現(xiàn)代汽車新的安全技術(shù)論文

　　1 現(xiàn)代汽車安全性能

　　現(xiàn)代汽車安全性能是指通過信息技術(shù)的應(yīng)用，使汽車在行駛中能更好地避免或減緩事故，以保障交通參與者人身和財(cái)產(chǎn)安全的特性。汽車的安全性能分為主動(dòng)安全性能和被動(dòng)安全性能。事實(shí)上，安全性能好的汽車，往往可以避免事故的發(fā)生或減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的程度，由此可見，安全、舒適的交通環(huán)境，汽車的安全性能是重要的因素。從某種意義上說，汽車的安全能性能甚至超出了技術(shù)的本身，已成為一個(gè)重要的社會(huì)問題。

　　2 汽車主動(dòng)安全性能及裝置

　　2.1 車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)

　　車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)是在汽車制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）和牽引力控制系統(tǒng)（TCS）功能的基礎(chǔ)上，增加了汽車在轉(zhuǎn)彎運(yùn)行時(shí)橫擺率傳感器、側(cè)向加速度傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等裝置，通過行車電腦控制車輪驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力的大小，以確保汽車運(yùn)行時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定性。裝有電子穩(wěn)定程序的汽車也會(huì)同時(shí)具備驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)、電子防滑差速器、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的功能。當(dāng)駕駛?cè)瞬倏v的汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)超過極限值時(shí)，由計(jì)算機(jī)、信息處理和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的ESP系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)輔助駕駛?cè)诉M(jìn)行操作修正，從而確保行車安全[1]。其主要是通過控制發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門的開度來控制輸出轉(zhuǎn)矩來調(diào)節(jié)車速，或者通過對(duì)某些車輪的制動(dòng)，讓車速減緩到可控制的速度范圍內(nèi)。行車電腦主要通過轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)向角度傳感器、車輪轉(zhuǎn)速傳感器、側(cè)傾力矩傳感器等來判斷汽車的行駛狀況。即：轉(zhuǎn)向角度傳感器會(huì)適時(shí)將檢測(cè)到的轉(zhuǎn)向角度，車輪轉(zhuǎn)速傳感器會(huì)將其檢測(cè)到的車輪轉(zhuǎn)速傳給ESP，行車電腦會(huì)根據(jù)各個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速換算出汽車運(yùn)行軌跡，并與存儲(chǔ)器里理論的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行對(duì)比判斷，若檢測(cè)出某個(gè)車輪喪失附著力，行車電腦就會(huì)通過執(zhí)行元件減小節(jié)氣門的開度，然后通過制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)某個(gè)車輪進(jìn)行制動(dòng)，來修正運(yùn)動(dòng)軌跡；當(dāng)電腦判斷出實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與理論運(yùn)動(dòng)軌跡一致時(shí)，ESP系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)解除控制。該系統(tǒng)就是在車輛運(yùn)行的緊急情況下幫助駕駛?cè)吮３謱?duì)車輛的控制[2]。

　　2.2 疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)

　　每個(gè)駕駛?cè)硕紩?huì)經(jīng)歷受睡眠不足、路況單一、長時(shí)間駕駛或其他惡劣天氣條件等交通環(huán)境影響而導(dǎo)致駕駛疲勞的情況。據(jù)統(tǒng)計(jì)，60%以上的交通傷亡事故是因疲勞駕駛造成的。經(jīng)研究，在行車危機(jī)發(fā)生之前，基于車輛行駛狀態(tài)和駕駛?cè)松�理特性，駕駛?cè)说钠�勞跡象是可以通過技術(shù)手段來檢測(cè)的。如：駕駛速度、道路標(biāo)識(shí)線的位置、操作情況和方向盤的受力變化等來判斷駕駛?cè)说钠�勞程度。疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)由行車電腦和攝像頭兩大模塊組成，基于駕駛?cè)松�理圖像反應(yīng)，通過駕駛?cè)搜劬﹂]合時(shí)間變化、視線凝視方向改變、打哈欠等面部特征和頭部運(yùn)動(dòng)規(guī)律等生理節(jié)律與事先儲(chǔ)存在行車電腦里的相應(yīng)數(shù)據(jù)相對(duì)比，來判斷駕駛?cè)诵熊嚻�勞狀況，并進(jìn)行報(bào)警提示和采取相應(yīng)措施的主動(dòng)智能安全系統(tǒng)[3]。

　　2.2.1 疲勞駕駛提醒系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄駕駛?cè)苏�常駕車時(shí)的操作行為等信息，并與車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行的操作變化進(jìn)行識(shí)別對(duì)比。比如，當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作頻率變低并伴隨著急促的轉(zhuǎn)向時(shí)，是駕駛精力分散的集中表現(xiàn)。在綜合行車?yán)锍毯瓦B續(xù)駕車時(shí)間等其他參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)駕駛?cè)说钠�勞�?qiáng)度進(jìn)行計(jì)算和鑒別并通過儀表盤上的閃爍圖標(biāo)或語音作出提醒。

　　2.2.2 注意力輔助系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)是靠安裝在車輛上的幾十個(gè)傳感器檢測(cè)到的車輛高速行駛時(shí)車輪縱向和橫向加速度，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度、轉(zhuǎn)向燈和踏板的使用頻率，甚至在側(cè)風(fēng)的變化和崎嶇不平的路面等情況下采集到的行車信息，與系統(tǒng)存儲(chǔ)的正常情況下的行車記錄信息和駕車習(xí)慣行為等信息進(jìn)行對(duì)比，從而判斷駕駛?cè)说淖⒁饬κ欠窦�中，身體是否疲勞。比如：駕駛?cè)舜蝽飼r(shí)會(huì)輕打方向盤，然后又會(huì)下意識(shí)地及時(shí)修正，這是疲勞的特征表現(xiàn)之一。當(dāng)系統(tǒng)感知到駕駛?cè)苏�處于精力分散或疲勞駕駛時(shí)，行車電腦會(huì)發(fā)出儀表盤上的圖文提示或語音提示。

　　2.2.3 駕駛?cè)税踩�警告系統(tǒng)

　　車輛在行駛中，特別是在平直的道路上行車時(shí)，容易使司機(jī)進(jìn)入精神放松狀態(tài)，若出現(xiàn)分神打盹或行車時(shí)速超過65公里時(shí)，駕駛?cè)税踩�警告系統(tǒng)均會(huì)被自動(dòng)激活。其原理是：由一個(gè)裝在風(fēng)擋和車內(nèi)后視鏡之間的攝像頭發(fā)出的信號(hào)及車輛行駛的輪跡動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，行車電腦會(huì)計(jì)算出實(shí)時(shí)線路與車道標(biāo)識(shí)線之間的距離，并與儲(chǔ)存在行車電腦的駕駛?cè)苏�常駕駛風(fēng)格的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和對(duì)比，如果檢測(cè)到較大的差異數(shù)據(jù)并判斷有疲態(tài)或分心的跡象，評(píng)估的結(jié)輪處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)就通過儀表盤上的圖像提醒或聲音信號(hào)向駕駛?cè)税l(fā)出警示信息。

　　2.3 汽車防撞安全新技術(shù)

　　防撞控制系統(tǒng)是利用光線、激光、或超聲波通過傳感器檢測(cè)汽車與障礙物間的距離信息及車速傳感器和車輪傳感器收集到的數(shù)據(jù)信息一起輸入電控系統(tǒng)，通過行車電腦計(jì)算出車輛與障礙物的實(shí)際距離及相對(duì)速度，從而顯示接近距離并發(fā)出預(yù)警信號(hào)。當(dāng)要發(fā)生碰撞時(shí)，行車電腦及時(shí)對(duì)節(jié)氣門控制單元和剎車裝置輸出控制信號(hào)，使發(fā)動(dòng)機(jī)降速或行車制動(dòng)，以避免碰撞事故的發(fā)生。當(dāng)汽車點(diǎn)火開關(guān)打開，行車電腦根據(jù)變速桿所處檔位，顯示屏上會(huì)顯示路況圖像。激光雷達(dá)是靠接受被測(cè)物體返回激光的時(shí)間差來計(jì)算車輛與被測(cè)物體間的距離，根據(jù)光的反射特性，將光元件接收到的光通量釋放的電流值轉(zhuǎn)換為圖像信號(hào)輸出，測(cè)出車輛前部與障礙物穩(wěn)定的較長距離，在車輛的側(cè)部和后部檢出的距離與實(shí)際相比變短。超聲波傳感器的原理是利用日常的回聲現(xiàn)象制成的倒車聲吶系統(tǒng)，倒車時(shí)靠超聲波檢測(cè)與后方障礙物的距離，并通過指示燈、圖像或蜂鳴聲對(duì)駕駛?cè)诉M(jìn)行提醒。電磁波傳感器是采用電磁震蕩原理，通過發(fā)射電磁波信息來檢測(cè)車輛周圍有無障礙物并提示駕駛?cè)说囊环N電子裝置。新型光學(xué)防撞傳感器，可實(shí)現(xiàn)輔助制動(dòng)功能。能在汽車追尾危險(xiǎn)時(shí)輔助駕駛?cè)思皶r(shí)制動(dòng)，特別在低速行駛時(shí)完全可避免主動(dòng)追尾事故的發(fā)生，該系統(tǒng)可掃描左右前方10米的區(qū)域范圍，當(dāng)檢測(cè)出物體時(shí)，光學(xué)傳感器隨即發(fā)出信號(hào)并返回，此時(shí)安裝在內(nèi)視鏡旁的發(fā)射接收裝置會(huì)接收該信號(hào)并計(jì)算出物體與車輛的距離，以及車輛的接近速度[4]。

　　3 汽車被動(dòng)安全性能與裝置

　　3.1 汽車的吸能結(jié)構(gòu)及裝置

　　汽車的結(jié)構(gòu)吸能是一旦發(fā)生交通事故，靠科學(xué)合理設(shè)計(jì)的車身結(jié)構(gòu)來吸收因撞擊而產(chǎn)生的大部分沖擊能量，從而盡可能保證車內(nèi)座艙空間，不擠傷駕乘人員的能力。在現(xiàn)代汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，

　　（1）通常采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工程和有限元分析的設(shè)計(jì)方法，使車頭結(jié)構(gòu)擁有一個(gè)可變形而吸收能量的能力，座艙和車身有一個(gè)有足夠強(qiáng)度且形狀穩(wěn)定的設(shè)計(jì)理念，從而使汽車頭部抵抗變形的能力小于座艙；

　　（2）在受撞擊易變形的車門夾層之間增裝高強(qiáng)度Y型鋼架梁，提高車門的抗扭強(qiáng)度，以減少車體受撞擊時(shí)的變形，從而保障駕乘人員的安全；

　　（3）采用吸能轉(zhuǎn)向柱裝置，在汽車發(fā)生正面碰撞時(shí)，為避免因車頭變形而引起的方向盤連同轉(zhuǎn)向軸向駕駛?cè)朔较蛞苿?dòng)對(duì)駕駛?cè)嗽斐蓚�害，通常在設(shè)計(jì)時(shí)降低轉(zhuǎn)向軸下端的剛度，當(dāng)車輛碰撞時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中，使轉(zhuǎn)向軸下端發(fā)生彎曲變形，轉(zhuǎn)向柱在吸收沖擊能量時(shí)使方向盤產(chǎn)生向前和向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，以盡可能保證駕駛?cè)说陌踩��?/p>

　�。�4）客艙內(nèi)座椅、儀表盤等附件的表面應(yīng)光滑，裝飾物的材質(zhì)柔軟，避免用尖角零部件，從而減少事故時(shí)的傷害；

　�。�5）車用玻璃選用受碰撞后只裂不碎，或不呈尖角的新材料，以減少車輛碰撞時(shí)對(duì)人的傷害[5]。

　　3.2 行人安全保護(hù)系統(tǒng)

　　（1）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋機(jī)械系統(tǒng)。該系統(tǒng)是汽車發(fā)生碰撞時(shí)能瞬時(shí)變形鼓起，在艙蓋和蒼內(nèi)部件之間形成吸能區(qū)，把汽車撞向行人的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成艙蓋變形和提升機(jī)器蓋的能量，同時(shí)使被撞的人體與柔性圓滑面上接觸，盡可能減少對(duì)行人的傷害。當(dāng)然，只有把發(fā)動(dòng)機(jī)蓋下各部件的能量吸收相協(xié)調(diào)才能最大限度地保護(hù)行人安全。（2）行人安全氣囊系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般由發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋氣囊和前圍安全氣囊組成，艙蓋氣囊安裝在保險(xiǎn)杠上方，由碰撞預(yù)警傳感器控制，在撞擊瞬間通常是50-75毫秒內(nèi)就能彈出并完成充氣。能確保氣囊展開后與汽車前端輪廓一致，以免在猛烈撞擊下行人和駕乘人員受到更大傷害；當(dāng)傳感器探測(cè)到行人與汽車保險(xiǎn)杠發(fā)生初始撞擊后彈出，兩個(gè)前圍安全氣囊能將汽車前部的整個(gè)寬帶覆蓋，主要防止和減少行人被甩到發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋上滾向車窗受到的二次傷害。

　　3.3 安全氣囊

　　車內(nèi)安全氣囊對(duì)行車安全的作用不言而喻，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，車內(nèi)感應(yīng)模塊通過行車電腦對(duì)信號(hào)快速做出處理，當(dāng)發(fā)生碰撞的沖擊力超出安全帶的保護(hù)能力時(shí)，便以1/100秒的速度釋放氣囊，使乘員的頭部、胸部與較為柔軟的氣囊接觸，從而減輕撞擊對(duì)車內(nèi)乘員的傷害，而且汽車安全氣囊不僅僅局限于駕駛?cè)宋恢�，使汽車安全性能大大提高[6]。

　　3.4 膨脹式安全帶

　　當(dāng)汽車受到特別大的碰撞沖擊時(shí)，為避免安全帶勒傷乘客的情形，設(shè)計(jì)者在原先設(shè)計(jì)好的安全帶中預(yù)置一個(gè)帶感知裝置的安全氣囊，當(dāng)安全帶產(chǎn)生緊束動(dòng)作時(shí)該氣囊也同時(shí)充氣形成彈性空間，從而更好地保護(hù)駕車人員免受傷害。

　　3.5 主動(dòng)頭頸保護(hù)系統(tǒng)

　　當(dāng)車輛受到后車追尾撞擊時(shí)，頭部相對(duì)于身體的劇烈晃動(dòng)，最容易受到傷害的部位是駕乘人員的頸椎。當(dāng)車輛遭受追尾撞擊時(shí)，安裝在汽車座椅上的頭頸保護(hù)氣囊就會(huì)迅速充氣膨脹，在靠背后傾的同時(shí)，駕乘人員的整個(gè)背部會(huì)與安全氣囊貼在一起，以最大限度地減少頭部向前甩的沖力，隨著椅背和頭枕的水平移動(dòng)，使身體得到輕柔、均衡的支撐保護(hù)，以減緩頭頸免受較強(qiáng)的沖擊和傷害。

　　4 結(jié)語

　　總之，基于“信息物理系統(tǒng)”的工業(yè)4.0時(shí)代的到來，汽車新技術(shù)的運(yùn)用，新結(jié)構(gòu)的變化，始終會(huì)圍繞著改善汽車安全性能這個(gè)永恒的主題來展開。隨著汽車與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系越來越緊密，更舒適、更安全的智慧汽車是人們追求的目標(biāo)。

　　參考文獻(xiàn)

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