试论现代汽车新的安全技术

       1 现代汽车安全性能 
　　现代汽车安全性能是指通过信息技术的应用，使汽车在行驶中能更好地避免或减缓事故，以保障交通参与者人身和财产安全的特性。汽车的安全性能分为主动安全性能和被动安全性能。事实上，安全性能好的汽车，往往可以避免事故的发生或减少人员伤亡和财产损失的程度，由此可见，安全、舒适的交通环境，汽车的安全性能是重要的因素。从某种意义上说，汽车的安全能性能甚至超出了技术的本身，已成为一个重要的社会问题。 
　　2 汽车主动安全性能及装置 
　　2.1 车身稳定控制系统 
　　车身稳定控制系统是在汽车制动防抱死系统（ABS）和牵引力控制系统（TCS）功能的基础上，增加了汽车在转弯运行时橫摆率传感器、侧向加速度传感器和方向盘转角传感器等装置，通过行车电脑控制车轮驱动力和制动力的大小，以确保汽车运行时的侧向稳定性。装有电子稳定程序的汽车也会同时具备驱动防滑系统、电子防滑差速器、防抱死制动系统的功能。当驾驶人操纵的汽车运行数据超过极限值时，由计算机、信息处理和执行机构组成的ESP系统会自动辅助驾驶人进行操作修正，从而确保行车安全[1]。其主要是通过控制发动机节气门的开度来控制输出转矩来调节车速，或者通过对某些车轮的制动，让车速减缓到可控制的速度范围内。行车电脑主要通过转向盘的转向角度传感器、车轮转速传感器、侧倾力矩传感器等来判断汽车的行驶状况。即：转向角度传感器会适时将检测到的转向角度，车轮转速传感器会将其检测到的车轮转速传给ESP，行车电脑会根据各个车轮的转速换算出汽车运行轨迹，并与存储器里理论的运动轨迹进行对比判断，若检测出某个车轮丧失附着力，行车电脑就会通过执行元件减小节气门的开度，然后通过制动系统对某个车轮进行制动，来修正运动轨迹；当电脑判断出实际运动轨迹与理论运动轨迹一致时，ESP系统就会自动解除控制。该系统就是在车辆运行的紧急情况下帮助驾驶人保持对车辆的控制[2]。 
　　2.2 疲劳驾驶预警系统 
　　每个驾驶人都会经历受睡眠不足、路况单一、长时间驾驶或其他恶劣天气条件等交通环境影响而导致驾驶疲劳的情况。据统计，60%以上的交通伤亡事故是因疲劳驾驶造成的。经研究，在行车危机发生之前，基于车辆行驶状态和驾驶人生理特性，驾驶人的疲劳迹象是可以通过技术手段来检测的。如：驾驶速度、道路标识线的位置、操作情况和方向盘的受力变化等来判断驾驶人的疲劳程度。疲劳驾驶预警系统由行车电脑和摄像头两大模块组成，基于驾驶人生理图像反应，通过驾驶人眼睛闭合时间变化、视线凝视方向改变、打哈欠等面部特征和头部运动规律等生理节律与事先储存在行车电脑里的相应数据相对比，来判断驾驶人行车疲劳状况，并进行报警提示和采取相应措施的主动智能安全系统[3]。 
　　2.2.1 疲劳驾驶提醒系统 
　　该系统会自动记录驾驶人正常驾车时的操作行为等信息，并与车辆实时运行的操作变化进行识别对比。比如，当出现转向操作频率变低并伴随着急促的转向时，是驾驶精力分散的集中表现。在综合行车里程和连续驾车时间等其他参数，系统会对驾驶人的疲劳强度进行计算和鉴别并通过仪表盘上的闪烁图标或语音作出提醒。 
　　2.2.2 注意力辅助系统 
　　该系统是靠安装在车辆上的几十个传感器检测到的车辆高速行驶时车轮纵向和横向加速度，方向盘转动的角度、转向灯和踏板的使用频率，甚至在侧风的变化和崎岖不平的路面等情况下采集到的行车信息，与系统存储的正常情况下的行车记录信息和驾车习惯行为等信息进行对比，从而判断驾驶人的注意力是否集中，身体是否疲劳。比如：驾驶人打盹时会轻打方向盘，然后又会下意识地及时修正，这是疲劳的特征表现之一。当系统感知到驾驶人正处于精力分散或疲劳驾驶时，行车电脑会发出仪表盘上的图文提示或语音提示。 
　　2.2.3 驾驶人安全警告系统 
　　车辆在行驶中，特别是在平直的道路上行车时，容易使司机进入精神放松状态，若出现分神打盹或行车时速超过65公里时，驾驶人安全警告系统均会被自动激活。其原理是：由一个装在风挡和车内后视镜之间的摄像头发出的信号及车辆行驶的轮迹动态数据，行车电脑会计算出实时线路与车道标识线之间的距离，并与储存在行车电脑的驾驶人正常驾驶风格的数据进行判断和对比，如果检测到较大的差异数据并判断有疲态或分心的迹象，评估的结轮处于高风险状态时，系统就通过仪表盘上的图像提醒或声音信号向驾驶人发出警示信息。 
　　2.3 汽车防撞安全新技术 

　　防撞控制系统是利用光线、激光、或超声波通过传感器检测汽车与障碍物间的距离信息及车速传感器和车轮传感器收集到的数据信息一起输入电控系统，通过行车电脑计算出车辆与障碍物的实际距离及相对速度，从而显示接近距离并发出预警信号。当要发生碰撞时，行车电脑及时对节气门控制单元和刹车装置输出控制信号，使发动机降速或行车制动，以避免碰撞事故的发生。当汽车点火开关打开，行车电脑根据变速杆所处档位，显示屏上会显示路况图像。激光雷达是靠接受被测物体返回激光的时间差来计算车辆与被测物体间的距离，根据光的反射特性，将光元件接收到的光通量释放的电流值转换为图像信号输出，测出车辆前部与障碍物稳定的较长距离，在车辆的侧部和后部检出的距离与实际相比变短。超声波传感器的原理是利用日常的回声现象制成的倒车声呐系统，倒车时靠超声波检测与后方障碍物的距离，并通过指示灯、图像或蜂鸣声对驾驶人进行提醒。电磁波传感器是采用电磁震荡原理，通过发射电磁波信息来检测车辆周围有无障碍物并提示驾驶人的一種电子装置。新型光学防撞传感器，可实现辅助制动功能。能在汽车追尾危险时辅助驾驶人及时制动，特别在低速行驶时完全可避免主动追尾事故的发生，该系统可扫描左右前方10米的区域范围，当检测出物体时，光学传感器随即发出信号并返回，此时安装在内视镜旁的发射接收装置会接收该信号并计算出物体与车辆的距离，以及车辆的接近速度[4]。

       3 汽车被动安全性能与装置 
　　3.1 汽车的吸能结构及装置 
　　汽车的结构吸能是一旦发生交通事故，靠科学合理设计的车身结构来吸收因撞击而产生的大部分冲击能量，从而尽可能保证车内座舱空间，不挤伤驾乘人员的能力。在现代汽车的结构设计中，（1）通常采用计算机辅助设计工程和有限元分析的设计方法，使车头结构拥有一个可变形而吸收能量的能力，座舱和车身有一个有足够强度且形状稳定的设计理念，从而使汽车头部抵抗变形的能力小于座舱；（2）在受撞击易变形的车门夹层之间增装高强度Y型钢架梁，提高车门的抗扭强度，以减少车体受撞击时的变形，从而保障驾乘人员的安全；（3）采用吸能转向柱装置，在汽车发生正面碰撞时，为避免因车头变形而引起的方向盘连同转向轴向驾驶人方向移动对驾驶人造成伤害，通常在设计时降低转向轴下端的刚度，当车辆碰撞时产生应力集中，使转向轴下端发生弯曲变形，转向柱在吸收冲击能量时使方向盘产生向前和向下运动的趋势，以尽可能保证驾驶人的安全；（4）客舱内座椅、仪表盘等附件的表面应光滑，装饰物的材质柔软，避免用尖角零部件，从而减少事故时的伤害；（5）车用玻璃选用受碰撞后只裂不碎，或不呈尖角的新材料，以减少车辆碰撞时对人的伤害[5]。 
　　3.2 行人安全保护系统 
　　（1）汽车发动机舱盖机械系统。该系统是汽车发生碰撞时能瞬时变形鼓起，在舱盖和苍内部件之间形成吸能区，把汽车撞向行人的动能转化成舱盖变形和提升机器盖的能量，同时使被撞的人体与柔性圆滑面上接触，尽可能减少对行人的伤害。当然，只有把发动机盖下各部件的能量吸收相协调才能最大限度地保护行人安全。（2）行人安全气囊系统。该系统一般由发动机舱盖气囊和前围安全气囊组成，舱盖气囊安装在保险杠上方，由碰撞预警传感器控制，在撞击瞬间通常是50-75毫秒内就能弹出并完成充气。能确保气囊展开后与汽车前端轮廓一致，以免在猛烈撞击下行人和驾乘人员受到更大伤害；当传感器探测到行人与汽车保险杠发生初始撞击后弹出，两个前围安全气囊能将汽车前部的整个宽带覆盖，主要防止和减少行人被甩到发动机舱盖上滚向车窗受到的二次伤害。 
　　3.3 安全气囊 
　　车内安全气囊对行车安全的作用不言而喻，当汽车发生碰撞时，车内感应模块通过行车电脑对信号快速做出处理，当发生碰撞的冲击力超出安全带的保护能力时，便以1/100秒的速度释放气囊，使乘员的头部、胸部与较为柔软的气囊接触，从而减轻撞击对车内乘员的伤害，而且汽车安全气囊不仅仅局限于驾驶人位置，使汽车安全性能大大提高[6]。 
　　3.4 膨胀式安全带 
　　当汽车受到特别大的碰撞冲击时，为避免安全带勒伤乘客的情形，设计者在原先设计好的安全带中预置一个带感知装置的安全气囊，当安全带产生紧束动作时该气囊也同时充气形成弹性空间，从而更好地保护驾车人员免受伤害。 
　　3.5 主动头颈保护系统 
　　当车辆受到后车追尾撞击时，头部相对于身体的剧烈晃动，最容易受到伤害的部位是驾乘人员的颈椎。当车辆遭受追尾撞击时，安装在汽车座椅上的头颈保护气囊就会迅速充气膨胀，在靠背后倾的同时，驾乘人员的整个背部会与安全气囊贴在一起，以最大限度地减少头部向前甩的冲力，随着椅背和头枕的水平移动，使身体得到轻柔、均衡的支撑保护，以减缓头颈免受较强的冲击和伤害。 
　　4 结语 
　　总之，基于“信息物理系统”的工业4.0時代的到来，汽车新技术的运用，新结构的变化，始终会围绕着改善汽车安全性能这个永恒的主题来展开。随着汽车与互联网的关系越来越紧密，更舒适、更安全的智慧汽车是人们追求的目标。 
　　参考文献 
　　[1]刘国涛.汽车主动安全技术探讨.科技信息，科技信息，2012（11）：140. 
　　[2]成婷婷.智能汽车主动避撞的一些控制方法研究[D].山西大学，2011. 
　　[3]张伟.G市道路交通事故预防对策研究[D].兰州大学，2011. 
　　[4]王芮.汽车未来的发展趋势[J].企业技术开发，企业技术开发月刊，2011（7）：124. 
　　[5]黄宁军.发展中的汽车主动安全技术[J].汽车工业研究，2000（5）：35-37. 
　　[6]余文明，孙根胜.现代汽车电子控制技术的应用及发展趋势[J].上海汽车，2003（3）：38-40.

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