汽车安全技术的应用及发展论文已审核.docx

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汽车安全技术的应用及发展论文已审核

毕业论文

论文题目：

汽车安全技术的应用及发展

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摘要

任何技术的产生都是有原因的，汽车安全技术也不例外。

随着汽车的不断普及，汽车数量的不断增多，汽车速度的不断加快，交通事故也就逐步被人们重视起来。

当交通事故的数量逐步累积的时候，汽车安全技术也就应运而生。

汽车安全系统主要分为两个方面,一是主动安全系统,另外一方面是被动安全系统。

简单说,所谓主动安全就是作用避免事故的发生,而被动安全则是在发生事故时汽车对车内成员的保护或对被撞车辆或行人的保护。

如果细分的话,车体安全也算在主动安全一方面之中——即车体机构设计用料对外来危险的抵抗能力。

所以主动安全性的好坏决定了汽车产生事故发生概率的多少,而被动安全性的好坏主要决定了事故后车内成员的受伤严重程度。

介绍侧面视觉死角检测系统、轮胎气压报警技术、防止驾驶员打瞌睡装置、驾驶员唤醒系统、事故避免技术和事故预防技术等几项最新汽车安全新技术的特点、原理、应用情况及发展趋势。

关键词：

汽车,安全技术,发展历程。

Abstract

Anytechnologyarethereforareason,automotivesafetytechnologyisnoexception.Withthecontinuingpopularityofcars,thegrowingnumberofvehicles,vehiclespeed,trafficaccidentshavegraduallytakenseriouslybypeople.Whenatrafficaccidentwhenthenumberofcumulative,automotivesafetytechnologywillemergeasthetimesrequire.Automotivesafetysystemismainlydividedintotwoaspects,oneistheactivesafetysystem,ontheotherhand,isapassivesafetysystem.Simplysaid,theso-calledactivesafetyistheeffecttoavoidtheoccurrenceofdeepaccidentwhilepassivesafetyisprotectedintheeventofanaccidentprotectioncarsonthecarmembersortohitvehiclesorpedestrians.Ifthebreakdown,thesafetyofthecarbodyisinactivesafetyhand--namelydesignmaterialbodytoexternalriskresistanceability.Sotheactivesafetydeterminesthecarhowmuchtheaccidentprobability,whilepassivesafetyismainlydecidedbymembersofthecaraftertheaccidentinjuryseverity.Thevisualsideoftheblindspotdetectionsystem,tirepressurealarmtechnology,preventdriverdozingdevice,arousalsystem,toavoidaccidentsandaccidentpreventiontechnology,severalnewautomobilesafetytechnologyfeatures,principle,applicationanddevelopmenttrend.

Keywords:

automobile,securitytechnology,development.

1引言

汽车安全技术如今对每辆汽车都必不可少，但在汽车发明之初，谁又会想到汽车会隐藏高速的危险。

那汽车安全技术又经历了怎样的发展历程呢？

这里从安全配置的引入出发来看看汽车安全技术经历了怎样的路程。

汽车的安全性能由两部分组成，一部分是预知和规避危险、并防止事故于未然的主动安全；另一部分则是当事故发生时防范驾乘人员受到伤害的被动安全。

在安全技术的发展初期主要以被动安全技术的发展为主；到了后期防范于未然的主动安全技术已经运用的越来越普及。

先来看汽车的被动安全技术的发展状况。

2被动安全技术简述

随着全球汽车流量的增加和车速的提高，汽车事故增多，所引起的人员伤亡和财产损失严重，已成为一个不容忽视的社会问题。

针对这一问题而设置的安全防护装置是现代汽车结构的重要组成部分。

而被动安全系统（也称乘员安全系统）在事故发生时最大限度降低对人员的伤害。

在碰撞事故中，要使车厢的变形减至最小，并且要使乘员在车厢内移动发生第二次碰撞的机会最小。

侧门防撞杆、安全车身、安全玻璃、预紧式安全带、安全气囊、智能安全气囊、乘员头颈保护系统（WHIPS）及各种安全电子装置即具有这样的防护作用。

汽车被动安全技术涉及的问题很多，其核心是要在汽车碰撞事故中最大限度地保护乘员。

而汽车碰撞过程是一个复杂的瞬时物理过程，它包括成百上千个零件的复杂变形和相互作用，具有很强的非线性特性，其中包括以大变形、大应变为特征的几何非线性，以弹性变形为特征的材料非线性，以不同零部件表面接触摩擦作用为特征的边界非线性。

这些非线性特性综合作用的结果是，使汽车碰撞过程的分析变得非常复杂。

但多年来经过国内外科学家和工程师的艰苦努力和不断创新，发明了一系列汽车碰撞缓冲吸能的结构和装置，在汽车碰撞事故中有效地保护了乘员。

采用现代被动安全性措施挽救了大量人的生命，其社会效益和经济效益是巨大的。

2.1抑制安全技术

2.1.1驾驶记录系统

汽车黑匣子是利用GPS先进技术，依据地理信息管理系统（GIS）及计算机数据库系统形成一套现代化的监控体系。

该产品实质上是机动车综合记录仪，它不但具有像飞机黑匣子一样记录事故发生前后的详细数据，帮助有关部门迅速准确地分析事故发生原因的功能，而且还能帮助车辆管理人员和驾驶员，适时监控和分析车辆的运行情况，从而加强对车辆的管理，最大限度地减少事故的发生。

实践证明，汽车黑匣子的使用，使交通事故率降低了37％-52％，大大减少了人员伤亡和财产损失，产生了显著的社会效益和经济效益。

2.1.2紧急门锁释放机构

当车辆发生碰撞后，为使乘员容易从被撞车辆中出来，车门应容易打开。

紧急门锁释放机构的特点是，当碰撞传感器确认已发生碰撞，系统会立即自动地释放门锁。

2.1.3事故自动报警系统

事故自动报警系统将是今后汽车必备的安全系统，它是在汽车后视镜内安装了一个与移动电话和撞车传感器相连的微型摄像机，与智能汽车交通系统和全球卫星自动定位系统相配合，一旦汽车发生事故，将自动向有关安全管理部门和医疗急救部门报警，提供汽车所在位置、事故严重程度、车载人员数、系安全带人数和人员受伤的大致程度等信息，并保持联络，使事故车中的人员得到及时救护。

2.1.4灭火系统

采用燃气传感器、温度传感器和灭火装置，当碰撞发生后，避免发动机起火引起二次伤害。

2.2碰撞安全技术

2.2.1安全带

安全带的历史悠久，它的作用是当汽车发生急转弯或正面碰撞、后面碰撞、有角度碰撞以及翻车事故时，约束乘员尽可能保持原有的位置不动，避免与车内坚硬部件发生碰撞并防止乘员从座椅上甩出而造成伤害。

汽车上使用的安全带，按固定方式分为两点式、斜挂式、三点式和四点式4种，由织带、安装固定件、卷收器和调节件等部件组成。

安全带在交通事故中，对驾驶员和乘员有着重要的保护作用，特别是在高速公路上行车时，其作用更加明显。

研究表明，使用安全带能够减少乘员在碰撞事故中50%的死亡率。

安全带的设计除了传统惯性束紧式安全带外，近年来更有先进的预拉式安全带及束力限制式安全带，所谓的预拉式安全带就是当事故发生时，安全带系统除了传统的惯性束紧外，更可以产生将安全带回拉的力量，避免向前移动的行程过大或产生过大的冲击，提高安全带的安全性，另一种就是束力限制式安全带，此种安全带可以进一步的保护人在事故发生时，由于安全带束力过大产生的胸部及颈椎的伤害，其设计的方式是当安全带束紧的同时，当束力达到某一力量以上时，安全带系统会稍许的松开，使束紧的力量不会再升高的设计方式，使人的胸部所受的冲击力以及颈部的折弯力不至于够大，是一种更先进的安全带保护系统。

但不论何种安全带，请各位仍必须正确使用方能发挥其功能。

一名叫尼尔斯的瑞典人发明了沿用至今的三点式安全带。

20世纪40年代，通用汽车公司率先在别克汽车上将安全带作为标准配置。

随着安全带拯救了越来越多的生命，人们也逐渐意识到安全带的重要作用，世界各国纷纷通过立法将安全带的安装和使用作为强制性规定。

自安全带面世以来，全世界已有长达1000万公里的安全带安装进超过10亿辆汽车内，其长度足以围绕地球赤道250圈。

40年内无数生命因安全带而获救，证明了安全带"生命保护绳"的作用。

安全带的发明和使用是当今汽车安全的专家VOLVO，早在上世纪40年代，VOLVO汽车的安全设计也开始启程，20世纪40年代，VOLVO在PV444型车上配置了诸如胶合挡风玻璃和安全车厢的框架机构等创新配置，这种设计和奔驰的巴恩伊在轿厢安全设计理念如出一辙。

1963年，所有沃尔沃出品的汽车的前座都已经配备3点式安全带作为标准装置，布连为了打开庞大的美国市场，于是联同负责瑞典国内安全带测试及批核的艾当（BertilAldam）博士到美国讲学，并向公众及车厂讲解安全带的优点，可惜收效仍然不大。

3点式安全带开始为人接受始于1967年，布连在美国发表了《28000宗意外报告》，当中记录了1966年瑞典国内所有牵涉沃尔沃汽车的交通意外，数字清楚显示，3点式安全带不但能够保住性命，更能在超过半数的个案中，减低甚至避免乘客受伤的机会。

现在，不少国家都已强制规定使用安全带，虽然大部分地区只要求前座乘客佩戴。

但是第一条强制佩戴安全带的法规直至1971年是才在澳洲的维多利亚省通过，接着陆续有其他国家效法，包括1975年的瑞典。

然而，美国却一直没有联邦法规规定车中乘客佩戴安全带，目前美国的安全带使用率约为60％——65％，因为部分州政府已订立有关法规。

至于欧洲，使用率大概是七成，但由于地理及文化因素，各地的差异颇大。

当然，最理想的是达到100％，但这个目标短期内还是遥不可及。

其实，汽车最初面世时，已经有人发觉只要用一条带，将臀部缚在座椅上，便能令颠簸的身子稳定下来，尤其是当时的马路凹凸不平，经常把车上人颠个半死。

可是，即使这种围绕式安全带早于1907年已经注册，可是也一直未受重视。

直至第二次世界大战，才有人开始认真研究安全带的实际用途，但他们却非汽车业人士，而是当时发展迅速的航空工业从业人员。

布连发明的3点式横放v型安全带出现后，情况才扭转过来，这种简单而安全的设计模式，基本上一直沿用下来。

早于1967年已将3点式安全带定为后座标准装置的沃尔沃，更将使用权开放给其他汽车制造商，日后的改良也集中于提高效率及使用时的舒适和方便性。

3点式安全带的第一次改革于1968年出现，当时一种名叫固定转芯的小装置，首次应用在前座安全带上，3年后后座也采用了。

由于可以容许乘客有更多的活动自由，省却了因适应不同人体形而作出特别调校的麻烦，而且闲置时亦不会碍手碍脚，终于巩固了现代安全带的模式。

不过，直到1986年，后排中间的座位才成功安装3点式安全带，令全车乘客都可以得到周全的安全保护。

1990年，早已把3点式安全带列为所有座位的标准装置的沃尔沃汽车再进一步，增设了一种附加设备——安全带束紧器（BeltTensioner），它能够藉着感应器于制动时作出的反应，收紧安全带，加强保护力。

2.2.2安全气囊

安全气囊的研究起步于20世纪80年代后期，20世纪90年代开始得到迅速发展。

安全气囊的装车使用大大降低了碰撞中乘员受伤的危险。

安全气囊主要由传感器、气体发生器、气囊系统等3部分组成。

传感器的功能是检测、判断车体所经受的撞击信号，决定是否启动安全气囊；气体发生器的功能是在传感器的控制下根据信号指示产生点火动作，点燃固态燃料并产生气体向气囊充气，使气囊迅速膨胀展开保护乘员。

气囊一般装在转向盘毂内紧靠缓冲垫处，其容量约50L—90L，气囊的材料要求具有很高的抗拉强度，同时气囊设有安全阀，当充气过量或囊内压力超过一定值时会自动泄放部分气体，避免乘客挤压受伤。

安全气囊所用的充气气体多是氮气或一氧化碳。

传统安全气囊的设计是在发生正面撞车事故时避免车内乘员的头部、颈部和胸部强烈撞击在仪表盘、方向盘或挡风玻璃上。

在后面碰撞、翻车或大多数侧面碰撞的情况下，它不会被引发。

随着技术的发展，安全气囊的保护范围将进一步扩大，从现在的前排乘员前方保护扩展到前排乘员的侧面、膝部和后排乘员的前方与侧面以及车外行人。

侧面安全气囊、发动机罩宽幅气囊、车外气囊等产品不断推出。

同时，安全气囊已出现智能化，能识别乘员席有无乘员、有无逆向儿童座椅以及乘员身材大小、重量，坐姿、是否系戴安全带等，并根据上述信息调整动作，以求最大限度地减少失误和保护乘员。

根据美国国家高速公路交通安全局的调查，由于安全气囊的使用，小客车的驾驶死亡率减少了11%，而正面撞击则更降低了30%，另某一权威单位的调查，辅助气囊约可以减少八成左右的头部及颈部的伤害，而对于胸部的伤害也可以降低二到三成，因此对于事故人的保护辅助气囊仍具有很大的功效。

重要的安全防护观念：

那就是开车请记得系上安全带，因为辅助气囊必须与安全带配合才能发挥最大的功效。

安全带的问世拯救了无数人的生命，但仅仅有安全带的汽车却又带来了另外的一个问题。

就是那些车速太快的车主在事故后脊柱折断的事故发生率在不断的攀升。

由于安全带的束缚，身体被死死固定在座位上，安头部毫无固定只能依着惯性迁移，于是车祸后的结果是在减少死亡率的同时增加了脊柱损伤人数。

这时候安全气囊应运而生，安全气囊能够有效的保护激烈碰撞导致的头部移动，从而保护脊柱。

随着汽车工业的发展，近年来安全气囊几乎成了各个汽车厂商轿车的标准配备了，保护汽车乘员的想法最先产生于美国。

1952年美国汽车生产者联合会在理论上阐述了这样一种汽车安全系统的必要性。

几乎同时，这种系统的原理图也绘制了出来。

1953年8月,美国人约翰.赫特里特首次提出了“汽车用安全气囊防护装置”，并在美国获得了“汽车缓冲安全装置”专利。

真正实现安全气囊的商用仍然是汽车安全的始祖戴姆勒奔驰，由于当时技术水平的限制，还不能把这种想法或专利付诸实现。

到了1980年，奔驰公司开始实现这种设想，它在自己生产的部分汽车上安装了安全气囊。

而从1985年起，在全部供应美国市场的汽车上都有安装了这种安全系统。

随后，又出现了第一个保护驾驶员旁前排座乘员头部的气囊。

目前，世界上很多国家都有要求在新车上必须安装气囊。

例如在美国，相应的法规已从1989年起实施该法规要求一定要安装大尺寸的气囊。

而欧洲的专家们则认为最好的方案应该是：

安全带和小尺寸气囊的配合使使用。

所以，欧洲的公司只生产小尺寸气囊。

现在，在汽车上，一个气囊安装在驾驶盘上，一个安装在驾驶员旁前排乘员的前面。

侧面气囊或者装在车门上，或者装在座椅靠背上，气囊用尼龙制成，材料厚度为0.45mm。

为了保证气囊的气密性，在其内表面涂复薄薄一层合成橡胶或硅橡胶。

在气囊的内表面固定有专门的带子，这些带子在气囊充气时能使其保持一定形状。

气囊侧面设有许多孔，这些孔用来快速从气囊中排出气体。

这点十分重要的，否则，人就会被气囊推向后面或被一个气囊或几个气囊挤住而受伤。

为避免气囊因长期叠置而成硬块，在气囊内部覆盖一层特殊的材料，它可使气囊的有效使用期达到15年。

后来，安全气囊又有了新的发展：

从单独配备在驾驶位到前排全部配备，再到侧气囊的配备。

后续又有了安全气囊的衍生安全装置安全气帘的应用，在安全技术的改进上，我们还需要更快，因为每天死于交通事故的人口仍然相当庞大。

安全气囊目前在国内还没有强制使用，部分自主品牌汽车并没有将安全气囊作为标准配置，但不久后标配气囊将是厂家不得不做的选择，因为消费者对安全的需求不得以成本来计算。

2.2.3汽车座椅

汽车座椅是汽车中将乘员和车身联系在一起的重要内饰部件，它直接影响到整车的舒适性和安全性。

所谓座椅的安全性是指汽车座椅能有效地防止汽车事故的发生，并在事故发生时能最大限度地减轻对驾驶员及乘员造成伤害的能力。

汽车座椅要与安全带和安全气囊一起对乘员定位的同时缓解碰撞的强度，吸收乘员与之碰撞时产生的能量，使乘员的损伤指标达到最小。

从座椅的安全性能考虑，其结构可分为靠背、头枕、座垫、座椅总成与车身相连接的固定部件。

靠背的强度设计分柔性吸能式和刚性吸能式两种。

不同的碰撞条件，两种靠背的保护效果是不同的。

在高强度碰撞时，刚性靠背的设计概念对于正常坐姿、按标准状态使用约束系统的成员来讲是合理的。

但是，在发生低强度尾部碰撞时刚性靠背座椅会引起乘员身体沿靠背向上滑动，靠背对乘员产生回弹。

随着高速公路的迅速增加，车辆高速运行的情况不断增多，高速公路上发生最多的事故是追尾撞车。

发生追尾事故时，即使车速较低，也会对驾驶员的背部和颈部造成损伤。

安全头枕的主要作用是在汽车发生碰撞事故（尤其是受追尾碰撞）时，抑制驾乘人员头部后倾，以防止或减轻对颈部的损伤。

更先进的主动式头部支撑系统，这个设计是在座椅下方有一机械装置与一个管状框架与压力板，最后连接着一个旋转轴，整个系统连结于接近座椅底部的位置，而这个管状框架的路径系以一组座椅顶端的横轴导管控制，当车辆承受突然撞击时，驾驶人身体因而往后压时，会迫使导管上升而使头枕向前倾，抵住头部防止头部快速后仰，保护头部颈椎的安全。

安全气囊很好的解决了汽车发生正碰时的脊柱向前移位问题，但向前过后还会被安全带往后拉又怎么办？

汽车被追尾呢？

那又如何来保护脊柱呢？

于是安全头枕悄然而生。

在发生追尾事故的时候，前方车辆乘客最容易受到伤害的部位就是颈部和头部。

安全头枕是在车辆受到来自后部冲击的情况下，乘客的身体挤压座椅的联动机构，在联动机构的作用下，头枕同时向上向前快速移动，最大限度地防止头部猛烈后仰，从而保护乘客的头部和颈部安全。

目前也又大规模应用的趋势。

被动安全只是能在事故发生后尽量减少损失，那能不能有种方式来预防事故的发生呢？

于是就有了主动安全技术的大规模普及。

汽车座椅连接部件的强度设计在很大程度上影响座椅本身的安全性能，在发生碰撞时，如果连接部件先于座椅失效，很可能造成座椅骨架的断裂、严重变形和调节机构失灵等，此时成员的生命安全将受到极大的威胁。

2.2.4吸能车身

当汽车受到撞击时，车身在吸收一定撞击能量的同时减缓车内乘员的移动程度，对于保证乘员有足够的生存空间非常重要。

在驾驶室中，驾驶员部位最容易受到伤害，因此将转向柱设计为可缩进式，碰撞时能折叠一定的距离，为驾驶员留下生存空间；前、后保险杠能吸收动能；车门要求有一定的刚度，受撞击后车门要易于打开；车顶要有一定的刚度，保证翻车后不能被压扁等。

2.2.5儿童安全装置

儿童安全装置主要指儿童安全带和儿童座椅。

由于儿童的身材比例与成人不同，并不是成人身材的简单缩小，所以必须对儿童用安全带和儿童安全座椅进行特殊设计，以保证儿童的安全。

试验结果显示，在发生撞击时，一个体重20kg的儿童其质量可达2t，是根本抱不住的。

在我国随处可见儿童不加限制地坐在成人坐位上，在发生碰撞时是相当危险的。

据研究，正确使用儿童安全带和儿童座椅可使0—1岁的幼儿在事故中的死亡率减少69％，1—4岁的儿童死亡率减少47％，5岁以上儿童死亡率减少45％，减少中到重伤50％。

2.2.6安全玻璃

汽车发生碰撞事故时，挡风玻璃的性能如何对高速行驶的汽车安全性影响较大。

汽车安全玻璃一般具有足够大的变形余量和柔性，一方面可保证正常状况下良好的视觉效果，另一方面能防止碰撞时乘员从窗中飞出时，玻璃不对其头颈部位造成较严重伤害。

安全玻璃包括强化玻璃和夹层玻璃。

3安全车身

那些从事汽车安全技术研发的工程师们对比拉·巴恩伊这位“汽车安全之父”充满了敬仰。

确实，巴恩伊这位天才的汽车设计师，在汽车安全领域做出了现代人难以想象的突破，他的很多安全理论至今仍是汽车研发的基础和标准。

1939年8月1日，巴恩伊第一次来到了位于斯图加特市郊辛德芬根区（Sindelfingen）的奔驰汽车厂上班，当时他脑子里只有一个目标：

在汽车技术领域掀起一场革命。

当时他在一个9×12米大小的木板房里开始了自己的设计研发工作。

从他的第一个项目就能看出，这个年轻人将开创被动安全技术的新纪元。

他为Mercedes-Benz170V敞篷轿车设计了一种全新的平板车架，这种平板车架不仅比当时系列车型采用的X椭圆管车架对于震动敏感度明显减少，而且在发生侧面撞击时能为驾乘者提供更好的安全保护。

作为当今汽车安全车身技术的基础，巴恩伊在他的“Terracruiser”（1945）和“Concadoro”（1946）的新车方案中率先提出了他对被动安全的设想和未来车身的设计结合在一起思想。

其中，六座的“Terracruiser”在车身中部设计了异常坚固的乘坐舱，并且前面和后面分别与塑性变形碰撞缓冲区弹性连接，它们在事故发生时能吸收碰撞所产生的动力能量。

类似的安全特性在三座的“Concadoro”上也有所体现。

“Concadoro”车身采用三厢结构设计，单排的座椅使得驾驶舱可以前后调整。

此外，设计方案已经有了带挡板的方向盘和安全转向柱。

而这个时候，汽车巨子丰田汽车尚未诞生，本田汽车仍然在专注于它的摩托车技术。

3.1汽车防抱死系统（ABS）

众所周知，刹车时不能一脚踩死，而应分步刹车，一踩一松，直至汽车停下，但遇到急刹时，常需要汽车紧急停下来，很想一脚到底就把汽车停下，这时由于车轮容易发生抱死不转动，从而使汽车发生危险工况，比如前轮抱死引起汽车失去转弯能力，后轮抱死容易发生甩尾事故等等。

安装ABS就是为解决刹车时车轮抱死这个问题的，装有ABS的汽车，能有效控制车轮保持在转动状态而休会抱死不转，从而大大提高了刹车时汽车的稳定性及较差路面涤件下的汽车制动性能。

ABS是通过安装在各车轮或传动轴上的转速传感器等不断检铡各车轮的转速，由计算机计算出当时的车轮滑移率（由滑移率拢了解汽车车轮是否已抱死），并与理想的滑移率相比较，做出增大或减小制动器制动压力的决定，命令执行机构及时调整制动压力，以保持车轮处于理想的制动状态。

因此，ABS装置能够使车轮始终维持在有微弱滑移的滚动状态下制动，而不会抱死，达到提高制动效能的目的。

ABS技术是英国人霍纳摩尔1920年研制发明并申请专利，早在20世纪30年代，ABS就已经在铁路机车的制动系统中应用，目的是防止车化在制动过程中抱死，导致车轮与钢轨局部急剧摩擦而过早损坏。

1936年德国博世公司取得了ABS专利权。

它是由装在车轮上的电磁式转速传感器和控制液压的电磁阀组成，使用开关方法对制动压力进行控制。

20世纪40年代末期，为了缩短飞机着陆时的滑行距离、防止车轮在制动时跑偏、甩尾和轮胎剧烈磨耗，飞机制动系统开始采用ABS，并很快成为飞机的标准装备。

20世纪50年代防抱制动系统开始应用于汽车工业。

1951年Goody