汽车主动安全技术发展概况

汽车主动安全技术发展概况

孙祯祥1袁翔2

摘要：本文阐述了有关汽车主动安全性的知识，重点介绍主动安全，主要包括主动安全技术中的汽车防抱死系统．主动防撞系统．电子设定程序。并提出了汽车安全技术向集成化、智能化和系统化的发展趋势。

关键字：汽车安全技术主动安全

前言

汽车发展的历史同时也是汽车安全性能不断提高的历史。1886年汽车问世，1896年汽车撞死第1名行人，1898年第1名汽车司机在交通事故中丧生。从那时开始，人们就在不断努力地改善汽车的安全性能[1]。

20世纪60年代以来汽车安全技术的发展过程如下；在60年代，汽车采用能量吸收式转向柱、双管路制动等，推动了汽车安全技术的进步；在70年代，汽车上推广使用座椅头枕、儿童安全座椅、安全门锁、广角后视镜及安全轮胎等，进一步推动了汽车安全性能的提高；在80年代，汽车安全技术的最大成就之一是汽车制动防抱死装置(ABS)的使用，ABS系统在90年代得到普及，且发展了制动辅助系统(BAS)、电子制动系统(EBS)和驱动力调节装置(ASR)；90年代后，汽车安全技术得到更加迅猛的发展，电子技术、控制技术、传感器技术和新材料在汽车产品中的成功应用，为汽车安全技术的发展插上了“翅膀”，气体放电前照灯和新的智能型前照灯改善了夜间行车会车时汽车的安全性，多种安全系统集成化趋势已初见端倪，汽车的安全性能已日渐完善[2]。先是美国由运输部和国家公路交通安全局制

定和监督实施的PMVSS法规使事故死亡人数减少20%，随后，欧共体、日本、澳大利亚、加拿大等国也相应公布了自己的法规，它们大多参照FMVSS和ECE进行修改和补充，

且强制性越来越严格。我国继1989年制定的GB/T1巧51一89“汽车乘员碰撞保护”、GB/l 巧57~89“防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定”、GB/11553一89“汽车正面碰撞时对燃油泄漏的规定”后.汽车碰撞安全法规系统也已呼之欲出，政府管理部门的法规使汽车企业不能不在汽车安全性上做出迅速而有力的回应。另一方面，汽车工业已成为当今世界上最典型的集团化、世界化产业，在全球经济一体化和知识经济初见端倪的背景下，尤其是亚洲金融危机后，世界各大汽车企业都在力求提高产品性能、占领技术制高点、适应国际化的多元化需求、积极开拓和占据国际市场。汽车安全性也白然成为各国工业支柱产业发展战略的重要组成部分。传统的针对冲撞后的乘员保护的技术和措施已经远远不能满足现代交通对汽

车安全性的要求，把以冲撞安全为核心的传统汽车被动安全技术发展为以预防为核心的现代汽车主动安全技术已成为现代交通的迫切要求，而以先进的电子、通讯及信息技术在汽车上的应用为特征的新一轮汽车技术革命恰恰为此提供了可能。

1汽车主动安全技术概念

汽车安全技术通常可分为主动安全技术（active salty technology）和被动安全技术（passive salfy technology）。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；汽车被动安全技术是指在车辆发生交通安全事故后，通过车内的保护系统来有效地保护驾乘人员，尽量减少损伤的程度，包括对车上乘员和车下行人的保护．又可分为车外部安全性、车内部安全性。

经过近几十年，尤其是进人90年代以来的发展，未来汽车主动安全的新概念已大致形成如图1所示。

图1汽车主动安全新概念

2 发展现状

过去,汽车安全设计主要考虑被动安全技术,如设置安全带、安全气囊、保险杆等。现代汽车设计师们更多考虑的则是主动安全设计,使汽车能够自己“思考”,主动采取措施,避免事故的发生。主动安全技术可以分为两大类:预防安全技术和事故安全技术。预防安全技术包

括:车况、路况监测、车载视觉增强、驾驶员状态监测、自主导航;事故安全技术包括:安全报警和车辆驾驶操纵性提高。主动安全性所涉及的因素很多,但归纳起来可以分为“车”、“人(驾驶员)”、“环境”三方面。同时三者相互作用,构成一个闭环系统,系统的输入为驾驶目标,输出是汽车的反应。这里,驾驶员相当于一个控制器。为了防止这个“控制器”的不稳定和误操作,主动安全技术(系统)还需要增加一个更可靠的控制器以监测人、车、环境的状况。

在这种背景下,自20世纪80年代以来,各种主动安全装置也相继问世。先后出现了汽车制动防抱死系统(ABS)以及在此基础之上发展起来的制动辅助系统(BAS)、电子驱动系统(EBS)和驱动调节系统(ASR)、车载雷达与超声波防撞装置等。这些装置充分发挥制动效能,增加了汽车可控性和加速过程中的稳定性,同时为实现汽车电子化、系统化提供了良好条件。

主动安全将保护提前到事故发生之前,在保护的基础上更注重预防。而人工智能的研究成果使得让车具有某种人的“智能”,能感知外界,能够自己“思考”,主动采取措施,避免事故的发生成为可能。这就构成了我们通常所说的“智能汽车”。

智能汽车的发展是随着智能交通系统ITS、计算机科学技术、人工智能技术等的发展而发展起来的。1986年,奔驰汽车公司发起,包括遍及欧洲的14家主要汽车制造厂、70多家零部件企业和和120个大学,制定了Prometheus(普罗米修斯)计划。其基本概念是在驾驶员、车辆、驾驶和交通环境以及运输系统之间建立必要的联系[3]。安全驾驶是普罗米修斯计划的三个主要输出功能之一,目的是建立一种智能型电子防护装置,用提示或主动支援的方法为驾驶员提供保护,并且更加方便使用和不会因此而造成心理负担。总体看来,进入90年代以后,德国在这方面的研究工作处于领先地位。

美国于1990年成立了ITS协会,提出了名为“Mobility2000”(“走向21世纪”)的智能车辆公路系统(简称IVSH)的宏大计划。计划的任务是探索和完成一套完善的美国国家智能车辆公路系统。通过研究、发展、试验,开发出一套集交通环境、车辆、通讯和驾驶员等复杂因素于一体的尖端技术,最终提供一个更安全、有效、环保的地面运输系统,这个计划的全程时间为30年。美国于1997年设立了智能汽车研发中心,其目的是加速智能汽车发展过程,提高汽车安全性[4]。

但20世纪80年代以来,国内外应用到车辆上主动安全技术几乎都是“以车辆为中心”,如ABS、BAS、EBS和ASR等。这些安全技术都有一个共同点:未能很好地考虑人和环境的因素,没有充分考虑驾驶员在车辆行驶过程中的主导地位和驾驶员的个体差异对驾驶行为的影响,而这些都直接影响到驾驶的安全性。最大限度的保证人的安全,是所有汽车安全性研究的出发点和最终目的。因而必须研究人、车、环境在汽车主动安全中的作用地位以及它们之间

的相互作用关系。

3主流汽车主动安全技术

3.1驱动防滑转系统

驱动防滑转系统（Acceleration Slip Regula-tion）简称ASR。汽车在起步、加速或冰雪路面上行驶时，容易出现打滑现象，如后轮驱动的车辆容易发生甩尾，如前轮驱动的车辆则容易发生方向失控，特别是在转弯时如果发生驱动轮打滑，会导致整个车辆向一侧偏移，这在行车过程中是极度危险的。ASR系统的基本控制原理是：在车轮滑转时，将滑转率控制在最佳滑转率范围内，从而获得较大的附着系数，使路面能够提供较大的附着力，车轮的驱动力能够得到充分利用。ASR系统是在ABS的基础上发展起来的，它与ABS共用轮速传感器、液压驱动元件等，并扩展了电控单元ECU功能，增加了ASR制动执行器、节气门执行器、ASR 工作指示灯及ASR诊断系统[5]。ASR工作示意图如图2所示。

图2 ASR系统工作示意图

3.2汽车电子稳定程序

汽车电子稳定程序（Electronic Stability Pro-gram）简称ESP，它是在ABS系统、ASR系统的基础上发展起来的，并增加了方向盘转角传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器等组成，是对ABS和ASR功能的继承与进一步扩展。ESP是通过调节车轮纵向力大小及匹配来控制汽车的横摆运动，使汽车具有良好的操纵性和方向稳定性。其基本原理是：通过传感器和控制算法来识别驾驶员对汽车的期望运动状态同时测量和估算出汽车的实际运动状态[6]。ESP的工作特点：

（1）实时监控：ESP能够实时监控驾驶员的操控动作、汽车运动状态，并不断向发动机和制动系统发出指令。

（2）主动干预：ESP系统可以通过制动压力干预或发动机输出转矩的调节，来改变汽车的运动，修正汽车的过度转向和不足转向，如图3所示。

图3 ESP系统工作示意图

（3）事先提醒：当驾驶者操作不当或路面异常时，ESP会用警告灯警示驾驶者。

3.3汽车主动避撞系统

汽车主动避撞技术利用现代信息技术、传感技术来扩展驾驶员的感知能力，将外界信息（如车速、障碍物距离）传递给驾驶员，同时根据路况、车况等综合信息辨识是否构成安全隐患，并在紧急情况下，该系统能自动干涉驾驶操纵、辅助驾驶员进行应急处理，使汽车能主动避开危险，防止汽车相撞事故的发生，保证车辆安全行驶[7]。在主动避撞系统中，涉及到多种传感器技术，如雷达、激光雷达、摄像机等，其工作原理，如图4所示。

图4汽车主动避撞系统工作原理图

3.4车道偏离警示系统

车道偏离警示系统使用摄像头监测汽车在车道标线之间的位置，如果未使用变道信号而汽车越过车道标线，该系统就会发出声音信号向司机报警；在此基础上，某公司开发出了自动转向规避碰撞功能，它比车道偏离系统更为先进。该系统利用摄像头和雷达监测汽车本身与对面来车的位置，能够帮助防止司机疏忽造成的正面碰撞。如果汽车进入错误车道，同时系统探测到对面车辆处在碰撞路线上，汽车会自动转向，回到原车道中的安全位置[8]。工作

示意图如图5所示。

图5车道偏离警示系统工作示意图

3.5自适应巡航控制系统

自适应巡航控制系统（Adaptive Cruise Con-trol）简称ACC，是一种智能化的自动控制系统，它是在早已存在的巡航控制技术的基础上发展而来的。在车辆行驶过程中，安装在车辆前部的车距传感器（雷达）持续扫描车辆前方道路，同时轮速传感器采集车速信号。当与前车之间的距离过小时，ACC控制单元可以通过与制动防抱死系统、发动机控制系统协调动作，使车轮适当制动，并使发动机的输出功率下降，以使车辆与前方车辆始终保持安全距离。自适应巡航控制系统在控制车辆制动时，通常会将制动减速度限制在不影响舒适的程度，当需要更大的减速度时，ACC控制单元会发出声光信号通知驾驶者主动采取制动操作。当与前车之间的距离增加到安全距离时，ACC控制单元控制车辆按照设定的车速行驶[9]。原理图如6所示。

图6自适应巡航控制系统工作示意图

4结束语

随着电子技术的蓬勃发展电子技术与汽车工业的合作达到空前紧密的程度汽车电子的控制不仅应用于燃油喷射、自动变速、制动防抱死、安全气囊等方面,而且在车载电子方向,诸如汽车导航、智能交通等方面也有广泛的应用。未来的汽车电子控制将趋于智能化、多样化、集成化、微型化和网络化,使得汽车电子技术装备水平不断提高。总之,电子技术对汽车的技术进步具有重要意义,越来越多的电子产品用到汽车上,使汽车性能不断提高,使它能更好地造福于人类。

参考文献

[1]游战清,刘克胜,张义强等.无线射频识别技术(RFID)规划与实施[M].北京:电子业出版社2005.

[2]朱杰.现代汽车安全技术的发展趋势[J].公路与汽运,2003(4):1-3.

[3]石坚.人———车———路综合环境下主动安全性模拟系统的研究[D].上海交通大学博士学位论文,2000-3

[4]吴昊.人的因素与高速公路交通安全[J].华东公路,1999-12,(6):62-65.

[5]尹安东,孙骏，赵虎等.汽车驱动防滑控制系统的控制模式与技术[J].合肥工业大学学报，2004（3）：325～329.

[6]吴艳华，何天明.新型汽车主动安全系统ESP[J].上海汽车，2007（12）：28～30

[7]宋晓琳，冯广刚等.汽车主动避撞系统的发展现状及趋势[J].汽车工程，2008(4)：285～290.

[8]胡爱军、王朝晖.汽车主动安全技术[J].机械设计与制造，2010（7）：97-99.

[9]德国BOSCH公司编，魏春源等译.汽车安全性与舒适性系统[M].北京：北京理工大学出版社，2007.