汽车行驶安全性

1886年，卡尔·本茨发明了人类第一辆汽车，至今世界汽车工业经过了120年的发展，当代汽车已经相当成熟。汽车已经渗透于国防建设、国民经济以及人类生活的各个领域之中。然而，随着人类社会的不断发展，以及汽车的普及应用，随之带来的汽车安全问题也已成为世界性的大问题。上个世纪80年代末至今，我国交通事故死亡人数已经连续十余年位居世界第一。中国拥有全世界1.9%的汽车，引发的交通死亡事故却占了全球的15%。2005年中国因道路交通事故丧生的人数接近10万。平均每天死亡300人，每4.8分钟就有1人死于车祸，相当于每天坠毁1架满载客人的波音777-200型飞机。第四章汽车行驶安全性汽车安全性：主动安全性、被动安全性、生态安全性（指发动机排气污染、汽车行驶噪声和电磁波对环境的影响，将在“汽车公害”中讨论)。汽车主动安全性：是指汽车本身防止或减少道路交通事故发生的性能。重点是将车轮悬架、制动和转向的性能达到最好的程度，尽量提高汽车行驶的稳定性和舒服性，减少行车时所产生的偏差。例如安装制动防抱死装置ABS以提高制动性能防止甩尾现象，安装驱动防滑装置ASR防止汽车产生侧滑，采用转向动力辅助减轻驾驶者的疲劳程度，采用新式光源提高照明射程，等等。汽车被动安全性：是指交通事故发生后，汽车本身减轻人员伤害和货物损失的能力。又可分为内部被动安全性(减轻车内乘员受伤和货物受损)以及外部被动安全性(减轻对事故所涉及的其它人员和车辆的损害)。主动安全技术(1)、制动防抱死系统(ABS)ABS(Anti-LockBrakingSystem)是汽车主动安全最基本的也是最重要的装置之一。ABS能有效避免车轮被抱死。如果前轮先抱死，汽车丧失转向能力，造成方向失控而发生危险；如果后轮先抱死，会出现侧滑、甩尾，甚至完全调头等严重事故；如果4个车轮全部抱死，而由于惯性力的作用，汽车会继续向前滑移。(2)、驱动防滑系统(ASR)ASR(AcceclerationSlipRegulation)的主要功能是当汽车在不良路面行驶时，特别是在冰雪、泥泞路面起步和行驶突然加速时以及车辆在湿滑路面高速转弯时，ASR可以最大限度地利用发动机的驱动力矩，防止或减少驱动轮出现打滑现象，以提高汽车的牵引力。同时，可避免因驱动轮打滑而造成的车辆侧滑、甩尾、跑偏等现象，从而保证车辆起步、转向和加速过程中行驶方向的稳定性，提高车辆的操控性能。(3)、电子制动力分配装置(EBD)EBD(ElectricBrakeForceDistribution)的功能是在汽车制动的瞬间，根据每个车轮不同的附着力情况，迅速准确地计算出每个车轮的摩擦力数值，然后通过自动调整制动装置，使每个车轮的制动力与摩擦力（牵引力）达到合理匹配，以保证车辆制动时的平稳与安全。EBD主要是对ABS起辅助作用，以提高ABS的功效。(4)、制动辅助系统(BAS)BAS(BrakeAssistSystem)能根据驾驶员踩下制动踏板的速度来探测车辆的行驶情况。在紧急情况下，当驾驶员迅速踩下制动踏板力度不足时，BAS便会启动，并在不足1s的时间内迅速把制动力增至最大，从而缩短紧急制动的制动距离。BAS对ABS起辅助作用。当驾驶员采用点制动时，车轮往往不会抱死，这时ABS没有机会发生作用，而BAS则让ABS具有一定的智能行为，当驾驶员迅速用力点刹制动踏板时，BAS也会判断车辆正在紧急制动，从而在迅速增大制动力的同时，启动ABS系统，以提高汽车在各种操纵情况下的制动性能。(5)、电子稳定程序（ESP）ESP(ElectronicStabilityProgram)通过不同的传感器实时监控车辆的转弯方向、行驶车速、油门开度、车轮附着力、制动力以及车身的倾斜角度和侧倾速度等，据此来判断汽车的正常安全行驶和驾驶者操控汽车的意图之间的差异。然后通过控制单元适时调整发动机的转速和调整每个车轮上的制动力分布，自动修正过度转向或转向不足。(6)、车辆动态控制系统(VDC)VDC(VehicleDynamicsControl)也叫汽车横向摆动显示和控制系统。该系统可以在汽车行驶过程中将潜在的危险性预先告知驾驶员，在可能出现倾翻危险时自动降低车速，保障行车安全。系统由2部分组成：横向摆动稳定性显示部分和横向摆动稳定性控制部分。(7)、智能测距防碰撞系统智能测距防碰撞系统可以根据车辆的行驶状态（如车速、路况等）确定车辆周围的安全距离，当车辆进入危险区域时，自动巡航系统会自动启动并报警，以避免或减少发生碰撞类事故。被动安全技术(1)安全带安全带是最典型的被动安全装置，它是对驾乘人员进行约束和相对固定，可以有效地减轻交通事故发生时乘员与车身的碰撞，将乘员的损伤程度降至最低。(2)安全气囊主要由传感器、微处理器、气体发生器和气囊等部件组成。传感器和微处理器用以判断撞车程度，传递及发送信号；气体发生器根据信号指示产生点火动作，点燃固态燃料并产生气体向气囊充气，使气囊迅速膨胀。研究表明，有气囊装置的轿车发生正面撞车，驾驶者的死亡率，大轿车降低了30%，中型轿车降低11%，小型轿车降低14%。(3)自动求救系统对于安装了GPS全球卫星定位系统的车辆，当车辆发生严重的交通事故后，自动求救系统可立即自动向救援中心发出呼叫，报告事故车辆所处的准确位置（基于GPS的定位数据）、车辆事故的状态（是碰撞变形还是侧翻等），向救援人员转发伤员身体方面的重要信息，可以测出车内极微的振动和微量的二氧化碳，还能测出车厢或行李厢内是否有人，防止伤员被困在里面，以争取最早地、最准确地发出求救信息，获得最及时最有效的救援，将伤亡程度减轻到最小限度。2005年全国共发生道路交通事故450254起，比上年减少67635起，降13．1％；造成98738人死亡，比上年减少8339人，下降7．8％；造成469911人受伤，比上年减少10953人，下降2．3％；直接财产损失18．8亿元，比上年减少5．1亿元，下降21．2％。现在汽车设计师们更多考虑的则是主动安全设计，使汽车能够自己“思考”，主动采取措施，避免事故的发生。在这种汽车上装有汽车规避系统，包括装在车身各部位的防撞雷达、多普勒雷达、红外雷达等传感器，盲点探测器等设施，由计算机进行控制。在超车、倒车、换道、大雾、雨天等易发生危险的情况下随时以声、光形式向驾驶者提供车体周围必要的信息，并可自动采取措施，有效防止事故发生。另外在计算机的存储器内还可储存大量有关驾驶者和车辆的各种信息，对驾驶者和车辆进行监测控制。例如研制成功的“丰田高级安全汽车”即具有驾驶者困倦预警系统、轮胎压力预报系统、发动机火警预报系统、车前灯自动调整系统、拐角监控系统、汽车间信息传输系统、道路交通信息引导系统、自动刹车系统、SOS停车系统、灭火系统以及各向气囊系统等，其中有些单项设备已投放市场。影响道路交通安全的主要因素包括人、汽车、道路（包括交通环境）条件，即“驾驶员-汽车-道路”系统，而汽车是该系统中潜在危机性最大的环节。第一节制动性汽车制动性能是汽车的主要使用性能之一。汽车制动性能直接关系到汽车交通安全，许多交通事故都与汽车制动性能不良或制动失效等情况有关。因此，汽车制动性能是汽车安全行驶的重要保证。汽车制动性能：是指汽车在行驶时能在短距离停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力。评价指标：汽车制动效能、制动效能的恒定性及制动时方向稳定性是汽车制动性的三个重要评价指标。制动效能：制动效能一般用制动距离和制动减速度表示。指汽车在良好的路面上以规定的初始车速和规定的踏板力制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度。它是制动性能的最基本指标。制动效能的恒定性：指抗热衰退性能和抗水衰退性能。抗热衰退性能，是指汽车高速行驶制动或下长坡时连续制动时制动性能的保持程度；抗水衰退性能，是指汽车涉水后对制动效能的保持能力。制动时方向稳定性：指汽车制动过程中不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能。轿车行车制动器的制动性能要求项目中国GB7258EEC71/320瑞典F18美国联邦135试验路面φ≥0.7附着良好φ＝0.8SkidNo81载重空载（满载）1人或满载任何载荷轻载、满载制动初速50km/h80km/h80km/h96.5km/h方向稳定性偏出≤2.5m不抱死跑偏不抱死跑偏不抱死，偏出≤3.66m距离或减速度≤19(20)m≥6.2(5.9)m/s2≤50.7m,≥5.8m/s2≥5.8m/s2≤65.8m踏板力≤500N≤490N≤490N≤66.7~667N（一）地面制动力（从动轮受力图）车轮地面切向力：式中：为车轮制动力矩，r为车轮半径。为车轮滚动阻力。忽略车轮滚动阻力，地面制动力是制动时的外力，取决于1)制动器摩擦力2)轮胎与地面摩擦力RRxFrMFRMxFRF（二）、制动器制动力定义：车轮胎外缘克服制动器摩擦力所需之力，制动器制动力仅与制动器结构参数有关，它与踏板力（或气压）成正比。（三）地面最大制动力：这表明制动踏板力（或气压）上升到一定值，制动力达到地面附着力时，车轮不转——即发生抱死，此时，速度不为零，车辆将沿路面滑移。rMFRu)(max,峰值附着率或附着系数hzxFF一、基本概念(四)、车轮与地面的附着与滑移在制动过程中制动轨迹分三阶段。第一阶段：清晰花纹（近似纯滚动）式中：V——车轮中心速度；——没有制动力时车轮半径；——车轮的角速度。第二阶段：印迹模糊（边滑边滚）第三阶段：印迹拖滑=0滑移（动）率：纯滚动V=S=0纯拖滑=0S=1附着率与滑移率的关系：的函数，通过实验可得出其关系曲线。Vrr*vrvS0s是对应于s=0.2（0.15）~0.4（0.25）之间。上述是没有侧向力的条件下讨论的。而实际制动中常有侧偏、侧滑现象，侧向附着系数，是侧向力与垂直载荷之比。在S↓，侧偏角小时比较高，制动稳定性好，制动性能也好。若令Fx/Fz=OA——近似直线没有真正滑移AB段——缓慢上升，局部相对滑移缓增BC段——缓慢下降，当s=1时，有：——峰值附着系数——滑动附着系数在干燥路面上：在湿路面上：hghg1~3/1hgjhg附着系数的影响因素：1.道路⑴道路材料⑵路面状况2.轮胎⑴轮胎结构及材料⑵轮胎花纹3.汽车运行速度：干路面10～40km/h影响很小湿路面10～40km/h影响较大各种路面上的滑移系数路面种类干燥潮湿≤48km/h＞48km/h≤48km/h＞48km/h水泥新敷设交通量较少磨损路段0.80~1.000.60~0.800.55~0.750.70~0.850.60~0.750.50~0.650.50~0.800.45~0.700.45~0.650.40~0.750.45~0.650.45~0.60沥青新敷设交通量较少磨损路段焦油过多路段0.80~1.000.60~0.800.55~0.750.50~0.600.65~0.700.55~0.700.45~0.650.35~0.600.50~0.800.45~0.700.45~0.650.30~0.600.45~0.750.40~0.650.40~0.600.25~0.45碎石0.40~0.700.40~0.700.45~0.750.45~0.75结冰0.10~0.250.07~0.20压实积雪松散积雪0.30~0.550.10~0.250.35~0.600.10~0.20二、汽车制动过程分析（一）减速制动过程制动的全过程：1、驾驶员反应阶段：2、制动器起作用的增长阶段:3、持续制动阶段：4、放松制动阶段：反应时间：发现、识别障碍到踩踏板时间，tr操纵力增长时间：tb()协调时间：出现踏板力到出现制动力ta减速度增长时间：ts持续制动时间：tv''2'221''1'1'2''23（二）制动距离制动距离S：指汽车以给定的初速，从踩到制动踏板至汽车停住所行驶的距离，即S2+S3.停车距离：S1+S2+S3（考虑驾驶员反应时间tr）1、停车距离的计算：a.在tr+ta内,汽车作匀速运动：VA：制动初