毕业设计(论文)-传感器在现代汽车安全领域的应用研究

纯电动汽车动力系统参数匹配仿真海南大学毕业论文（设计）题目：传感器在现代汽车安全领域的应用研究学号：姓名：年级：2012级学院：应用科技学院（儋州校区）系别：工学部专业：交通运输专业（汽车服务工程方向）指导教师：完成日期：2016年05月21日传感器在现代汽车安全领域的应用研究绪论1.1传感器的发展人用感觉器官感受外界的信息，然后通过感觉神经或者大脑感觉区使人体对外界产生具体的体验。但是，人体的这些感觉只是一个模糊的感觉，不够灵敏，不够精确。例如，我们的皮肤只能对大气温度产生暖、热、凉、冷的相对感觉，不能给出摄氏度的精确测量。更有甚者，人体对外界的感受范围和感受程度也十分有限。在声、光、热、电、磁、力与化学等能量载体之中，人体没有能够感受通常意义上的电和磁的器官[1]。人体的味觉和嗅觉只能简单反映某些化学能的存在，听觉和视觉只对频率范围内的声波和光波给出简单的反应。只有触觉比较丰富，它既是热能也是多种机械能的传感器。但是，人体传感器的灵敏度也十分有限，信号太轻，不足以使其产生感受；信号太重，则又容易使其受到伤害。于是，与发明工具以拓展手足的功能一样，人也需要、并根据需要发明了传感器来拓展他们的感觉器官。历史上第一个人造传感器，大约应该算我们古代祖先发明的湿度计。这个湿度计利用木炭和羽毛对大气中所含水分吸收能力上的悬殊差距，将某一标准湿度环境下等重的木炭和羽毛分置于天平两端，根据被测环境下天平的倾斜程度来计量大气的相对湿度。而更令人称奇的是，传感器的基本构造原理之一就是利用两种材料对同一物质感受能力的差别来构造对这种物质的传感器。敏感元件转换元件变换电路辅助电源输出量被测量图1.1、传感器的工作原理简图传感器是信息社会中最重要的功能器件，因为只有使用它，才能将各种形式的能量和物质的存在，以及存在的程度，转换成易于搜集和处理的信息。像人需要手、耳、眼来感觉外部事物一样，汽车也需要耳目来感受外界信息，汽车的耳目就是各种各样的传感器。1.2传感器在现代汽车安全领域的应用现状现代生活中,随着汽车行业的蓬勃发展,人们生活水平的不断提高，越来越多的人开始购买汽车，所以汽车的各方面功能也开始受到人们越来越多的关注。汽车在给人们带来方便的同时，也带来了一些负面的影响，交通事故的发生率也逐渐升高,人们对汽车的驾驶性能越来越高,尤其是安全性能方面的需求。汽车的出现使人们的生活方式发生了翻天覆地的变化,甚至影响到整个社会的经济变革[2]。虽然汽车只有短短数百年的历史，但是它的发展速度却是很快，随之汽车制造业以及相关产业也成为国民经济发展的支柱产业。图图1.2、2008-2014年中国民用汽车拥有量趋势由图1.2可以看出我国的汽车保有量在不断增加。现代的汽车已经不光是一个根本上的代步工具，它正朝着更加舒适，更加安全，更加清洁的方向发展，这就给汽车电子技术的发展提供了一个好的前景[2]。20世纪90年代，为了实现可持续发展战略，发达国家对汽车工业提出的更高要求，要求汽车的排放和消耗必须达到国家制定的相应标准才能进行生产制造[2]。这极大地促进了传感器电子技术的快速发展。当今传感器技术发展的速度非常快，西方一些传统汽车生产大国仍然是传感器市场保有量最大的地方，在这些地区，传感器的应用范围很广，许多工厂的生产都实现了规模化和制度化，有些企业的生产量达到了年生产量几千万甚至几亿只。而东欧和亚太市场则是传感器增长速度最快的地区。目前国外那些发达在汽车传感器在技术方面处于领先地位，各国在汽车行业的激烈竞争将促进新型传感器的快速开发和产业化发展。汽车传感器发展最迅速的地区当属中国市场，近些年汽车传感器的销售额也在逐年增长。当前中国的市场现状是高端依赖进口，低端渐增出口，核心技术难觅，研究生产相分离，国内传感器市场仍然被世界知名品牌占据。但由于我国汽车发展起步比较晚，汽车方面的传感器研究起步较晚，没有形成相应配套的产业体系，生产的产品的可靠性较差，性能和功能落后，更新周期慢。同时还存在行业规模较小，企业劳动生产率普遍低，技术研发投入不足等缺点[3]。因此，国内许多生产厂家积极引进西方发达国家的先进生产技术，采用合资的方式调高产品的性能以满足使用要求。图1.3、2011-2014年中国道路交通事故死亡人数趋势我国在20世纪年代中期开始传感器的研发，在20世纪80年代将传感器列入过节高新技术发展的重点项目。进入20世纪90年代以后传感器的研发稍有成就，现在，我国已经建立了多个重点实验室进行各种传感器的图1.3、2011-2014年中国道路交通事故死亡人数趋势从上图中我们可以清楚地看到在我国的交通事故中死亡人数是不断增加的，汽车的安全驾驶一直是人们所不懈追求的目标。如何减少交通事故发生率，也一直是汽车工业在发展中非常受重视的问题。汽车电子控制系统的重要信息源主要就是传感器，传感器作为是汽车的耳目，要对汽车行驶中的各种信息进行同步的监测和反馈，并及时将有关汽车行驶中的各种变化量传递到有关的显示器，传感器作为汽车电子控制系统的核心部件，也是汽车电子技术研究的重要内容之一。1.3小结传感器在现代汽车上的使用数量也在不断增加，应用范围也在不断扩大，目前轿车上的传感器已经遍布全车各个系统，从发动机行驶系统到车身控制系统再到底盘系统都已经有了传感器。衡量现代高级轿车控制系统水平的关键就在于其传感器的数量和水平[2]。当前，一辆普通轿车上大概安装了近百个传感器，可是豪华高级轿车上的传感器数量至少有220只，而且其趋势呈不断上升的状态。安全气囊安全气囊传感器图1.4、汽车的传感器分布胎压监测传感器ABS图1.4、汽车的传感器分布胎压监测传感器ABS轮速传感器图像传感器（摄像头）传感器在汽车安全领域的应用就显得尤为重要，能够有效的预测事故的发生，减少事故发生率，并在事故发生时有效减少对车上人员的伤害。所以说，传感器在汽车安全领域扮演着越来越重要的地位。汽车的安全领域系统有很多，主动式的有ABS(防抱死制动系统)、EBD(电子制动力分配系统)、折叠ESP(电子稳定程序)、折叠TCS(牵引力控制系统）、EBA(紧急刹车辅助系统)等。被动式的主要是安全气囊、侧门防撞钢梁等。还有一些其它的比如胎压监测系统，芯片防撞系统、夜视系统等。本文主要从后视系统、胎压监测、ABS和安全气囊四个方面来说明传感器在现代汽车安全领域的应用。2图像传感器在汽车安全领域的应用2.1图像传感器的工作原理图像传感器是用半导体材料制作的能感受光学图像信息并转换成可见信号并输出的传感器。它是摄像器件的一种，其工作原理是利用pn结反向充电，然后在光照条件下放大，放电速度随光照强度的不同而不同，经过一段时间的放电，每个像素保留的电荷不一样，这样就实现了光电转换，然后扫描像素阵列，就得到一副图像的电信号[4]。根据信号读出方式的不同，可分为CCD图像传感器（ChargeCoupledDevice，电荷耦合元件）和CMOS图像传感器（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体元件）两种。6、视频输出1、背照明光输入2电荷生成3、电荷收集56、视频输出1、背照明光输入2电荷生成3、电荷收集5、电荷测量4、电荷转移1、前照明光输入图2.1、图像传感器的工作原理简图2.2图像传感器的发展历史1969年贝尔在实验室研制CCD图像传感器首次成功，之后由日商等公司开始量产，其发展历程已经将40多年，从刚开始的10多万像素已经发展到目前主要的500万像素。CCD图像传感器发明的理论依据实际上是光电效应的应用，即光照射到某些物质上，能够引起物质的电性质发生变化。20世纪七八十年代，CCD和CMOS同时起步，由于CCD传感器的灵敏度比CMOS高，CCD传感器逐渐成为主流。由于当时技术条件的限制，敏感元件和处理电路的元件不能安装在同一芯片上，造成CCD传感器组装的相机体积大，功耗大[5]。相比而言，CMOS图像传感器的功耗低，体积小，并且以此在市场上独树一帜。但是最初CMOS传感器一直没有摆脱灵敏度低和像素低的劣势，图像质量和CCD传感器还有一定的差距。CCD图像传感器经过40多年的发展，技术方面已经成熟，并实现了商品化。CCD图像传感器从刚开始的8像元移位寄存器发展至今，已具有数百万至上千万像元[5]。由于CCD图像传感器具有很大的潜在市场和广阔的应用前景，因此，各国上在这方面的研究工作进行得相当活跃，美国、日本、德国、等国家均投入了大量的人力、物力和财力，并在CCD图像传感器的研究和应用方面取得了令人瞩目的成果。中国CCD图像传感器的研制工作也在稳步地进行，但由于受经费、设备等因素影响，中国CCD图像传感器的研究由于没有掌握核心科技，进展尚不够迅速，还没有生产能力，与西方那些发达国家的水平相比差距很大。表一、表一、CMOS和CCD图像传感器性能对比性能参数CCDCMOS灵敏度优良噪声优良光晕有无电源多电极单电极集成状况低，需外接器件单片高度集中系统功耗高低电路结构复杂简单抗辐射弱强动态范围大于70dB大于70dB模块体积大小由表中可以看出，CCD传感器具有像素高、成像稳定、高灵敏度等优势。CMOS图像传感器和CCD图像传感器相比，体积小，耗电量少，售价也比CCD便宜。同时，CMOS可利用现有的半导体设备直接进行生产，不需额外的投资设备，且品质可随著半导体技术的提升而进步。另外，高度系统整合的条件是CMOS图像传感器的最大优势。理论上来讲，所有图像传感器需要的功能，例如垂直位移、水平位移暂存器、时序控制等，都可放在集成在一颗晶片上，以达到降低整机生产成本的目的。2.3图像传感器在汽车上的应用图像传感器作为各种电子器件的一种基础部件。能够直观的获取信息，扩展视觉功能，获得内容丰富的可视图像信息，因此在现代社会中得到了越来越广泛的使用。其中，在汽车工业中，CMOS图像传感器组装的摄像机广泛应用于汽车后视系统。摄像头后视系统是将摄像头安装在汽车的尾部，通过驾驶室的显示器将车后的情况传递给给驾驶员[6]，使驾驶员能够清晰的观察到车后不能用后视镜看到的区域，及时做出相应的反应，提高驾驶的舒适性并且避免事故的发生。摄像头牌照灯显示器牌照灯显示器图图2.2、后视系统的工作示意图CCD图像传感器起步比较早，技术相对比较成熟，成像质量相对CMOS传感器有一定优势。CCD图像传感器有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、动态范围宽、光谱响应范围宽、工作电压低、功耗小、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场干扰和可靠性高等一系列优点。由于CMOS图像传感器集成度高，各光电传感元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较严重，噪声对图像质量影响很大，使CMOS光电传感器很长一段时间无法进入实用[5]。近些年来，随着CMOS图像传感器消噪技术的不断进步，为生产高密度优质的CMOS图像传感器提供了良好的外部条件，由此可见以后CMOS图像传感器的应用场景是光阔的。图像传感器在汽车后视系统上的应用大大提高了车辆驾驶的舒适性和安全性，已经得到了市场上的普遍认可。目前的摄像头的应用仍然局限在获取、传输和显示图像的阶段，其功能非常有限，而且传输的图像质量受很多因素的影响。但是随着传感器技术，汽车技术以及计算机技术的发展，传感器以及数据处理系统将会越多的应用到汽车领域。可以预见，在不久的以后，以图像传感器为主的电子控制系统将会在汽车整个电器系统中占据举足轻重的地位。以图像传感器和电子控制系统为基础的自动驾驶系统，也将逐渐出现在人们的视野中。2.4图像传感器发展的未来趋势传感器技术是信息产业的三大支柱之一，随着CMOS传感器的快速进步，其应用的场合也越来越多，全球CMOS传感器的销量也逐步增长。CMOS图像传感器兼具CCD的性能，又有自己独特的特点，有专家预测，它可能代替CCD，随着多媒体，数字电视，可视通讯的快速发展，CMOS图像传感器的发展前途是光明的。3胎压监测传感器在汽车安全领域的应用3.1胎压正常的重要性车辆行驶的安全性与轮胎的压力有密切的关系。轮胎压力过高或过低都将降低车辆驾驶性能，缩短轮胎使用寿命，并且可能造成严重的交通事故。据数据分析，美国每年有26万例交通事故是由于轮胎气压低造成的，占交通事故的75%[7]，而在中国的交通事故中，70%的事故是由于轮胎发生爆胎引起的。表二、轮胎压力不正常的危害表二、轮胎压力不正常的危害1、轮胎气压过低时轮胎磨损加剧，容易产生爆胎，汽车油耗增加2、轮胎气压过高时轮胎抓地力降低并快速磨损，刹车性能减弱3、轮胎完全漏气时继续驾驶将造成轮胎和轮毂的彻底损坏，并可能造成严重的交通事故4、轮胎气压不平衡时驾驶和刹车时容易跑偏，并可能造成交通事故爆胎事故造成人身安全和财产损失，怎样防止爆胎已成为汽车安全驾驶的热点问题。研宄表明，保持正常的车胎气压行驶和及时检查车胎的性能条件是防止爆胎的关键。于是汽车轮胎气压监测系统开始得到开发与使用。3.2TPMS的分类以及工作原理TPMS系统主要由安装在汽车轮胎里的压力检测模块和安装在汽车中控台上的中央监视模块两部分组成[9]。轮胎压力检测模块直接安装在每个轮胎里监测轮胎压力和温度，一个TPMS系统有4或5个轮胎压力检测模块。目前，主要分为两种类型：一种是基于车轮转速的间接式)；另一种是基于压力传感器的直接式间接式是通过汽车系统的轮速传感器来比较车轮之间的转速差别，以达到监视胎压的目的。所以它和ABS共享传感器，不用添加额外的硬件配置，前提是车辆配有ABS系统[10]。所用的轮速传感器是磁电式轮速传感器。图3.1、胎压检测系统的组成部分发射器接收器中继器图3.1、胎压检测系统的组成部分发射器接收器中继器显示器汽车在行驶过程中，轮胎压力监测系统接收个车轮转速传感器的车轮转速信号，进行综合分析。当四个轮胎中的某一个轮胎的气压太高或太低时，这个轮胎的直径就会变大或变小，车轮的转速也会相应的产生变化。胎压检测系统会将每个车轮转速的变化情况同预先储存的标准值相比较，就得出轮胎气压太高或不足，从而点亮报警灯[10]。该类型系统的主要缺点是无法对两个以上的轮胎同时缺气的状况和速度超过公里小时的情况进行判断，所以已经逐步被淘汰。胎压胎压传感器图图3.2、胎压传感器表三、胎压传感器工作原理简图左前轮轮速传感器左前轮轮速传感器左后轮轮速传感器右后轮轮速传感器电子控制模块液压控制单元自诊断输出ABS故障灯指示右前轮轮速传感器直接式是利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压电陶瓷传感器来直接测量轮胎的气压，将测得的胎压的数据通过无线的方式发送到接收天线，再在显示器上显示出来，驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压状况，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统就会自动报警。另一方面，如果电池没电或者无法收到信号时，驾驶员也可以直接从显示器上得知。还有一种无电池的TPMS，也叫被动式TPMS，用一个中央收发器代替了一般直接式TPMS中的中央接收器。这个收发器不但要接收信号而且要发射信号，安装在轮胎中的转发器(代替了发射器）接收来自中央收发器的信号，同时使用这个信号的能量来发射一个反馈信号到中央收发器上。这就使得安装在轮胎内部的气压监测器发送数据不需要电池，从而解决上述因电池所带来的问题[10]。虽然此技术不用电池供电，但是它需要将转发器整合至轮胎中，这牵涉到各轮胎制造商需建立一共同的标准才有可能。因此，无电池TPMS短期内还难以在汽车上普及。3.3胎气压监测系统研究现状分析汽车轮胎苛刻的工作环境，对压力传感器有较高的要求：宽温区、宽电源电压范围、高精度、低功耗、稳定性好。同时，轮胎气压监测系统的核心是轮胎压力监测模块，轮胎压力监测模块是由微控制器芯片和压力温度传感器二者集成在一起，国内在这一生产领域几乎处于空白，主要是靠进口引进国外的产品。在高度重视汽车安全性的未来，轮胎压力监测系统会渐渐成为所有汽车上的标配，就像ABS从出现到普及一样，需要一个循序渐进的过程。近几年来，我国汽车的生产量和销售额保持了一个高速增长的势头，随着人们对汽车安全的日益重视，作为一种新的汽车安全产品将成为汽车电子市场新的热点和增长点。面对需求量的与日倶增，未来几年内我国必将成为。据不完全统计，目前国内已有几十家设计公司、生产厂家开始开发、设计、生产。但国内整个行业还没有一个统一的生产标准，甚至行业标准也没有，虽然有些企业有自己的企业标准，但都是各行其道[10]。目前，直接式正逐步取代间接式，成为轮胎气压监测系统的主流，但从长远来看，无电池式的将以其绝对优势取代其它类型的，成为未来发展的主流。4ABS传感器在汽车安全领域的应用4.1ABS的组成和工作原理ABS(Anti-lockBrakingSystem)防抱死制动系统，是通过安装在车轮上的传感器发出车轮即将被抱死的信号，传递给ECU控制器，下达指令给调节器降低该车轮制动缸的油压，减小制动力矩，经一定时间后，再恢复原有的油压，不断的这样循环(每秒可达5-10次)，始终使车轮处于转动状态而又有最大的制动力矩。图4.1、图4.1、ABS的组成部分电子控制装置ABS系统车轮轮速传感器电动泵储压器液压执行装置在ABS中，每个车轮上都装有一个车轮转速传感器，在行驶过程中，传感器将关于各车轮转速的信号传递给电子控制装置，电子控制装置根据各车轮转传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测。在制动时，ABS根据每个车轮速度传感器传来的速度信号，可迅速判断出车轮的抱死状态，关闭开始抱死车轮上面的电磁阀，让制动力不变，如果车轮继续抱死，则打开电磁阀，使这个车轮上的制动油压下降，防止因制动力过大而将车轮完全抱死。让制动状态始终处于最佳点(滑移率S为20%)，制动效果达到最好，行车最安全[11]。图4.2、制动力系数滑移率图图4.2、制动力系数滑移率图制动力系数滑移率（%）（（）（%）表四、常见的路面附着系数从滑移率和制动力系数的关系图中我们可以看出，制动力的峰值附着系数，一般出现在滑移率15%-20%，滑移率再增加，制动力系数有所下降，直至滑移率为100%。滑移率为100%的制动力附着系数称为滑动附着系数。附着系数的数值取决于道路的材料、路面的状况与轮胎结构、胎面花纹、材料以及汽车运动的速度等多种因素。表四、常见的路面附着系数路面峰值附着系数滑动附着系数沥青或混凝土（干）0.8-0.90.75沥青（湿）0.5-0.70.45-0.6混凝土（湿）0.80.7土路(干)0.680.65土路（湿）0.550.4-0.5冰0.10.07没有安装ABS的汽车，在汽车制动过程中，轮速会急剧降低，当制动力超过车轮与地面的摩擦力时，车轮就会被抱死，完全抱死的车轮会使轮胎与地面的摩擦力下降。若只有前轮抱死或前轮先抱死，汽车基本上沿直线向前行驶，汽车处于稳定状态，但失去转向能力，若后轮先抱死，且车速超过一定的数值时，汽车在轻微的侧向力作用下就会发生侧滑[12]。装有ABS的车辆在遇到一些打滑路面时，可放心的操纵方向盘，进行制动。它不仅有效的防止了事故的发生，还能减少对轮胎的摩损，ABS可以提高车辆行驶时紧急制动的安全系数，但它并不能缩短汽车的制动距离，在某些情况下反而会有所增加。4.2ABS的发展历史及应用现状ABS最早应用于飞机、铁路机车，1908年J.E.FRANCIS设计，1936年B0SCH取得专利，1950年，第一台防抱死制动系统ABS问世，首先被应用在航空领域的飞机上，1965年投入生产，1968年开始研究在汽车上应用。20世纪七八十年代，ABS发展达到高峰，开始广泛地应用于汽车电脑控制的ABS逐渐在欧洲、美国及亚洲日本的汽车上迅速扩大。到1993年，美国轿车上的ABS普及率已达46%，现今在世界各国生产的轿车中有近75%的轿车都安装了ABS。随着ABS系统的价格逐渐降低，ABS这种最初被应用于飞机上的技术，现在已经十分普及，在十万元以上级别的轿车上都可见到它的踪影，一些大客车上也装有ABS[13]。我国把ABS技术列为汽车工业发展中的重要位置，ABS作为现代汽车的标配，已经有着不可或缺的地位，有着广阔的发展前景。4.3国内的ABS研究现状20世纪八十年代，我国的ABS技术才初步开始研究，起步相对较晚。目前来看,具有代表性的ABS科研机构主要有以下几个:吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室、北京理工大学汽车动力性与排放测试国家专业实验室、清华大学汽车安全与节能国家重点实验室、华南理工交通学院汽车系、济南程军电子科技公司等。这些单位在ABS的仿真、控制量、轮速信号抗干扰处理、轮速信号异点剔除、防抱电磁阀动作响应等方面的研究取得了很多成果。国内现在生产ABS的公司不少,但大多数公司是和国外有名的ABS公司合作生产。完全自主生产开发ABS的有代表性的国内公司有:广州市科密汽车制动技术开发有限公司、重庆聚能汽车技术有限责任公司、东风科技汽车制动系统公司、西安博华机电股份有限公司等。适用于摩托车、轿车、大中型客车一、重型载货汽车、挂车的ABS及相关零部件。这些ABS的制动性能指标达到了国外同类产品的水平,部分试验数据优于国外公司同类产品,在国内占有一定的市场。随着我国汽车市场的不断拓展，ABS的发展前景是十分广阔的。5安全气囊传感器在汽车安全领域的应用5.1安全气囊的组成安全气囊系统是一种被动安全性的保护系统，它与座椅安全带配合使用，可以为乘员提供有效的防撞保护。在汽车相撞时，汽车安全气囊可使头部受伤率减少25%，面部受伤率减少80%左右。美国是最早提出使用安全气囊来保护汽车乘员的。安全气囊系统主要由碰撞传感器、ECU、SRS指示灯和气体发生装置四部分组成[14]。安全气囊是一种集机械、电子、化学化工、纺织等于一体的高新技术产品，它的特点是技术含量高、结构复杂、装配精度高、安全要求高[15]。图5.2副驾驶座安全气囊气袋形状图5.1图5.2副驾驶座安全气囊气袋形状图5.1驾驶员安全气囊气袋形状安全气囊传感器是汽车在发生意外碰撞时第一时间反应撞击强度，并且传递信息的一个装置，汽车安全气囊系统中的传感器一般也称为碰撞传感器。根据功用的不同，碰撞传感器也可以分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器两种。触发碰撞传感器也称为碰撞烈度(激烈程度)传感器，该传感器的作用是用来检测车辆在发生碰撞时的汽车加速度大小，并且将检测到的数据通过信号传递给ECU[17]。防护碰撞传感器也就是安全传感器，用来感应车辆是否发生撞击，它是和触发碰撞传感器串联在一起，用来防止汽车安全气囊在使用过程中，并未达到安全气囊使用的条件下而发生误爆的情况。传感器能否准确的感应出车辆碰撞的情况并且及时的传送信息是安全气囊使用的一个关键步骤。5.2碰撞传感器的工作原理在汽车行驶中，由碰撞传感器检测汽车碰撞的强度信号，并将信号传递给ECU，ECU根据碰撞传感器的信号强弱来判定是否引爆充气元件使气囊充气。[16]当气囊引爆后，由于产生的气体大量涌进气囊，使气囊的压力增高，不利吸收冲撞能量，所以，在气囊的后面有2个排气孔，可以缓冲迅速增高的气压，有利于保护驾乘人员的安全[16]。气体发生器器触发器ECU碰撞传感气体发生器器触发器ECU碰撞传感发生碰撞气囊图图5.3碰撞传感器的工作原理简图安全气囊的打开需要合适的速度和碰撞角度。理论上来讲，只有在汽车的正前方左右大约60度位置撞击并且速度高于30KM/h时，安全气囊才有可能打开。在一些事故中，例如当轿车与没有后部防护装置的卡车发生钻入性追尾事故，或轿车碰撞护栏后发生翻车事故等，这样的事故往往没有车身正前方的直接撞击，主要是车身上部和侧面的碰撞，碰撞车身部位的刚度很小，虽然车身发生了很大的变形，但是由于碰撞部位不对，有时候气囊并不能打开。综上所述，我们可以清楚地看到安全气囊在汽车上的应用明显提高了汽车的被动安全性。随着科学技术的进步和人们对汽车安全的重视，汽车安全技术中的安全气囊技术近年来也发展得很快，价格大幅度下降，装备了安全气囊的轿车也从过去的中高级轿车向中低级轿车发展。同时，有些轿车前排安装了乘客用的安全气囊（即双安全气囊规格），乘客用的安全气囊与驾车者用的安全气囊相似，只是气囊的体积要大些，所需的气体也多一些而已[18]。进入90年代以来，安全气囊的安全性能已被人们普遍接受，并被视为一种现代化和高档次的安全装置。5.3安全气囊的发展趋势当前，安全气囊的发展出现了两种趋势，美国和日本的汽车公司正在努力增大气囊的尺寸来保护乘员。而欧洲一些汽车制造公司，如奔驰、宝马和沃尔沃等则认为，安全气囊本身并不能起决定性作用，乘员的安全是由汽车的整体安全性决定的，也是由乘员的安全意识决定的，即时在装有安全气囊的车上也要应用其它的安全措施来达到最佳的保护效果[17]。新型安全气囊的研究还在继续，未来安全气囊的发展必然朝着多样化、智能化、小型化、环保化，其中包括了先进的传感器技术和信息处理系统，它们在事故发生的短时间内能够提供可靠的碰撞环境方面的信息可以更好地识别乘客类型，采取不同的保护措施。系统采用重量、红外、超声波等传感器来判断乘客与仪表板远近、重量、身高等因素，从而在碰撞时判断是否点爆气囊、点爆力有多大，并与安全带形成总体控制[19]。通过传感器，气囊系统还可以判断出车辆当前经历的碰撞形式，是正面碰撞还是角度碰撞，侧面碰撞还是整车的翻滚运动，以便驱动车身不同位置的气囊，形成对乘客的最佳保护。6总结及展望随着人们对于汽车安全意识的提高，智能传感器技术的不断成熟和成本的不断降低，汽车上所用的新型传感器会越来越多。未来汽车电子传感器的发展方向主要是新结构、新材料和新工艺的应用多功能化、集成化、智能化、轻便化的传感器降逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。多功能化是指一个传感器能检测2个或者2个以上的特性参数或者化学参数。集成化是指利用IC制造技术和精细加工技术制作IC式传感器。智能化是指传感器与大规模集成电路相结合，具有智能作用。随着汽车电子技术的进一步发展和新型传感器的出现，安全传感器在汽车的应用会越来越广泛，让以往人与车的交流转向车与车、车与路、车与基础设施的交流，人、车、路和基础设施的思维交互成为未来汽车发展的必然趋势，而这也为将来无人驾驶技术的完善打下了基础。致谢随着毕业论文的完成，我的大学生活也画上了圆满的句号。非常感谢在我大学四年的学习生活中给过我关心和帮助的良师益友们。首先，要感谢我的论文指导老师——陈险峙老师，正是有了陈老师的悉心指导、监督和鼓励，我才能克服论文中的难点，顺利完成论文。张老师严谨治学的科学态度让我受益匪浅，再次向张老师表以诚挚的谢意。特别感谢交通运输专业的各位恩师们，感谢您们的兢兢业业、无私奉献！是您们带我在知识的海洋畅游，传道、授业、解惑，让我顺利地完成学业。在此，向您们致以崇高的敬意和衷心的感谢！感谢我的舍友们，四年的陪伴，让我倍感温暖。感谢我的父母，感谢他们对我多年无怨无悔的付出，始终如一的支持。因为他们的爱与支持，我才有了不断前行的动力。我拥有的一切都是他们辛苦的付出，感谢他们！最后，真诚感谢在百忙之中审阅、评议论文，以及参加答辩的各位老师们！参考文献[1]龙剑.传感器在现代汽车中的应用研究[J].中国高新技术企业.2013(18):35-36.[2]路志刚.传感器在汽车工业中的应用与开发[A].第一届长三角地区传感技术学术交流会[C].2004:69-74.[3]岳学军.国内传感器的行业现状与未来发展[J].电子元器件应用.2009(6):74-77.[4]程开富.CMOS图像传感器的基本原理及设计考虑[J].电子元器件应用.2002(8):8-12.[5]王旭东.叶玉堂.CMOS与CCD图像传感器的比较研究和发展趋势[J].2010.18

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