汽車被動(dòng)安全的問題及對策探討

摘要：從主動(dòng)安全與被動(dòng)安全兩個(gè)角度出發(fā)，對影響車輛安全的各種因素進(jìn)行分析，并對其進(jìn)行改進(jìn)，提出一套針對車輛制動(dòng)系統(tǒng)與行車安全的優(yōu)化方案。從主動(dòng)安全角度來看，該優(yōu)化方案能夠更快地判斷出事故發(fā)生的時(shí)間，能更好地降低事故的發(fā)生幾率。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)安全性;被動(dòng)安全性;優(yōu)化方法

中圖分類號(hào)：U468.6" 收稿日期：2023-06-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.12.020

1 前言

自20世紀(jì)60年代以來，車輛的被動(dòng)安全問題已成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)。自20世紀(jì)80年代中期以來，隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展，車輛的被動(dòng)安全問題再次被提上日程，人們已經(jīng)開始根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，以實(shí)現(xiàn)車輛自重和碰撞性能的優(yōu)化，并將新型安全車體的研究列入國家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。到2000-2020年，中國的汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展期，無論是汽車的產(chǎn)量還是數(shù)量，都保持著全球第一的水平[1]，這對車輛的安全性也提出了更高的要求。目前，仍有一系列的問題制約了汽車領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，因此，如何克服或規(guī)避上述問題，對車輛的被動(dòng)安全研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和迫切需求。

基于此，本文從車輛的主動(dòng)安全角度對如何改善車輛的安全性能進(jìn)行了研究。就被動(dòng)安全來說，防碰撞設(shè)備就是一個(gè)例子。本文對其進(jìn)行了改進(jìn)，例如使用了安全氣囊，效果良好。

2 汽車主動(dòng)安全性問題

2.1 主動(dòng)安全性分析

車輛運(yùn)行過程是一個(gè)“人-車輛-外界環(huán)境”的閉環(huán)系統(tǒng)，然而在各類交通事故中，80%～90%是由于駕駛失誤造成的[2]，在車輛上采用電控技術(shù)，可以降低由于駕駛失誤引起的交通事故。

當(dāng)前汽車上加裝的電控系統(tǒng)主要以提高駕駛員的駕駛舒適性和乘坐娛樂性為目的，包括如下內(nèi)容：

a.一種基于車載自診斷的車輛故障診斷系統(tǒng)[3]（OBD）、CAN總線在車輛信息傳輸與通信中的應(yīng)用[4]，可通過中央控制臺(tái)查看車輛狀況及娛樂情況。

b.一種用于車輛安全的電子裝置，其中包含剎車防鎖系統(tǒng)（ABS）[5]、安全氣囊張緊系統(tǒng)，汽車牽引控制系統(tǒng)（TCS）[6]、行車防滑裝置（ASR）[7]等。

因此，要提高車輛的主動(dòng)安全性能，就必須從剎車系統(tǒng)和駕駛安全性著手。

2.2 自動(dòng)剎車輔助系統(tǒng)（AEB）

在2014年，歐洲聯(lián)盟發(fā)布了相應(yīng)的安全規(guī)則，2014年以后的車輛都要加裝AEB。該系統(tǒng)由測距模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、視頻系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成，其中測距模塊包括了微波雷達(dá)、機(jī)器視覺處理器、視頻系統(tǒng)等。在車速到達(dá)安全警告距離時(shí)，AEB能夠向駕駛員發(fā)出警告，而在駕駛員來不及制動(dòng)的情況下，則需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行緊急制動(dòng)。

AEB可針對不同的駕駛環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置，可以分為市區(qū)道路版和高速公路版。城市道路上，車與車之間的安全間距為5～8 m，車速不得超過20 km/h，在行駛過程中，微波雷達(dá)會(huì)對前方的車輛進(jìn)行不斷的檢測，當(dāng)車輛與前方車輛的距離在安全范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)發(fā)出警報(bào)，若司機(jī)未采取行動(dòng)，則會(huì)啟動(dòng)緊急剎車。在公路上，如果車速達(dá)到50～80 km/h，AEB就會(huì)啟動(dòng)。

2.3 車道保持輔助系統(tǒng)（LKA）/車道偏離預(yù)警系統(tǒng)（LDW）

LKA由車道標(biāo)識(shí)、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)傳送三部分組成。其中，道路識(shí)別部分使用車載攝像頭拍攝道路標(biāo)識(shí)，在直道上，標(biāo)識(shí)線的位置變化不大，數(shù)據(jù)處理模塊會(huì)對標(biāo)示線進(jìn)行連續(xù)的檢測和計(jì)算，一旦標(biāo)示線偏差過大，ECU就會(huì)通過EPS控制進(jìn)行轉(zhuǎn)向，并對車道偏差進(jìn)行校正。LKA只有在車輛直線行駛時(shí)才會(huì)啟動(dòng)，車輛轉(zhuǎn)向時(shí)則會(huì)陷入睡眠。LDW主要包括數(shù)據(jù)獲取與處理、預(yù)警等兩個(gè)部分，它的工作原理類似于LKA，但當(dāng)車輛出現(xiàn)車道偏移時(shí)，僅會(huì)向司機(jī)提示，而不會(huì)主動(dòng)糾正。

2.4 自動(dòng)泊車系統(tǒng)（APS）

在低照度的地下停車場，駕駛員在停車過程中極易與其他車輛碰撞，針對這種特殊的交通事故，APS系統(tǒng)能夠很好地解決這個(gè)問題，配有泊車?yán)走_(dá)、ECU、操控系統(tǒng)，在停車時(shí)，只需要將車子靠著前面的車停下，然后掛倒擋，不用操作方向盤，APS控制系統(tǒng)就會(huì)接管方向盤和EPS，把方向盤打到倒車方向，EPS會(huì)調(diào)節(jié)方向盤，當(dāng)車輛向后退到合適的位置時(shí)，APS會(huì)發(fā)出聲音，讓駕駛員掛入前進(jìn)擋，然后調(diào)節(jié)輪胎，調(diào)整車身姿態(tài)，完成泊車。

因此，將上述四種技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，將顯著提高車輛的主動(dòng)安全性能，其中AEB能提高車輛在緊急情況下的制動(dòng)安全，LKA＼LDW能提高車輛的安全性能，APS能提高車輛的停車安全。

3 汽車被動(dòng)安全性問題

3.1 被動(dòng)安全性分析

盡管有良好的主動(dòng)安全措施，同時(shí)司機(jī)盡自身的最大努力，但仍有可能發(fā)生車禍。為了降低道路交通事故的危險(xiǎn)性，應(yīng)加大對車輛被動(dòng)安全的重視。在被動(dòng)安全方面，以駕駛員、駕駛員的人身安全為第一位，汽車的安全次之，生態(tài)環(huán)境的保護(hù)排第三位。

交通事故大多發(fā)生在車輛前面，而其車型又以轎車居多。在提高車輛的被動(dòng)安全性能時(shí)，必須符合兩個(gè)方面的需求：a.在內(nèi)被動(dòng)安全上，要保證車輛內(nèi)的機(jī)械強(qiáng)度足夠高，在受到外界撞擊時(shí)，車輛的內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠得到保護(hù)，同時(shí)還可以利用安全帶收緊系統(tǒng)，安全氣囊將駕駛員固定在原地；b.在外被動(dòng)安全方面，主要是改善車輛前部的碰撞形變性能，降低前部沖擊對乘員的沖擊。因此，采用防撞裝置、氣囊等措施可有效提升車輛的被動(dòng)安全性。

3.2 碰撞安全保護(hù)裝置

中國新車評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（C-NCAP）開展的40%前傾測試發(fā)現(xiàn)，A柱嚴(yán)重變形，乘員胸部、腿部等多處受損嚴(yán)重，其被動(dòng)安全設(shè)計(jì)亟需改進(jìn)。車輛正面碰撞時(shí)，受力的主要方式有以下三點(diǎn)：

a.前部防撞梁—縱向防撞梁—縱向防撞梁。

b.上部桁條-A-柱-上部桁條。

c.框架-縱向底板-中心通路。

本課題重點(diǎn)研究首次受力路徑，也是撞擊過程中的主要受力路徑，首先是彎折變形，其次是前縱梁的彎曲變形。試驗(yàn)顯示，前縱梁在后端變形較大，抗彎性能有待提升。因此，為了改善前縱梁的整體承載能力，必須對前縱梁進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3.3 安全氣囊優(yōu)化設(shè)計(jì)

當(dāng)一輛車受到碰撞時(shí)，安全氣囊是司機(jī)最后的保護(hù)工具，它要求氣囊可以快速充氣，瞬間響應(yīng)效果好。其工作原理是：當(dāng)車輛受到較強(qiáng)的撞擊時(shí)，方向盤內(nèi)的氣囊在高溫高壓氣體的作用下，快速地膨脹，產(chǎn)生一個(gè)氣墊，對司機(jī)的頭、胸進(jìn)行保護(hù)[8]。當(dāng)駕駛員被擠進(jìn)安全氣囊的氣袋時(shí)，氣袋里的氣體就會(huì)因?yàn)閼T性被釋放出來，這樣就不會(huì)直接撞到儀表盤或擋風(fēng)玻璃上。

本課題擬從相對氣囊直徑、相對排氣孔直徑和氣流速度三個(gè)角度出發(fā)，以表1中三個(gè)參數(shù)為初始設(shè)置，并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得到了相對氣囊直徑為110%時(shí)的安全性最佳的結(jié)論。

4 結(jié)語

隨著人們對車輛安全的需求不斷提高，車輛的被動(dòng)安全一直是車輛安全研究的重點(diǎn)。以往只注重車輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、剎車等性能，現(xiàn)在受到了新理念的沖擊。

在國外，對于車輛的性能指標(biāo)已經(jīng)越來越多地關(guān)注于車輛的安全性和環(huán)保性，而對于車輛的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性，就交由市場和使用者來評(píng)判，由此可見汽車被動(dòng)安全的重要性。在國內(nèi)，雖然對汽車被動(dòng)安全的研究起步比較晚，但是已經(jīng)取得了很大的成就，不但制定了一系列符合國際標(biāo)準(zhǔn)的安全規(guī)范，并且在實(shí)驗(yàn)研究上已有了開展模擬碰撞和整車碰撞實(shí)驗(yàn)的能力，培養(yǎng)出了一批高水平的科研團(tuán)隊(duì)。目前，我國汽車被動(dòng)安全的仿真研究工作正在蓬勃發(fā)展，并且發(fā)展勢頭非常強(qiáng)勁。未來車輛被動(dòng)安全的研究仍在持續(xù)進(jìn)行，我國汽車產(chǎn)品的安全性能必將進(jìn)一步得到提升。

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作者簡介：

李傳濤，男，1982年生，工程師，研究方向?yàn)殇X合金危險(xiǎn)品罐式車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算及有限元分析。