现代中低档汽车主动安全技术研究与设计

德州学院汽车工程系2010届交通运输专业毕业设计1现代中低档汽车主动安全技术研究与设计张谱（德州学院汽车工程系，山东德州253023）摘要：现代汽车安全系统包括主动安全系统和被动安全系统。其中主动安全系统是当今世界研究汽车安全的主题与趋势。本文介绍了目前国内外主要汽车主动安全技术，分析了事故发生前后主动安全技术所起的作用。通过对汽车主动安全技术的整合使其更能在中低档汽车上推广开来，增加汽车的安全性能，减少交通事故的发生。关键词：预防安全；行驶安全；事故安全1绪论随着科技的发展与进步，汽车的行驶速度越来越快，随之带来的是巨大的交通事故问题。全球每年有超过130万人死于因汽车引起的道路交通事故，交通事故导致车毁人亡、家庭支离破碎，给人们的生活带来不必要的灾难。现代汽车主动安全技术能够很好的控制汽车，实现汽车的人工智能和避免交通事故的发生。1.1研究中低档汽车主动安全技术的目的和意义随着人类社会的不断发展与进步，汽车的普及和应用将更加普遍和深入，随之带来的道路交通安全问题也已成为世界性的大问题。据联合国世界卫生组织最新一期的“世界灾难报告”称目前，全球每年有超过130万人死于因汽车引起的道路交通事故，道路交通事故仅次于心脑血管疾病、呼吸系统疾病和恶性肿瘤之后，已经成为威胁人类生命的第四大杀手。全球每年因道路交通事故造成的直接经济损失高达5800多亿美元。因此，汽车的安全性能对人类生命和财产安全的影响是不言而喻的。研究预防安全，酒精浓度检测避免驾驶员酒后驾驶，车况检测以及轮胎气压检测能够很好的检测当前汽车的技术状况，排出安全隐患；研究行驶安全，通过灯光设计、改善驾驶员视野、路况检测、电子控制悬架系统ESS、驾驶员注意力检测、自适应巡航控制系统ACC和电子稳定系统ESP等技术增强操纵稳定性和行驶安全性；研究事故安全，汽车预碰撞系统AWS、电子机械制动系统EMB、防抱死制动系统ABS、驱动防滑系统ASR和电子制动力分配系统EBD最大程度的避免发生交通事故。为此，我们有必要研究汽车的安全系统，了解国内外现代汽车主动安全技术的研究现状，使主动安全技术应用于中低档车上加强对车辆的主动安全控制，实现车辆的人工智能，降低车辆的危害使汽车能够更好的为人类服务。现代汽车安全系统能够对汽车实现人工智能控制。加强对现代汽车安全系统的研究进程，不仅能够降低因发生交通事故而造成的财产损失，更好的保护人身安全，而且也能够在发生交通事故前充分做好安全预警工作提醒驾驶员注意安全，必要时汽车主动采取措施德州学院汽车工程系2010届交通运输专业毕业设计2避免交通事故的发生。现代汽车正在从被动安全系统向主动安全系统过度，主动安全技术在汽车上的应用解决了当今社会面临的又一大难题，成为人们减少交通事故、克服威胁人类生命安全的重要法宝。1.2国内外主动安全技术研究现状和发展趋势发达国家非常重视汽车的主动安全。汽车主动安全技术正引领新技术革命的到来。在美国，目前NHTSA(北美高速公路安全局)法规要求所有整车必须配置ABS；另外，IIHS(美国高速公路安全保险协会)的数据表明，安装了ESC系统以后，事故量有很大的降低，尤其反映在单车死亡事故上，其事故发生率下降幅度达到56%。因此NHTSA已经提交草案，要求从2009年到2011年，对于重量大于4.5吨的整车必须配置ESC系统。日本同样对汽车主动安全非常重视。J-NCAP(日本的新车碰撞测试)致力于测试时速100km/h的汽车突然刹车后的制动距离，分别在干燥路面和湿滑路面进行，记录从踩刹车之后到停止之前的距离。不可否认，J-NCAP的制动测试其实在各国的标准测试中也是很普遍的，但是从J-NCAP的测试报告中可以看出，日本国内汽车的制动效果逐年上升，制动距离从原来的55m-60m减少到现在的40m-44m，在汽车行驶中遇到突发事件时，这的确是有非常大的帮助的。同样在日本，从2005年起，JAMA(日本汽车制造商协会)就开始对配备ESC的需求进行分析和研究。在欧洲，欧盟的工业产业界和其他的相关组织一起启动了“eSafety”项目，该项目正致力于加速集成式智能化安全系统的研发和应用，以降低欧洲的交通事故，提高道路安全。作为“eSafety”项目的一个主要组成部分，PReVENT是由欧盟和欧洲汽车业界一起赞助的用以研发预防式的安全技术和系统，该系统帮助驾驶员通过车内的安全系统来探测周边环境的危险级别，并根据驾驶员本身的状态来决定如何更好地预防潜在事故的发生。我国在这方面的理论研究与实际应用也完全可以赶上和超过美国、日本和欧洲等发达西方国家，达到国际领先水平。在国家汽车主动安全技术的总体发展战略中，重庆大学从1997年开始着手进行国家自然科学基金项目“汽车安全行驶智能辅助操作系统”(批准号：69674012)的研究，到现在已经取得了突破性成果，并以此为基础，研究开发了“高速公路智能型汽车行驶主动安全预警系统”，通过了由国家重型汽车质量监督检测中心组织的测试和由重庆市科委组织的专家鉴定会鉴定，一致认为达到了国际先进水平。现代汽车主动安全电子技术将呈现出以下发展趋势：功能多样化、系统集成化、体积微型化、通讯网络化。世界各国研究汽车主动安全技术逐渐走向白热化阶段，本文综述了现代中低档汽车主动安全技术，在充分掌握目前国内外主要汽车主动安全技术现状的基础德州学院汽车工程系2010届交通运输专业毕业设计3上对主动安全技术进行整合与设计使其更好的应用于现代中低档汽车上。2现代中低档汽车预防安全技术研究与设计现代汽车预防安全技术能够很好的检测当前汽车的技术状况，能够很好的预判汽车能否正常行驶以及是否存在安全隐患，能够在汽车存在技术状况的时发出必要的预警信号和措施警告驾驶员，若驾驶员硬要驾驶存在安全隐患的汽车，汽车便会自动采取必要的强制措施来控制汽车。预防安全，酒精浓度检测避免驾驶员酒后驾驶，车况检测以及轮胎气压检测能够很好的检测当前汽车的技术状况，排出安全隐患。2.1酒精浓度检测系统设计（1）酒精浓度检测的目的酒精浓度传感器安装在驾驶室内，当驾驶员进入驾驶室，因其呼出的气体中含有乙醇的成分，传感器检测到这种成分，便将信号处理、放大成为计算机可以接收的信号，计算机做出判断，向控制器发出指令，使断电器工作，发动机熄火，禁止酒后驾车，避免酒后驾驶引发的交通事故。（2）酒精浓度传感器的结构酒精浓度传感器由热敏电阻、和壳体三部分组成。热敏电阻采用负温度系数的电阻（NTC），负温度系数热敏电阻其电阻值随着NTC热敏电阻本体温度的升高呈现出阶跃性的减小，温度越高，电阻值越小；热敏电阻主要用于加热SnO2，同时加速气体吸附、脱出的过程，提高器件的灵敏度和反应速度，烧去附着在探测部分的油雾、尘埃等污物，起清洁作用，控制不同的加热温度，增强对被测气体的选择性。SnO2是金属氧化物半导体气敏元件，在200-300度时吸附还原性气体乙醇而使电阻值急剧下降，因而，控制电流增大，磁场吸力大于弹簧弹力而断电。壳体要求比较严格，要求及耐高温又有很好的透气性。（3）酒精浓度传感器的工作原理这种传感器主要使用半导体气敏材料（SnO2），利用与其气体接触时使半导体的导电率等物理性质发生变化来检测待测气体的成分和浓度。这种传感器具有灵敏度高、响应时间和恢复时间快、使用寿命长及价格低等优点，将成为世界上产量最大、使用最广的传感器之一。SnO2金属氧化物半导体气敏元件，在200-300度时吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减小，从而使其阻值增加。而当遇到有能供给电子的还原型气体乙醇时，原来吸附的氧脱附，而以正离子状态吸附在金属氧化物半导体表面，氧脱附放出电子，还原型气体以正离子状态吸附也要放出电子，从而使氧化物半导体导带电子密德州学院汽车工程系2010届交通运输专业毕业设计4度增加，电阻值下降。当还原型气体不存在时，金属氧化物半导体又会自动恢复氧的负离子吸附，使电阻值回升到初始状态。空气中的氧的成分大体上是恒定的，因而氧的吸附量也是恒定的，酒精浓度传感器的阻值大致保持不变。如果被测气体流入这种气氛中，器件表面将产生吸附作用，器件的阻值将随气体浓度而变化，从浓度与阻值的变化关系即可得知气体的浓度。利用器件阻值的变化实现对断电器的控制，从而控制点火系统电路。（4）酒精检测电路的工作原理（如图2-1）打开点火开关（ON），电脑控制酒精浓度传感器搭铁，使传感器升温，随着温度上升NTC电阻阻值下降直至升值规定温度。电流流向为：电源+B→断电器→酒精浓度传感器→电脑搭铁→电源负极。当驾驶员未饮酒时，SnO2保持较高的阻值，因而回路中的电流较小，磁场力小于常闭触电弹簧的弹力，点火系统正常接通。当驾驶员饮酒后，进入驾驶室，因其呼出的气体中含有乙醇的成分，传感器检测到这种成分，吸附大量乙醇气体后，电阻值下降，因而回路中的电流较大，磁场力大于常闭触电弹簧的弹力，点火系统断开，无法正常启动。德州学院汽车工程系2010届交通运输专业毕业设计5图2-1酒精检测电路（5）结论酒精浓度检测系统可以避免酒后驾驶引发的交通事故，减少不必要的人员伤亡和财产损失。然而，该系统毕竟处于研究阶段要想成功应用到现代汽车中必须进行大量的选材与实验。在实验过程中，可以对酒精浓度传感器进行再处理使其更能发挥作用，也可以增加信号放大器控制电路的灵敏程度，还可以将现有高档汽车上的酒精浓度传感器和信号放大器进行重组改装使其更好、更成功的应用到现代中低档汽车上。2.2轮胎气压过低检测系统设计工作原理：轮胎气压过低检测系统是利用力的平衡原理制作成的。活动触点受弹簧弹力、气压压力和离心力的作用处于平衡状态，当轮胎气压过低时弹簧弹力大于气压压力与离心力的合力，活动触点接触固定触点而接通回路，“LOWTIRE”指示灯点亮，提醒驾驶员出现了气压太低情况（如图2-2）。德州学院汽车工程系2010届交通运输专业毕业设计6轮胎气压过低使操纵性降低，安全系数降低，会出现意外事故。因而对轮胎压力检测就十分关键，而当轮胎压力出现异常情况时，驾驶员往往会主动降速降低安全隐患。所以三个车速范围为主要的检测范围：24-26km/h，64-113km/h，113-145km/h。每一车速范围所对应的离心力可用F=mv2/r实验测得。充分利用实验数据寻找合适的材料，保证轮胎在正常压力范围内达到三力平衡而使活动触点刚刚与固定触点分离。轮胎压力偏低时，活动触点接通电路，“LOWTIRE”指示灯点亮，驾驶员观察到指示灯亮起时需到就近维修厂修理。维修工只需将轮胎低压报警装置拆下即可进行检测与维修作业。保证正常的轮胎气压是汽车安全行驶的先决条件之一，有利于汽车的主动安全。现在中高档汽车上普遍使用感应式的轮胎测压系统，有复杂的电子电路并受电脑控制，将其应用于中低档汽车上还存在一定的问题，因而设计简易的轮胎压力过低检测系统就十分必要了。图2-2轮胎气压检测3现代中低档汽车行驶安全研究与设计现在汽车档次不一，再加上道路条件等客观条件的限制，不同档次的车行驶安全性也就存在差异。行驶安全，通过对灯光进行设计、改善驾驶员视野、路况进行检测、电子控德州学院汽车工程系2010届交通运输专业毕业设计7制悬架系统ESS、驾驶员注意力检测、增加自适应巡航控制系统ACC和电子稳定系统ESP等技术增强操纵稳定性和行驶安全性。这样，普通中低档车也就在一定程度上加强了行驶主动安全性能。3.1前照灯自动闪光系统（1）前照灯自动闪光系统的作用与特点汽车前照灯自动闪光系统作用是根据对面灯光的强度，自动变换前照灯的近光或远光，以提醒对面驾驶员变换远近光，避免会车时驾驶员炫目。其最大的特点是可在无人操作的条件下实现灯光自动闪亮用以提醒对面驾驶员。（2）工作原理当对面没有车辆驶来时，光敏电阻无灯光照射，电阻非常大相当于断路，远近光只受组合变光开关的控制；当对面开着远光的车辆驶来时，光敏电阻接受灯光高度与强度信号电阻逐渐变小，电路中电流变大翼片受热膨胀短路闪光器的电阻丝，使继电器吸合开关触点至远光灯，远光闪亮；当对面驾驶员变为近光或者会车结束时，光敏电阻无较弱或无灯光照射，电阻又变大至无穷，自动变光电