第六章现代汽车的安全技术

1、l随着汽车保有量的增加，交通事故逐年增多、消费随着汽车保有量的增加，交通事故逐年增多、消费者安全意识逐步提高、各国政府安全法规愈加严格、者安全意识逐步提高、各国政府安全法规愈加严格、各企业之间的激烈竞争等都促进了汽车安全性研究各企业之间的激烈竞争等都促进了汽车安全性研究的发展；的发展；l传统的安全技术已经不能满足人们的要求，开始将传统的安全技术已经不能满足人们的要求，开始将声、光、电等领域的新技术应用到汽车的安全性研声、光、电等领域的新技术应用到汽车的安全性研究领域。究领域。正面撞击正面撞击倾斜撞击倾斜撞击偏移撞击偏移撞击杆式撞击杆式撞击钻撞钻撞汽车发生冲撞的主要类型汽车发生冲撞的主要类型1

2、1、主动安全性（从防止汽车事故发生所采取的措施来考虑）尤为重要、主动安全性（从防止汽车事故发生所采取的措施来考虑）尤为重要（1 1）预防事故安全性：包括视野、能见度、操纵方便性、乘坐舒适性、噪声对舒）预防事故安全性：包括视野、能见度、操纵方便性、乘坐舒适性、噪声对舒适性的影响、制动器和门锁报警等；适性的影响、制动器和门锁报警等；（2 2）避免事故安全性：包括操纵稳定性、制动性和整车的其它性能。）避免事故安全性：包括操纵稳定性、制动性和整车的其它性能。2 2、被动安全性、被动安全性包括降低碰撞时的损坏（增大碰撞后的生存空间、减少二次碰包括降低碰撞时的损坏（增大碰撞后的生存空间、减少二次碰撞对乘员

3、的伤害、预防乘员被抛出、预防车辆火灾、便于乘员逃出或被救出、撞对乘员的伤害、预防乘员被抛出、预防车辆火灾、便于乘员逃出或被救出、预防撞击路上行人等）和碰撞时的急救两个方面预防撞击路上行人等）和碰撞时的急救两个方面 主要指车身强度、内饰软化、吸能式转向柱、乘员约束系统、内饰件抗燃主要指车身强度、内饰软化、吸能式转向柱、乘员约束系统、内饰件抗燃性与人体生物力学特性等有关内容。性与人体生物力学特性等有关内容。安全措施：安全措施：前部做成摺叠区（变形行程约为前部做成摺叠区（变形行程约为500600500600mmmm），并应该满足梯度特性的要求），并应该满足梯度特性的要求。内部被动安全性内部被动安全性

4、 限制乘员位置限制乘员位置安全带安全带安全气囊安全气囊消除部件致伤因素消除部件致伤因素在乘员幸存空间内保证没有致伤部件。在乘员幸存空间内保证没有致伤部件。 仪表板下部安装膝部缓冲垫；转向盘采用弹性有波纹的结构，转向柱能够仪表板下部安装膝部缓冲垫；转向盘采用弹性有波纹的结构，转向柱能够弯曲或伸缩；内饰材料应软化，并应不易燃烧。弯曲或伸缩；内饰材料应软化，并应不易燃烧。外部被动安全性外部被动安全性1. 1. 轿车与行人轿车与行人一次碰撞一次碰撞”车接触人，人被加速。车接触人，人被加速。“二次碰撞二次碰撞车已制动，人撞到路面上。车已制动，人撞到路面上。“三次碰撞三次碰撞”人被车碾压。人被车碾压。1

5、1、安全带和安全气囊、安全带和安全气囊（1 1）安全带：一种系拌式被动安全装置。有二点式、肩带式、）安全带：一种系拌式被动安全装置。有二点式、肩带式、三点式、四点式和特殊安全带，见下图。三点式、四点式和特殊安全带，见下图。注意：碰撞的加速度很小时不起作用，不能保护胸部和头部。注意：碰撞的加速度很小时不起作用，不能保护胸部和头部。（2 2）安全气囊）安全气囊组成：碰撞探测点火系统、气体发生器和气囊三部分。组成：碰撞探测点火系统、气体发生器和气囊三部分。l碰撞探测点火系统碰撞探测点火系统压电式加速度传感器和点火控制电路组压电式加速度传感器和点火控制电路组成，成，1515msms内完成信号识别和点火

6、；内完成信号识别和点火；l气体发生器气体发生器有气体发生剂、电点火管、过滤网等组成；有气体发生剂、电点火管、过滤网等组成；l气囊气囊一般选用抗拉强度较高的尼龙材料，内层涂有氯丁橡一般选用抗拉强度较高的尼龙材料，内层涂有氯丁橡胶。内装安全阀，防止充气时产生过大的压力而挤伤驾驶员。胶。内装安全阀，防止充气时产生过大的压力而挤伤驾驶员。（1 1）常规安全带和气囊系统的设计用来对付严重事故，若在一些）常规安全带和气囊系统的设计用来对付严重事故，若在一些并不严重的事故中，系统反映过渡，反而造成不必要的伤害；并不严重的事故中，系统反映过渡，反而造成不必要的伤害；（2 2）智能安全带和气囊系统采用可变容积的

7、气囊和带两级预张紧）智能安全带和气囊系统采用可变容积的气囊和带两级预张紧器的新型安全带，能够按照程序判断撞车事故的严重程度器的新型安全带，能够按照程序判断撞车事故的严重程度 不严重时，第一级预张紧器拉紧安全带，同时计算机系统不严重时，第一级预张紧器拉紧安全带，同时计算机系统计算出充气量的多少；计算出充气量的多少； 事故严重时，第二级安全带张紧器被触发，并能自动识别事故严重时，第二级安全带张紧器被触发，并能自动识别乘客的体重、体态、高度、座位是否有人以及安全带使用情况乘客的体重、体态、高度、座位是否有人以及安全带使用情况的差异。的差异。l什么是车轮制动抱死？当路面对汽车的制动力等于车轮与路面间的

8、附着力什么是车轮制动抱死？当路面对汽车的制动力等于车轮与路面间的附着力时，车轮被完全时，车轮被完全“抱死抱死”不转，但汽车由于惯性作用，抱死的车轮将在路不转，但汽车由于惯性作用，抱死的车轮将在路面上滑移，此时即便再加大制动管路里的压力，制动力也不会再增大。面上滑移，此时即便再加大制动管路里的压力，制动力也不会再增大。l不抱死的条件不抱死的条件：制动力小于或等于附着力。抱死时，侧向附着力完全消失。：制动力小于或等于附着力。抱死时，侧向附着力完全消失。l什么是什么是ABSABS呢呢? ?在车轮上安装传感器，直接检测车轮的滑移程度或车轮减速在车轮上安装传感器，直接检测车轮的滑移程度或车轮减速度，向计

9、算机发出信号，经计算、比较，当车轮有抱死的危险时，立即对度，向计算机发出信号，经计算、比较，当车轮有抱死的危险时，立即对执行机构发出信号，降低制动管路系统压力，放松制动，随即再提高压力，执行机构发出信号，降低制动管路系统压力，放松制动，随即再提高压力，再抱紧车轮，如此反复，直至汽车被减速或停车。再抱紧车轮，如此反复，直至汽车被减速或停车。 制动防抱死装置制动防抱死装置ABS（Antilock Braking System） ABS的工作原理的工作原理试验表明：当车轮滑移率在试验表明：当车轮滑移率在15%20%时，时，轮胎与地面之间有最大纵向附着系数轮胎与地面之间有最大纵向附着系数z，同时侧向附

10、着系数同时侧向附着系数c也较大。也较大。 通过检测和控制车轮的滑移率，以获得最大的制动力与汽车侧向稳定性。通过检测和控制车轮的滑移率，以获得最大的制动力与汽车侧向稳定性。轮速传感器轮速传感器电子控制器电子控制器 制动压力调节器制动压力调节器 ABS的组成的组成基本工作原理：制动时，首先由轮速传感器测出与制动基本工作原理：制动时，首先由轮速传感器测出与制动车轮转速成正比的交流电压信号，并将该电压信号送入车轮转速成正比的交流电压信号，并将该电压信号送入电子控制器（电子控制器（ECUECU）。由）。由ECUECU中的运算单元计算出车轮速中的运算单元计算出车轮速度、滑动率及车轮的加、减速度，然后再由度

11、、滑动率及车轮的加、减速度，然后再由ECUECU中的控制中的控制单元对这些信号加以分析比较后，向压力调节器发出制单元对这些信号加以分析比较后，向压力调节器发出制动压力控制指令。使压力调节器中的电磁阀等直接或间动压力控制指令。使压力调节器中的电磁阀等直接或间接地控制制动压力的增减，以调节制动力矩，使之与地接地控制制动压力的增减，以调节制动力矩，使之与地面附着状况相适应，防止制动车轮被抱死。面附着状况相适应，防止制动车轮被抱死。 轮速传感器轮速传感器作用：将车轮的旋转速度转化为电压信号，输入给电子控制单元。作用：将车轮的旋转速度转化为电压信号，输入给电子控制单元。电子控制单元电子控制单元作用：根据

12、车轮信号和车速信号，计算车轮的滑移率，并根据控制策作用：根据车轮信号和车速信号，计算车轮的滑移率，并根据控制策略向液压调节单元发出控制信号。略向液压调节单元发出控制信号。执行元件执行元件作用：接收电子单元的控制信号，并根据控制信号改变促动管路的压力。作用：接收电子单元的控制信号，并根据控制信号改变促动管路的压力。ASRASR也叫做汽车牵引力控制系统（也叫做汽车牵引力控制系统（TCS)TCS)，是是ABSABS的延伸，作用是防止驱的延伸，作用是防止驱动轮打滑，在车辆起动和加速时，根据路面和轮速情况控制驱动轮的附着动轮打滑，在车辆起动和加速时，根据路面和轮速情况控制驱动轮的附着能力，提高稳定性、牵

13、引性和操纵性。能力，提高稳定性、牵引性和操纵性。（1 1）ASRASR的原理的原理l汽车行驶时，其驱动力取决于发动机输出扭矩和功率，同时受到路面附着汽车行驶时，其驱动力取决于发动机输出扭矩和功率，同时受到路面附着系数的限制。如果汽车行驶在附着系数较小的路面上突然提高发动机功率，系数的限制。如果汽车行驶在附着系数较小的路面上突然提高发动机功率，很容易导致车轮牵引力超过最大附着力，这时多余的力矩使车轮加速和打很容易导致车轮牵引力超过最大附着力，这时多余的力矩使车轮加速和打滑。滑。lASRASR的原理：与的原理：与ABSABS类似，共同利用车轮速度传感器，类似，共同利用车轮速度传感器，ECUECU将

14、传感器的将传感器的信号处理后，得到各驱动轮的速度、加速度，同时在车速小于门限车速时信号处理后，得到各驱动轮的速度、加速度，同时在车速小于门限车速时（一般取为（一般取为30403040km/h)km/h)再进一步计算和判断驱动轮的滑转率，若超过再进一步计算和判断驱动轮的滑转率，若超过限制值，限制值，ECUECU指令指令ASRASR的执行机构限制驱动轮的滑转情况，控制在的执行机构限制驱动轮的滑转情况，控制在8%15%8%15%范围内。范围内。（2 2）ASRASR的主要控制方式的主要控制方式 根据不同控制参数的变化和路面引起的一侧打滑还是两侧打滑，根据不同控制参数的变化和路面引起的一侧打滑还是两侧

15、打滑，ASRASR会采用不同的控制方式，主要有以下几种：会采用不同的控制方式，主要有以下几种： 主要用于载货汽车的气制动系统；主要用于载货汽车的气制动系统；装置装置EBSEBS的货车的制动距离比仅装的货车的制动距离比仅装ABS ABS 的货车缩短的货车缩短15%15%，它，它与与ABSABS完全兼容，最大特点是缩短制动系统的反应时间。完全兼容，最大特点是缩短制动系统的反应时间。ABSABS是在极端情况下才会控制制动，而在部分制动时是在极端情况下才会控制制动，而在部分制动时EBSEBS可可单独控制每个制动缸的压力，反应时间短，确保在任一时间得单独控制每个制动缸的压力，反应时间短，确保在任一时间得

16、到正确的制动压力。到正确的制动压力。 主要用于经常在山区公路上行驶的汽车、赛车、车流密度大的城市道路主要用于经常在山区公路上行驶的汽车、赛车、车流密度大的城市道路上行驶的车辆、大型客运车辆等。上行驶的车辆、大型客运车辆等。l类型：主要有发动机排气制动和缓速器。类型：主要有发动机排气制动和缓速器。（1 1）发动机排气制动：通过停止对发动机供油，由汽车驱动轮和传动系带动发）发动机排气制动：通过停止对发动机供油，由汽车驱动轮和传动系带动发动机曲轴继续旋转来消耗汽车动能，从而使汽车减速，这种方法只能用于车动机曲轴继续旋转来消耗汽车动能，从而使汽车减速，这种方法只能用于车速较低而发动机转速较高的情况。速

17、较低而发动机转速较高的情况。（2 2）电磁缓速器：在不使用或少使用行车制动器的条件下使车辆速度降低或保）电磁缓速器：在不使用或少使用行车制动器的条件下使车辆速度降低或保持稳定，但不能将车辆紧急制动。主要由固定不动的定子和与传动轴连接的持稳定，但不能将车辆紧急制动。主要由固定不动的定子和与传动轴连接的转子组成。转子组成。l优点：安全、成本低、安装简单。优点：安全、成本低、安装简单。l操作：手控开关或制动踏板，有一个静止档位和几个工作档位，每个工作档操作：手控开关或制动踏板，有一个静止档位和几个工作档位，每个工作档位输出不同的制动功率。位输出不同的制动功率。l该系统能够按照汽车自身的速度确定汽车前

18、后的车辆和行人的安全距离，如该系统能够按照汽车自身的速度确定汽车前后的车辆和行人的安全距离，如果有车辆和行人进入汽车的预警区，则通过声音或灯光发出警告，以让驾车果有车辆和行人进入汽车的预警区，则通过声音或灯光发出警告，以让驾车者采取行动。如果驾驶员没有采取减速制动措施，该系统便启动紧急制动装者采取行动。如果驾驶员没有采取减速制动措施，该系统便启动紧急制动装置。置。l测距系统工作原理：测距传感器（利用光线、激光或超声波）测得汽车与障测距系统工作原理：测距传感器（利用光线、激光或超声波）测得汽车与障碍物间的距离，碍物间的距离，ECUECU接收到该距离信号以及车速传感器、车轮转角传感器信接收到该距离

19、信号以及车速传感器、车轮转角传感器信号后，计算出该行驶汽车和前方物体的实际距离以及相互接近的相对速度，号后，计算出该行驶汽车和前方物体的实际距离以及相互接近的相对速度，并向驾驶员发出预告会车、超车的信号或显示前方物体的距离。并向驾驶员发出预告会车、超车的信号或显示前方物体的距离。 一般由摄像头和安装在车辆内部的显示器组成。摄像头一般一般由摄像头和安装在车辆内部的显示器组成。摄像头一般安装在车辆的两侧和后部，车辆前部装有显示器，可以让驾车者安装在车辆的两侧和后部，车辆前部装有显示器，可以让驾车者消除视野盲区，在倒车和转弯时可以及时看到车辆和行人。如果消除视野盲区，在倒车和转弯时可以及时看到车辆和

20、行人。如果装有红外线摄像系统，即使在夜间没有灯光的情况下驾驶员也可装有红外线摄像系统，即使在夜间没有灯光的情况下驾驶员也可以看到车辆和行人。以看到车辆和行人。（一）系统用传感器（一）系统用传感器lCCDCCD照相机照相机l激光雷达激光雷达l超声波传感器超声波传感器l电磁波传感器电磁波传感器（1 1）组成）组成行车环境监测、防碰撞预测和车辆控制三部分。行车环境监测、防碰撞预测和车辆控制三部分。l行车环境监测行车环境监测由测量车间距离和前面车辆方位的激光扫描雷由测量车间距离和前面车辆方位的激光扫描雷达及能够判定路面状况的道路传感器组成。达及能够判定路面状况的道路传感器组成。l防碰撞预测防碰撞预测第

21、一步是进行路径估算，即从激光扫描雷达所获第一步是进行路径估算，即从激光扫描雷达所获“距离与方位距离与方位”的大量数据组中抽取有用数据，第二步是进行安的大量数据组中抽取有用数据，第二步是进行安全危险判定。全危险判定。l车辆控制车辆控制由安全由安全/ /危险预警信号控制的自动制动操作机构，危险预警信号控制的自动制动操作机构，配有配有ABSABS，并采用高速电磁阀进行纵向加速度反馈控制。并采用高速电磁阀进行纵向加速度反馈控制。l该系统能自动显示地图、目的地的方向和距离，还能显示交通流该系统能自动显示地图、目的地的方向和距离，还能显示交通流量等信息为车辆指示最佳行驶路线，最重要的是它能自动显示该量等信

22、息为车辆指示最佳行驶路线，最重要的是它能自动显示该车的位置，当发生意外时，及时向控制中心发送信息，使车内乘车的位置，当发生意外时，及时向控制中心发送信息，使车内乘员及时得到救援。员及时得到救援。1 1）组成）组成一台微型电子计算机、方位传感器、显示器。一台微型电子计算机、方位传感器、显示器。2 2）主要功能）主要功能按照要求制定行车计划，并能随时确定具体方位；按照要求制定行车计划，并能随时确定具体方位； 遇到交通异常情况，它能自动重新设计路线，并在显示屏的地遇到交通异常情况，它能自动重新设计路线，并在显示屏的地图上显示各种交通状况，甚至可以呈现出前方道路的实际图像；图上显示各种交通状况，甚至可

23、以呈现出前方道路的实际图像； 多语种的语言提示；多语种的语言提示； 提供相关服务信息（包括汽车没有人力提供相关服务信息（包括汽车没有人力协助的意外事故等）。协助的意外事故等）。lGPS(Global Positioning System)GPS(Global Positioning System)是是7070年代中期美国国防部在年代中期美国国防部在子午仪卫星导航系统基础上发展起来的新一代卫星定位导航系统，子午仪卫星导航系统基础上发展起来的新一代卫星定位导航系统，整个系统已经于整个系统已经于19931993年年6 6月实施完成。月实施完成。GPSGPS可以向飞机、轮船、可以向飞机、轮船、车辆或其

24、它物体提供全球三维位置、速度和时间，目前可提供两车辆或其它物体提供全球三维位置、速度和时间，目前可提供两种定位服务。一种是采用种定位服务。一种是采用P P码为美国航空部队提供的专用精密定码为美国航空部队提供的专用精密定位导航服务，定位精度为位导航服务，定位精度为1010mm左右；另一种是采用左右；另一种是采用C/AC/A码，供民码，供民用并向全世界开放的标准定位导航服务（用并向全世界开放的标准定位导航服务（SPS)SPS)，定位精度为定位精度为100100mm左右。左右。GPSGPS的组成：空间部分、的组成：空间部分、 地面站、用户设备地面站、用户设备l 空间部分（导航卫星）空间部分（导航卫星

25、）使用使用2424颗高度为颗高度为2020020200kmkm的导航卫星组成的导航卫星组成卫星星座，分布在卫星星座，分布在6 6条近圆轨道上，每一条轨道分布条近圆轨道上，每一条轨道分布4 4颗卫星。每个卫星上颗卫星。每个卫星上装有精度为装有精度为1010-13-13的精密原子钟，各卫星和地面站的原子钟相同步，建立起的精密原子钟，各卫星和地面站的原子钟相同步，建立起导航系统的精确时间系，称为导航系统的精确时间系，称为GPS GPS 。通过测量电波由卫星至接收机的传播通过测量电波由卫星至接收机的传播时间来确定物体位置。理论上当接收到三颗卫星的信号时，就可以测出接时间来确定物体位置。理论上当接收到三

26、颗卫星的信号时，就可以测出接收机在地球上的位置坐标，考虑到大量误差因素的存在，通过第四颗卫星收机在地球上的位置坐标，考虑到大量误差因素的存在，通过第四颗卫星来做来做“双重检验双重检验”。 l 地面站地面站( (监控部分）监控部分）包括一个主控站、四个监测站和一个注入站。主包括一个主控站、四个监测站和一个注入站。主控站设在美国的一个空军基地，控制整个地面站的工作；监测站都是无人控站设在美国的一个空军基地，控制整个地面站的工作；监测站都是无人数据采集中心；注入站用数据采集中心；注入站用S S波段载频将导航信息注入卫星，同时负责监测波段载频将导航信息注入卫星，同时负责监测注入卫星的导航信息是否正确。

27、注入卫星的导航信息是否正确。l汽车前照灯灯光自动控制系统，是指能自动地依照汽车外界环境汽车前照灯灯光自动控制系统，是指能自动地依照汽车外界环境光线的强弱，使前照灯及时且迅速的点亮；夜间行车，当两车相光线的强弱，使前照灯及时且迅速的点亮；夜间行车，当两车相遇或接近会车时，也能自动将前照灯的远光变换成近光或将近光遇或接近会车时，也能自动将前照灯的远光变换成近光或将近光变换成远光。变换成远光。l该系统用一种测量交通状况的雷达和摄像机探测迎面的车辆并自该系统用一种测量交通状况的雷达和摄像机探测迎面的车辆并自动调节灯光，自动提供最佳照明，避免了远近光的调整，在弯曲动调节灯光，自动提供最佳照明，避免了远近

28、光的调整，在弯曲的路上也能将灯光调整到最佳可见度，采用三光束技术，降低了的路上也能将灯光调整到最佳可见度，采用三光束技术，降低了灯光的眩目性，避免妨碍对方驾驶员视线。灯光的眩目性，避免妨碍对方驾驶员视线。l在发生碰撞时，该座椅的头托能在瞬间向前移动在发生碰撞时，该座椅的头托能在瞬间向前移动5 5cmcm，防止驾驶员的防止驾驶员的头猛烈后撞，并且座椅靠背上的金属板也同时动作，不让身体突然靠头猛烈后撞，并且座椅靠背上的金属板也同时动作，不让身体突然靠上去，以免头部受伤。上去，以免头部受伤。l目前还发展了电子控制的自动座椅，它能自动适应不同体形的乘员乘目前还发展了电子控制的自动座椅，它能自动适应不同

29、体形的乘员乘坐舒适性要求。该座椅的调整装置除能改变座椅的前后、高低、靠背坐舒适性要求。该座椅的调整装置除能改变座椅的前后、高低、靠背斜度及头枕的位置外，还能存储座椅位置的若干个数据，只要乘员一斜度及头枕的位置外，还能存储座椅位置的若干个数据，只要乘员一按按钮，就能调出各个座椅的位置信号，若不符合存储数据的乘员乘按按钮，就能调出各个座椅的位置信号，若不符合存储数据的乘员乘坐，汽车便发出蜂鸣声响信号。坐，汽车便发出蜂鸣声响信号。l据不完全统计，美国每年死于交通事故的据不完全统计，美国每年死于交通事故的50%50%的驾驶员是由翻车的驾驶员是由翻车事故导致的。其主要原因是车速过快。事故导致的。其主要原

30、因是车速过快。l翻车警告系统由传感器、控制器和执行机构组成。传感器监测车翻车警告系统由传感器、控制器和执行机构组成。传感器监测车辆转弯的速度，若发现速度过快，则控制器发出警告让驾驶员减辆转弯的速度，若发现速度过快，则控制器发出警告让驾驶员减速，若不行，则通过执行机构将发动机的转速降低，该系统还可速，若不行，则通过执行机构将发动机的转速降低，该系统还可启动一个发动机制动系统。启动一个发动机制动系统。l其作用是在吸收汽车动能的同时减缓车内乘员的移动速度，保证其作用是在吸收汽车动能的同时减缓车内乘员的移动速度，保证乘员有足够的生存空间。乘员有足够的生存空间。l目前主要采用的技术措施有：吸能式转向柱、吸能式保险杠、足目前主要采用的技术措施有：吸能式转向柱、吸能式保险杠、足够刚度的车门等。吸能式转向柱结构见下图。够刚度的车门等。吸能式转向柱结构见下图。