汽車電子控制技術(shù)在汽車安全領(lǐng)域的應(yīng)用

摘要：隨著人們生活水平的提高和汽車生產(chǎn)裝配技術(shù)越來越成熟，汽車逐漸走進(jìn)了普通家庭。作為現(xiàn)代社會(huì)最重要的交通工具--汽車，不僅帶來了速度，更賦予人們對(duì)品質(zhì)生活的推崇和追求。與此同時(shí)也帶來了諸多安全隱患。數(shù)據(jù)顯示，2011年中國因交通事故造成的死亡人數(shù)為6.2萬人，交通事故死亡率居世界之首。所以汽車安全顯得越來越重要。

1.引言

隨著近幾年電子信息科學(xué)與技術(shù)的高速發(fā)展，智能電子技術(shù)已經(jīng)由傳統(tǒng)的家用電器領(lǐng)域向汽車智能控制領(lǐng)域衍進(jìn)，大大提高了汽車舒適性，可操作性，安全性。自從1886年德國人卡爾·佛里特立奇·本茨發(fā)明了世界上第一輛三輪汽車開始，汽車安全與汽車發(fā)展便如影隨形。當(dāng)今社會(huì)汽車行駛安全性更是消費(fèi)者最關(guān)心的問題。美國偉世通公司曾經(jīng)做過一項(xiàng)調(diào)查，結(jié)果顯示：汽車行駛安全位于客戶對(duì)汽車要求的核心。大部分消費(fèi)者認(rèn)為，汽車安全性比汽車動(dòng)力性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性重要。關(guān)注汽車安全，不僅是為了司機(jī)和乘客，更為了道路上更多的人。本文將用淺顯易懂的文字介紹車載智能電子控制技術(shù)對(duì)提高汽車安全性能主要控制技術(shù)的應(yīng)用。

2.汽車電子防滑控制系統(tǒng)

汽車電子防滑控制主要包括制動(dòng)防滑、驅(qū)動(dòng)防滑和轉(zhuǎn)向行駛防滑等三個(gè)方面的控制。汽車防滑控制系統(tǒng)是汽車上的一種安全附屬裝置，可以防止汽車在制動(dòng)、起步、加速和轉(zhuǎn)向時(shí)出現(xiàn)的側(cè)滑、跑偏、喪失轉(zhuǎn)向能力和滑轉(zhuǎn)等，從而起到保護(hù)乘客和車輛的作用，大大降低因制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)等而引起交通事故出現(xiàn)的概率。

2.1 制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(Anti-lockedBraking System,簡稱ABS)

汽車在剎車時(shí)，由輪胎提供摩擦力讓汽車停止運(yùn)動(dòng)。又由于靜態(tài)摩擦力(輪胎轉(zhuǎn)動(dòng))遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滑動(dòng)摩擦力(輪胎打滑)，所以ABS系統(tǒng)能夠讓汽車獲得更大摩擦力使其更快停止。汽車制動(dòng)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)是汽車在任何路面上緊急制動(dòng)時(shí)，汽車智能電子系統(tǒng)接收到車輪轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)，自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)車輪的制動(dòng)力，使車輪處于轉(zhuǎn)動(dòng)與滑動(dòng)的臨界狀態(tài)，防止車輪完全抱死，使車輪獲得最大制動(dòng)摩擦力，獲得最佳制動(dòng)效果。從而避免制動(dòng)過程中的跑偏、側(cè)滑、和喪失轉(zhuǎn)向操縱能力等，提高了汽車汽車操縱性能和穩(wěn)定性能(如圖1所示)。同時(shí)，汽車還能獲取最大制動(dòng)力，縮短30%的制動(dòng)距離，提高汽車的制動(dòng)性能，對(duì)保證汽車安全具有重要意義。

總之，“人工點(diǎn)剎”的時(shí)代已經(jīng)過去，高智能的ABS在行車安全上給予我們很多保障。縮短30%的剎車距離無疑能夠在很多時(shí)候成為救命稻草，剎車保證方向可控更是提供了駕車保障。

2.2 驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)(AccelerationSlip Regulation,簡稱ASR)

汽車在起步或加速時(shí)，特別是下雨、下雪、冰雹、路凍等摩擦力較小的特殊路面上行駛時(shí)，往往會(huì)發(fā)生驅(qū)動(dòng)輪打滑現(xiàn)象，這在山路上非常危險(xiǎn)的。為了保證汽車行駛安全穩(wěn)定性，控制車輪不出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象，主要通過汽車車載智能控制單元接收到輪速傳感器信號(hào)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)電子點(diǎn)火部分和供油，通常通過改變節(jié)氣門開度和點(diǎn)火提前角的方式調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，確保車輪與地面之間最大附著力和牽引力，使車輪的滑移率達(dá)到最佳范圍內(nèi)(15%~20%)。如果車輪打滑得不到控制，車子就會(huì)失控。所以，別以為只有剎車時(shí)車輪抱死會(huì)出危險(xiǎn)，起步時(shí)車輪打滑一樣會(huì)出問題。

2.3 車輛電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ElectronicStability Program,簡稱ESP)

車輛電子穩(wěn)定系統(tǒng)(EPS)當(dāng)車輛在轉(zhuǎn)向、制動(dòng)或打滑時(shí)，電子控制單元ECU接收到包括來自轉(zhuǎn)向角度傳感器(檢測(cè)方向盤的轉(zhuǎn)向角度)、輪速傳感器(監(jiān)測(cè)各個(gè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度)、G(側(cè)滑)傳感器(監(jiān)測(cè)車體繞垂直軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài))、橫擺率(橫向加速度)傳感器(測(cè)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的離心力)、減速度傳感器，對(duì)車輛的的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析、計(jì)算和判斷然后發(fā)出指令，把制動(dòng)執(zhí)行器內(nèi)的壓力泵產(chǎn)生的的液壓傳送到相應(yīng)的車輪制動(dòng)器的輪缸。從而實(shí) 現(xiàn)對(duì)前輪側(cè)滑和后輪側(cè)滑的控制，使車輛不偏離正確的行駛軌跡。例如，當(dāng)汽車后輪出現(xiàn)側(cè)滑時(shí)，ESP系統(tǒng)立即把制動(dòng)力加到正在轉(zhuǎn)彎的外前輪上，迅速制動(dòng)前輪使汽車產(chǎn)生一種相反的轉(zhuǎn)矩，以保證汽車在原來的車道上行駛;當(dāng)汽車前輪出現(xiàn)“飄動(dòng)”現(xiàn)象時(shí)。ESP系統(tǒng)把制動(dòng)力施加到兩個(gè)后輪上，迅速制動(dòng)后輪使汽車保持在原來的車道上行駛。不難看出車輛電子穩(wěn)定系統(tǒng)(EPS)是傳統(tǒng)ABS(防抱死剎車系統(tǒng))、ASR(驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng))的進(jìn)一步擴(kuò)展，ESP最重要的特點(diǎn)就是它的主動(dòng)性，如果說ABS是被動(dòng)地作出反應(yīng)，那么ESP卻可以做到防患于未然。更智能化提升了汽車的穩(wěn)定性能和安全性能。

2.4 緊急制動(dòng)輔助系統(tǒng)(ElementalBattle Academy,簡稱BAS)

由于大度數(shù)駕駛員在緊急情況下會(huì)優(yōu)柔寡斷，不能有效的采取制動(dòng)措施。制動(dòng)系統(tǒng)性能不能有效發(fā)揮，制動(dòng)距離明顯延長。為了縮短縮短在緊急制動(dòng)的情況下的剎車距離，梅賽德斯-奔馳公司研制了制動(dòng)輔助系統(tǒng)(BAS)。從1997年開始，這個(gè)系統(tǒng)成為所有梅賽德斯-奔馳轎車的標(biāo)準(zhǔn)裝配。具體的工作流程如圖2所示。

梅賽德斯-奔馳對(duì)制動(dòng)輔助系統(tǒng)(BAS)的功能和作用方式已做了詳盡的試驗(yàn)。例如：在駕駛模擬器中：在這里，駕駛員會(huì)不經(jīng)警告而遇到危險(xiǎn)情況，此時(shí)他們必須實(shí)施緊急制動(dòng)。在干燥的路面上，如果沒有使用制動(dòng)輔助系統(tǒng)，大多數(shù)測(cè)試者最多需要達(dá)73米的制動(dòng)距離，才能把速度為每小時(shí)100公里的汽車完全停下。而利用這個(gè)系統(tǒng)時(shí)，僅僅經(jīng)過40米后汽車就完全停下了。這相當(dāng)于制動(dòng)距離縮短大約45%.

裝配上這個(gè)系統(tǒng)的新車在撞車事故方面，使事故發(fā)生的頻率降低了百分之八，在行人事故方面，使事故發(fā)生的頻率降低了百分之三十。

3.安全氣囊防護(hù)系統(tǒng)(SupplementalInflatableRestraintSystem,簡稱SRS)

汽車與阻礙物的撞擊為第一次碰撞，人與汽車上相應(yīng)部件的撞擊為第二碰撞，一般在第一次碰撞發(fā)生的60ms發(fā)生碰撞，人的傷亡由第二次碰撞造成。當(dāng)汽車第一次碰撞發(fā)生后，第二次碰撞發(fā)生前，傳感器感受汽車碰撞強(qiáng)度并將其傳給控制器，SRS的ECU接收與處理傳感器的信號(hào)，當(dāng)SRS的ECU判斷有必要打開氣囊時(shí)，立即發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器點(diǎn)火后迅速產(chǎn)生大量氣體并快速展開氣囊(氣囊的整個(gè)充氣過程大約需要30ms)，完成安全氣囊整個(gè)工作過程，阻擋乘員(主要有正面、側(cè)面、膝部、頭部)與車內(nèi)相應(yīng)構(gòu)件之間可能發(fā)生的碰撞，通過氣囊上的排氣節(jié)流空的阻尼作用吸收乘員的動(dòng)能，從而打到保護(hù)乘員的目的。[!--empirenews.page--]

4.汽車電子防撞系統(tǒng)

國家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站公布的2012年統(tǒng)計(jì)公報(bào)獲悉，中國2012年末全國民用汽車保有量達(dá)12089萬輛(包括三輪汽車和低速貨車1145萬輛)，比上年末增長14.3%.道路上行駛的汽車密度越來越大，碰撞事故與日俱增。為了防止高速行駛車輛之間或者行駛車輛與與路邊車輛之間的碰撞，現(xiàn)已研制和開發(fā)出一種自動(dòng)控制的防汽車追尾系統(tǒng)--汽車電子防撞系統(tǒng)。當(dāng)汽車正常行駛時(shí)，該系統(tǒng)處于非工作狀態(tài)，當(dāng)后車車頭非常接近前車車尾、障礙物時(shí)，該系統(tǒng)裝有測(cè)距傳感器，由該傳感器利用光線、激光或超聲波，測(cè)得汽車與障礙物間的距離，將這個(gè)距離信號(hào)和車速信號(hào)以及車輪轉(zhuǎn)角傳感器的信號(hào)送入ECU,通過計(jì)算求出汽車和前方車尾實(shí)際距離以及相互接近的相對(duì)速度，并向駕駛員發(fā)出預(yù)告會(huì)車、超車的警告，顯示前方物體的距離;當(dāng)快要撞車時(shí)，ECU向制動(dòng)器和節(jié)氣門控制電路發(fā)出控制指令，即可使汽車及時(shí)制動(dòng)，從而有效的避免追尾、撞車。

5.電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)(Electrical ParkBrake,簡稱EPB)

大多駕駛初學(xué)者在上坡起步都會(huì)面臨一件非常棘手的難題--倒溜，有時(shí)由于與后車保留的安全距離不足造成不必的擦掛。

電子駐車制動(dòng)系統(tǒng)(EPB)能夠有效的預(yù)防這樣的事故。這個(gè)系統(tǒng)在上坡起步時(shí)主要通過坡度傳感器監(jiān)測(cè)出坡度然后將信號(hào)傳輸?shù)紼CU并計(jì)算給出準(zhǔn)確的駐車力，智能調(diào)節(jié)制動(dòng)力，在上坡起動(dòng)時(shí)，駐車控制單元通過離合器距離傳感器，離合器捏合速度傳感器，油門踏板傳感器等提供的信號(hào)通過計(jì)算，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力大于行駛阻力時(shí)自動(dòng)釋放駐車制動(dòng)，從而使汽車能夠平穩(wěn)起步。能夠避免車輛不必要的滑行，簡單的說就是車輛不會(huì)溜后，保障上坡起步安全。

6.輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Tire PressureMonitor System,簡稱TPMS)

也許你會(huì)問，爆胎在各種交通事故中的比率真的很高嗎?我們通過一組數(shù)據(jù)來向您證明，1998-2000年之間，廣東省交通部門在廣深高速公路上共統(tǒng)計(jì)2484起交通事故，其中848起交通事故出現(xiàn)爆胎情況，爆胎發(fā)生概率達(dá)到34.14%,而所有會(huì)造成爆胎的因素中胎壓不足當(dāng)為首要原因。所以廣大的有車一族，我們要經(jīng)常檢查輪胎胎壓力，TPMS就是專門檢測(cè)輪胎壓力保證行車安全的系統(tǒng)。一種是直接式(Pressure-Sensor Based TPMS,簡稱PSB)，顧名思義，這種系統(tǒng)要在每個(gè)輪胎里安裝壓力傳感器來直接測(cè)量輪胎的氣壓，利用無線射頻發(fā)射器將壓力信號(hào)從輪胎內(nèi)部發(fā)送到中央接收器上，然后對(duì)每個(gè)輪胎氣壓數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。當(dāng)輪胎氣壓低于門限值或漏氣時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)。另一種為間接式(Wheel-Speed Based TPMS,簡稱WSB)，這種系統(tǒng)是通過共享汽車ABS系統(tǒng)的輪胎轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)通過處理器計(jì)算，來比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別，以達(dá)到監(jiān)測(cè)胎壓的目的。還有一種為復(fù)合式(TPMS)，該系統(tǒng)是將直接式輪胎壓力檢測(cè)系統(tǒng)(PSB)和間接式輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(WSB)結(jié)合而成，吸取了前兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，提供更安全穩(wěn)定的胎壓數(shù)據(jù)。

7.結(jié)束語

自電子技術(shù)在汽車安全方面得到應(yīng)用后，整車的安全性能便得到很大提高，但是能否安全行車，不僅僅由汽車安全配置的好壞決定，如若酒后違規(guī)駕車，麻痹大意，開車打電話，高速飆車等違法駕車行為，即使安全性能再高的汽車，也不能保障行車安全。因此廣大車主只有具備了安全意識(shí)，堅(jiān)決不酒后駕駛，不疲勞駕駛，不超速，不搶道，文明駕車才能做到真正意義上的汽車安全。汽車安全為了自己和車上最親最愛的人，更為了道路上更多的人。