论文部分内容阅读
摘 要 随着汽车保有量的日益增加，车辆事故和因车祸伤亡的人数也在不断增加，汽车安全性成为衡量汽车性能及消费者选购车辆的重要指标。本文介绍了汽车安全技术的应用与发展历程，分析了汽车安全技术的应用现状，总结了汽车安全技术的发展趋势与方向。
关键词 汽车安全 应用与发展
随着我国汽车工业的不断发展及人们生活水平的不断提高，我国汽车产销量逐年增加，据中国汽车工业协会统计数据，2013年国内汽车产销2211.68万辆和2198.41万辆，再次刷新全球记录，已连续五年蝉联全球第一。同时，截至2013年底，中国民用汽车保有量已达1.27亿辆（其中私家车占80%以上），已超日追美，汽车已成为必不可少、最主要的交通工具之一。汽车在给人们带来便利的同时，也给道路交通带来了很大的安全问题。随着汽车保有量的日益增加，车辆事故和因车祸伤亡的人数也在不断增加，已成为一个不容忽视的社会问题。全世界每年死于交通事故的人数近130万，伤1000万人以上。道路交通伤害已经成为全球第八大死因，如不采取相应措施，到2020年道路交通车祸预计将每年造成1900万人死亡。近十年来，我国每年交通事故年均逾50万余起，因交通事故死亡人数均超过10万人，已连续十年居世界第一。为满足人们对汽车安全性能要求日益增加的需求，越来越多的先进技术被应用到汽车安全装置上，安全性成为衡量汽车性能及人们选购车辆的重要指标。
一、汽车安全技术的发展
汽车安全技术可分为主动安全技术和被动安全技术。在1886年，汽车刚诞生时，车上未配备任何安全装置及技术，人们在选购汽车时，主要关注钢板的厚度、强度及结实与否；技术人员也主要研究汽车玻璃在发生事故破碎后，如何减少尖锐度以减轻对乘员的损伤，同时另一主要研究内容为发生撞击后如何减少零部件的脱落，降低对乘员造成的危害，如安全带的出现。在1959年，沃尔沃公司成功研制出前座三点式安全带；1953年，第一个安全气囊被发明并申请专利，但直到1980年，安全气囊才开始逐步在部分汽车上安装使用；1966年，碰撞缓冲区的概念在车上开始应用，主要是指车辆发生碰撞时，利用车辆的前部和侧面钢板吸收碰撞时产生的能量；1970年，儿童安全座椅开始在轿车上装备。总体而言，在汽车发展前期，汽车安全技术的发展主要关注的是如何在事故发生后将伤害程度减小到最低，即被动安全性方面。
而在主动安全技术方面，相关技术的研发和应用均较晚。最具代表性的ABS（制动防抱死系统）技术于1920年由英国人霍纳摩尔发明，1936年德国博世公司取得取得ABS专利权，但直到20世纪50年代才开始在汽车上应用；20世纪90年代初期，博世公司发明ESP（电子稳定系统）并首先应用在奔驰轿车上；进入21世纪以来，随着汽车技术的发展以及人们对汽车安全性能要求的不断提高，各大品牌汽车生产制造厂家也越来越重视汽车安全技术的研制与开发，越来越多的先进安全技术被应用到汽车上，如：汽车驱动防滑控制系统（ASR）、汽车电子控制制动系统（EBS）、可控悬架系统、汽车电控动力转向系统、轮胎压了监控系统等等。据相关统计数据显示，随着现代汽车技术的快速发展，汽车安全技术将朝着集成化、智能化的方向迈进，能“防患于未然”，同时在发生事故后给予有效保护的汽车安全技术的研究与发展将是世界各国汽车高新技术发展永恒的主题之一。
二、汽车安全技术的应用现状
汽车行驶安全性是当今世界汽车技术发展重点关注问题之一，汽车安全性可分为主动安全性和被动安全性两大类。主动安全性通过对现有汽车结构的设计、优化以及先进技术、装置的应用，使汽车在各种行驶条件的性能达到最佳，着眼于预防事故的发生。被动安全性主要研究在汽车发生碰撞事故时，如何对驾乘人员进行有效保护，尽量降低伤害。目前，在汽车上应用的安全技术主要有以下一些：
1、防抱死制动系统（ABS）：在传统的制动系统上采用电子控制技术，防止车辆制动时车轮抱死的一种机电一体化系统。装备ABS可充分利用轮胎与路面之间的峰值附着性能，提高汽车抗侧滑性能，缩短制动距离，充分发挥制动性能，增加汽车制动过程中的安全性、稳定性及可控性。
2、驱动防滑系统（TCS/ASR）：是一种根据驱动车轮的滑转状态来控制车辆牵引效能的汽车主动控制系统，通过充分利用地面所提供的附着力，有效改善车辆牵引性能和行驶安全性，可使车辆在湿滑或泥泞路面起步、加速以及加速转弯时避免驱动轮打滑，并将滑动率控制在一定范围内，既提升了牵引力，又保证了汽车的行驶稳定。
3、电子制动力分配系统（EBD）：在汽车制动瞬间，高速计算出四个轮胎由于附着地面不同而导致的附着力数值，调整制动装置，达到制动力和附着力的匹配，以保证车辆的平稳和安全。主要用于避免当四个轮胎附着地面条件不同时，因车轮与地面附着力不同而导致制动时产生打滑、倾斜和侧翻等现象。
4、电控辅助制动系统（EBA）：通过驾驶员踩踏制动踏板时制动压力增长的速率来判断制动行为，以电控辅助的方式，在驾驶员紧急制动时，缩短制动系统的反应时间，缩短紧急制动距离，有效预防常见的追尾事故。
5、电子稳定系统（ESP）：一种在制动防抱死系统和驱动防滑系统基础上发展起来的新型主动安全系统。ESP整合了ABS、EBD、EBA等控制系统，通过合理分配纵向和侧向轮胎力，使汽车在物理极限内最大限度按照驾驶员意愿行驶，采用车载传感系统对车辆行驶的纵向、横向、横摆运动状态、车轮运动状态、发动机工作状态、制动工作状态及驾驶员转向意图等进行自动识别，判断汽车是否发生车轮抱死、驱动轮滑转及丧失操纵稳定性，进而对发动机转矩、车轮制动进行综合协调控制，实现对制动工况下的车轮防抱死和稳定性控制、驱动工况下的驱动轮防滑和稳定性控制及转向工况下的稳定性控制，使汽车的操纵稳定性、加速性和制动性实现综合最佳。
6、汽车四轮转向系统（4WS）：是指四个车轮都是转向轮或起转向作用。相对于常见的两轮转向汽车，四轮转向汽车提升了汽车在不良路面、侧风、高速行驶及转弯情况下的行驶、转向性能，并能减少低速转弯半径。 7、主动前轮转向（AFS）：在驾驶员转向转动方向盘时，通过执行电机给前轮叠加一个附加转向角度，便于驾驶员精确转向并改善转向过程的稳定性。
8、主动悬架（AS）：通过主动和动态的调节悬架系统的刚度和阻尼，使悬架系统在任何行驶条件和道路状态下始终处于最佳减震状态，从而有效增加汽车行驶的平顺性、安全性、操纵性、舒适性。
9、自适应巡航控制系统（ACC）：在车辆行驶过程中，通过安装在车辆前部的雷达持续扫描车前道路，如与前车车距过小时，控制单元使车轮适当制动，保持安全距离。当与前车车距增加到安全距离时，控制单元控制车辆按预定速度行驶。
10、自动变速器技术：安装自动变速器的车辆提升了驾驶操作的便利性、换挡平稳性等，极大的提高了行车的安全性，也属主动安全技术的一种。目前，在汽车上的应用主要有液力自动变速器（AT）、有级式机械自动变速器（AMT）、电控无级自动变速器（CVT）和双离合器自动变速器（DCT）等。
11、自适应前照灯（AFS）：智能照明系统的一种，能随着环境的改变对前照灯照明范围及角度作出调整以适应环境，如随动转向、自动开启、制动及加速平衡等。
12、倒车雷达及可视技术：车辆在倒车时，由于后视镜存在一定的后视盲区；同时，如驾驶员经验不足或不熟练时，容易发生事故。通过加装倒车雷达或影像，可有效避免倒车时事故的发生率。
13、轮胎安全技术：主要用于预防轮胎故障，通过采用低压安全轮胎、胎压监测、防滑水轮胎等方式，从而避免在车辆行驶过程中因轮胎故障所造成交通事故。
14、安全气囊（SRS）：该系统是国内外汽车上一种常见的被动安全装置。在车辆相撞时，由电控元件用电流引爆安置在方向盘中央（有的在仪表盘板杂务箱后边也安装）等处气囊中的渗氮物，迅速燃烧产生氮气，瞬间充满气囊。气囊的作用是在驾驶员与方向盘之间、前座乘员与仪表板间形成一个缓冲软垫，避免硬性撞击而受伤。此装置一定要与安全带配合使用，否则效果大为降低。按照安装位置可分为：驾驶员座及副驾座安全气囊、后排乘客安全气囊、防侧撞安全气囊、下肢用安全气囊、行人安全气囊等。
15、安全带：在汽车发生任何碰撞时，限制人体相对于车体的运动，可吸收部分碰撞能量，以保护乘员。
16、能量吸收式转向柱：在车辆发生碰撞时，通过转向柱的溃缩变形有效吸收部分碰撞能量，从而达到防止或减少驾驶员伤害程度。
17、汽车缓冲吸能技术：在车身结构设计时，将其分为乘员安全区和缓冲吸能区两类区域设计模式。在汽车中部驾驶员及乘员乘坐室（乘员安全区）主要追求足够的刚度，不允许大的碰撞变形，保障乘员足够的生存区；乘坐室以外的车身前、后部在碰撞时允许有较大变形，以吸收足够的碰撞能量。两者配合以保障乘员在发生事故时的生存机率。
三、汽车安全技术的发展趋势
随着汽车电子技术的不断发展，传感器技术、控制技术及智能化技术在现代汽车上大量应用，这些技术的应用也有效推进了汽车安全技术的发展。世界各国目前纷纷致力于汽车一体化安全技术、智能化技术及智能交通系统的研究与开发，预示着未来汽车安全技术将向着集成化、智能化、系统化的方向发展。综观世界各国汽车安全技术的发展现状和方向，可以预期，未来汽车安全技术的发展将大致经历以下几个阶段：2020年，实现主被动安全技术一体化，车辆事故零伤亡，碰撞伤害减轻；2030年，实现全方位安全，完全避免车辆碰撞，事故发生率为零；2040年，智能交通系统构建完成，全自动汽车出现，最终实现汽车安全终极目标——自动驾驶，车辆自动规划行车路径，自动规避安全事故发生。
本文为武汉商学院2014年立项科研课题《汽车安全技术的应用发展研究》的部分成果，涂志军为课题负责人，课题编号：2014Y004
参考文献：
[1]中国汽车技术研究中心.中国汽车安全发展报告（2014）[M].社会科学文献出版社，2014.
[2]鲁值雄.车辆工程专业导论[M].机械工业出版社，2013.
[3]魏帮顶.现代汽车安全技术[M].北京理工大学出版社，2012..
[4]朱华.汽车安全技术及其发展趋势[J].客车技术与研究，2009（4）.
（作者单位：武汉商学院机电工程与汽车服务学院）
关键词 汽车安全 应用与发展
随着我国汽车工业的不断发展及人们生活水平的不断提高，我国汽车产销量逐年增加，据中国汽车工业协会统计数据，2013年国内汽车产销2211.68万辆和2198.41万辆，再次刷新全球记录，已连续五年蝉联全球第一。同时，截至2013年底，中国民用汽车保有量已达1.27亿辆（其中私家车占80%以上），已超日追美，汽车已成为必不可少、最主要的交通工具之一。汽车在给人们带来便利的同时，也给道路交通带来了很大的安全问题。随着汽车保有量的日益增加，车辆事故和因车祸伤亡的人数也在不断增加，已成为一个不容忽视的社会问题。全世界每年死于交通事故的人数近130万，伤1000万人以上。道路交通伤害已经成为全球第八大死因，如不采取相应措施，到2020年道路交通车祸预计将每年造成1900万人死亡。近十年来，我国每年交通事故年均逾50万余起，因交通事故死亡人数均超过10万人，已连续十年居世界第一。为满足人们对汽车安全性能要求日益增加的需求，越来越多的先进技术被应用到汽车安全装置上，安全性成为衡量汽车性能及人们选购车辆的重要指标。
一、汽车安全技术的发展
汽车安全技术可分为主动安全技术和被动安全技术。在1886年，汽车刚诞生时，车上未配备任何安全装置及技术，人们在选购汽车时，主要关注钢板的厚度、强度及结实与否；技术人员也主要研究汽车玻璃在发生事故破碎后，如何减少尖锐度以减轻对乘员的损伤，同时另一主要研究内容为发生撞击后如何减少零部件的脱落，降低对乘员造成的危害，如安全带的出现。在1959年，沃尔沃公司成功研制出前座三点式安全带；1953年，第一个安全气囊被发明并申请专利，但直到1980年，安全气囊才开始逐步在部分汽车上安装使用；1966年，碰撞缓冲区的概念在车上开始应用，主要是指车辆发生碰撞时，利用车辆的前部和侧面钢板吸收碰撞时产生的能量；1970年，儿童安全座椅开始在轿车上装备。总体而言，在汽车发展前期，汽车安全技术的发展主要关注的是如何在事故发生后将伤害程度减小到最低，即被动安全性方面。
而在主动安全技术方面，相关技术的研发和应用均较晚。最具代表性的ABS（制动防抱死系统）技术于1920年由英国人霍纳摩尔发明，1936年德国博世公司取得取得ABS专利权，但直到20世纪50年代才开始在汽车上应用；20世纪90年代初期，博世公司发明ESP（电子稳定系统）并首先应用在奔驰轿车上；进入21世纪以来，随着汽车技术的发展以及人们对汽车安全性能要求的不断提高，各大品牌汽车生产制造厂家也越来越重视汽车安全技术的研制与开发，越来越多的先进安全技术被应用到汽车上，如：汽车驱动防滑控制系统（ASR）、汽车电子控制制动系统（EBS）、可控悬架系统、汽车电控动力转向系统、轮胎压了监控系统等等。据相关统计数据显示，随着现代汽车技术的快速发展，汽车安全技术将朝着集成化、智能化的方向迈进，能“防患于未然”，同时在发生事故后给予有效保护的汽车安全技术的研究与发展将是世界各国汽车高新技术发展永恒的主题之一。
二、汽车安全技术的应用现状
汽车行驶安全性是当今世界汽车技术发展重点关注问题之一，汽车安全性可分为主动安全性和被动安全性两大类。主动安全性通过对现有汽车结构的设计、优化以及先进技术、装置的应用，使汽车在各种行驶条件的性能达到最佳，着眼于预防事故的发生。被动安全性主要研究在汽车发生碰撞事故时，如何对驾乘人员进行有效保护，尽量降低伤害。目前，在汽车上应用的安全技术主要有以下一些：
1、防抱死制动系统（ABS）：在传统的制动系统上采用电子控制技术，防止车辆制动时车轮抱死的一种机电一体化系统。装备ABS可充分利用轮胎与路面之间的峰值附着性能，提高汽车抗侧滑性能，缩短制动距离，充分发挥制动性能，增加汽车制动过程中的安全性、稳定性及可控性。
2、驱动防滑系统（TCS/ASR）：是一种根据驱动车轮的滑转状态来控制车辆牵引效能的汽车主动控制系统，通过充分利用地面所提供的附着力，有效改善车辆牵引性能和行驶安全性，可使车辆在湿滑或泥泞路面起步、加速以及加速转弯时避免驱动轮打滑，并将滑动率控制在一定范围内，既提升了牵引力，又保证了汽车的行驶稳定。
3、电子制动力分配系统（EBD）：在汽车制动瞬间，高速计算出四个轮胎由于附着地面不同而导致的附着力数值，调整制动装置，达到制动力和附着力的匹配，以保证车辆的平稳和安全。主要用于避免当四个轮胎附着地面条件不同时，因车轮与地面附着力不同而导致制动时产生打滑、倾斜和侧翻等现象。
4、电控辅助制动系统（EBA）：通过驾驶员踩踏制动踏板时制动压力增长的速率来判断制动行为，以电控辅助的方式，在驾驶员紧急制动时，缩短制动系统的反应时间，缩短紧急制动距离，有效预防常见的追尾事故。
5、电子稳定系统（ESP）：一种在制动防抱死系统和驱动防滑系统基础上发展起来的新型主动安全系统。ESP整合了ABS、EBD、EBA等控制系统，通过合理分配纵向和侧向轮胎力，使汽车在物理极限内最大限度按照驾驶员意愿行驶，采用车载传感系统对车辆行驶的纵向、横向、横摆运动状态、车轮运动状态、发动机工作状态、制动工作状态及驾驶员转向意图等进行自动识别，判断汽车是否发生车轮抱死、驱动轮滑转及丧失操纵稳定性，进而对发动机转矩、车轮制动进行综合协调控制，实现对制动工况下的车轮防抱死和稳定性控制、驱动工况下的驱动轮防滑和稳定性控制及转向工况下的稳定性控制，使汽车的操纵稳定性、加速性和制动性实现综合最佳。
6、汽车四轮转向系统（4WS）：是指四个车轮都是转向轮或起转向作用。相对于常见的两轮转向汽车，四轮转向汽车提升了汽车在不良路面、侧风、高速行驶及转弯情况下的行驶、转向性能，并能减少低速转弯半径。 7、主动前轮转向（AFS）：在驾驶员转向转动方向盘时，通过执行电机给前轮叠加一个附加转向角度，便于驾驶员精确转向并改善转向过程的稳定性。
8、主动悬架（AS）：通过主动和动态的调节悬架系统的刚度和阻尼，使悬架系统在任何行驶条件和道路状态下始终处于最佳减震状态，从而有效增加汽车行驶的平顺性、安全性、操纵性、舒适性。
9、自适应巡航控制系统（ACC）：在车辆行驶过程中，通过安装在车辆前部的雷达持续扫描车前道路，如与前车车距过小时，控制单元使车轮适当制动，保持安全距离。当与前车车距增加到安全距离时，控制单元控制车辆按预定速度行驶。
10、自动变速器技术：安装自动变速器的车辆提升了驾驶操作的便利性、换挡平稳性等，极大的提高了行车的安全性，也属主动安全技术的一种。目前，在汽车上的应用主要有液力自动变速器（AT）、有级式机械自动变速器（AMT）、电控无级自动变速器（CVT）和双离合器自动变速器（DCT）等。
11、自适应前照灯（AFS）：智能照明系统的一种，能随着环境的改变对前照灯照明范围及角度作出调整以适应环境，如随动转向、自动开启、制动及加速平衡等。
12、倒车雷达及可视技术：车辆在倒车时，由于后视镜存在一定的后视盲区；同时，如驾驶员经验不足或不熟练时，容易发生事故。通过加装倒车雷达或影像，可有效避免倒车时事故的发生率。
13、轮胎安全技术：主要用于预防轮胎故障，通过采用低压安全轮胎、胎压监测、防滑水轮胎等方式，从而避免在车辆行驶过程中因轮胎故障所造成交通事故。
14、安全气囊（SRS）：该系统是国内外汽车上一种常见的被动安全装置。在车辆相撞时，由电控元件用电流引爆安置在方向盘中央（有的在仪表盘板杂务箱后边也安装）等处气囊中的渗氮物，迅速燃烧产生氮气，瞬间充满气囊。气囊的作用是在驾驶员与方向盘之间、前座乘员与仪表板间形成一个缓冲软垫，避免硬性撞击而受伤。此装置一定要与安全带配合使用，否则效果大为降低。按照安装位置可分为：驾驶员座及副驾座安全气囊、后排乘客安全气囊、防侧撞安全气囊、下肢用安全气囊、行人安全气囊等。
15、安全带：在汽车发生任何碰撞时，限制人体相对于车体的运动，可吸收部分碰撞能量，以保护乘员。
16、能量吸收式转向柱：在车辆发生碰撞时，通过转向柱的溃缩变形有效吸收部分碰撞能量，从而达到防止或减少驾驶员伤害程度。
17、汽车缓冲吸能技术：在车身结构设计时，将其分为乘员安全区和缓冲吸能区两类区域设计模式。在汽车中部驾驶员及乘员乘坐室（乘员安全区）主要追求足够的刚度，不允许大的碰撞变形，保障乘员足够的生存区；乘坐室以外的车身前、后部在碰撞时允许有较大变形，以吸收足够的碰撞能量。两者配合以保障乘员在发生事故时的生存机率。
三、汽车安全技术的发展趋势
随着汽车电子技术的不断发展，传感器技术、控制技术及智能化技术在现代汽车上大量应用，这些技术的应用也有效推进了汽车安全技术的发展。世界各国目前纷纷致力于汽车一体化安全技术、智能化技术及智能交通系统的研究与开发，预示着未来汽车安全技术将向着集成化、智能化、系统化的方向发展。综观世界各国汽车安全技术的发展现状和方向，可以预期，未来汽车安全技术的发展将大致经历以下几个阶段：2020年，实现主被动安全技术一体化，车辆事故零伤亡，碰撞伤害减轻；2030年，实现全方位安全，完全避免车辆碰撞，事故发生率为零；2040年，智能交通系统构建完成，全自动汽车出现，最终实现汽车安全终极目标——自动驾驶，车辆自动规划行车路径，自动规避安全事故发生。
本文为武汉商学院2014年立项科研课题《汽车安全技术的应用发展研究》的部分成果，涂志军为课题负责人，课题编号：2014Y004
参考文献：
[1]中国汽车技术研究中心.中国汽车安全发展报告（2014）[M].社会科学文献出版社，2014.
[2]鲁值雄.车辆工程专业导论[M].机械工业出版社，2013.
[3]魏帮顶.现代汽车安全技术[M].北京理工大学出版社，2012..
[4]朱华.汽车安全技术及其发展趋势[J].客车技术与研究，2009（4）.
（作者单位：武汉商学院机电工程与汽车服务学院）