淺析電控技術(shù)在汽車(chē)安全性能中的作用

摘 要：汽車(chē)的安全性能，與我們的電子技術(shù)發(fā)展有直接的聯(lián)系，大量的電子原件與控制程序運(yùn)用到汽車(chē)上，保證汽車(chē)技術(shù)狀況良好，達(dá)到減少交通事故的發(fā)生，減少因事故而造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。本文就汽車(chē)主動(dòng)和被動(dòng)安全技術(shù)作簡(jiǎn)要論述，認(rèn)為電控技術(shù)的發(fā)展能有效提高汽車(chē)安全性能。

關(guān)鍵詞：電控技術(shù)；主動(dòng)安全；被動(dòng)安全；發(fā)展

引言

在近半個(gè)世紀(jì)來(lái)，電子科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，其成果運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域，大量的電子技術(shù)已被應(yīng)用到汽車(chē)上，汽車(chē)作為現(xiàn)代社會(huì)不可缺少的交通工具，在給人們帶來(lái)享受舒適與便捷的同時(shí)也帶來(lái)了大量的交通事故，汽車(chē)安全性能也越來(lái)越被人們所重視，所以為了提高汽車(chē)安全性能而廣泛的應(yīng)用電子控制技術(shù)。

1 汽車(chē)電子控制技術(shù)的發(fā)展歷程

電控技術(shù)在汽車(chē)上的發(fā)展，經(jīng)歷了四個(gè)階段：（1）七十年代以前為第一階段，是汽車(chē)電子控制技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段。主要應(yīng)用在電子點(diǎn)火控制器、交流發(fā)電機(jī)電子電壓調(diào)節(jié)器、電子式閃光器、汽車(chē)收音機(jī)、數(shù)字時(shí)鐘等。（2）八十年代為第二階段，是汽車(chē)電子控制技術(shù)迅速發(fā)展階段，在汽車(chē)上廣泛應(yīng)用集成電路和16位以下的微處理器。主要應(yīng)用在電控門(mén)鎖系統(tǒng)、超速報(bào)警系統(tǒng)、車(chē)輛防盜系統(tǒng)、故障自診斷系等。（3）九十年代為第三階段，也是微型計(jì)算機(jī)在汽車(chē)上應(yīng)用日趨成熟并向智能化發(fā)展階段。主要應(yīng)用在牽引力控制系統(tǒng)、四輪轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、聲音合成與識(shí)別系統(tǒng)、數(shù)字式油壓表、蜂窩式電話(huà)、加熱式擋風(fēng)玻璃、倒車(chē)報(bào)警器、自動(dòng)后視鏡系統(tǒng)、道路狀態(tài)指示系統(tǒng)等。（4）二十世紀(jì)以后為第四階段，是汽車(chē)電子控制技術(shù)向智能化發(fā)展的高級(jí)階段。主要應(yīng)用在多路傳輸系統(tǒng)、32位微處理器、動(dòng)力最優(yōu)化控制系統(tǒng)、通訊與導(dǎo)航系統(tǒng)、安全駕駛檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)防追尾碰撞系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和電子地圖等。

2 電子控制技術(shù)在汽車(chē)上的具體應(yīng)用

汽車(chē)上的電子控制技術(shù)主要應(yīng)用在主動(dòng)安全與被動(dòng)安全兩方面，還有就是對(duì)汽車(chē)進(jìn)行綜合的控制。汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)主要包括：制動(dòng)防抱死系統(tǒng)、電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)、電子穩(wěn)定系統(tǒng)、 智能巡航控制系統(tǒng)；汽車(chē)被動(dòng)安全技術(shù)主要包括安全帶、安全氣囊防護(hù)系統(tǒng)。

2.1 汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)

2.1.1 制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（Anti―lock Braking System，簡(jiǎn)稱(chēng)ABS）

制動(dòng)防抱死系統(tǒng)也稱(chēng)剎車(chē)防抱死系統(tǒng)。系統(tǒng)的基本功能是在實(shí)時(shí)狀態(tài)下感知汽車(chē)車(chē)輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并對(duì)其作出調(diào)整，使車(chē)輪的滑移率在最佳范圍內(nèi)（15%～20%），防止車(chē)輪抱死而導(dǎo)致事故的發(fā)生。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，轎車(chē)，重型卡車(chē)和客車(chē)在安裝了ABS系統(tǒng)后，交通事故發(fā)生率分別減少了8%，15%和5%。通常情況下，防抱死系統(tǒng)可以明顯的提升汽車(chē)車(chē)輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的安全性，并在很大程度上減少事故的發(fā)生。

2.1.2 電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)（Electric Brake force Distribution，簡(jiǎn)稱(chēng)EBD）

電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)的工作原理是在汽車(chē)制動(dòng)的瞬間，利用傳感器測(cè)出汽車(chē)每個(gè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速，控制單元算出4個(gè)輪胎接觸路面時(shí)的不同摩擦力數(shù)值，根據(jù)數(shù)據(jù)提供相應(yīng)的制動(dòng)力分配方案，調(diào)整制動(dòng)力的分配，制動(dòng)力分配系統(tǒng)經(jīng)常被看作是防抱死系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)。EBD可以調(diào)節(jié)汽車(chē)前軸和后軸制動(dòng)力的分配比例，從而保證汽車(chē)的制動(dòng)性能，電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)還可以和防抱死系統(tǒng)結(jié)合使用，提高汽車(chē)制動(dòng)的穩(wěn)定性。

2.1.3 驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)（Acceleration Slip Regulation，簡(jiǎn)稱(chēng) ASR）

驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)又稱(chēng)牽引力控制系統(tǒng)，是建立在防抱死系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速及從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速來(lái)判定驅(qū)動(dòng)輪是否發(fā)生打滑現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速比從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速高，系統(tǒng)就自動(dòng)發(fā)出控制命令，進(jìn)而抑制驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速的一種控制系統(tǒng)，它與ABS作用模式十分相似，兩者都使用傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速后把信號(hào)傳輸給控制單元，控制單元收集信號(hào)計(jì)算、比較、處理后發(fā)出控制指令使汽車(chē)制動(dòng)調(diào)節(jié)器起作用。主要防止車(chē)輛在起步、加速或者降低檔位時(shí)驅(qū)動(dòng)輪打滑現(xiàn)象，從而保證汽車(chē)駕駛的穩(wěn)定性。

2.1.4 車(chē)輛電子穩(wěn)定系統(tǒng)（Electronic Stability Program，簡(jiǎn)稱(chēng)ESP）

車(chē)輛電子穩(wěn)定系統(tǒng)也稱(chēng)為“電子穩(wěn)定程序”。ESP以制動(dòng)防抱死系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)汽車(chē)上的傳感器收集方向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、側(cè)向加速度等信息，這些數(shù)據(jù)信息會(huì)被傳輸?shù)轿⑿陀?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)微處理器把儲(chǔ)存好的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)數(shù)據(jù)和新接受來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以此來(lái)判斷汽車(chē)當(dāng)前是否處于不穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)汽車(chē)處于不穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，控制單元發(fā)出指令，使液壓調(diào)節(jié)器控制車(chē)輪制動(dòng)器，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)滑的糾正。ESP系統(tǒng)包含ABS（制動(dòng)防抱死系統(tǒng)）及ASR（驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)），是這兩種系統(tǒng)功能上的延伸，不僅能防止車(chē)輪在制動(dòng)時(shí)抱死和啟動(dòng)時(shí)打滑，還能防止車(chē)輛側(cè)滑。汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)向過(guò)度情況，此時(shí)后輪失控而甩尾，ESP便會(huì)制動(dòng)減慢外側(cè)的前輪來(lái)穩(wěn)定車(chē)子；在轉(zhuǎn)向不足時(shí)，為了校正運(yùn)行方向，ESP則會(huì)制動(dòng)減慢內(nèi)后輪，從而校正行駛方向。此外，ESP還能以25次/秒的頻率對(duì)駕駛員的行駛意圖和實(shí)際行駛情況進(jìn)行檢測(cè)，隨時(shí)待命對(duì)車(chē)輛的側(cè)滑進(jìn)行控制，保證駕乘者的行車(chē)安全。

2.1.5 智能巡航控制（Intelligent Cruiser Control，簡(jiǎn)稱(chēng)ICC）

智能巡航控制與普通巡航裝置不同，ICC可以充分考慮日常行車(chē)不同狀況，可設(shè)定幾項(xiàng)自動(dòng)調(diào)整項(xiàng)目。它通過(guò)前紅外線雷達(dá)隨時(shí)監(jiān)控與前車(chē)距離（車(chē)速在40-140Km/h的工況下，有效距離達(dá)120M），并及時(shí)采取制動(dòng)措施，提醒并幫助駕駛員規(guī)避追尾危險(xiǎn)。曾九明發(fā)明的一種車(chē)輛防碰撞電子控制裝置，2008年獲得國(guó)家專(zhuān)利，該裝置利用了紅外線接收頭和凸透鏡聚焦原理，安裝在車(chē)輛前端，可以接收較大范圍的信號(hào)，并在接收到一定距離外的阻礙物信號(hào)后，裝置內(nèi)的預(yù)警和減速制動(dòng)裝置起動(dòng)。該裝置危險(xiǎn)距離最小可設(shè)置為2米，最大可設(shè)置為20米，可有效防止追尾碰撞的發(fā)生，此產(chǎn)品正在推廣應(yīng)用。

2.2 汽車(chē)被動(dòng)安全技術(shù)

2.2.1 安全帶系統(tǒng)

安全帶系統(tǒng)的作用是：預(yù)緊裝置在汽車(chē)緊急制動(dòng)或碰撞時(shí)迅速的收緊，同時(shí)安全帶將乘員固定住，以防止乘員和物體碰撞并造成傷害。當(dāng)撞車(chē)影響減弱時(shí)，安全帶會(huì)自動(dòng)松開(kāi)。大量的事故案例證明，安全帶可以在90%的事故中起到減輕或防止傷害的作用。安全帶控制裝置分兩種：一種是電子式控制裝置，另一種是機(jī)械式控制裝置。常見(jiàn)的電子控制預(yù)拉緊裝置是一種爆燃式的，由氣體引發(fā)劑、氣體發(fā)生劑、導(dǎo)管、活塞、繩索和驅(qū)動(dòng)輪組成。當(dāng)汽車(chē)受到碰撞時(shí)預(yù)拉緊裝置受到激發(fā)后，密封導(dǎo)管內(nèi)底部的氣體引發(fā)劑立即自燃，引爆同一密封導(dǎo)管內(nèi)的氣體發(fā)生劑，氣體發(fā)生劑立即產(chǎn)生大量氣體膨脹，迫使活塞向上移動(dòng)拉動(dòng)繩索，繩索帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)輪使卷收器卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，織帶被卷在卷筒上，使織帶被回拉。最后，卷收器會(huì)緊急鎖止織帶，固定乘員身體，防止身體前傾避免與方向盤(pán)、儀表板和玻璃窗相碰撞。

2.2.2 安全氣囊防護(hù)系統(tǒng)（Supplemental Inflatable Restraint System，簡(jiǎn)稱(chēng)SRS）

安全氣囊防護(hù)系統(tǒng)也有的稱(chēng)之為“Air Bag”。汽車(chē)安全氣囊，通常設(shè)置在車(chē)內(nèi)方向盤(pán)上、正面、側(cè)面和車(chē)頂幾個(gè)位置。在汽車(chē)發(fā)生碰撞事故時(shí)，汽車(chē)與阻礙物的撞擊為第一次碰撞，人與汽車(chē)上相應(yīng)部件的撞擊為第二次碰撞，人的傷亡由第二次碰撞造成。在汽車(chē)第一次碰撞發(fā)生后，第二次碰撞發(fā)生前，傳感器感受汽車(chē)碰撞信號(hào)并將其傳給控制器，SRS的ECU接收到傳感器的信號(hào)，判斷碰撞強(qiáng)度達(dá)到必需打開(kāi)安全氣囊時(shí)，立即發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器點(diǎn)火后迅速產(chǎn)生大量氣體并快速展開(kāi)氣囊，氣囊的整個(gè)充氣過(guò)程大約需要30ms，安全氣囊充滿(mǎn)氣體后，又通過(guò)氣囊上的排氣節(jié)流阻尼放氣作用吸收乘員的動(dòng)能，防止乘員正面、側(cè)面、膝部、頭部與車(chē)內(nèi)相應(yīng)構(gòu)件之間可能發(fā)生的碰撞，從而達(dá)到保護(hù)乘員的目的。

3 電控技術(shù)對(duì)汽車(chē)安全性能作用的展望

隨著汽車(chē)使用電子設(shè)備越來(lái)越多，電子控制技術(shù)的綜合應(yīng)用越來(lái)越強(qiáng)，從發(fā)動(dòng)機(jī)電控到汽車(chē)底盤(pán)電控系統(tǒng)、從傳動(dòng)系統(tǒng)控制到電源管理系統(tǒng)及儀表報(bào)警系統(tǒng)、從汽車(chē)舒適系統(tǒng)到安全保證系統(tǒng)的電氣電路形成一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。現(xiàn)代典型的控制單元（ECU）管理著電控燃油噴射系統(tǒng)（Electronic Control Fuel Injection System）、無(wú)級(jí)自動(dòng)變速器系統(tǒng)（ECVT）、雙離合無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)（DSG）、電子懸架系統(tǒng)（ECS）、電子防盜系統(tǒng)（PATS）、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、防滑控制系統(tǒng)（ASR）、車(chē)輛電子穩(wěn)定系統(tǒng)（ESP）、安全氣囊防護(hù)系統(tǒng)（SRS）、智能四輪全時(shí)四驅(qū)系統(tǒng)（HALDEX）等等。由于智能交通管理系統(tǒng)（ITS）的迅速發(fā)展，以3G（GPS、GIS和GSM）為代表的新型電子通訊產(chǎn)品的出現(xiàn)，而這些都要集中進(jìn)行控制管理，車(chē)載局域網(wǎng)（Controller Area Network，簡(jiǎn)稱(chēng)CAN），局域網(wǎng)系統(tǒng)作為一種可靠的汽車(chē)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線系統(tǒng)可以勝任次項(xiàng)任務(wù)。汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制單元能夠通過(guò)CAN總線共享所有的信息和資源，如車(chē)載局域網(wǎng)系統(tǒng)圖所示，汽車(chē)上所有的電子控制單元通過(guò)總線與網(wǎng)關(guān)連接，統(tǒng)一處理信號(hào)與發(fā)送指令，達(dá)到簡(jiǎn)化布線、減少傳感器數(shù)量、避免控制功能重復(fù)、提高系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性、更好地匹配和協(xié)調(diào)各個(gè)控制系統(tǒng)的目的。CAN總線已經(jīng)開(kāi)始在高檔次的汽車(chē)上應(yīng)用，具有高度靈活性、簡(jiǎn)單的擴(kuò)展性、優(yōu)良的抗干擾性和處理錯(cuò)誤能力，使得汽車(chē)的動(dòng)力性、操縱穩(wěn)定性、汽車(chē)舒適性、駕駛安全性都大大得到提升。

4 結(jié)束語(yǔ)

人們對(duì)于電子控制技術(shù)的探索與創(chuàng)新的腳步永遠(yuǎn)不會(huì)停止。很多成果都運(yùn)用到汽車(chē)上，安全性能作為汽車(chē)技術(shù)中非常重要的組成部分，一定會(huì)隨著人類(lèi)的科技進(jìn)步把汽車(chē)技術(shù)整體推進(jìn)，向著更高品位，更精尖技術(shù)的方向發(fā)展，從而保證汽車(chē)行駛的安全性。

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作者簡(jiǎn)介：敖克勇（1971-），職稱(chēng)：副教授，學(xué)位：碩士，職務(wù)：系副主任，研究方向：汽車(chē)工程及汽車(chē)檢測(cè)維修技術(shù)。