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電子控制技術(shù)在汽車安全領(lǐng)域的應(yīng)用

一、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,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)今社會汽車行駛安全性更是消費者關(guān)心的問題。美國偉世通公司曾經(jīng)做過一項調(diào)查,結(jié)果顯示:汽車行駛安全位于客戶對汽車要求的核心。大部分消費者認(rèn)為,汽車安全性比汽車動力性、舒適性、經(jīng)濟性重要。關(guān)注汽車安全,不僅是為了司機和乘客,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)對提高汽車安全性能主要控制技術(shù)的應(yīng)用。
二、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防滑、驅(qū)動防滑和轉(zhuǎn)向行駛防滑等三個方面的控制。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、起步、加速和轉(zhuǎn)向時出現(xiàn)的側(cè)滑、跑偏、喪失轉(zhuǎn)向能力和滑轉(zhuǎn)等,從而起到保護乘客和車輛的作用,大大降低因制動、驅(qū)動等而引起交通事故出現(xiàn)的概率。
1.制動防抱死系統(tǒng)(Anti-lockedBrakingSystem,簡稱ABS)
    汽車在剎車時,由輪胎提供摩擦力讓汽車停止運動。又由于靜態(tài)摩擦力(輪胎轉(zhuǎn)動)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滑動摩擦力(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。汽車制動防抱死制動系統(tǒng)(ABS)是汽車在任何路面上緊急制動時,汽車智能電子系統(tǒng)接收到車輪轉(zhuǎn)速傳感器信號,自動控制和調(diào)節(jié)車輪的制動力,使車輪處于轉(zhuǎn)動與滑動的臨界狀態(tài),防止車輪完全抱死,使車輪獲得大制動摩擦力,獲得佳制動效果。從而避免制動過程中的跑偏、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,汽車還能獲取大制動力,縮短30%的制動距離,提高汽車的制動性能,對保證汽車安全具有重要意義!
    總之,“人工點剎”的時代已經(jīng)過去,高智能的ABS在行車安全上給予我們很多保障?s短30%的剎車距離無疑能夠在很多時候成為救命稻草,剎車保證方向可控更是提供了駕車保障。
2.驅(qū)動防滑系統(tǒng)(AccelerationSlipRegulation,簡稱ASR)  
    汽車在起步或加速時,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,往往會發(fā)生驅(qū)動輪打滑現(xiàn)象,這在山路上非常危險的。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,控制發(fā)動機電子點火部分和供油,通常通過改變節(jié)氣門開度和點火提前角的方式調(diào)節(jié)發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩,確保車輪與地面之間大附著力和牽引力,使車輪的滑移率達到佳范圍內(nèi)(15%~20%)。如果車輪打滑得不到控制,車子就會失控。所以,別以為只有剎車時車輪抱死會出危險,起步時車輪打滑一樣會出問題。
3.車輛電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ElectronicStabilityProgram,簡稱ESP)
    車輛電子穩(wěn)定系統(tǒng)(EPS)當(dāng)車輛在轉(zhuǎn)向、制動或打滑時,電子控制單元ECU接收到包括來自轉(zhuǎn)向角度傳感器(檢測方向盤的轉(zhuǎn)向角度)、輪速傳感器(監(jiān)測各個車輪的轉(zhuǎn)動速度)、G(側(cè)滑)傳感器(監(jiān)測車體繞垂直軸線轉(zhuǎn)動的狀態(tài))、橫擺率(橫向加速度)傳感器(測汽車轉(zhuǎn)彎時的離心力)、減速度傳感器,對車輛的的運行狀態(tài)進行分析、計算和判斷然后發(fā)出指令,把制動執(zhí)行器內(nèi)的壓力泵產(chǎn)生的的液壓傳送到相應(yīng)的車輪制動器的輪缸。從而實現(xiàn)對前輪側(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,ESP系統(tǒng)立即把制動力加到正在轉(zhuǎn)彎的外前輪上,迅速制動前輪使汽車產(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”現(xiàn)象時。ESP系統(tǒng)把制動力施加到兩個后輪上,迅速制動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)動防滑系統(tǒng))的進一步擴展,ESP重要的特點就是它的主動性,如果說ABS是被動地作出反應(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。
4.緊急制動輔助系統(tǒng)(ElementalBattleAcademy,簡稱BAS)
    由于大度數(shù)駕駛員在緊急情況下會優(yōu)柔寡斷,不能有效的采取制動措施。制動系統(tǒng)性能不能有效發(fā)揮,制動距離明顯延長。為了縮短縮短在緊急制動的情況下的剎車距離,梅賽德斯-奔馳公司研制了制動輔助系統(tǒng)(BAS)。從1997年開始,這個系統(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-奔馳對制動輔助系統(tǒng)(BAS)的功能和作用方式已做了詳盡的試驗。例如:在駕駛模擬器中:在這里,駕駛員會不經(jīng)警告而遇到危險情況,此時他們必須實施緊急制動。在干燥的路面上,如果沒有使用制動輔助系統(tǒng),大多數(shù)測試者多需要達73米的制動距離,才能把速度為每小時100公里的汽車完全停下。而利用這個系統(tǒng)時,僅僅經(jīng)過40米后汽車就完全停下了。這相當(dāng)于制動距離縮短大約45%.
    裝配上這個系統(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!
三、安全氣囊防護系統(tǒng)(SupplementalInflatableRestraintSystem,簡稱SRS) 
    汽車與阻礙物的撞擊為次碰撞,人與汽車上相應(yīng)部件的撞擊為第二碰撞,一般在次碰撞發(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度并將其傳給控制器,SRS的ECU接收與處理傳感器的信號,當(dāng)SRS的ECU判斷有必要打開氣囊時,立即發(fā)出點火信號觸發(fā)氣體發(fā)生器,氣體發(fā)生器點火后迅速產(chǎn)生大量氣體并快速展開氣囊(氣囊的整個充氣過程大約需要30ms),完成安全氣囊整個工作過程,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能,從而打到保護乘員的目的! 
四、汽車電子防撞系統(tǒng) 
    國家統(tǒng)計局網(wǎng)站公布的2012年統(tǒng)計公報獲悉,中國2012年末全國民用汽車保有量達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,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,該系統(tǒng)裝有測距傳感器,由該傳感器利用光線、激光或超聲波,測得汽車與障礙物間的距離,將這個距離信號和車速信號以及車輪轉(zhuǎn)角傳感器的信號送入ECU,通過計算求出汽車和前方車尾實際距離以及相互接近的相對速度,并向駕駛員發(fā)出預(yù)告會車、超車的警告,顯示前方物體的距離;當(dāng)快要撞車時,ECU向制動器和節(jié)氣門控制電路發(fā)出控制指令,即可使汽車及時制動,從而有效的避免追尾、撞車。 
五、電子駐車制動系統(tǒng)(ElectricalParkBrake,簡稱EPB)
    大多駕駛初學(xué)者在上坡起步都會面臨一件非常棘手的難題--倒溜,有時由于與后車保留的安全距離不足造成不必的擦掛。
    電子駐車制動系統(tǒng)(EPB)能夠有效的預(yù)防這樣的事故。這個系統(tǒng)在上坡起步時主要通過坡度傳感器監(jiān)測出坡度然后將信號傳輸?shù)紼CU并計算給出準(zhǔn)確的駐車力,智能調(diào)節(jié)制動力,在上坡起動時,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通過計算,當(dāng)驅(qū)動力大于行駛阻力時自動釋放駐車制動,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溜后,保障上坡起步安全。
六、輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TirePressureMonitorSystem,簡稱TPMS)  
    也許你會問,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)生概率達到34.14%,而所有會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就是專門檢測輪胎壓力保證行車安全的系統(tǒng)。一種是直接式(Pressure-SensorBasedTPMS,簡稱PSB),顧名思義,這種系統(tǒng)要在每個輪胎里安裝壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓,利用無線射頻發(fā)射器將壓力信號從輪胎內(nèi)部發(fā)送到中央接收器上,然后對每個輪胎氣壓數(shù)據(jù)進行顯示。當(dāng)輪胎氣壓低于門限值或漏氣時,系統(tǒng)會發(fā)出警報。另一種為間接式(Wheel-SpeedBasedTPMS,簡稱WSB),這種系統(tǒng)是通過共享汽車ABS系統(tǒng)的輪胎轉(zhuǎn)速傳感器信號通過處理器計算,來比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別,以達到監(jiān)測胎壓的目的。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系統(tǒng)(PSB)和間接式輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(WSB)結(jié)合而成,吸取了前兩種系統(tǒng)的優(yōu)點,提供更安全穩(wěn)定的胎壓數(shù)據(jù)。
七、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,堅決不酒后駕駛,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親愛的人,更為了道路上更多的人。

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