影响汽车安全性能的分析精讲.docx

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影响汽车安全性能的分析精讲

郑州交通职业学院

毕业论文

论文题目：

影响汽车安全性能的分析

所属系别汽车运用工程系

专业班级汽车运用技术2班

姓　　名孙军锋

学　　号201008010010234

指导教师窦志民

撰写日期2013年04月

摘要

汽车发展的历史就是汽车安全性能不断提高的历史，而汽车安全技术的发展过程也是汽车安全性技术法规发展和完善的过程，两者相互促进，共同提高在理想状态。

汽车的安全可分为主动安全和被动安全。

主动安全的制动性能是汽车的主要性能之一，评价制动性能的主要指标有制动效能和制动时的方向稳定性，汽车的制动效能即制动距离，制动时间和制动减速度。

汽车的方向稳定性是指汽车制动时仍能按原来的轨迹行驶，即不发生跑偏，侧滑及失去转向能力。

车轮抱死将致使汽车的制动性能和汽车的方向稳定性能变坏，为了获得最佳制动效果，研制出了汽车防抱死制动系统即ABS。

它可以将车辆的滑移率控制在理想状态，以获得最佳制动性能和制动时的方向稳定性和操纵能力。

现在汽车上所使用的被动安全装置主要有安全带、防撞式车身和安全气囊等。

当汽车发生碰撞时，汽车迅速减速直至停止，但车内人员仍以原来速度向前运动。

可能发生乘员转向盘、仪表板和风窗玻璃等之间的碰撞，造成伤害。

如果此时装在转向盘和仪表板内的气囊充气弹出，就可以保护乘员减少与车内物相撞的可能性。

关键词：

主动安全技术；被动安全技术；汽车防抱死制动系统（ABS）；安全气囊（SRS）

Abstract

SafetyoftheVehiclecanbedividedintoactivesafetyandpassivesafety.Thebrakingperformanceoftheactivesafetyisoneofthemainperformance.Therearetwomainindicatorsthatwecanevaluatethebakingperformance:

bakingefficiencyanddirectionalstabilityperformance.Brakingefficiencyincludesbrakingdistance,brakingtimeandbrakingdeceleration.Directionalstabilityperformancemeansthatthecarsstillcanbedrivenintheoriginaltrack,Therewon'thappenthecarsaredrivenbydeviation,slidingandlossofsteeringability.CarWheelLockwillleadtothebakingperformanceanddirectionalstabilityperformancebroken,Inordertogetthebestbrakingeffect,WedevelopedAnti-lockBrakingSystem.ItsabbreviationisABS.Itcancontrolthesliprateinanidealstate,inordertogetthebestbrakingperformance,directionalstabilityperformanceandhandlingcapabilities.Nowthecarpassivesafetydevicesareseatbelts,thecollision-typebodyandairbags.Whenthecariscollided,thecarwillslowdownrapidly,butthepersoninthecarstillmovesintheoriginalspeed.Itmayoccurtoinjurythatpassengerswillcollideonsteeringwheel,dashboardorwindshield.Ifweinstalltheairbagbetweenthesteeringwheelanddashboard,theairbagwillpopuptoprotectthepassengers.

KeyWords：

Activesafetytechnology,Passivesafetytechnology,Anti-lockbakingsystem（ABS）,Supplementalrestraintsystem（SRS）

参考文献15

致谢16

1引言

在现代社会中，汽车已成为人们日常工作和生活中不可缺少的交通工具。

近年来，汽车碰撞安全性显得愈来愈重要。

这是因为，目前世界上每年不少人在汽车碰撞事故中丧生，而且这个数字在逐年增加。

因此，无论是设计师或是消费者都把安全性作为衡量汽车优劣的重要依据。

不但从事汽车设计、制造、维修的专业人员要学习研究汽车的安全理论知识，用以提高汽车产品的安全技术水平和质量，，特别是安全性能，使用者应该全面的了解，才能更好的使用和驾驭汽车，为自己造福。

现代汽车技术的发展的主要方向是安全、环保和节能，世界各国都在围绕这三个方面开展大量研究开发工作。

其中对人类生命财产有直接关系的是汽车安全。

现在人们对汽车的安全性越来越重视。

其中汽车的安全性包括被动安全性和主动安全性。

本课题主要探究汽车被动安全与主动安全技术的探究如被动安全装置安全车身设计、完善的安全带系统等和主动安全装置防抱死系统、牵引控制系统等。

主要对被动安全装置安全气囊系统（SRS）和主动安全装置防抱死制动系统（ABS）的探究。

2被动安全

汽车被动安全技术是指一旦事故发生时，保护车辆内部乘员及外部人员，使直接损失降到最小的技术。

被动安全技术主要包括碰撞安全技术、碰撞后伤害减轻与防护技术等被动安全是指在发生意外碰撞事故时，如何对驾驶司机和乘客进行保护，尽量减少其伤害的保护装置。

尽管随着科学技术的发展，汽车主动安全技术在交通安全中起着越来越大的作用，但仍然不可避免发生意外情况。

此时，汽车被动安全技术将是避免乘员伤亡的唯一保障。

因此，汽车被动安全技术的开发研究仍将是汽车安全技术研究的热点之一。

我国也应有计划、有步骤地发展现代汽车被动安全技术目前成熟和有效的被动安全技术大致可以概括为以下几个方面：

2.1安全车身设计

车身安全性显得愈来愈重要。

这是因为，目前世界上每年不少人在汽车碰撞事故中丧生，而且这个数字在逐年增加。

当碰撞不可避免地发生时，我们求神拜佛是没有用的，只能依靠汽车的被动安全装置来保护自己。

除了安全带、安全气囊等，车身结构才是最基础、最重要的。

提高汽车整车安全。

汽车在使用时，汽车结构设计、驾驶水平、以及道路条件等因素都可能影响行车安全，而影响汽车安全的因素存在时，会使汽车行驶稳定大大降低车身的主要作用是提供安全舒适环境，保证行车安全；采用高效吸能变形技术和安全框架的结构设计可提供车身的刚性由周边至乘客舱逐渐增大这样在车碰撞时，车身的周边产生一定的损坏和变形以便吸收碰撞能量，尽量使乘客舱不变形和完好无损提高最大的逃生空间，在设计车身时着重加固乘客舱部分，消弱汽车头部和尾部车身，内部的防护是为了减轻汽车碰撞时乘客的伤亡。

当汽车碰撞时头部或尾部被压扁变形同时吸收碰撞能量，从而客舱不产生变形或产生很小的变形以保护成员完全[1]。

车身内部的防护原则是力求避免在汽车碰撞时乘员与车身内部刚硬的零件相撞击。

2.2安全玻璃

安全玻璃有两种，一种是钢化玻璃，另一种是夹层玻璃。

汽车除了前挡风之外其他均为钢化玻璃。

钢化玻璃是在玻璃处于炽热状态下使之迅速冷却而产生预应力强度较高的玻璃，钢化玻璃破碎时分裂许多无锐边的小块，不易伤人。

夹层玻璃共有三层，中间层韧性强并有粘合作用，被撞击破坏时内内层和外层仍粘附在中间层上，不易伤人。

汽车用的夹层玻璃，中间层加厚一倍，有较好的安全性能而被广泛采用。

目前夹层玻璃中应用了塑化玻璃，撞裂不会有夹锐角，而是成圆粒装，不会对车内成员和路人造成伤害。

2.3可翻滚下潜式横置发动机

横置发动机给了前厢更多的皱折空间，在受前方撞击时发动机可翻滚下潜，吸收并分解撞击能量，同时可避免发动机侵入驾驶室[1]。

2.4防侧撞韧性稳定横杆

侧撞发生时车门很容易受到撞击而变形，从而直接伤害到乘员。

为了提高汽车的安全性能，在汽车两侧夹层中间放置一两根非常坚固的钢架，而这侧门防撞杆能大大减轻侧门的变形程度，从而减少撞击对乘员的伤害。

2.5完善的安全带系统

所有的座椅位置均配备三点式蜷缩式安全带和安全带预张紧器，前座椅安全带还配备张紧力限制器，并且上部固定点的高度可以自动调节。

预紧式安全带的特点是汽车发生碰撞事故的一瞬间乘员尚未向前移动时它首先拉紧织带，立即将乘员紧紧的绑在座椅上，然后锁紧织带防止乘员身体向前倾，有效的保护乘员的安全。

预紧式安全带起主要作用的卷收器个普通的安全带不同，除了普通卷收器的收效带功能外还具有当车速发生急剧变化时，能在0.1秒左右加强对乘员的约束力[2]。

2.6安全气囊（SRS）

安全气囊的组成：

传感器、电控单元（ECU）、气囊组件、安全气囊警告灯等组成。

传感器：

传感器是安全气囊系统的主要控制信号输入装置。

其作用是检测、判断汽车发生事故时的碰撞强度信号，并将此信号输入电控单元，电控单元根据传感器输入信号来判断是否引爆充气元件使气囊充气。

电控单元（ECU）：

安全气囊ECU是安全气囊系统的核心部件，其内容如图2-1。

图2-1安全气囊ECU结构图

1-能量存储装置2-安全传感器总成3-传感器触点4-传感器平衡块5-四路插接器6-逻辑模块7-十三路插接器

主要由安全气囊逻辑模块、能量储存装置、连接器等组成。

安全传感器一般与安全气囊ECU一起被制作在安全气囊控制组件中，通常安装在驾驶室变速杆前、后的装饰板下面。

安全气囊ECU的电路图如图2-2所示，主要由安全气囊逻辑模块、信号处理电路、备用电源电路、保护电路和稳压电路等组成。

图2-2安全气囊ECU电路图

气囊组件：

气囊组件主要由气体发生器、点火器和气囊等组成。

其中驾驶员侧气囊组件位于转向盘中心处，前排乘员侧气囊组件位于仪表板右侧、杂物箱的上方。

侧面气囊组件位于前排座椅的靠背里。

工作原理：

安全气囊系统工作原理如图2-3所示。

当汽车受到前方一定角度范围内的高速碰撞时。

安装在汽车前端的碰撞传感器和与安全气囊ECU装在一起的安全传感器就会检测到汽车突然减速信号，使传感器触电闭合，将减速信号传送到安全气囊ECU，ECU根据设定程序对传感器检测的信号进行数字计算和逻辑判断，当检测到信号强度超过其设定值时，安全气囊ECU立即向气囊组件内的电爆管发出点火指令，引爆电爆管，点火剂受热爆炸，迅速产生大量热量，充气剂受热分解释放大量氮气充如气囊，气囊便冲开组件的装饰板向驾驶员和乘员，使驾驶员和乘员的头部和胸部压在充满氮气的气囊上，将人体与车内构件之间的碰撞变为弹性碰撞，并通过气囊产生变形吸收人体碰撞时所产生的动能，达到保护人体的目的[3]。

图2-3安全气囊工作原理图

3主动安全

汽车主动安全性是指汽车防止或难于发生事故的性能。

主动安全性的内涵就汽车而言是为驾驶员提供一个能适应人的生理特性的外部条件,以保证驾驶员很好地完成感知、判断、操作各过程的循环。

当然,在汽车的主动安全性中,人是十分重要的组成因素,因此要求汽车的视野和操纵性能等必须与人的生理特性相适应,同时也要求驾驶员对汽车的性能充分了解并且正确地使用汽车,才能保证汽车具有良好的主动安全性。

主动安全是应用新技术来避免交通事故的发生，是以现代电子技术、计算机技术等为基础的，已成为提高汽车安全性能的主要技术。

3.1典型主动安全技术与效果

主动安全就其技术来讲，许多方面还不是很成熟，但它美好的发展前景我们应该高度重视，目前，已经可以投入使用的主动安全技术主要有以下一些：

3.1.1防抱死系统（ABS）

ABS的基本组成和工作原理：

无论是气压制动系统还是液压制动系统，电子控制防抱死制动系统的组成均由传感器、电子控制单元和制动压力制动器三部分组成。

1、传感器

（1）车速传感器检测车速，向电子控制单元输入车速信号，用于滑移率控制方式。

（2）轮速传感器检测车轮速度，向电子控制单元输入信号，个种方式均采用。

（3）汽车减速度传感器检测制动时汽车减速度，检测是否是冰雪路等易滑路面，只用于四轮控制系统。

2、执行器

制动压力调节器（电磁阀）接受电子控制单元（ECU）的指令，通过电磁阀的动作调节气压或油压，实现控制压力的“升高”，“保持”，“降低”的功能[4]。

目前，最新的ABS已发展到第五代，现今的ABS还有多方面的功能，比如

1、电子牵引系统（ETS）

2、驱动防滑调整系统（ASR）

3、电子稳定程序（ESP）

4、辅助制动器

工作原理：

ABS是常规制动装置基础上的改进型技术，它的工作原理是，依靠装在个车轮上高灵敏度的车轮转速传感器以及车身上的车速传感器，通过计算机控制，紧急制动时，一旦发现某个车轮抱死，计算机立即指令压力调节器使该轮的制动分泵减压，使车轮恢复转动。

ABS的工作过程实际上是抱死—松开—抱死—松开的循环工作过程，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态，有效的克服紧急制动时的跑偏、侧滑、甩尾，防止车身失控的状况发生[5]。

图3-1ABS组成示意图

ABS的控制及控制原理：

ABS目前所用的控制方式主要有预测控制方式和模仿控制方式两种。

1、预测控制方式是预先规定控制参数和设定值等控制条件，然后根据检测的实际参数与设定值进行比较，对制动过程进行控制。

根据控制参数不同，预测控制可以分为以下几种形式。

（1）以车轮减速度为控制参数的控制方式

该形式ABS控制方式是以车轮的减速度为控制参数，此种控制方式在高速或空挡进行紧急制动的特定条件下，防止车轮抱死效果好，但车以低速档行驶时，由于制动时驱动轮的减速度达不到设定值的减速度，系统将无法进行，从而出现抱死现象。

（2）以车轮滑移率为控制方式

该形式ABS控制方式是已车轮的滑移率为控制参数，滑移率是通过检测汽车速度和轮速计算得到的。

（3）以车轮减速度和加速度为控制方式

该形式ABS控制方式是以车轮减速度和加速度为控制参数，该种形式在高档和空挡进行紧急制动时效果较好但在高附着路面上易出现过度减压，而在低附着路面上发生车轮抱死现象，同时对于纵向附着系数的路面的适应性差，尤其是高附着系数路面向低附着系数路面跃变时易出现抱死现象。

（4）以车轮减速度、加速度和滑移率为控制参数的控制方式

该种控制方式是在车轮减速度和加速度的信号基础上，再增加车轮滑移率信号，实现多参数控制，由于综合三种控制方式的优点，所以能保证在不同的路面情况和行驶的状态下的防抱死控制。

2、模仿控制方式是在控制过程中，记录前一控制周期的各种参数—即制动减压至增压过程中的参数，再结合个方面的信息进行控制，现在在车上应用较少。

ABS的工作过程[6]：

（1）常规制动（制动触发阶段）

▶踩下踏板，电磁柱塞在最低位；

▶制动液由主缸全部流向制动轮缸；

▶制动力很快建立，轮速很快下降。

▶ECU检测

（2）保压过程（制动压力保持阶段）

▶随轮速的下降，滑移率上升；

▶滑移率接近35%时，ECU发“保持压力”的指令；

▶电磁阀通过有限电流，柱塞被提起，制动液通道被切断；

▶从而制动力不再增加。

（3）减压过程（制动压力下降阶段）

▶在“保压”后，轮速传感器继续传来抱死信号；

▶ECU则发出“降低压力”的指令，供给强电流，柱塞提高；

▶回油道开，一部分油液回流，另一部分油液流入降压器转化为弹性势能；

▶ECU给回油泵继电器通电，工作，制动液被送回主缸，制动力下降，轮速增快，滑移率下降。

（4）增压过程

▶当滑移率下降到ABS下限8%时；

▶ECU切断通往电磁阀、回流泵的电流，柱塞在回到最低点；

▶制动压力减少，轮速如太快，ECU指令“提高压力”，制动液流回轮缸，踏板又起作用；

▶压力波动调整，4-10次/秒，以保持车轮常处于抱死边缘，以发挥最大制动效能。

3.1.2牵引控制系统（TCS）

牵引控制系统是在ABS的基础上的扩展，特别是在恶劣路面上行驶时，通过控制发动机扭矩、差速器锁死等，控制车轮上的驱动力，防止车轮打滑，以取得最好的驱动牵引效果。

TCS的工作原理[7]：

当汽车的电脑通过传感器检测到牵引轮（在此为前轮）空转（既打滑）时，它会发出如下指令来降低该车轮的牵引力：

1、滞后发动机的点火正时。

2、增加空燃比，使混合气变稀。

3、关闭三个喷油器（六缸发动机）。

4、使自动变速器上升一个档位。

5、如果以上措施仍不能制止车轮打滑，汽车电脑还会启动ABS系统给打滑车轮施与适当的制动力。

汽车牵引力控制方法　控制车轮的滑转率是通过控制作用于车轮上的力矩实现的。

汽车驱动轮的滑转是由于驱动扭矩超过了轮胎与路面的附着极限，所以合理地减小汽车发动机扭矩或动力传动中任一部件的扭矩都可实现驱动防滑控制的目的。

从目前来看，广泛采用控制方法的是发动机输出扭矩控制和驱动轮制动力矩控制的组合应用。

TCS与ABS的区别在于，ABS是利用感测器来检测轮胎何时要被抱死，再减少该轮的刹车力以防被抱死，它会快速的改变刹车力，以保持该轮在即将抱死的边缘，而TCS主要是使用引擎点火的时间、变速箱挡位和供油系统来控制驱动轮打滑。

汽车的行驶状态主要是由轮胎和路面的作用力决定的，因此驾驶员对汽车的控制实质上是在控制轮胎与路面间的作用力，但是，车轮与路面间的作用力要受到轮胎与路面间的附着特性的限制。

当轮胎与路面间的过程中，如果路面附着系数较小，常常会使车辆驱动扭矩超过轮胎与路面问的附着极限，产生驱动轮过度滑转，这不但降低汽车的驱动性能加剧轮胎磨损，增大传动系载荷和驾驶员负担增加燃油消耗，而且损害车辆的操纵性、稳定性和安全性，所以合理地调节车辆轮胎与路面问的作用力对于提高汽车的主动安全性具有重要的意义。

3.1.3电子稳定程序（ESP）

电子稳定程序包含ABS系统和TCS系统因此它能防止车轮在制动时抱死，在启动时打滑。

ESP每秒多次（25次）检测驾驶员的行驶意图和车辆的实际行驶情况。

如果发现有紧急情况，它迅速反应，通过液压调节器，调节每个车轮的制动压力，如有可能，还会干预发动机和传动系统。

ESP的功用：

当检测到汽车没有按照驾驶员的驾驶意图行驶时，通过有选择的制动或者干预发动机的工作来稳定车辆，使汽车按照驾驶员的驾驶意图行驶，改善汽车的操纵稳定性，提高汽车的行驶安全性。

ESP的组成:

转向传感器：

检测方向盘旋转的角度，帮助确定汽车行驶方向是否正确。

车轮传感器：

检测每个车轮的速度，确定车轮是否在打滑。

侧滑传感器：

记录汽车绕垂直轴线的运动，确定汽车是否在打滑。

横向加速传感器：

它对转弯时产生的离心力起反应，确定汽车是否在通过弯道时打滑。

ESP系统是一种牵引力控制系统，它在ABS和ASR的基础上增加了相应功能的传感器。

ESP的组成

（1）传感器：

转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器、方向盘油门刹车踏板传感器等。

这些传感器负责采集车身状态的数据。

（2）ESP电脑：

将传感器采集到的数据进行计算，算出车身状态然后跟存储器里面预先设定的数据进行比对。

当电脑计算数据超出存储器预存的数值，即车身临近失控或者已经失控的时候命令执行器工作，以保证车身行驶状态能够尽量满足驾驶员的意图。

（3）执行器：

说白了ESP的执行器就是4个车轮的刹车系统，其实ESP就是帮驾驶员踩刹车。

和没有ESP的车不同的是，装备有ESP的车其刹车系统具有蓄压功能。

简单的说蓄压就是电脑可以根据需要，在驾驶员没踩刹车的时候替驾驶员向某个车轮的制动油管加压好让这个车轮产生制动力。

（4）与驾驶员的沟通：

仪表盘上的ESP灯。

该系统的电子部件主要包括电子控制单元（ECU）、方向盘传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器、轮速传感器等。

作为保证行车安全的一个重要电控系统，其各个传感器的正常工作是进行有效控制的基础。

ESP系统的工作原理

传感器记录车辆的变量：

车轮速度、转向角度、侧向加速度及横向移动。

基于这些数据，通过ESP分析驾驶员对方向盘的操作方向，并计算车辆是否遵照驾驶员提出的转向要求行驶，最后ESP干预，有针对性地对各个车轮实施制动。

，方向盘转角传感器信号经微机控制器处理后，通过CAN总线发送给ECU；横摆角速度传感器、纵向/横向传感器由于信号特点和安装位置类似，故设计在同一个模块内；由于ESP对轮速传感器信号的实时性要求较高，故经过信号调理后，直接送入ECU。

，需要微处理器对信号进行处理并通过CAN总线传送数据，本文选用Infineon公司的SAK-C164CI。

该芯片是专为汽车应用而设计，内置AD转换器、输入信号捕捉、正交解码器，运算速度快，非常适合ESP的传感器信号处理。

3.1.4倒车雷达

倒车雷达是汽车泊车或倒车时的安全辅助装置，能以声音或更为直观的显示告诉驾驶员周围障碍物得情况，解除驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。

倒车雷达由超声波传感器、控制器和显示器等部分组成。

倒车雷达一般采用超声波测距原理，在控制器的控制下，由传感器发射超声波信号，当遇到障碍时，产生回波信号，传感器收到回波信号后经控制器进行数据处理、判断出障碍物得位置，由显示器显示距离并发出警示信号，得到及时警示，从而使驾驶员倒车时做到心中有数，使倒车变的轻松[9]。

3.2智能防碰撞系统

车与主、车与物、车与人的碰撞是交通事故的主要形式。

因此，汽车智能防碰撞系统是汽车主动安全的前沿课题，是各国和有关企业研究的热点和重点。

其典型的组成结构如图3-2所示。

图3-2智能防撞系统结构组成框图

环境辨识系统，是系统的信息获取部分。

驾驶员在行车中所感觉到的道路、车辆和路况等信息将直接影响到汽车的主动安全性。

为此，系统配置有识别外界信息的传感器，通过测量装置感测外界危险信号，然后把这些信号送给计算机处理，目前用于车辆外界识别的传感器主要有超声波、激光、纳米雷达、红外线、CCD摄像机等。

安全预测系统，是系统信息的处理部分。

它是智能制动系统的神经中枢，通过外界的信息进行处理判断，做出快速、准确的反应。

这一部分一般要经过两个处理过程---模拟信号处理和数字信号处理。

模拟信号处理作为数字信号的前置处理起着重要作用，首先要对来自传感器的信号放大、滤波、交换等处理，然后再通过A∕D转换器将模拟信号转换成电控单元可以接受的数字信号。

电控单元根据输入通道送来的被控对像的状态参数，自动进行信息处理、分析和计算，并做出相应的决策。

这一部分需要通过编制相应的软件包并与硬件相结合，以实现信息处理智能化[10]。

车辆控制部分，是一个智能化的制动系统。

它是汽车安全驾驶的最后一道保障，主要由高速电磁阀和制动器组成。

如果微机通过车速和距离测量后判定将要发生碰撞，即车辆与前面障碍物的距离小于或接近于极限安全距离时，安全危险预测系统就向高速电磁阀发出一个紧急制动信号，电磁阀接受到信号后，推动制动主缸活塞运动，制动器工作，车辆减速运行，直至车辆与障碍物的距离大于预警安全距离后，再自动解除制