汽车计算机控制系统被动安全系统,汽车主动和被动安全技术对汽车安全性能的作用...

摘要：汽车的安全性能, 与我们的电子技术发展有直接的联系, 大量的电子原件与控制程序运用到汽车上, 保证汽车技术状况良好, 达到减少交通事故的发生, 减少因事故而造成的人员伤亡和财产损失。本文就汽车主动和被动安全技术作简要论述, 认为电控技术的发展能有效提高汽车安全性能。

关键词：电控技术; 主动安全; 被动安全; 发展;

引言

在近半个世纪来, 电子科学技术高速发展, 其成果运用到各个领域, 大量的电子技术已被应用到汽车上, 汽车作为现代社会不可缺少的交通工具, 在给人们带来享受舒适与便捷的同时也带来了大量的交通事故, 汽车安全性能也越来越被人们所重视, 所以为了提高汽车安全性能而广泛的应用电子控制技术。

1 汽车电子控制技术的发展历程

电控技术在汽车上的发展, 经历了四个阶段: (1) 七十年代以前为第一阶段, 是汽车电子控制技术发展的初级阶段。主要应用在电子点火控制器、交流发电机电子电压调节器、电子式闪光器、汽车收音机、数字时钟等。 (2) 八十年代为第二阶段, 是汽车电子控制技术迅速发展阶段, 在汽车上广泛应用集成电路和16位以下的微处理器。主要应用在电控门锁系统、超速报警系统、车辆防盗系统、故障自诊断系等。 (3) 九十年代为第三阶段, 也是微型计算机在汽车上应用日趋成熟并向智能化发展阶段。主要应用在牵引力控制系统、四轮转向控制系统、声音合成与识别系统、数字式油压表、蜂窝式电话、加热式挡风玻璃、倒车报警器、自动后视镜系统、道路状态指示系统等。 (4) 二十世纪以后为第四阶段, 是汽车电子控制技术向智能化发展的高级阶段。主要应用在多路传输系统、32位微处理器、动力最优化控制系统、通讯与导航系统、安全驾驶检测与报警系统、自动防追尾碰撞系统、自动驾驶系统和电子地图等。

2 电子控制技术在汽车上的具体应用

汽车上的电子控制技术主要应用在主动安全与被动安全两方面, 还有就是对汽车进行综合的控制。汽车主动安全技术主要包括:制动防抱死系统、电子制动力分配系统、驱动防滑系统、电子稳定系统、智能巡航控制系统;汽车被动安全技术主要包括安全带、安全气囊防护系统。

2.1 汽车主动安全技术

2.1.1 制动防抱死系统 (Anti―lock Braking System, 简称ABS)

制动防抱死系统也称刹车防抱死系统。系统的基本功能是在实时状态下感知汽车车轮的运动状态, 并对其作出调整, 使车轮的滑移率在最佳范围内 (15%~20%) , 防止车轮抱死而导致事故的发生。根据统计数据显示, 轿车, 重型卡车和客车在安装了ABS系统后, 交通事故发生率分别减少了8%, 15%和5%。通常情况下, 防抱死系统可以明显的提升汽车车轮运动状态下的安全性, 并在很大程度上减少事故的发生。

2.1.2 电子制动力分配系统 (Electric Brake force Distribution, 简称EBD)

电子制动力分配系统的工作原理是在汽车制动的瞬间, 利用传感器测出汽车每个车轮的转速, 控制单元算出4个轮胎接触路面时的不同摩擦力数值, 根据数据提供相应的制动力分配方案, 调整制动力的分配, 制动力分配系统经常被看作是防抱死系统的辅助系统。EBD可以调节汽车前轴和后轴制动力的分配比例, 从而保证汽车的制动性能, 电子制动力分配系统还可以和防抱死系统结合使用, 提高汽车制动的稳定性。

2.1.3 驱动防滑系统 (Acceleration Slip Regulation, 简称ASR)

驱动防滑系统又称牵引力控制系统, 是建立在防抱死系统的基础上, 根据驱动轮的转速及从动轮的转速来判定驱动轮是否发生打滑现象, 如果发现驱动轮的转速比从动轮的转速高, 系统就自动发出控制命令, 进而抑制驱动轮转速的一种控制系统, 它与ABS作用模式十分相似, 两者都使用传感器测量转速后把信号传输给控制单元, 控制单元收集信号计算、比较、处理后发出控制指令使汽车制动调节器起作用。主要防止车辆在起步、加速或者降低档位时驱动轮打滑现象, 从而保证汽车驾驶的稳定性。

2.1.4 车辆电子稳定系统 (Electronic Stability Program, 简称ESP)

车辆电子稳定系统也称为“电子稳定程序”。ESP以制动防抱死系统为基础, 通过汽车上的传感器收集方向盘的转动角度、侧向加速度等信息, 这些数据信息会被传输到微型计算机控制系统, 经过微处理器把储存好的标准状态数据和新接受来的数据进行比较, 以此来判断汽车当前是否处于不稳定的运行状态, 一旦发现汽车处于不稳定的运行状态, 控制单元发出指令, 使液压调节器控制车轮制动器, 来实现对侧滑的纠正。ESP系统包含ABS (制动防抱死系统) 及ASR (驱动防滑系统) , 是这两种系统功能上的延伸, 不仅能防止车轮在制动时抱死和启动时打滑, 还能防止车辆侧滑。汽车在转向时常出现转向过度情况, 此时后轮失控而甩尾, ESP便会制动减慢外侧的前轮来稳定车子;在转向不足时, 为了校正运行方向, ESP则会制动减慢内后轮, 从而校正行驶方向。此外, ESP还能以25次/秒的频率对驾驶员的行驶意图和实际行驶情况进行检测, 随时待命对车辆的侧滑进行控制, 保证驾乘者的行车安全。

2.1.5 智能巡航控制 (Intelligent Cruiser Control, 简称ICC)

智能巡航控制与普通巡航装置不同, ICC可以充分考虑日常行车不同状况, 可设定几项自动调整项目。它通过前红外线雷达随时监控与前车距离 (车速在40-140Km/h的工况下, 有效距离达120M) , 并及时采取制动措施, 提醒并帮助驾驶员规避追尾危险。曾九明发明的一种车辆防碰撞电子控制装置, 2008年获得国家专利, 该装置利用了红外线接收头和凸透镜聚焦原理, 安装在车辆前端, 可以接收较大范围的信号, 并在接收到一定距离外的阻碍物信号后, 装置内的预警和减速制动装置起动。该装置危险距离最小可设置为2米, 最大可设置为20米, 可有效防止追尾碰撞的发生, 此产品正在推广应用。

2.2 汽车被动安全技术

2.2.1 安全带系统

安全带系统的作用是:预紧装置在汽车紧急制动或碰撞时迅速的收紧, 同时安全带将乘员固定住, 以防止乘员和物体碰撞并造成伤害。当撞车影响减弱时, 安全带会自动松开。大量的事故案例证明, 安全带可以在90%的事故中起到减轻或防止伤害的作用。安全带控制装置分两种:一种是电子式控制装置, 另一种是机械式控制装置。常见的电子控制预拉紧装置是一种爆燃式的, 由气体引发剂、气体发生剂、导管、活塞、绳索和驱动轮组成。当汽车受到碰撞时预拉紧装置受到激发后, 密封导管内底部的气体引发剂立即自燃, 引爆同一密封导管内的气体发生剂, 气体发生剂立即产生大量气体膨胀, 迫使活塞向上移动拉动绳索, 绳索带动驱动轮旋转, 驱动轮使卷收器卷筒转动, 织带被卷在卷筒上, 使织带被回拉。最后, 卷收器会紧急锁止织带, 固定乘员身体, 防止身体前倾避免与方向盘、仪表板和玻璃窗相碰撞。

2.2.2 安全气囊防护系统 (Supplemental Inflatable Restraint Sys-tem, 简称SRS)

安全气囊防护系统也有的称之为“Air Bag”。汽车安全气囊, 通常设置在车内方向盘上、正面、侧面和车顶几个位置。在汽车发生碰撞事故时, 汽车与阻碍物的撞击为第一次碰撞, 人与汽车上相应部件的撞击为第二次碰撞, 人的伤亡由第二次碰撞造成。在汽车第一次碰撞发生后, 第二次碰撞发生前, 传感器感受汽车碰撞信号并将其传给控制器, SRS的ECU接收到传感器的信号, 判断碰撞强度达到必需打开安全气囊时, 立即发出点火信号触发气体发生器, 气体发生器点火后迅速产生大量气体并快速展开气囊, 气囊的整个充气过程大约需要30ms, 安全气囊充满气体后, 又通过气囊上的排气节流阻尼放气作用吸收乘员的动能, 防止乘员正面、侧面、膝部、头部与车内相应构件之间可能发生的碰撞, 从而达到保护乘员的目的。

3 电控技术对汽车安全性能作用的展望

随着汽车使用电子设备越来越多, 电子控制技术的综合应用越来越强, 从发动机电控到汽车底盘电控系统、从传动系统控制到电源管理系统及仪表报警系统、从汽车舒适系统到安全保证系统的电气电路形成一个庞大而复杂的系统。现代典型的控制单元 (ECU) 管理着电控燃油喷射系统 (Electronic Control Fuel Injection System) 、无级自动变速器系统 (ECVT) 、双离合无级变速系统 (DSG) 、电子悬架系统 (ECS) 、电子防盗系统 (PATS) 、防抱死制动系统 (ABS) 、防滑控制系统 (ASR) 、车辆电子稳定系统 (ESP) 、安全气囊防护系统 (SRS) 、智能四轮全时四驱系统 (HALDEX) 等等。由于智能交通管理系统 (ITS) 的迅速发展, 以3G (GPS、GIS和GSM) 为代表的新型电子通讯产品的出现, 而这些都要集中进行控制管理, 车载局域网 (Controller Area Network, 简称CAN) , 局域网系统作为一种可靠的汽车计算机网络总线系统可以胜任次项任务。汽车计算机控制单元能够通过CAN总线共享所有的信息和资源, 如车载局域网系统图所示, 汽车上所有的电子控制单元通过总线与网关连接, 统一处理信号与发送指令, 达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和可维护性、更好地匹配和协调各个控制系统的目的。CAN总线已经开始在高档次的汽车上应用, 具有高度灵活性、简单的扩展性、优良的抗干扰性和处理错误能力, 使得汽车的动力性、操纵稳定性、汽车舒适性、驾驶安全性都大大得到提升。