阻值将随气体浓度而变化，从浓度与阻值的变化关系即可得知气体的浓度。利用器件
12、阻值的变化实现对断电器的控制，从而控制点火系统电路。（4）酒精检测电路的工作原理（如图2-1）打开点火开关（ON），电脑控制酒精浓度传感器搭铁，使传感器升温，随着温度上升NTC电阻阻值下降直至升值规定温度。电流流向为：电源+B断电器酒精浓度传感器电脑搭铁电源负极。当驾驶员未饮酒时，SnO2保持较高的阻值，因而回路中的电流较小，磁场力小于常闭触电弹簧的弹力，点火系统正常接通。当驾驶员饮酒后，进入驾驶室，因其呼出的气体中含有乙醇的成分，传感器检测到这种成分，吸附大量乙醇气体后，电阻值下降，因而回路中的电流较大，磁场力大于常闭触电弹簧的弹力，点火系统断开，无法正常启动。图2-1 酒精检测电路（5）结
13、论 酒精浓度检测系统可以避免酒后驾驶引发的交通事故，减少不必要的人员伤亡和财产损失。然而，该系统毕竟处于研究阶段要想成功应用到现代汽车中必须进行大量的选材与实验。在实验过程中，可以对酒精浓度传感器进行再处理使其更能发挥作用，也可以增加信号放大器控制电路的灵敏程度，还可以将现有高档汽车上的酒精浓度传感器和信号放大器进行重组改装使其更好、更成功的应用到现代中低档汽车上。2.2轮胎气压过低检测系统设计NJ4aVNJ4aVNJ4aV 工作原理： 轮胎气压过低检测系统是利用力的平衡原理制作成的。活动触点受弹簧弹力、气压压力和离心力的作用处于平衡状态，当轮胎气压过低时弹簧弹力大于气压压力与离心力的合力，活
14、动触点接触固定触点而接通回路，“LOW TIRE”指示灯点亮，提醒驾驶员出现了气压太低情况（如图2-2）。轮胎气压过低使操纵性降低，安全系数降低，会出现意外事故。因而对轮胎压力检测就十分关键，而当轮胎压力出现异常情况时，驾驶员往往会主动降速降低安全隐患。所以三个车速范围为主要的检测范围：24-26km/h，64-113km/h，113-145km/h。每一车速范围所对应的离心力可用F=mv2/r实验测得。充分利用实验数据寻找合适的材料，保证轮胎在正常压力范围内达到三力平衡而使活动触点刚刚与固定触点分离。轮胎压力偏低时，活动触点接通电路，“LOW TIRE”指示灯点亮，驾驶员观察到指示灯亮起时需
15、到就近维修厂修理。维修工只需将轮胎低压报警装置拆下即可进行检测与维修作业。保证正常的轮胎气压是汽车安全行驶的先决条件之一，有利于汽车的主动安全。现在中高档汽车上普遍使用感应式的轮胎测压系统，有复杂的电子电路并受电脑控制，将其应用于中低档汽车上还存在一定的问题，因而设计简易的轮胎压力过低检测系统就十分必要了。图2-2 轮胎气压检测3现代中低档汽车行驶安全研究与设计现在汽车档次不一，再加上道路条件等客观条件的限制，不同档次的车行驶安全性也就存在差异。行驶安全，通过对灯光进行设计、改善驾驶员视野、路况进行检测、电子控制悬架系统ESS、驾驶员注意力检测、增加自适应巡航控制系统ACC和电子稳定系统ESP
16、等技术增强操纵稳定性和行驶安全性。这样，普通中低档车也就在一定程度上加强了行驶主动安全性能。3.1前照灯自动闪光系统（1）前照灯自动闪光系统的作用与特点汽车前照灯自动闪光系统作用是根据对面灯光的强度，自动变换前照灯的近光或远光，以提醒对面驾驶员变换远近光，避免会车时驾驶员炫目。其最大的特点是可在无人操作的条件下实现灯光自动闪亮用以提醒对面驾驶员。（2）工作原理当对面没有车辆驶来时，光敏电阻无灯光照射，电阻非常大相当于断路，远近光只受组合变光开关的控制；当对面开着远光的车辆驶来时，光敏电阻接受灯光高度与强度信号电阻逐渐变小，电路中电流变大翼片受热膨胀短路闪光器的电阻丝，使继电器吸合开关触点至远光
17、灯，远光闪亮；当对面驾驶员变为近光或者会车结束时，光敏电阻无较弱或无灯光照射，电阻又变大至无穷，自动变光电路断路，灯光自动闪至近光灯（如图3-1）。前照灯自动闪光系统是利用对面灯光的强度控制电路电流，使闪光器接入与断开，从而控制远近光的自动变换。当使用中电子控制部分损坏或出现故障时，仍能通过组合变光开关变换远近光。图3-1 前照灯自动闪光（3）在中低档汽车上的应用分析 目前，国内外中高档汽车上前照灯自动变光系统是利用三极管的通断来控制电路的，而本文所设计的前照灯自动闪光系统是利用闪光器的作用来控制的，本身需要对闪光器进行调试，需要在实践过程中进行检验校准。3.2驾驶员视野分析保证汽车安全运行需
18、要驾驶员能及时接收足够正确的信息。80%以上的信息是驾驶员通过视觉获取的，汽车驾驶视野是汽车主动安全系统中的重要组成部分。汽车驾驶视野的宜人化程度直接决定车辆预防交通事故的性能。汽车驾驶视野设计是以驾驶员的眼睛位置（被称为视点）为定位基准。驾驶员眼椭圆的确立为研究汽车视野性能提供了科学基准。各种百分位身材的驾驶员对应有各种百分位的眼椭圆。为便于汽车视野设计或校核，常将各种百分位的眼椭圆制成样板，其在车身视图上的位置如图3-2。汽车视野按方向不同可分为前方视野、后方视野和侧方视野。另外，夜间行驶需要夜间视野。图3-2 车身视图位置（1）前方视野前方视野是从前风窗玻璃所能看到的可见范围及车厢内部的
19、仪表板部分，前方视野是汽车运行中最关键的视野。前风窗玻璃框架横框和立柱位置以眼椭圆为基准，并综合考虑车辆使用环境、人眼视觉特性和能使驾驶员既方便获取交通信号又避免太阳光照射而眩目等因素最终确定，视野太大，路感等刺激增大，容易引起驾驶员的疲劳；视野太小，不能获得足够必要的信息。为了保证车辆在雨雪天为驾驶员提供良好的视野，应设除霜、除雾系统。这些系统在风窗玻璃上的清除面积及其位置也是用驾驶员眼椭圆（通常采用95百分位的眼椭圆）作基准，分别作眼椭圆的上、下、左、右4个切面，以切面与风窗玻璃的交线确定前方视野的大小和位置，汽车前方视野示意如图3-3。图3-3 前方视野（2）后方视野后方视野是通过车内、
20、外后视镜间接观察到的可见范围。其视角大小和方位主要取决于后视镜的尺寸和布置位置（如图3-4）。后视镜的大小、镜面曲率与视野角度密切相关，镜面面积和曲率越大，视野角就越大。但镜面面积过大时物像会产生畸变失真；镜面曲率过大，难以判断物像的距离并在后车快速接近时造成物像急剧变化的眩目感，不利于驾驶安全。因此应在镜面面积与曲率之间求得平衡，保证视野和物像二者都有较好的效果。图3-4 后方视野关于后视镜的布置位置，美国SAE推荐采用眼椭圆的方法确定，要求车内、外后视镜安装在第95百分位眼椭圆边缘水平切线之上或下边缘水平切线之下，使头部和眼睛的总转动角度不超过60并避开风窗玻璃不能刮刷到的部分或立柱遮挡区
21、域。（3）侧方视野侧方视野（如图3-5）是指驾驶员通过侧门风窗等直接可见的视野范围。大客车、货车的视点位置高，侧方显得比轿车更重要！大客车增加侧方视野主要靠右侧（左置转向盘时）以下加大风窗面积。货车靠在右侧门窗玻璃下增设下窥窗，增大侧方视野的下视角。图3-5 侧方视野（4）夜间视野为确保夜间行车安全，车辆必须配备用于前方视野的前照灯、用于倒车的倒车灯，并应设有前、后雾灯及其它专门用于传递信息的转向灯、制动灯、驻车灯、侧位灯、示廓灯和反射器。对夜间视野起主要作用的是前照灯配光性能和近光照射位置。为了提高整个道路交通系统的安全性，应尽可能增强每一辆车的视认性。在车辆上装设各种照明和信号灯是增强视认
22、性的有效措施之一。制动灯可防止后车追尾碰撞；自动频闪的转向灯提醒其他驾驶员注意该车要转向，必须安装在位灯的外侧；危险报警闪光灯用于车辆失控时警示其它车辆驾驶员及时避让。3.3现代中低档汽车车况路况适时检测（1）车况检测系统车况检测系统就是电子控制系统自己诊断本身有无故障。发动机工作时，ECU根据各种传感器输入的信号，按预先设定好的控制程序进行数学计算和逻辑判断，通过向各种执行期发出相应的控制指令来控制发动机的运行。如果某只传感器发生故障不能向ECU输入信号，就会影响ECU对发动机的控制，发动机的工作性能就会变坏甚至无法运转。为了能够及时发现控制系统发生的故障，并在出现故障时尽可能使汽车保持基本
23、的运行能力，以便维持汽车行驶修理厂修理。ECU内部设有故障自诊断电路。在发动机运转过程中，自诊断电路随时都在检测各种传感器和执行器的工作状况，一旦发现某只传感器或执行器参数异常或功能失效时，立即采取必要的措施保护汽车的安全。汽车车况检测系统使汽车主动安全系统更加有保障。（2）路况检测系统1）路况实时检测RoadView高速全自动公路路况检测系统是一种基于高速数字图象获取和处理，激光三维测量及激光距离测量技术的公路路况数据实时采集分析系统。其核心技术已应用于美国德克萨斯州立大学交通研究中心和德克萨斯州交通部2001年联合开发的公路路况高速数字图象实时处理和高速激光三维测量系统。该系统已经在德克萨
24、斯州交通部十六套公路检测车上历时三年多的使用和完善，现肩负着德克萨斯州近十三万公里公路路况数据采集和分析工作。经过不断地改进和提高，2005年开发出了新一代RoadView高速全自动公路路况实时检测系统。RoadView可在车辆高速行使中实时提供准确的路面损伤、横断面、车辙、及平整度和路面纹理等数据和高质量的路面图象。 RoadView系统是目前世界上唯一的一套具有路面损伤实时检测能力，适用于沥青和水泥路面，并且经过大规模实际使用的高速全自动公路路况实时检测系统。RoadView公路路况实时检测系统不但采用了当今世界上最为先进的数字图象处理技术，而且全套技术均为多年来自主研究开发并经历三年多实
25、际使用。现已证明该系统成熟可靠，可大范围推广应用。而且性能价格比高，适应中国市场，同时具有极强的国际竞争力。其核心技术有：路面破损及裂缝检测(PaveCrack)；激光断面扫描仪(PaveRut)；平整度和路面纹理测量(PaveTx)；RoadView软件；其它检测技术：道路前视图象(RightofWayVideo)和距离测量和定位。2）防托底系统汽车底盘太低，容易造成托底， 托底一般有以下几种情况： 过障碍物时托底 上下马路沿时托底 上下坡度比较大的道路时托底 涉水时水面托底对于电子悬架系统的车辆，可设计防托底系统，其工作原理是：增加高强度护板和增设车底检测雷达。高强度护板可以避免汽车油底壳
26、和排气管等受到损坏，起到被动保护的作用；检测雷达安装在汽车底盘上，以安装位置为基准检测汽车底盘以下前方道路的情况，若发现障碍物而汽车无法正常通过时就会自动报警并且连通自动悬架系统使汽车安全通过避免托底现象，避免交通事故的发生。其工作示意图如图3-6所示。 图3-6 防托底系统结构示意图3.4电子控制悬架系统ESS汽车悬架的作用是缓冲和吸收来自车轮的振动，在汽车行驶过程中还要传递车轮与路面间产生的驱动力和制动力。汽车在转向时，悬架还要承受来自车身的侧向力，并在汽车起步和制动时能够抑制车身的俯仰振动，提高汽车的行驶稳定性和乘坐舒适性。电子悬架主要功用是：汽车在行驶过程中，根据实际需要，使悬架的基本
27、参数（如刚度、阻尼）随时调节，从而达到最佳的行驶平顺性和操纵稳定性。电控悬架系统主要有反应汽车运行状况的各种传感器、开关，电子控制单元及执行机构等组成（如图3-7）。图3-7 电子控制悬架电子控制悬架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监测，当车载计算机收到传感器监测来的转向和制动状况信号后，能自动地处理车辆的侧倾、前后仰，并自动调整减振器阻尼力的控制系统。它能防止车体倾斜并提高车轮的地面附着力。其结果是使汽车更易于控制，具有更好的操纵响应性。一是气动弹簧，在不同的搭载条件下，如拖拽一个拖车或增加行李或乘员的情况下，气动弹簧能够自动保持车辆
28、一贯的高度。一个高度传感对乘坐基准高度进行测量，当需要时，空气压缩机通过对气动弹簧进行充气或放气维持自动调节来保持车辆的自动高度。其结果是增加了操纵和汽车大灯照明的连贯。二是双阻尼缓冲装置，这一具有创新意义的系统能够在瞬间完成车辆驾驶由软到硬的变化，从而进一步提高了汽车的可控性。采用先进技术的传感器装置对驾驶者的转向、制动和加速进行监测。在快加速、强烈制动和打弯的过程中，该系统自动将缓冲装置转换到“坚固”设置，以减少在非此状态下经常出现的汽车升浮、栽头或横向摇振的程度。其结果是汽车具有了更好的可控性。在颠簸不平的道路上，电子控制悬架系统可以通过升高车身和采用自动电子阻尼控制技术，明显地提高驾乘
29、人员的舒适性。而在高速公路上，它会自动降低车身高度，减小风阻系数，同时在必要时通过调整阻尼系数来改善汽车的操纵稳定性。如果转向稳定性提高，后轮可以传递更大的制动力，从而缩短制动距离。普通的中低档汽车悬架系统必须在舒适性和操纵性中进行折衷。缓冲性能越好，车辆的减震性能越好，但操控性越差，它自然也会影响制动距离。电子控制悬架系统利用电子技术来提高底盘悬架的技术水平，与一般悬架系统相比，车辆的安全性和舒适性大大提高。3.5驾驶员注意力检测系统驾驶员注意力检测系统控制。当今世界汽车交通事故频繁，大多是因为驾驶员注意力不集中即疲劳驾驶导致的。疲劳驾驶容易导致交通事故，而其本身具有隐蔽性，是当今威胁汽车主
30、动安全，交通安全的又一大杀手。事故后又很难对事故原因查清楚，因而很有必要对汽车进行必要的改装，加强对驾驶员注意力的检测。可以通过对驾驶员连续开车时间进行限制和对转向盘转角进行检测来检测驾驶员的注意力、控制驾驶员的疲劳驾驶。疲劳驾驶警告系统大体分为两部分，转向检测和驾驶累计时间检测。（1）转向检测系统原理当检测到驾驶员注意力低下，转向操作与转向盘操作模型相一致时，就劝告驾驶员休息（如图3-8）。图3-8 转向盘转角检测转向检测原理：检测到疲劳、精力不集中时出现的典型操作，类似转向跑偏时就劝告驾驶员休息；通过检测转向盘转角与车辆行驶状况，判断出有画龙式工况时提醒驾驶员休息；当出现突发事故或出现极度
31、乏力状态时，判断出转向极度化的打把现象时劝告驾驶员休息。车速低于规定车速有明确驾驶操作时，中断来自转向盘的检测信号；方向盘连续往一个方向转动，判断为弯道行驶时，中断来自转向盘的信号。（2）安全驾驶时间警告系统控制原理以保证交通安全为主，考虑气候、驾驶时间和休息时间等因素，来累计驾驶时间，具体工作过程如图3-9所示图3-9安全驾驶时间警告驾驶时间累积原理：累计驾驶时间超过2h，劝告驾驶员休息，以后每一段时间就劝告一次，累计驾驶时间超过4h，自动切断电路，发动机熄火；中途休息时，从累计时问中减除4倍休息时间；雨天或夜间驾驶汽车时，驾驶员容易疲劳，按1.2倍实际驾驶时间折算。驾驶员注意力检测程序设计
32、如图3-10：图3-10驾驶员注意力检测（3）驾驶员注意力检测在中低档车上的应用分析驾驶员注意力检测是一个相当复杂的过程，是制约汽车安全的一大难题，目前国内外高档汽车上仍未取得突破性进展，高档汽车上将影像信号与多重信号传感器信号经过电脑处理分析与计算最终得出结果，如此高精尖的技术不太适合应用于中低档汽车上，而且这也给维修带来不便。本文是对驾驶员注意力中最典型的两种形式进行检测与控制，最终实现主动安全保护。 3.6自动巡航控制系统（1）巡航控制系统的特点汽车巡航控制系统。又称恒速行驶系统。它是利用电控对汽车速度进行自动调节的一种电子控制装置，有如下特点：保持汽车行驶速度稳定。无论汽车行驶在平路还
33、是上坡、下坡，也无论是风和日丽，还是疾风骤雨，只要发动机功率允许范围内，汽车的行驶速度均能保持恒速不变。提高汽车行驶的舒适性。由于其车速稳定，无或快或慢的感觉，尤其是在郊外和高速公路上行驶，成员乘坐的舒适性体现得更为明显。此外，由于驾驶员无须频繁踏加速踏板，疲劳程度可大大减轻。可提高燃油经济性和环保性。采用巡航控制系统后，可使发动机燃料的供给与功率的配合处于最佳状态，在同样的形式条件下，对于有经验的驾驶员开说，可以节省燃油15%，而且加少了排气中有毒成分的含量。（2）巡航控制系统的组成及工作原理巡航控制系统主要有各种传感器和开关、电控单元ECU、执行器三部分组成（如图3-11）。图3-11 巡
34、航控制示意图巡航控制系统的发展趋势是实现恒速及其发动机的动控制。其工作原理为：在汽车前杠上加装追踪定位传感器来测出前面车辆的速度作为基准车速，然后将车速控制在一定范围以内自动巡航，保持前后车距，防止高速时驾驶员疲劳，防止追尾。巡航控制系统一方面起到节油的目的另一方面降低了驾驶员的疲劳驾驶。3.7电子稳定控制系统电子稳定控制系统简称ESP，用于自动控制车辆转弯过程的轨迹稳定性。在紧急闪避障碍物或在转弯时出现转向不足、转向过度进而使车身侧倾角度过大、车尾偏摆力矩超过某一程度、车体的行进方向与转向盘所转过的角度差距达到了某一程度时，将车辆行驶方向快速修正到原行驶路径上（如图3-12）。图3-12 电
35、子稳定控制示意图ESP由传感器、电控单元和执行器三部分组成。其工作原理为在汽车行驶过程中，转向盘转角传感器检侧驾驶员的转弯方向和角度，车速传感器检测车速、节气门开度，横向加速度传感器和横摆角速度传感器检测车辆的横摆和侧倾速度。ECU根据这些信息，通过ECU判断与内部存储数据比较，然后ECU发出指令，调整发动机驱动力矩和车轮上制动力矩，如果实际行驶轨迹与期望的行驶轨迹发生偏差，则ESP自动控制对某一车轮施加制动，从而修正汽车的不足转向或过度转向。汽车有向转向外侧前轮偏移的趋势为不足转向，此时ESP自动对转向内侧后轮进行制动，使车辆恢复稳定的行驶轨迹。如车辆发生不可控制的回转运动，有甩尾的趋势，此
36、时， ESP能自动对转向外侧前轮进行制动，产生阻抗力矩，使车辆恢复稳定行驶 (如图3-13)。带有横向加速度传感器的横向摆动率传感器转向盘转动传感器第一压力传感器车轮轮速传感器燃油喷射点火角发动机管理系统控制单元车轮制动器ESP控制器液压调节器电子节气门 ABS/ASR控制器MSR发动机制动扭矩控制器图3-13 汽车上ESP控制环ESP最主要的作用是在紧急情况下，与ABS和ASR共同工作，帮助驾驶员保持对车辆的控制和ASR共同工作，帮助驾驶员保持对车辆的控制在车辆和地面间还有附着力的前提下，通过对驾驶员的动作和路面等实际情况的判断，对车辆的行驶状态进行及时干预，从而避免重大意外事故。装了ESP
37、的汽车，不再盲目服从司机，它能纠正司机的过度转向和不足转向。ABS和ASR只能被动地做出反应，而ESP则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，防患于未然。ESP的具体作用归纳为三点。 (1)控制驱动力，防止车轮打滑ESP能够避免车辆的起步打滑，系统对制动、发动机管理和变速换挡控制及时干预，让汽车在启动时保持合适的扭矩，而整个过程ESP利用微处理器分析来自传感器的信号并输出相应的控制指令。 (2)控制转向过度或不足在转向过程中，如果驾驶员对车辆的操作过于激烈，会使车辆不能按照自己的轨迹行驶，后驱汽车常出现转向过度情况，此时后轮失控而甩尾。当ESP感知到这种情况将要出现之前，便会对外侧前轮制动，让前
38、轮得到一个反向转矩来稳定车身;在转向不足时，为了校正循迹方向， ESP则对内侧后轮制动，形成一个加强汽车转向的转矩，从而校正汽车的行驶方向。 (3)控制方向，减少对开路面制动距离，对开路面指的是汽车的左右轮分别位于不同附着系数的路面上，如果一半是干燥路面，而另一半是积水甚至是积雪路面。在这种路面上刹车时，制动系统在对附着力较低的路面上的车轮施加制动力时，为了防止车轮的抱死滑动，制动系统不能够对车轮施加与干燥路面上的车轮同样大的制动力。原因是如果没有反方向控制车身，不对称的制动力会使车辆受到一个水平方向的转矩在路面旋转打滑，ESP系统察觉到后，系统会给电动机一个必要的转向角度命令。这时，驾驶员能
39、够感觉到方向盘的变化，并随之继续控制方向盘反向旋转。在这样的作用下，制动力能够发挥地面附着力的最大值，并把制动距离缩短5%10%，这是大众最新的“ESP Plus”转向控制系统所能达到的最新成果。ESP是当前汽车安全水准的最高形式，它是针对各种较差路况、低附着路面、高速弯道行驶等状态下研发的一种车辆主动安全稳定控制系统，能大大提高汽车的行驶安全性和操纵稳定性，从而显著减少因外界各种恶劣路况及驾驶员失误等所造成的重大损失。ESP一定将会成为广泛应用与中低档汽车上的最重要的主动安全技术。4现代中低档汽车事故安全研究避免交通事故的发生最直接的办法就是在事故发生之前采取必要措施，增强车辆操作稳定性、驾
40、驶稳定性和转向安全性等。在事故发生之前，汽车预碰撞系统AWS、电子机械制动系统EMB、防抱死制动系统ABS、驱动防滑系统ASR和电子制动力分配系统EBD最大程度的避免发生交通事故。4.1汽车预碰撞系统分析AWS汽车碰撞预警系统，是一款能预测到行车危险并在碰撞危险发生前2.7秒向驾驶员发出警报，预防交通事故发生的产品，被称为永不疲倦的第三只眼。AWS系统是通过动态视频摄像技术和计算机图像处理技术来实现其预警功能的，它有三大功能：1、前碰撞预警：系统可以在发生碰撞危险前2.7秒发出警报，提醒刹车；同时车尾灯不停闪烁，提醒后面汽车注意，避免追尾；2、车道偏离预警：系统能在无意识发生车道偏离前0.5秒
41、发出警报，提醒注意保持在原车道上安全行驶，此功能特别适合长途驾车人士及疲劳驾车；3、车距的监控和预警：能让驾驶员始终保持安全的行车距离，并能在车距存在危险时发出警报（如图4-1）。 图4-1 预碰撞检测显示器阿德莱德大学的一项研究显示，在车祸之前，有29%的司机完全没有采取制动，因为他们完全没有意识到危险的存在，或者没有时间采取制动。AWS的主要目的是减少车祸发生的主要原因：驾驶员的疏忽！观察车道和识别弯道情况AWS能观察和计算车辆到车道两侧标记线的距离、来往车辆的距离，其中包括了更换车道的车辆（计算通过车道的时间即TLC），并在接触到停车振动带以前就发出警报）。观察车辆AWS能观察到前面的车
42、辆，并计算与它们的距离、方位、相关的速度和接触所需要的时间。AWS利用这些计算结果提供连续的车距和潜在的碰撞信息。弯道情况的分析能确定哪辆前方的车辆和主车处于同一车道内。当出现紧急情况时，采取必要的刹车断油措施避免交通事故的发生。 AWS的特色在于能够把各种不同的危险情况提示给驾驶员，并且集三种不同的预警类型于一体：碰撞预警、车道偏离预警和车距监视和预警。AWS依据其以图像为基础的安全技术，已经被汽车制造商如BMW采用，其他的美国和欧洲的汽车制造商也对其产生了极大的兴趣。其世界闻名的图像技术，以及其优越的安全性措施使AWS成为缓解和预防交通事故的有效产品，并能降低伤亡，减少事故造成的经济损失。
43、AWS适用于各种运输车辆和私家车主。4.2电子机械制动系统EMB 电子机械制动系统EMB。驾驶员接到紧急停车信号时，并没有立即行动，而要经过t1后才意识到应进行紧急制动，并移动右脚，再经过t1后才踩着制动踏板；制动器有回位弹簧拉着，蹄片与制动鼓间的存在间隙需要t2，制动器起作用制动力由最小到最大时间为t2。有制动距离公式s=1/3.6(t2+ t2/2)uao+ u2ao/(25.92abmax)可得到，驾驶员见到信号后做出行动反应时间和制动器起作用至最大时间对制动性能的影响巨大。因而，要在紧急情况下刹车最重要的就是减小制动距离。而为了减小制动距离，就采取相应的措施减小t1+t2的时间。电子机
44、械制动系统 将完全由导线来代替液压油管制动分泵等部件。车轮上的EMB装置由一台电动机和一个变速器组成。装在制动钳座上的电动机和变速器是执行机构，执行最终的制动动作。一旦接到指令，每个车轮上的制动器都可以在毫秒级的时间里迅速产生足够大的作用力，最终实现减少t1+t2缩短制动距离。机电一体化制动系统完全取消了传统的液压制动管路，信号和能源传递依靠电线线束来实现。集成在制动模块内的电机直接产生所需制动力（如图4-2）。EMB通过线束来传递信号和能量，使该系统装配非常简单，不过由于电机消耗电能较多，故EMB系统需专门配置蓄电池。EMB优点是取消了带真空助力器的制动主缸、液压管路和制动液。EMB制动系统
45、只有制动踏板模块、4个车轮制动器、电机和线束等。图4-2 电子机械制动器模型4.3汽车防抱死系统研究（1）汽车防抱死制动系统原理：它通过车载ABS微处理器实时接收轮速传感器采集的轮速信号，利用控制程序计算和判断出车轮的滑转情况，并依据预先设置的门限值控制压力调节器的工作状态(增压、保压和减压），调节制动器的制动力矩。使车轮始终保持理想滑移状态。这样，在汽车紧急制动时，可使汽车获得最佳的纵向附着力和侧向附着力，有效地防止车辆侧滑，提高制动时的方向稳定性和转向控制能力，并减小制动距离。（2）二位二通电磁阀的调压原理：采用两个二位二通电磁阀的循环流动式制动压力调节器工作原理如下图所示。电磁阀只有两个
46、工作位置，两个液压通道。常开电磁阀不通电时将制动主缸与轮缸接通，常闭电磁阀通电时则将制动轮缸与回油管接通。普通制动：在通常的减速制动或停车慢速制动时，ABS不工作，因此，两电磁阀不通电。此时，制动主缸通常开电磁阀与制动轮缸，常闭电磁阀则将通储液器的通道关闭，制动轮缸的压力直接通过制动踏板控制。减压过程：当需要减小制动压力时，ECU输出减压控制信号，使两电磁阀均通电。常开电磁阀通电后关闭，断开了连接制动主缸的通道；常闭电磁阀通电后打开，使制动轮缸与储液制动器相通制动压力降低。此时，电动回油泵工作，将轮缸流入储液器的制动液泵回制动主缸。保压过程：当需要保持制动压力时，ECU输出保压信号，只使常开电
47、磁阀通电。常开电磁阀通电后关闭，常闭电磁阀不通电也处于关闭状态，此时，制动轮缸与制动主缸和储液器通道均被封闭，时制动轮缸的压力保持不变。增压过程：当需要增大制动压力时，ECU输出增压信号，使两电磁阀均处于断电状态。这时，制动轮缸只与制动主缸相通，制动主缸的高压制动液进入轮缸，使其压力增大。汽车制动时，ABS ECU通过控制两电磁阀均不通电（压力上升）、只给常开电磁阀通电（压力保持）和两个电磁阀均通电（压力下降），实现制动压力大小的自动调节，将车轮与地面的附着力保持在较高的范围。当ABS系统失效后，使两电磁阀均处于断电状态，制动主缸与轮缸相通，可保证普通制动器起正常作用。ABS制动过程如图4-3
48、所示图4-3 ABS 制动控制过程目前，大部分汽车都配置有ABS系统，中低档汽车上也正在从选配到必配过程，相信不久的将来ABS会应用于每一款车型。4.4汽车驱动防滑转控制系统驱动防滑转控制系统简称ASR也被称为牵引力控制系统TRC，目前只在少数中、高档轿车上才被装用。ASR的主要作用是让车辆起动或加速时保持平稳，防止驱动轮出现空转或因之而出现的侧滑。ASR由传感器监测车轮的滑转情况，当驱动车轮出现滑转时，控制系统通过控制发动机的动力输出或对滑转车轮施以制动力来抑制车轮的滑转，以使车轮保持最大的附着力，提高汽车牵引力和行驶稳定性。ASR对发动机动力输出的控制通常是通过调整点火正时及间歇关闭喷油阀，降低发动机转速，降低发动机转矩，防止车轮打滑。ASR对滑转车轮施以制动力所需的制动压力由制动液压装置（ABS）产生。ASR通常两种调节功能的组合(自动降低
