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現代汽車(chē)新的安全技術(shù)論文
1 現代汽車(chē)安全性能
現代汽車(chē)安全性能是指通過(guò)信息技術(shù)的應用，使汽車(chē)在行駛中能更好地避免或減緩事故，以保障交通參與者人身和財產(chǎn)安全的特性。汽車(chē)的安全性能分為主動(dòng)安全性能和被動(dòng)安全性能。事實(shí)上，安全性能好的汽車(chē)，往往可以避免事故的發(fā)生或減少人員傷亡和財產(chǎn)損失的程度，由此可見(jiàn)，安全、舒適的交通環(huán)境，汽車(chē)的安全性能是重要的因素。從某種意義上說(shuō)，汽車(chē)的安全能性能甚至超出了技術(shù)的本身，已成為一個(gè)重要的社會(huì )問(wèn)題。
2 汽車(chē)主動(dòng)安全性能及裝置
2.1 車(chē)身穩定控制系統
車(chē)身穩定控制系統是在汽車(chē)制動(dòng)防抱死系統（ABS）和牽引力控制系統（TCS）功能的基礎上，增加了汽車(chē)在轉彎運行時(shí)橫擺率傳感器、側向加速度傳感器和方向盤(pán)轉角傳感器等裝置，通過(guò)行車(chē)電腦控制車(chē)輪驅動(dòng)力和制動(dòng)力的大小，以確保汽車(chē)運行時(shí)的側向穩定性。裝有電子穩定程序的汽車(chē)也會(huì )同時(shí)具備驅動(dòng)防滑系統、電子防滑差速器、防抱死制動(dòng)系統的功能。當駕駛人操縱的汽車(chē)運行數據超過(guò)極限值時(shí)，由計算機、信息處理和執行機構組成的ESP系統會(huì )自動(dòng)輔助駕駛人進(jìn)行操作修正，從而確保行車(chē)安全[1]。其主要是通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機節氣門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制輸出轉矩來(lái)調節車(chē)速，或者通過(guò)對某些車(chē)輪的制動(dòng)，讓車(chē)速減緩到可控制的速度范圍內。行車(chē)電腦主要通過(guò)轉向盤(pán)的轉向角度傳感器、車(chē)輪轉速傳感器、側傾力矩傳感器等來(lái)判斷汽車(chē)的行駛狀況。即：轉向角度傳感器會(huì )適時(shí)將檢測到的轉向角度，車(chē)輪轉速傳感器會(huì )將其檢測到的車(chē)輪轉速傳給ESP，行車(chē)電腦會(huì )根據各個(gè)車(chē)輪的轉速換算出汽車(chē)運行軌跡，并與存儲器里理論的運動(dòng)軌跡進(jìn)行對比判斷，若檢測出某個(gè)車(chē)輪喪失附著(zhù)力，行車(chē)電腦就會(huì )通過(guò)執行元件減小節氣門(mén)的開(kāi)度，然后通過(guò)制動(dòng)系統對某個(gè)車(chē)輪進(jìn)行制動(dòng)，來(lái)修正運動(dòng)軌跡；當電腦判斷出實(shí)際運動(dòng)軌跡與理論運動(dòng)軌跡一致時(shí)，ESP系統就會(huì )自動(dòng)解除控制。該系統就是在車(chē)輛運行的緊急情況下幫助駕駛人保持對車(chē)輛的控制[2]。
2.2 疲勞駕駛預警系統
每個(gè)駕駛人都會(huì )經(jīng)歷受睡眠不足、路況單一、長(cháng)時(shí)間駕駛或其他惡劣天氣條件等交通環(huán)境影響而導致駕駛疲勞的情況。據統計，60%以上的交通傷亡事故是因疲勞駕駛造成的。經(jīng)研究，在行車(chē)危機發(fā)生之前，基于車(chē)輛行駛狀態(tài)和駕駛人生理特性，駕駛人的疲勞跡象是可以通過(guò)技術(shù)手段來(lái)檢測的。如：駕駛速度、道路標識線(xiàn)的位置、操作情況和方向盤(pán)的受力變化等來(lái)判斷駕駛人的疲勞程度。疲勞駕駛預警系統由行車(chē)電腦和攝像頭兩大模塊組成，基于駕駛人生理圖像反應，通過(guò)駕駛人眼睛閉合時(shí)間變化、視線(xiàn)凝視方向改變、打哈欠等面部特征和頭部運動(dòng)規律等生理節律與事先儲存在行車(chē)電腦里的相應數據相對比，來(lái)判斷駕駛人行車(chē)疲勞狀況，并進(jìn)行報警提示和采取相應措施的主動(dòng)智能安全系統[3]。
2.2.1 疲勞駕駛提醒系統
該系統會(huì )自動(dòng)記錄駕駛人正常駕車(chē)時(shí)的操作行為等信息，并與車(chē)輛實(shí)時(shí)運行的操作變化進(jìn)行識別對比。比如，當出現轉向操作頻率變低并伴隨著(zhù)急促的轉向時(shí)，是駕駛精力分散的集中表現。在綜合行車(chē)里程和連續駕車(chē)時(shí)間等其他參數，系統會(huì )對駕駛人的疲勞強度進(jìn)行計算和鑒別并通過(guò)儀表盤(pán)上的閃爍圖標或語(yǔ)音作出提醒。
2.2.2 注意力輔助系統
該系統是靠安裝在車(chē)輛上的幾十個(gè)傳感器檢測到的車(chē)輛高速行駛時(shí)車(chē)輪縱向和橫向加速度，方向盤(pán)轉動(dòng)的角度、轉向燈和踏板的使用頻率，甚至在側風(fēng)的變化和崎嶇不平的路面等情況下采集到的行車(chē)信息，與系統存儲的正常情況下的行車(chē)記錄信息和駕車(chē)習慣行為等信息進(jìn)行對比，從而判斷駕駛人的注意力是否集中，身體是否疲勞。比如：駕駛人打盹時(shí)會(huì )輕打方向盤(pán)，然后又會(huì )下意識地及時(shí)修正，這是疲勞的特征表現之一。當系統感知到駕駛人正處于精力分散或疲勞駕駛時(shí)，行車(chē)電腦會(huì )發(fā)出儀表盤(pán)上的圖文提示或語(yǔ)音提示。
2.2.3 駕駛人安全警告系統
車(chē)輛在行駛中，特別是在平直的道路上行車(chē)時(shí)，容易使司機進(jìn)入精神放松狀態(tài)，若出現分神打盹或行車(chē)時(shí)速超過(guò)65公里時(shí)，駕駛人安全警告系統均會(huì )被自動(dòng)激活。其原理是：由一個(gè)裝在風(fēng)擋和車(chē)內后視鏡之間的攝像頭發(fā)出的信號及車(chē)輛行駛的輪跡動(dòng)態(tài)數據，行車(chē)電腦會(huì )計算出實(shí)時(shí)線(xiàn)路與車(chē)道標識線(xiàn)之間的距離，并與儲存在行車(chē)電腦的駕駛人正常駕駛風(fēng)格的數據進(jìn)行判斷和對比，如果檢測到較大的差異數據并判斷有疲態(tài)或分心的跡象，評估的結輪處于高風(fēng)險狀態(tài)時(shí)，系統就通過(guò)儀表盤(pán)上的圖像提醒或聲音信號向駕駛人發(fā)出警示信息。
2.3 汽車(chē)防撞安全新技術(shù)
防撞控制系統是利用光線(xiàn)、激光、或超聲波通過(guò)傳感器檢測汽車(chē)與障礙物間的距離信息及車(chē)速傳感器和車(chē)輪傳感器收集到的數據信息一起輸入電控系統，通過(guò)行車(chē)電腦計算出車(chē)輛與障礙物的實(shí)際距離及相對速度，從而顯示接近距離并發(fā)出預警信號。當要發(fā)生碰撞時(shí)，行車(chē)電腦及時(shí)對節氣門(mén)控制單元和剎車(chē)裝置輸出控制信號，使發(fā)動(dòng)機降速或行車(chē)制動(dòng)，以避免碰撞事故的發(fā)生。當汽車(chē)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打開(kāi)，行車(chē)電腦根據變速桿所處檔位，顯示屏上會(huì )顯示路況圖像。激光雷達是靠接受被測物體返回激光的時(shí)間差來(lái)計算車(chē)輛與被測物體間的距離，根據光的反射特性，將光元件接收到的光通量釋放的電流值轉換為圖像信號輸出，測出車(chē)輛前部與障礙物穩定的較長(cháng)距離，在車(chē)輛的側部和后部檢出的距離與實(shí)際相比變短。超聲波傳感器的原理是利用日常的回聲現象制成的倒車(chē)聲吶系統，倒車(chē)時(shí)靠超聲波檢測與后方障礙物的距離，并通過(guò)指示燈、圖像或蜂鳴聲對駕駛人進(jìn)行提醒。電磁波傳感器是采用電磁震蕩原理，通過(guò)發(fā)射電磁波信息來(lái)檢測車(chē)輛周?chē)袩o(wú)障礙物并提示駕駛人的一種電子裝置。新型光學(xué)防撞傳感器，可實(shí)現輔助制動(dòng)功能。能在汽車(chē)追尾危險時(shí)輔助駕駛人及時(shí)制動(dòng)，特別在低速行駛時(shí)完全可避免主動(dòng)追尾事故的發(fā)生，該系統可掃描左右前方10米的區域范圍，當檢測出物體時(shí)，光學(xué)傳感器隨即發(fā)出信號并返回，此時(shí)安裝在內視鏡旁的發(fā)射接收裝置會(huì )接收該信號并計算出物體與車(chē)輛的距離，以及車(chē)輛的接近速度[4]。
3 汽車(chē)被動(dòng)安全性能與裝置
3.1 汽車(chē)的吸能結構及裝置
汽車(chē)的結構吸能是一旦發(fā)生交通事故，靠科學(xué)合理設計的車(chē)身結構來(lái)吸收因撞擊而產(chǎn)生的大部分沖擊能量，從而盡可能保證車(chē)內座艙空間，不擠傷駕乘人員的能力。在現代汽車(chē)的結構設計中，
�。�1）通常采用計算機輔助設計工程和有限元分析的設計方法，使車(chē)頭結構擁有一個(gè)可變形而吸收能量的能力，座艙和車(chē)身有一個(gè)有足夠強度且形狀穩定的設計理念，從而使汽車(chē)頭部抵抗變形的能力小于座艙；
�。�2）在受撞擊易變形的車(chē)門(mén)夾層之間增裝高強度Y型鋼架梁，提高車(chē)門(mén)的抗扭強度，以減少車(chē)體受撞擊時(shí)的變形，從而保障駕乘人員的安全；
�。�3）采用吸能轉向柱裝置，在汽車(chē)發(fā)生正面碰撞時(shí)，為避免因車(chē)頭變形而引起的方向盤(pán)連同轉向軸向駕駛人方向移動(dòng)對駕駛人造成傷害，通常在設計時(shí)降低轉向軸下端的剛度，當車(chē)輛碰撞時(shí)產(chǎn)生應力集中，使轉向軸下端發(fā)生彎曲變形，轉向柱在吸收沖擊能量時(shí)使方向盤(pán)產(chǎn)生向前和向下運動(dòng)的趨勢，以盡可能保證駕駛人的安全；
�。�4）客艙內座椅、儀表盤(pán)等附件的表面應光滑，裝飾物的材質(zhì)柔軟，避免用尖角零部件，從而減少事故時(shí)的傷害；
�。�5）車(chē)用玻璃選用受碰撞后只裂不碎，或不呈尖角的新材料，以減少車(chē)輛碰撞時(shí)對人的傷害[5]。
3.2 行人安全保護系統
�。�1）汽車(chē)發(fā)動(dòng)機艙蓋機械系統。該系統是汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)能瞬時(shí)變形鼓起，在艙蓋和蒼內部件之間形成吸能區，把汽車(chē)撞向行人的動(dòng)能轉化成艙蓋變形和提升機器蓋的能量，同時(shí)使被撞的人體與柔性圓滑面上接觸，盡可能減少對行人的傷害。當然，只有把發(fā)動(dòng)機蓋下各部件的能量吸收相協(xié)調才能最大限度地保護行人安全。（2）行人安全氣囊系統。該系統一般由發(fā)動(dòng)機艙蓋氣囊和前圍安全氣囊組成，艙蓋氣囊安裝在保險杠上方，由碰撞預警傳感器控制，在撞擊瞬間通常是50-75毫秒內就能彈出并完成充氣。能確保氣囊展開(kāi)后與汽車(chē)前端輪廓一致，以免在猛烈撞擊下行人和駕乘人員受到更大傷害；當傳感器探測到行人與汽車(chē)保險杠發(fā)生初始撞擊后彈出，兩個(gè)前圍安全氣囊能將汽車(chē)前部的整個(gè)寬帶覆蓋，主要防止和減少行人被甩到發(fā)動(dòng)機艙蓋上滾向車(chē)窗受到的二次傷害。
3.3 安全氣囊
車(chē)內安全氣囊對行車(chē)安全的作用不言而喻，當汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，車(chē)內感應模塊通過(guò)行車(chē)電腦對信號快速做出處理，當發(fā)生碰撞的沖擊力超出安全帶的保護能力時(shí)，便以1/100秒的速度釋放氣囊，使乘員的頭部、胸部與較為柔軟的氣囊接觸，從而減輕撞擊對車(chē)內乘員的傷害，而且汽車(chē)安全氣囊不僅僅局限于駕駛人位置，使汽車(chē)安全性能大大提高[6]。
3.4 膨脹式安全帶
當汽車(chē)受到特別大的碰撞沖擊時(shí)，為避免安全帶勒傷乘客的情形，設計者在原先設計好的安全帶中預置一個(gè)帶感知裝置的安全氣囊，當安全帶產(chǎn)生緊束動(dòng)作時(shí)該氣囊也同時(shí)充氣形成彈性空間，從而更好地保護駕車(chē)人員免受傷害。
3.5 主動(dòng)頭頸保護系統
當車(chē)輛受到后車(chē)追尾撞擊時(shí)，頭部相對于身體的劇烈晃動(dòng)，最容易受到傷害的部位是駕乘人員的頸椎。當車(chē)輛遭受追尾撞擊時(shí)，安裝在汽車(chē)座椅上的頭頸保護氣囊就會(huì )迅速充氣膨脹，在靠背后傾的同時(shí)，駕乘人員的整個(gè)背部會(huì )與安全氣囊貼在一起，以最大限度地減少頭部向前甩的沖力，隨著(zhù)椅背和頭枕的水平移動(dòng)，使身體得到輕柔、均衡的支撐保護，以減緩頭頸免受較強的沖擊和傷害。
4 結語(yǔ)
總之，基于“信息物理系統”的工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，汽車(chē)新技術(shù)的運用，新結構的變化，始終會(huì )圍繞著(zhù)改善汽車(chē)安全性能這個(gè)永恒的主題來(lái)展開(kāi)。隨著(zhù)汽車(chē)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系越來(lái)越緊密，更舒適、更安全的智慧汽車(chē)是人們追求的目標。
參考文獻
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