試論現(xiàn)代汽車新的安全技術(shù)

武治發(fā)

摘 要：隨著家用汽車進(jìn)一步普及，人們對(duì)交通安全的擔(dān)心已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的流行病，行車安全始終是圍繞汽車這一交通要素的永恒主題。隨著信息科技在道路交通領(lǐng)域特別是汽車這一交通安全載體上的應(yīng)用，智能車輛技術(shù)成為了智能交通系統(tǒng)建設(shè)中的重要組成部分。本文將圍繞著汽車工業(yè)新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)這一主線，提高現(xiàn)代汽車的安全性能，使交通參與者保有更加舒適、安全和便捷的交通出行環(huán)境。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代汽車；安全技術(shù)；安全性能

中圖分類號(hào)：U463.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）12-0216-02

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)將檢測到的轉(zhuǎn)向角度，車輪轉(zhuǎn)速傳感器會(huì)將其檢測到的車輪轉(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硖匦裕{駛?cè)说钠谯E象是可以通過技術(shù)手段來檢測的。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诔潭?。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韴D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跔顩r，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ｑ{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趶?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?，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幱诰Ψ稚⒒蚱隈{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嫦到y(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嫦到y(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ｑ{駛風(fēng)格的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和對(duì)比，如果檢測到較大的差異數(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)是靠接受被測物體返回激光的時(shí)間差來計(jì)算車輛與被測物體間的距離，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?，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，以盡可能保證駕駛?cè)说陌踩唬?）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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