現(xiàn)代汽車安全技術和發(fā)展

1、 引 言汽車經(jīng)過120多年的發(fā)展，已成為人類必不可少、最主要的交通工具。汽車在給人類帶來極大方便的同時，也給道路交通帶來了很大的安全問題。隨著汽車保有量的日益增加，車輛事故和因車禍傷亡的人數(shù)也在不斷增加，已成為一個不容忽視的社會問題。人們對汽車安全性能的要求越來越高，為滿足人們對汽車安全性能要求日益增加的需求，越來越多的先進技術被應用到汽車安全裝置上。第一章 汽車安全技術的發(fā)展過程1.1汽車安全技術的概述汽車發(fā)展的歷史就是汽車安全性能不斷提高的歷史，而汽車安全技術的發(fā)展過程也是汽車安全性技術法規(guī)發(fā)展和完善的過程。1.1.1交通事故的定義我國定義道路交通事故為：“凡車輛、人員在特定道路通行過程中

2、，由于當事人違反交通法規(guī)或依法應該承擔責任的行為而造成人、畜傷亡和車輛損失的交通事件?！庇熊囕v參與是定義交通事故的前提條件，確保汽車安全是減少事故的主要環(huán)節(jié)。1.1.2 汽車安全的概述（1）汽車安全是伴隨著汽車的發(fā)明而出現(xiàn)的，是汽車發(fā)明的必然產(chǎn)物。1769年世界上第一起汽車安全事故發(fā)生。1858年英國開始實施世界上最早的道路交通法。隨著汽車保有量的增加，道路交通事故已成為世界性的社會問題。全世界每年死于交通事故的人數(shù)估計超過50萬人，傷1000萬人以上?。?）汽車安全主要取決于車、人和交通環(huán)境三大要素。首先汽車的可靠性要高、安全性能要好；其次參與交通行為的人員要掌握交通安全知識、遵守交通法規(guī)；

3、此外交通環(huán)境（道路、交通設施、法規(guī)管理）的好壞和完善與否，對確保汽車安全也有不可忽視的作用。（3）汽車安全性的分類：一般按照交通事故發(fā)生的前后加以分類：在交通事故發(fā)生后盡量減少交通事故和司乘人員直接受害程度，保證司乘人員和行人的安全，這種安全稱為被動安全，也稱為沖突安全。在交通事故發(fā)生之前采取安全措施，以避免交通事故的發(fā)生，這種安全稱為主動安全，也稱為預防安全。1.2汽車安全法規(guī)汽車安全法規(guī)，經(jīng)不斷修訂或追加項目，變得越來越嚴格和完善了。在美國，1966年起由運輸部DOT和國家公路交通安全局NHTSA主管聯(lián)邦動車安全法規(guī)FMVSS的制訂和監(jiān)督實施。FMVSS分為三個系列100系列為預防事故發(fā)生

4、，200系列為碰撞過程中的乘員保護或減少傷害，300系列為減少事故后的災害。作為整車碰撞最終試驗的法規(guī)標準主要有u三項指標：汽車乘員碰撞保護（FMVSS.208）,防止轉(zhuǎn)向機構(gòu)對駕駛員的傷害（FMVSS.204）：汽車碰撞時燃油泄漏（FMVSS.301），這些法規(guī)均要求整車以48.3km/h的車速正面碰撞固定壁，然后進行各種測量分析。美國執(zhí)行FMVSS使得汽車事故死亡人數(shù)減少了20（約一萬人），取得的效果是相當明顯的。繼美國的FMVSS之后，歐共體、日本、澳大利亞、加拿大等國也相應公布了自己的法規(guī)。歐洲各國在很久以前就開始實施各自的車輛法規(guī)與其汽車型式認證。二戰(zhàn)后，歐洲各國為消除貿(mào)易上的障礙，

5、大力推行法規(guī)的國際化。制訂了作為統(tǒng)一法規(guī)的EEC指令和ECE法規(guī)。歐洲經(jīng)濟委員會ECE法規(guī)由各國任意自選，沒有強制力。歐洲經(jīng)濟共同體EEC指令則作為成員國統(tǒng)一的法規(guī)，具有一定的強制力。日本制訂了道路運輸車安全標準和新型汽車審查標準，后來也不斷參照FMVSS和ECE進行修改和補充。1968年由澳大利亞運輸咨詢委員會ATAC的各分委會制訂了澳大利亞設計法規(guī)ADR。加拿大汽車安全標準CMVSS基本上與黃國FMVSS一樣是關于車輛與車輛零件安全的法令。我國繼1989年制定的GB/T11551-89“汽車乘員碰撞保護”、GB/11557-89“防止汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu)對駕駛員傷害的規(guī)定”、GB/11553-89

6、“汽車正面碰撞時對燃油泄漏的規(guī)定”。這些標準基本上與美國法規(guī)相近，要求的標準也一樣。預計在幾年后，在不斷開展汽車碰撞試驗研究的基礎上，我國亦將形成自己的汽車碰撞安全法規(guī)系統(tǒng)，那時我國汽車碰撞安全性必然會有很大的提高1.3汽車安全性的現(xiàn)狀隨著汽車保有量的增長，道路交通事故已成為世界性的社會問題。全世界每年死于道路交通事故的人數(shù)估計超過50萬人，傷1000萬人以上，近年來我國各種機動車的保有量增加很快，道路交通事故的數(shù)量和死亡人數(shù)也不斷增加，從1985年到1994年的10年間，事故數(shù)量和死亡人數(shù)分別增加了27和60,1995年已達到了272000起和71000多人，成為世界上交通事故最嚴重的國家。

7、嚴峻的現(xiàn)實提醒我們必須有效地控制道路交通事故提高汽車的安全性，為此各汽車廠家都極其重視在現(xiàn)在汽車上設置各種主動安全裝置和被動安全裝置。1.4汽車安全技術的分類與涉與的領域汽車安全技術一般分為：主動安全技術(aetive salty technology)和被動安全技術(passivesaftytechnology)。1.4.1汽車主動安全技術根據(jù) “汽車理論”和 “汽車設計”的概念，所謂主動安全技術就是在汽車的設計和制造時，對汽車的、外部結(jié)構(gòu)進行合理有效的設計，采用更先進的技術和裝備，主動預防、避免或減少汽車在行駛過程中發(fā)生事故，以提高汽車的主動安全性能。俗話說的防患于未然。1.4.2汽車被動

8、安全技術是指在車輛發(fā)生交通安全事故后，通過車的保護系統(tǒng)來有效地保護駕乘人員盡量減少損傷的程度，包括對車上員和乘車下行人的保護。1.4.3 汽車安全技術涉與的領域 主動安全中的事故安全技術事故前的車距自動報警、電控懸袈、防抱死制動系統(tǒng)、驅(qū)動防滑系統(tǒng)、巡航控制系統(tǒng)、車輛操作穩(wěn)定系統(tǒng)、自動變速器、車胎氣壓報警系統(tǒng)；預防安全技術正常行駛時中的車況、路況監(jiān)測、改善駕駛視野、提高車輛被認視性、燈照防眩暈、駕駛員注意力監(jiān)測、自動導航等。被動安全技術中碰撞安全技術事故當時安全氣囊、安全帶、行人保護、吸能車體；抑制安全技術事故后減輕二次傷害、阻燃構(gòu)件、自動報警、安全門鎖、汽車“黑匣子”等。 第二章 汽車上常用的

9、安全技術2.1 主動安全技術 2.1.1距離警示系統(tǒng)該系統(tǒng)可以幫助駕駛員保持與前車的安全距離。當距離警示系統(tǒng)啟動后，駕駛員可以 預先設定本車與前車的時間間隔。汽車行駛時，系統(tǒng)探 測到本車與前面的汽車時間間隔低于本車的設定值時，會在前擋風玻璃發(fā)出警示，同時發(fā)出警示聲。如果駕駛員還沒有采取任何安全措施，這個系統(tǒng)將會自動剎車。 2.1.2行駛中打瞌睡或精力不集中警報系統(tǒng)由于高速公路網(wǎng)的不斷完善，增加了長時間駕駛的機會，駕駛?cè)藛T極易疲勞和注意力不集中，由此而引起的交通事故約占整個車輛事故的50。該系統(tǒng)能夠記錄汽車在道路上的行駛情況并向注意力分散的駕駛員

10、發(fā)出警示，避免或減少因疲勞駕駛導致事故的發(fā)生。該系統(tǒng)使用儀表板處安裝的小型攝像機與夜間紅外掃描裝置，監(jiān)視駕駛員的臉部表情。通過微機處理來判斷駕駛員是否打瞌睡或注意力不集中，當駕駛員打瞌睡或注意力不集中時會發(fā)出警報。 2.1.3視覺增強系統(tǒng)為使駕駛員在雨、霧天仍有良好的視覺效果，國外一些大的汽車公司研制出一種視覺增強系統(tǒng)。該系統(tǒng)能迅速去除風擋玻璃上的雨水霧氣。典型的結(jié)構(gòu)有三種：第一種是采用除水防護薄膜，使水膜不易形成；第二種是日本三菱汽車公司采用的一種斥水玻璃，使水珠快速結(jié)成大水滴流走；第三種是日本制造商利用超聲波技術使吸附在風擋玻璃上的水膜霧化消散。 2.1.4輪胎氣壓過低

11、警報系統(tǒng)輪胎氣壓過低時，會使汽車的行駛性能變壞，加速輪胎磨損，甚至造成車輛傾翻事故。為了解決這一問題，車輛上裝有輪胎氣壓過低警報系統(tǒng)。當輪胎氣壓低于某一定值時，該系統(tǒng)報警，以便駕駛?cè)藛T采取一定措施，確保行車安全。為了減少輪胎氣壓過低對安全行駛的影響，英國哈蒙雷塑料研究所研制出一種自動吸氣的輪胎。其部填充一種能自動吸氣的泡沫塑料，吸氣特性取決于所受壓力。輪胎受的壓力越大，吸人氣體越多；當壓力減小時，它又釋放出一部分氣體，始終保持一定壓力。 2.1.5自動巡航系統(tǒng)普通的巡航系統(tǒng)是汽車行駛到一 定速度時，啟動巡航系統(tǒng)，汽車會保持一定的速度自動前進，不用再踩油門。但當遇到情況時，駕

12、駛員必須踩制動以防事故發(fā)生。因此，駕駛員必須隨時準備制動。采取制動后巡航系統(tǒng)自動失去功能，必須重新加速后重新設定巡航速度。自動巡航系統(tǒng)則具有高度智能化功能，能自動調(diào)整車速。巡航時速最低可達32 kmh，利用攜帶的GPS系統(tǒng)會時時提醒自動巡航系統(tǒng)近1 km圍可能出現(xiàn)的物體。自動巡航系統(tǒng)接收到信息后判斷出最佳的車速，待確認無潛在危機后，又會恢復到較快的巡航速度。 2.1.6偏離行駛路線警報系統(tǒng)由于某種原因，車輛稍微偏離行車路線，而駕駛員又沒有注意修正時，該系統(tǒng)發(fā)出警報，直到車輛回到原來的路線為止。日本三菱 汽車公司和馬自達汽車公司采用車載攝像機識別道路中間白

13、線的方法，即當車輛偏離白線或偏離白線較多時，該系統(tǒng)報警。汽車報警后，駕駛員仍沒有使車輛回到原來路線時，該系統(tǒng)便自動地使車輛回到原來路線。2.1.7一體化底盤控制系統(tǒng)它是一種先進的集成系統(tǒng)，通過中央底盤控制器，將制動、懸架、轉(zhuǎn)向、動力傳動等控制系統(tǒng)進行電子化連接?？刂破魍ㄟ^微電腦的控制運算，對各個子系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)，以獲得車輛整體性能和穩(wěn)定性控制達到最佳，保持汽車在任何行駛狀態(tài)下的平穩(wěn)性和快速轉(zhuǎn)彎時的可控性，減少顛簸和轉(zhuǎn)向時離心力造成的沖撞。2.1.8電子制動力分配系統(tǒng)電子制動力分配系統(tǒng)(英文全稱是ElectricBrakeforce Distribution，縮寫為EBD)。為了防止汽車

14、制動時后輪先制動的情況發(fā)生，EBD系統(tǒng)可依據(jù)車輛的重量和路面條件來控制制動過程，制動以前輪為基準要比較后輪輪胎的滑動率，如發(fā)覺前后車輪有差異，而且差異程度較大必須被調(diào)整時，它就會調(diào)整汽車制動液壓系統(tǒng)，使前、后輪的液壓接近理想化制動力的分布。因此，重踩制動在ABS動作啟動之前，EBD已經(jīng)平衡了每一個輪的有效地面抓地力，防止出現(xiàn)后輪先抱死的情況，改善制動力的平衡并縮短汽車制動距離。2.1.9電子制動輔助系統(tǒng)電子制動輔助系統(tǒng)(英文全稱是ElectronicBrake Assist，縮寫為EBA)。在一些非常緊急的情況下，駕駛員往往缺乏果斷，不能迅速踩下制動踏板。EBA就是為此設計的，它的功

15、能與ABS相似。該系統(tǒng)利用傳感器感知駕駛員對制動踏板踩踏的速度和力度大小，以此判斷駕駛員此次制動的意圖。如果屬于非常緊急的制動，EBA就會指示制動系統(tǒng)產(chǎn)生更強的制動力，使ABS發(fā)揮作用，從而使制動力快速產(chǎn)生，減小制動距離；而對于正常情況的制動，EBA則會通過判斷不予啟動ABS。通常情況下，EBA的響應速度都會遠遠快于駕駛員。這對縮短制動距離增加行車安全性非常有利，因此，對于腳力較差的女性與高齡駕駛員避讓緊急危險的制動是非常有幫助的。汽車主動安全技術是當今汽車安全技術的重點研究領域和主要發(fā)展方向。汽車主動安全技術除以上所述外，還有很多 ，如遠紅外線夜視系統(tǒng)輪胎防爆安全氣閥、防爆(扎)輪胎、高位制

16、動燈、防滑差速鎖、超聲波清洗雨滴后視鏡 、駕駛員酒精濃度檢測儀，等等。 2.2 被動安全技術2.2.1安全帶 安全帶是50年代開始作為選裝件裝備汽車的，但直到現(xiàn)在，它仍然是最基本的乘員保護裝置。它的作用在于能夠在正面碰撞、后面碰撞、有角度碰撞以與翻車事故發(fā)生時防止乘員從座位上甩出，幫助乘員減少受傷的風險。 現(xiàn)在，在安全帶的設計過程中引入了許多先進技術，從而使今天的工程師能夠根據(jù)車輛的構(gòu)型對安全帶系統(tǒng)進行設計。安全帶系統(tǒng)的重要部分安全帶收縮裝置總成可以根據(jù)車輛的設計而有不同的變型。安全帶收縮裝置的首要目的是發(fā)生碰撞或強烈制動的過程中將安全帶鎖緊在恰當?shù)奈恢?，在不使用安全帶時貯

17、存安全帶。根據(jù)車輛的設計，還可以增加一些附加的功能，以增強性能或提高便利性。例如緊急鎖緊裝置，一正常的駕駛過程中，膝/肩部安全帶的緊急鎖緊式伸縮裝置允許安全帶隨著乘員一起移動，從而使安全帶的使用能夠緊貼合身，而且舒適。當車輛快速減速時，伸縮卷筒鎖止，從而使卷繞在卷筒上的安全帶也鎖止。還有一些車輛的伸縮裝置采用“抓鉗”裝置來抓住安全帶。2.2.2 智能安全氣囊智能安全氣囊除具有一般安全氣囊所具有的部件和功能外，它所配備的氣體發(fā)生器都是多級的，具有更多的傳感系統(tǒng)，可以自動地感測到乘員的體重大小、乘員的身材高矮、乘員的坐姿、座椅移動情況、乘員離位情況(離安全氣囊模塊的距離)以與乘員是否佩帶

18、安全帶等信息，以此來確定安全氣囊打開時采取的不同充氣級別，避免乘員被爆炸的氣囊擊傷，以達到最佳的保護效果。2.2.3汽車 “黑匣子”該系統(tǒng)與飛機黑匣子相似。它可監(jiān)視和記錄車輛碰撞前后的瞬間以與行車途中各種傳感器信號的變化情況，以便準確分析故障的成因。日本豐田汽車公司汽車黑匣子可以記錄事故發(fā)生前后車輛和駕駛環(huán)節(jié)等方面的信息，并能再現(xiàn)故障的全部過程。2.2.4事故自動呼救系統(tǒng)自動呼救系統(tǒng)是一項較新的被動安全技術，它是基于安裝了全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的車輛。當車輛發(fā)生嚴重的交通事故后，它會立即自動向救援中心呼叫，報告事故車輛所在的準確位置，車輛事故的狀態(tài)，并能向救援人員趕赴現(xiàn)場的途中轉(zhuǎn)

19、發(fā)傷員身體方面的重要信息，可以測出車微小的振動和微量的二氧化碳，能測出車是否有人，以爭取盡早地、更準確地發(fā)出求救信息以獲得與時救援。2.2.5緊急門鎖釋放裝置其功能有：當碰撞傳感器確認已發(fā)生碰撞時，系統(tǒng)將立即自動地釋放門鎖，使車門能迅速打開。2.2.6防撞型安全轉(zhuǎn)向柱想在汽車發(fā)生正面碰撞事故時，由于車身前部的變形，轉(zhuǎn)向盤連同轉(zhuǎn)向柱將一起向駕駛員方向移動，此時駕駛員在慣性力的作用下向前沖擊，駕駛員胸部會因撞在轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱上而受到嚴重傷害。防撞型安全轉(zhuǎn)向柱除了能保證汽車正常行駛時傳遞轉(zhuǎn)向扭矩外，當汽車發(fā)生正面碰撞，碰撞力達到一定值時，轉(zhuǎn)向柱的中間軸可以伸縮、彎曲或斷開，達到隔絕一次碰撞影響的目的

20、。2.2.7防撞吸能車廂為了減少駕駛室在事故中的變形，保證車乘員有足夠的生存空間，通過采用高強度合金材料以與增加乘員車廂材料尺寸，從而獲得汽車中部剛性車身結(jié)構(gòu)。采用中間有泡沫填充物的夾層鋼板等。2.2.8安全頭枕在追尾碰撞事故中，即使車速較低，被撞車的駕乘者會因車輛突然向前加速而引起頭部劇烈后仰，造成頸部和背部損傷。安全頭枕的作用就是在汽車發(fā)生追尾碰撞事故時防止駕乘者因頭部后仰過度而受到傷害。 被動安全技術是對事故發(fā)生后的一種補救措施，在汽車安全技術領域，被動安全技術也是不可忽視的。除以上所述外，還有一些比較簡單和基本的被動安全技術，如汽車滅火器材的配備、鋼化玻璃和夾層玻璃的應用以與

21、汽車的無棱（尖）角設計等都屬于被動安全的圍。第三章 汽車安全技術的發(fā)展趨勢汽車安全技術涉與的圍越來越廣、越來越細,但任何單一技術都或多或少存在不盡人意之處,而且僅僅依靠某一項技術已很難使汽車整體安全性能得到很大提高。因此,如何提高汽車安全性,滿足人們對汽車安全性能越來越高的需求,變得越來越急迫。駕駛汽車,確保行車安全。另外要不斷完善各項單一技術本身還要搞好各項單一技術之間的協(xié)同這一點更重要它直接影響到第一項工作的最終成敗即汽車安全技術應朝著和減少事故影響的目的。所以今后的汽車安全技術是越來越集成化、智能化、系統(tǒng)化的。（1）集成化將汽車主動安全技術與被動安全技術進行融合,會得到更好的安全保護效果

22、。在2000 年世界汽車年會上, 德爾福公司推出了“ 集成安全系統(tǒng)(ISS) ”。該系統(tǒng)涵蓋了汽車上所有的主要子系統(tǒng), 由50 種不同的技術組成,包括現(xiàn)有的、不久將推出的以與未來將要推出的先進技術,這些技術集成于一體,協(xié)同發(fā)揮作用,達到更好地預防交通事故發(fā)生操縱方面的不足,等到相關技術如智能汽車操縱性能設計和人機工程設計等技術進一步成熟后,就可進一步推動汽車安全智能化。有人預測,未來的汽車會成為各種尖端電子技術的載體,或者說21 世紀的汽車是移動的電腦平臺,智能制動、智能減速和智能轉(zhuǎn)向?qū)⑹俏磥碇悄芷嚨幕咎攸c。（2）智能化隨著電子信息等技術的飛速發(fā)展,形形色色的智能技術在汽車上得到廣泛應用,

23、安全技術逐步走向智能化。GPS(全球定位系統(tǒng)) 技術、智能避撞系統(tǒng)、智能駕駛系統(tǒng)、智能輪胎、智能懸架、智能安全氣囊. 將在汽車上發(fā)揮越來越大的作用。隨著傳感器技術的發(fā)展和計算機運算速度的加快與相關技術的進步越來越多的新型智能化安全技術裝置將出現(xiàn)在現(xiàn)代車輛上這些智能裝置將具有一定的識別、判斷能力在各種情況下都能自動協(xié)助或自行控制。（3）系統(tǒng)化將汽車、道路、人作為一個系統(tǒng)來分析研究,讓三者相互協(xié)調(diào),達到各自性能的最佳匹配,才能實現(xiàn)駕駛員行為特征、車輛機械特性與道路設施和交通法規(guī)之間的最優(yōu)協(xié)調(diào),才能追求系統(tǒng)整體的最佳效益。 隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，未來的汽車安全技術將向著微處理機、軟件技術、多通道傳

24、輸技術、集成化技術、車載網(wǎng)絡系統(tǒng)、光導纖維傳導技術、聲納傳感技術、納米技術等更先進的技術領域發(fā)展。不僅能將過去在軍事與航天領域的雷達、聲納( 超聲波)、遠紅外線、衛(wèi)星定位系統(tǒng)等先進技術和設備應用于汽車，而且能將聲學、光學、電磁學、光電感應、指紋識別等領域的新技術運用到汽車上更能保證駕乘人員的安全結(jié) 論汽車安全性已經(jīng)不僅是個技術問題，在某種程度上也是一個重要的社會問題。汽車的主動安全性因其定位于防患于未然，所以有著廣闊的發(fā)展前景，越來越受到汽車生產(chǎn)企業(yè)、政府管理部門和消費者的重視。應用電子技術使車輛實現(xiàn)的高度智能化是汽車主動安全技術能在世界圍發(fā)生質(zhì)的躍變的主要因素。美國70年代提出的試驗安全車E

25、SV(Experiment Safety Vehicle)、日本90年代提出的高級安全車ASV(Advanced Safety Vehicle)雖然是兩個不同歷史時期提高汽車安全性的代表作，但它們都是未來的安全汽車的雛形。歐、美、日等汽車工業(yè)發(fā)達的國家對于包括汽車安全技術在的汽車工業(yè)重大課題都是在高度計劃和有序的狀態(tài)下展開的，并且制定了近期、中期和長期規(guī)劃，在國家法規(guī)和政策的指導下，通過產(chǎn)、學、研的聯(lián)合，投入相當?shù)牧α恐鸩礁吨T實施，并取得了實質(zhì)性的進步。而我國，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，車流的加大，再加上人口眾多，交通問題會更加突出。對此，我國雖然采取了許多相應措施，但在加強汽車自身安全性能方面還是做得不夠。這不僅不利于我國的交通安全狀況，還會隨著歐、美、日等汽車工業(yè)發(fā)達國家的先進安全技術的實用化、商品化，使剛剛興起的中國民族汽車工業(yè)受到極大沖擊，尤其在汽車業(yè)群雄逐鹿的今天，作為即將面臨加入WTO后所帶來的機遇與挑戰(zhàn)的中國汽車工