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汽车安全技术的发展研究
TianjinUniversityofTechnologyandEducation
毕业论文
专业：
班级学号：
学生姓名：
指导教师：
汽车安全技术的发展研究
Thedevelopmentresearchofthesafetytechniqueofautomobile
专业班级：
学生姓名：
指导教师：
系别：
汽车与交通学院
2009年6月
摘要
汽车安全一直是倍受关注的问题。
随着汽车工业的飞速发展，行驶中的汽车自身安全已越来越引起了汽车制造商们的重视，并投入大量的人力物力进行研究开发。
这既是对不断提高的交通安全要求适应，也是提高自身竞争力的重要手段。
因此需要在了解汽车安全技术现状的同时，还必须预测其发展趋势。
课题介绍了当代汽车安全技术的发展现状，综合了国内外有关汽车安全性研究的发展动态和前沿领域的情报,就汽车安全技术的研究状况、存在的问题、故障检测与诊断方法等进行了深入的探讨。
本文通过对国内外最新的一些汽车主动、被动安全技术以及相应的一些故障诊断检测方法进行了分析研究,并就一些问题提出了看法和建议。
实践证明，论文研究的汽车安全技术具有实际的应用性和可行性，是评价车辆档次的重要指标，拥有最先进的汽车安全系统的概念车的粉墨登场成为了每年车展的亮点。
我们相信，随着信息技术特别是人工智能的深入发展，汽车安全系统将成为目前和将来很长一段时间汽车工业的发展方向。
关键词：
汽车；主动安全；被动安全；故障诊断与检测
ABSTRACT
Automotivesafetyhasbeenmuchconcern.Withtherapiddevelopmentofautomobileindustry,theautomobiletraffichasbeengrowingitsownsecurityautomobilemanufacturersattentionandinvestedalargeamountofmanpowerandmaterialresourcestocarryoutresearchanddevelopment.Thisistrafficsafetyontheever-increasingdemandstoadaptandimprovetheirownmeansofcompetitiveness.Thereisaneedtounderstandthestatusofautomotivesafetytechnologiesandwealsohavetoanticipatethetrendofitsdevelopment.
ThetopicIntroducesthecontemporaryautomotivesafetytechnologydevelopmentstatus,acombinationofdomesticandforeignautomotivesafetyresearchandcutting-edgedevelopmentsinthefieldofinformationtechnologyontheautomotivesafetyresearch,existingproblems,faultdetectionanddiagnosismethods,suchasanin-depthexplored.
Inthispaper,someofthelatestdomesticandforeignautomotiveactiveandpassivesafetytechnology,thecorrespondingdetectionofsomefaultdiagnosismethodsofanalysis,andonanumberofissuesandrecommendationsputforwardsomeviews.Practicehasprovedthatthevehiclesafetyresearchpaperswithpracticalapplicationoftechnologyandfeasibilityassessmentofthevehicleisanimportantindicatorofthegrade,withthemostadvancedautomotivesafetysystemsofthestageoftheconceptcarbecamethehighlightoftheannualautoshow.Webelievethatwiththeinformationtechnology,especiallythedeepeninganddevelopmentofartificialintelligence,carsecuritysystemswillbecomethepresentandfutureforalongtimethedirectionofdevelopmentoftheautomobileindustry.
Keywords:
Automobile;Activesafety;Passivesafety;Faultdiagnosisanddetection
目录
1绪论1
1.1课题研究的背景及意义1
1.2国内外发展现状1
1.3课题研究的主要内容3
2汽车主动安全技术4
2.1汽车ABS/ASR/ACC集成系统4
2.1.1ABS/ASR/ACC集成系统组成4
2.1.2ABS/ASR/ACC集成系统的工作原理4
2.1.3改造后的汽车ABS/ASR/ACC系统所具备的特点和功能5
2.1.4ABS、ASR、ACC、ABS/ASR和ABS/ASR/ACC集成系统的比较6
2.1.5汽车ABS/ASR/ACC系统的集成化特点7
2.2VSC车辆稳定控制系统7
2.2.1VSC系统组成结构7
2.2.2VSC系统的工作原理8
2.2.3VSC与TRC的比较12
2.3全电路制动（BBW）12
2.3.1全电路制动（BBW）的结构组成及原理13
2.3.2全电路制动系统与其他传统制动控制系统的比较13
2.4电子液压制动系统（EHB）14
2.4.1EHB系统的组成及工作原理14
2.4.2EHB系统的控制15
2.4.3EHB系统与传统制动系统的比较15
2.5汽车轮胎气压自动监测系统（TPMS）16
2.5.1TPMS的分类17
2.5.2Tire-SafeGuard汽车轮胎压力监视系统17
2.5.3TyreShield轮胎气压监测系统17
2.5.4Tire-SafeGuard系统与TyreShield系统的比较18
2.6主动防撞技术19
2.6.1防追尾碰撞系统19
2.6.2EyeCar技术19
2.6.3CamCar技术20
2.7汽车智能避撞系统21
2.7.1超声波汽车倒车避撞系统的工作原理21
2.7.2微波雷达汽车避撞系统的工作原理21
2.7.3激光雷达汽车避撞系统组成及工作原理21
2.7.4汽车智能避撞系统各种测距技术的比较22
2.8车速感应式中控门锁23
2.8.1中控门锁的功能：
23
2.8.2中控门锁的组成23
2.8.3车速感应式中央门锁24
2.8.4车速感应式中央门锁与传统中央门锁的比较25
2.9防夹电动车窗25
2.9.1“触觉”防夹电动车窗的组成及工作原理26
2.9.2“视觉”防夹电动车窗的组成及工作原理27
2.9.3“触觉”与“视觉”防夹电动车窗的比较27
2.9.4基于压力传感方法的汽车防夹电动车窗解决方案27
2.10倒车雷达与影像系统28
2.10.1倒车雷达与影像系统的组成28
2.10.2倒车雷达与影像系统的工作原理28
2.10.3可视化倒车雷达与传统倒车雷达29
2.11电子防眩目后视镜30
2.11.1电子防眩目后视镜的组成30
2.11.2电子防眩目后视镜的工作原理30
2.11.3电子防眩目后视镜与传统防眩目后视镜的比较31
2.12其他主动安全技术31
2.12.1反光安全车身31
2.12.2智能型车灯32
2.12.3盲点信息系统32
2.12.4可自动激活刹车并具有增强刹车功能的警示系统33
2.12.5汽车夜视系统33
2.12.6司机分神监视系统34
3汽车被动安全技术35
3.1智能安全气囊35
3.1.1安全气囊的类型及其比较35
3.1.2智能安全气囊的组成36
3.1.3智能安全气囊的工作原理36
3.1.4几种按工作方式分类的安全气囊之间比较37
3.1.5智能安全气囊与传统安全气囊的比较38
3.1.6安全气囊与安全带38
3.2预紧式安全带38
3.2.1预紧式安全带的结构组成39
3.2.2两种预拉紧式卷收器的控制装置39
3.2.3机械式预紧装置和火药式预紧装置39
3.2.4预紧式安全带的工作原理40
3.2.5预紧式安全带与普通安全带的比较40
3.3能量吸收式转向柱40
3.3.1概述40
3.3.2能量吸收式转向柱的结构原理与设计41
3.4智能保护系统43
3.4.1乘员存在探测系统（OSS）43
3.4.2乘员位置传感系统43
3.4.3几种乘员位置感应系统技术的比较44
3.5汽车安全玻璃44
3.5.1汽车安全玻璃的发展44
3.5.2几种常见的汽车安全玻璃44
3.5.3其它特殊功能汽车玻璃46
3.6行人安全保护46
3.6.1发动机盖弹升技术47
3.6.2行人安全气囊系统47
3.6.3车辆智能安全保障系统48
3.6.4保险杠改进48
3.7吸能内饰和阻燃内饰48
3.7.1吸能内饰48
3.7.2阻燃内饰50
3.8汽车黑匣子50
3.8.1汽车“黑匣子”的功能50
3.8.2汽车“黑匣子”的组成及原理51
3.9COF可溃式制动踏板51
3.10侧向门横梁（车门保险杠）52
3.11能量吸收式车架构造54
3.12其他被动安全技术54
3.12.1吸能车身54
3.12.2事故自动报警系统54
3.12.3儿童安全保护锁54
4检测与故障诊断方法56
4.1电动车窗的故障检查56
4.1.1电动车窗的故障检查56
4.1.2凯美瑞防夹电动车窗的故障诊断56
4.1.3凯美瑞防夹电动车窗的失效保护56
4.2液压制动系统的故障诊断57
4.2.1制动发咬57
4.2.2制动效能不良57
4.2.3制动突然失灵58
4.2.4制动跑偏（单边）59
4.3皇冠3.0L轿车车速感应式中央控制门锁故障排除59
4.3.1故障现象59
4.3.2故障分析60
4.3.3故障排除60
4.4本田雅阁2.0汽车安全气囊指示灯常亮不熄的处理61
4.5瑞风商务车倒车雷达故障和维修62
4.5.1系统不工作62
4.5.2系统蜂鸣器不工作62
4.5.3系统显示器不工作62
4.5.4传感器不工作或内部接触不良63
4.5.5传感器能力弱63
4.5.6丰田倒车雷达不能正常工作的一些情况63
4.6VSC的故障诊断及零点调校方法64
4.6.1VSC的故障诊断64
4.6.2VSC系统故障现象表64
结论66
参考文献67
致谢68
1绪论
1.1课题研究的背景及意义
随着交通工具的现代化和绝对数量的急剧增长，车祸也不断增加。
汽车安全事故已成为严峻的全球性问题。
据初步统计，汽车交通事故造成的人员死亡在这100年内大约有2前多万人。
这个数字比第一次世界大战的死亡人数1700万超出300万人，是第二次世界大战死亡人口数3760万人的一半多。
可见对于人类来说，汽车交通事故的总体伤害与经济损失规模已大于任何一种自然的或其他的社会灾害所造成的损失规模。
此后，随着道路交通环境的变化，汽车交通事故又呈缓慢增长趋势，尽管采取了必须装备安全带和必须使用安全头盔等措施，但到1988年，汽车交通事故死亡人数还是超过万人，此后一直保持这一状况。
与世界各国相比，我国的道路交通事故就更为严重。
2001~2003年，中国道路交通死亡人数年均超过10万，年均受伤人数50多万，年均经济损失约3亿多美元。
全球的道路安全形势十分严峻。
2004年，在法国举行的由世界卫生组织组办的世界卫生日首次以道路交通安全为主题。
目前，全世界每年死于车祸的人数达120万人，伤残5000万人，直接经济损失5000多亿美元。
据预测，到2020年，道路交通死亡人数将达234万人，道路交通伤害在人类死亡和致病原因中排名第三，远在艾滋病、结核病、上呼吸道感染等疾病之前。
值得指出的是，在所有道路交通伤害事故中，中等和低收入的国家占了90%，而且这一趋势还在上升。
随着汽车工业的发展，当代的汽车技术已经非常成熟，同时汽车安全性也自然成为各国工业支柱产业发展战略的重要组成部分。
从市场营销的角度看,提高汽车安全性就是增加企业产品的市场占有率，从消费者利益的角度看,提高汽车安全性就是强化对人的生命和财产的保障，从政府管理的角度看,提高汽车安全性就是稳定社会、保证经济繁荣的重要举措。
可见,汽车的安全性能对人类生命和财产安全的影响是不言而喻的。
因此，对汽车安全技术的发展作一些研究具有极其深远的意义。
1.2国内外发展现状
自从人类发明汽车，安全问题就相伴而来。
如何提高汽车的安全性能，减少汽车事故中司乘人员的伤亡，一直是世界汽车工业发展中亟待解决的问题。
不少人注意到，有关汽车安全的技术和产品成为一大亮点，奔驰、德尔福等跨国公司纷纷推出新产品和新技术，展示各自新颖的乘客保护概念。
继环保、节能之后，安全已成为全球汽车业关注的又一个热点和焦点问题。
开发有效的汽车安全产品，也成为各大汽车企业和汽车零部件公司追求的主要目标之一。
在这种情况下，国内外汽车业一直在探索开发各种汽车安全产品。
目前除了普遍使用的安全带、安全气囊、保险杠外，国外近年来还相继开发出ESP（电子稳定控制系统）、EBD（电子制动力分配系统）、胎压监测系统及一些行人保护系统等。
除了以上这些产品，日本和德国政府近些年来还大力支持其他一些主动安全方面的产品技术，并取得了比较显著的成效。
最近，国内也有一种新的安全装置引起了业内人士的关注，比如“汽车安全自动保护器”。
在这场汽车安全领域的角逐中，我国企业能有多大的机会？
我们能否通过提高自主开发能力而迈进汽车安全技术的世界前列？
显然，在汽车技术上，我国很需要拥有自主开发能力和创新技术。
我国在一些汽车安全高端技术领域如电喷系统、安全气囊、ESP等方面，已经大大落后于汽车先进国家。
要想使汽车安全技术快速赶上去，就要呼吁全社会都来关注新技术的发展。
汽车的安全性是按交通事故发生的前后加以分类的。
一方面是在交通事故发生之前采取安全性措施，特别当即将发生危险状况时，驾驶者操纵方向盘避让或紧急制动，以避让事故发生。
汽车在通常的行驶中，为确保驾驶者的基本操纵稳定性，对周围环境的视认性和确保汽车本身的基本行驶性能，开发了防抱制动系统（ABS）、防滑驱动系统（ASR）、主动悬架、动力转向、四轮驱动（4WD）、四轮转向（4WS）、灯光照明系统、刮水器、后视镜、防止车辆追尾的车距报警系统和激光雷达等。
这些安全装置和技术称为主动安全系统，也可称为预防安全系统。
另一方面，为了尽量减少交通事故和司乘人员直接受害程度，保证司乘人员和行人的安全，称这种安全性为被动安全，也可称为冲突安全。
当事故发生后，为了防止灾害的扩大，包括防止火灾和使乘员能从事故车辆中解脱出来的安全装置和系统，称为防止灾害扩大的安全系统。
1966年美国首先制定和实施了国家交通法、汽车安全法和公路安全法，1968年又实施了美国联邦汽车安全标准FMVSS（FederalMotorVehicleSafetyStandard）,1970年美国运输部公布了开发安全试验车ESV（ExperimentalSafetyVehicle）的计划，一般认为，ESV计划的实施开始了汽车安全技术研究的新时代。
ESV计划是汽车以80km/h速度正面碰撞固定壁而能够确保乘员生存为安全目标，开发具有高度安全性能，车重4000lb（1lb=0.453kg）级的试验车样，其目的是：
（1）弄清汽车的安全性能对环境的影响，撞车时的乘员生存性等技术进步的可能性；
（2）掌握如何依靠不断改进的安全设计来减少死亡和经济损失的一般规律；
（3）促进全世界汽车工业界强化汽车安全的研究，把改进后的安全系统及时用于现实的汽车制造中；
（4）把试验安全车评价试验所得的技术资料用于制定新的安全标准。
ESV计划的实施还开创了国际合作开展汽车安全技术研究的新尝试，在开发ESV的共同目标下，为了及时交流汽车安全研究的新成果，建立了ESV国际会议制度。
自从1971年在法国巴黎召开第一届ESV国际会议以来，到1966年5月共召开了15次会议，ESV国际会议交流的内容也扩展到包括预防安全、被动安、碰撞安全、安全新技术等在内的更广泛领域，提出了比ESV更接近实用的研究安全车RSV（RearchSafetyVehicle）的研究报告成果。
先进安全汽车ASV（AdvancedSafetyVehicle）是一种为21世纪研究开发的主动安全汽车，其目的在于通过应用电子技术实现汽车的高智能化，提高驾驶汽车的安全性，预防事故和减轻受害程度。
该汽车上安装了监视驾驶员、车辆和道路环境情况的传感器，供分析用的计算机和相应的控制装置，可实现车辆的辅助驾驶。
国外自20世纪90年代以来，在汽车安全性方面已经进行了许多方面的研究，主要安全技术有：
预防安全技术（信息显示和报警）、事故回避技术、全自动驾驶技术、碰撞安全技术（乘员保护和减轻对行人的伤害）、防止灾害扩大技术和车辆基础技术。
开发的系统有：
碰撞检测与防护系统、车距保持系统、行驶路线改变时的事故避免系统、车道保持系统、弯道减速系统、自动停止报警和调节系统、超声波停车装置、驾驶盲区警报系统、夜视系统等项目，这些项目有的取得实用成果并在部分车辆上安装应用。
1.3课题研究的主要内容
论文主要包括以下几方面的研究：
（1）主动安全技术：
预防安全技术（信息显示和报警）、事故安全技术，包括事故避免系统、驾驶操纵型提高技术。
（2）被动安全技术：
碰撞安全技术（乘员保护和减轻对行人的伤害）、抑制安全技术（防止灾害扩大技术和车辆基础技术）。
（3）其中一些主、被动安全装置的检测与故障诊断方法、维修实例。
（4）对各主要安全技术进行横向或纵向比较。
2汽车主动安全技术
2.1汽车ABS/ASR/ACC集成系统
2.1.1ABS/ASR/ACC集成系统组成
ABS/ASR/ACC集成系统主要包括电控单元ECU、传感器、执行机构三个部分。
具体的有：
包括轮速传感器、副节气门开度传感器、车距传感器、ABS压力调节器、ASR压力调节器、副节气门开度执行机构、ACC常闭式进油电磁阀、ACC常开式进油电磁阀、电子控制装置、ABS指示灯、ASR指示灯和ACC警示灯。
图2-1为汽车ABS/ASR/ACC集成化系统示意图。
图2-1ABS/ASR/ACC集成化系统示意图
2.1.2ABS/ASR/ACC集成系统的工作原理
轮速传感器安装在车轮上，测取车轮的转速信号；节气门开度传感器安装在发动机副节气门处，测取副节气门的开度信号；车距传感器安装在车辆前端中部，测取主车与主目标车辆的相对车距、相对车速、相对方位角和相对加速度信号；ABS压力调节器位于制动主缸与制动轮缸之间，调节制动轮缸的压力；ASR压力调节器位于储油器和ABS压力调节器的两驱动轮的常开式进油电磁阀之间，调节两驱动轮的制动轮缸压力；副节气门开度执行机构位于副节气门处，调节副节气门的开度；ACC常闭式进油电磁阀安装在ASR压力调节器的出油口和制动主缸的一个出油口之间，在ACC控制模式下，紧急制动时给ABS压力调节器供油；ACC常开式进油电磁阀安装在和ACC常闭式进油电磁阀相连的同一个制动主缸的出油管路上，位于制动主缸出油口和通向ACC常闭式进油电磁阀的三通之间，在ACC控制模式下，紧急制动时不仅来自储油器的制动液进入制动主缸，同时保证在ABS控制模式下，使ABS装置能正常工作；电子控制装置位于ABS压力调节器的上方，来自轮速传感器的信号、节气门开度传感器的信号和车距传感器的信号经电子控制装置处理、计算和分析后对相应的ABS压力调节器、ASR压力调节器、节气门开度执行机构、ACC常闭式进油电磁阀、ACC常开式进油电磁阀、ABS指示灯、ASR指示灯或ACC警示灯发出控制指令，执行制动轮缸的压力调节、节气门开度调节或控制模式指示工作。
当汽车正常行驶时，ABS/ASR/ACC集成系统ECU实时采集和处理传感器信号，包括四个轮速信号、蓄能器压力信号、节气门开度信号、加速踏板开度信号、制动踏板开关信号、节气门怠速开关信号、与目标车辆间的相对距离和相对速度信号，并根据其所提供的信息，选用不同的控制方式对汽车进行控制。
控制的方式包括以调节车轮轮缸压力为目标的制动干预模式和以调节发动机输出力矩为目标的节气门开度控制模式，各子系统功能的实现就是对以上两种控制方式适当组合和合理控制的结果。
ABS/ASR/ACC集成系统具有实时故障诊断功能，当系统出现故障时，执行机构及时复位，故障报警灯点亮，提醒驾驶员注意和及时处理。
基于原车装配的压力调节器，进行了车辆制动系统的设计改造，添加了外部液压动力源，通过工作模式电磁阀实现ABS制动方式和主动制动干预方式的切换油滤；
针对ASR和ACC功能要求的发动机输出力矩调节，采用了步进电机控制节气门的改装方案。
在ASR不参与控制时，集成系统ECU根据加速踏板传感器的输入信号，运用PID算法，驱动步进电机对节气门进行伺服随动调节；当它判断需要进行发动机输出力矩调节时，计算出节气门需要转过的目标角度，发出控制指令，驱动步进电机使节气门转到目标开度。
2.1.3改造后的汽车ABS/ASR/ACC系统所具备的特点和功能
1）改造后的汽车ABS/ASR/ACC系统的执行机构，不影响原车ABS执行机构的
正常工作；
2）能够进行驱动轮制动干预控制和发动机输出力矩调节，能够进行完整的ASR
驱动防滑控制；
3）添加车距传感器后，结合各个车轮的独立车轮制动干预控制和发动机输出力矩调节，能够进行完整的ACC自适应巡航控制；
4）集成系统具备外部的动力源，可主动对四个车轮独立进行制动干预控制，使得系统有很好的扩展性。
在现有集成系统执行机构的基础上，仅通过修改和完善电控系统的硬件电路和软件逻辑就能实
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