汽车主动安全性电子技术

汽车主动安全性电子技术

（北京信息职业技术学校，北京100015）。伴随着我国社会主义现代化建设的步伐,汽车作为家庭的交通工具,改变了人们的生活方式,推动了社会经济的发展和精神文明的进步。但随着汽车保有量的日益增加,也带来诸如环境污染、能源消耗、交通安全等社会问题,其中汽车道路交通安全问题尤为突出,世界上每年道路交通事故死亡约150万人,近几年我国每年道路交通事故死亡约15万人,直接经济损失达数十亿元。汽车安全性已成为人们最关心的问题,引起了世界各国的重视,成为全球性的社会问题。为了减少交通事故,汽车制造商采取了多方面措施来改善汽车的安全性能。尤其是广泛应用了汽车电子技术,装备ABS、ASR、ESP、SRS及VDC等安全装置,使汽车的安全性能有了大幅提高,世界交通事故死亡人数得到了控制。事实证明先进的汽车电子技术可提高汽车的安全性能,减少交通事故的发生。1电子技术在汽车安全方面的广泛应用1.1汽车驱动润滑控制系统汽车的主动安全性是指事故将要发生时操纵制动或转向系防止事故发生的能力,以及汽车正常行驶时保证其动力性、操纵稳定性、驾驶舒适性、信息正常的能力。又可分为行驶安全性、环境安全性、感觉安全性、操作安全性。现代汽车主动安全性电子技术有代表性的电控装置有防抱死制动系统(ABS)、电子制动力分配装置(EBD)、驱动防滑系统(ASR)、电子稳定程序系统(ESP)、电控悬架系统、电控动力转向系统、主动避撞系统、车辆动力学控制系统(VDC)、信息显示系统等。(1)汽车防抱死制动系统防抱死制动系统(ABS)是一种防止制动过程车轮抱死的汽车主动安全装置。ABS系统在制动过程中通过传感器测量车轮与路面的滑移,由ABS电控单元做出判断,并通过电磁阀调整制动力的大小,使轮胎滑移率保持在10%~20%的范围内,保证车辆制动时有较大的纵向制动和抗侧向外力的能力,防止可能发生的后轮侧滑和甩尾,提高汽车在制动过程中的方向稳定和转向操纵的能力,并能提高附着系数利用率,缩短制动距离,减少轮胎磨损。电子控制汽车防抱死系统是目前提高车辆行驶安全性的有效措施之一。(2)汽车驱动防滑系统汽车驱动防滑系统(ASR)是在汽车起步和加速时将滑移率控制在5%~15%范围内,防止驱动轮快速滑动,提高汽车的驱动力。ASR在控制中,通过轮速传感器反馈来的信号经控制单元处理后发出指令,调节发动机的输出转矩,从而调节驱动轮的驱动转矩。目前ASR的装备大多是在ABS系统增加零件的方法来实现,可看成是对ABS系统的完善和补充。(3)汽车电子制动力分配系统汽车在制动时,四只轮胎附着的地面条件往往不一样。比如,有时左前轮和右后轮附着在干燥的水泥地面上,而右前轮和左后轮却附着在水中或泥水中,这种情况会导致汽车制动时4个车轮与地面的磨擦力不一样,容易造成打滑、倾斜和车辆侧翻事故。电子制动力分配系统(EBD)能够根据汽车制动时产生轴载转移的不同,自动调节前、后轴的制动力分配比例,提高制动效能,并配合ABS系统提高制动稳定性。(4)汽车电子稳定程序系统电子稳定程序(ESP)通常是支援防抱死制动系统及驱动防滑系统的功能。它通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析,然后向ABS、ASR发出纠偏指令,来帮助车辆维持动态平衡。ESP一般需要安装转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等。它可以监控汽车行驶状态,并自动向一个或多个车轮施加制动力,以保持车子在正常的车道上运行。(5)汽车电控悬架汽车不同的行驶状态对悬架有不同的要求。一般行驶时需要柔软一点的悬架以求舒适感,当急转弯及制动时又需要硬一点的悬架以求稳定性,两者之间有矛盾。另外,汽车行驶的不同环境对车身高度的要求也是不一样的,刚度不变的悬架无法满足这种矛盾的需求。理想的悬架应在不同的条件下有不同的弹簧刚度和阻力减震,既能满足行驶平顺性要求和操纵稳定性要求,又能达到安全行驶的目的。电子技术的发展,使得设计出一种可以在一定范围内调整的悬架成为可能,这种悬架称为电控悬架,目前比较常见的是电控空气悬架形式。典型的电控悬架系统由电子控制元件(ECU)、空气压缩机、车高传感器、转向角度传感器、速度传感器、制动传感器、空气弹簧元件等组成。该系统能够根据汽车的瞬时驾驶条件自动调节悬架组件的性能,即通过各种传感器对汽车的运行状况进行检测,当悬架电子控制元件收到传感器检测到的转向和制动状况信号后,能自适应地处理车辆的侧倾、前后仰,并自动调整减振器阻尼力,能防止车体倾斜并提高车轮的地面附着力。该系统使汽车更易于控制,具有更好的操纵稳定性。(6)汽车电控动力转向系统电控动力转向系统(EPS)是为了实现在各种行驶条件下转向盘上所需要的力都是最佳值,而在转向系统上采用了电子控制的系统。该系统在各种不同的速度状况下通过电控转向微处理器自动调整转向盘的操纵力。在低速时和车辆摆放时,驾驶员只需较小的力就能灵活地进行转向,在高速时,能自动使操纵转向盘的力加大。EPS既提高了驾驶的舒适性及转向灵敏度,又能克服高速转向“发飘”的弊病,保证了高速行驶的稳定性和安全性。(7)汽车主动避撞系统该系统是辅助汽车驾驶者对影响公路交通安全的人、车、路环境进行实时监控,在危急情况下由系统主动干涉驾驶操纵,辅助驾驶者进行应急处理,防止汽车相撞事故的发生,保障行车安全。(8)汽车一体化底盘控制系统汽车一体化底盘控制系统(UCC)是一种先进的集成系统,它通过中央底盘微处理器,将制动、悬架、转向和传动系等控制系统连接起来,底盘微处理器能够接收每个子系统传感器发来的数据,对各子系统进行协调控制,使车辆的整体水平达到最佳,保证车辆行驶的安全性。(9)汽车轮胎监测系统汽车轮胎是汽车与地面的接触部分,影响汽车的驱动力和制动力。在安全性方面起着非常大的作用,汽车行驶中若轮胎气压不足,将导致轮胎磨损不均匀,燃油消耗增加,并使稳定性和操纵性变坏,易发生轮胎爆裂,引发交通事故。汽车轮胎监测系统(TMPS)能实现对汽车轮胎的实时监测,当压力低于安全范围时会给予报警。(10)其他安全控制系统为了适应汽车高速、安全、舒适的需要,越来越多更先进的电子技术应用到汽车上,如睡眠驾驶警报系统、司机分神监视系统、视觉增强和夜视系统、导航系统等,为汽车的安全行驶提供了保障。1.2元、气体发生器、氮气模块汽车被动安全性是指事故发生时保护乘员和步行者,使直接损失降到最小的能力。又可分为车外部安全性、车内部安全性。汽车被动安全性电子技术中有代表性的电子装置是安全气囊。安全气囊一般由传感器、电控单元、气体发生器、气囊及续流器等组成,通常气体发生器和气囊等做在一起构成气囊模块。当传感器感受汽车碰撞强度,将感受到的信号传送到控制器,控制器接收传感器的信号并进行处理,当它判断有必要打开气囊时,立即发出点火信号以触发气体发生器,气体发生器接收到点火信号后,迅速点火并产生大量气体给气囊充气。此时一方面乘员的头部和胸部压在气袋上与前面的车内物体隔开,另一方面当人体与气袋接触时,利用气袋的阻尼或气袋背面的排气孔节流作用来吸收乘员惯性力产生的动能,达到保护乘员的作用。安全气囊在碰撞事故中显示出对乘员的巨大保护功效,随着电子技术的发展,逐步向智能化方向发展。1.3事故车辆的处置汽车事故后安全技术是保障乘员及时救助和减少事故后损失,避免再次伤害。有代表性的电子装置有门锁紧急施放系统、GPS救援系统等。(1)门锁紧急施放系统在车辆发生碰撞事故后,为了使乘员能迅速地从被撞车辆中救出,车门应能容易打开。其工作原理是当碰撞传感器确认已发生碰撞,系统立即施放门锁。(2)GPS救援系统车辆发生碰撞后,为了快速救助伤者,必须准确确定事故车辆地点。GPS救援系统利用卫星导航定位,能很快确定车辆方位,缩短救助时间,降低乘员的伤害程度。2车用传感器技术车用传感器是促进汽车高档化、电子化、自动化发展的关键技术之一,世界各国对车用传感器的研究开发、提高性价比都非常重视。“没有传感器技术就没有现代汽车”的观点现在已被全世界所公认。汽车电子化越发达,自动化程度越高,对传感器依赖性就越大,所以,国内外都将车用传感器技术列为重点发展的高技术。用于汽车安全性电子技术的传感器技术总的发展趋势是:多功能化、集成化、智能化、微型化,其技术发展具有显著特征。2.1有机材料检测例如控制半导体氧化物的成份,可以制造出各种气体传感器;光导纤维用于传感器是传感器功能材料的一个重大发现;有机材料作为功能材料,正引起国内外汽车电子化专家的极大关注。博世公司开发的侧滑传感器是一种双向传感器,它是由采用压电晶体的线性加速度计组合而成。这种传感器有2个经过显微加工的信号发生器并各自对应所测加速度方向的基准面,对应于某个基准面的独立信号就能测出相应的作用力。2.2微型传感器近年来从半导体集成电路技术发展而来的微电子机械系统(MEMS)技术日渐成熟,利用这一技术可以制作各种能敏感和检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器,这些传感器的体积和能耗小,可实现许多全新的功能,使得他们非常适合于汽车电子安全方面的应用。例如微型压阻式多路绝对压力传感器取代了早期采用LVDT技术的压力传感器。微型加速度传感器开始用于汽车安全气囊,车辆行驶安全系统等。2.3速度传感器gmr采用多功能集成传感器用于汽车电子安全是近年来发展的一个重要方向,即在一个芯片上集成多种功能敏感组件和同一功能的多个敏感组件。例如复合压阻传感器,一个芯片可同时检测汽车压力与温度。磁敏式速度传感器是一种一体化的传感器,它是把高磁阻(GMR)材料与半导体装置合为一体的磁敏式速度传感器。高磁阻材料的特点是随磁场的变化其电阻值也发生变化。半导体装置是由制作在同一块BICMOS电路板上的信号处理器和电压调节器所构成。这种传感器是双极型结构,通过电平转换输出一个方波形脉冲信号,其输出频率与软磁信号轮齿的回转频率是相同的,而励磁机构是一块永久磁铁。由于传感器的信号处理电路是直流耦合式,所以可处理零速状态,而其具有高灵敏度。采用这一技术的ABS传感器具有零速处理、输出信号在两电平之间变化的双极型结构,脉冲频率与信号轮齿或磁极的回转频率相同的特点。2.4采用传感器的变距控制器来进行间距检测智能传感器是一种带微型计算机兼有检测、判断、信息处理等功能的传感器。世界各国都在车用传感器硬件的基础上,努力用软件来解决汽车电气干扰大、环境差(温度高、温度梯度大、污染厉害等)等问题造成的对汽车参数测量的影响。例如,可以使用防撞传感器(测距雷达或其他测距传感器)来判断和控制汽车的侧向加速度、每个车轮的瞬时速度及所需的转矩,使制动系统成为汽车稳定性控制系统的一个组成部分。以轮胎压力监测系统(TPMS)为例,MPXY8300由电容性压力传感元件、温度传感器、2轴加速度传感器、MCU、SMARTMOSRF发射器等组成,所有这些均被集成在一个小型封装内。同样,飞思卡尔使用硅锗(SiGe)技术的77GHz频带毫米波雷达射频芯片,正是