电子技术在未来汽车安全上的应用与发展

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1、电子技术在未来汽车安全上的应用与发展 作者： 源自： 访问：271 日期：2005-12-8 【 字号： 大 中 小 】 摘要:本文阐述了近年来世界各国法规对汽车的被动安全性提出了越来越严格的要求, 促使各汽车制造商采取各种措施满足法规要求.并介绍了很多即将在未来汽车上应用的新型 被动安全技术。 关键词：未来汽车、安全技术、电子装备二次大战以后，汽车保有量迅速增加，其性能也 不断提高，特别是发动机功率的加大，使车速也不断提高。因此，造成道路交通事故的增 加及人员伤亡增多，引起了社会各界的关注。发达国家的政府开始制定安全法规，于 60 年 代后期相继出台。实施安全法规后，其死亡率逐年下降。为贯彻

2、执行这些法规，汽车厂商 采取了很多措施添置了很多装置，其中电子技术起到了很大作用。 近年来世界各国法规对汽车的被动安全性提出了越来越严格的要求，促使各汽车制造 商采取各种措施满足法规要求。为了 21 世纪的汽车更加安全可靠,同时为提高自已产品的 的市场竞争能力,各汽车制造商在使其产品满足法规要求基础上,装备了多种新装置来提高汽 车的被动安全性能。其中包括：驾驶员座位处正面碰撞安全气囊、副驾驶员座位处正面碰 撞安全气囊、装在车门内的侧面碰撞安全气囊、碰撞安全车身、后中间椅三点式安全带、 感知撞击的门锁解除系统等。近年来成其日本各大汽车公司相继开发了 21 世纪先进安全实 验车 ASV 的研究工作

3、。其中丰田汽车公司在已完成的 TOYOTAASV 上采用了很多新型安 全技术装备。未来汽车在被动安全性能方面的电子技术应用与发展有： 1、睡眠驾驶警报系统 防止在驾驶员睡眠（意识低下）状态下发生事故：通过监视转向操作和驾驶员心跳状 态感知睡眠（意识低下）特有的现象；通过警报声和警报指示提醒驾驶员休息：在意识进 一步低下的情况下座椅产生振动使驾驶员觉醒，并警告其休息；警告后驾驶员继续处于睡 眠（意识低下）状态驾车行驶时，电子控制油门和制动系统自动停车。 疲劳驾驶以至瞌睡是引发事故的一个很重要的因素，用探测转向状态及驾驶脉搏，以 判断驾驶是否开始瞌睡。若认为是轻度瞌睡，则发声及闪亮警告灯，提醒驾驶

4、员采取措施。 如果驾驶员未觉察仍继续瞌睡，则此装置会振动驾驶员的座椅，以唤醒驾驶员采取措施。 如驾驶员仍然不醒，此装置会自动刹停车辆。这对防止驾驶员在瞌睡状态下操作非常有效。 还有采用摄像机监视驾驶员，当发现有任何瞌睡征兆（如眼皮动作、头部摆动等） ，就及时 发出警告。同时将空调开到最大制冷，并向驾驶员头部吹冷风。或利用导航装置的陀螺仪 感知车辆发生不正常的“蛇行”状况，发出警告。 2、轮胎气压不足监视、警报系统 汽车行驶中如轮胎气压不足，将导致燃油消耗的增加、轮胎磨损不均匀，并使稳定性 及操纵性变坏：特别是在高速行驶时，容易引发事故。因此，极需一种能在行驶中能监视 轮胎气压的装置，当发现气压

5、降低时，及时发生警告，防止轮胎破损而发生事矿。用压力 传感器直接测量感知气压的方法，由车轮转速传感器检测各个车轮转速，判断轮胎充气气 压是否不足；用车轮速度传感器探测四个车轮的振动波，当轮胎气压降低，则轮胎刚度下 降，簧下质量的谐振频率就降低，车载的 ECU 就能分析出某个轮胎气压不足，就会发出响 声和用指示灯警告驾驶员对轮胎补气。 3、安全气囊 装设安全气囊，对保护乘车人员能够起到很大作用。据调查，装有安全气囊的车辆， 驾驶人员在撞车中丧生的危险性降低了 18%。事故调研发现，造成人员受伤的侧碰撞约占 301%，其中 44%的事故其乘员有致命的受伤。25%以上系头部受伤，这多数发生在侧碰撞

6、及多车碰撞保护系统的要求。由于侧面距门窗的距离很近，故侧碰撞安全气囊的响应时间 要更快，对电子系统提出了更高的要求。西门子公司为此开发了响应更快的传感器及中央 处理器，可以在 4ms 内展开气囊，比现有的正碰撞气囊反应时间 40ms 要快得多。 为了在侧碰撞时能更好地保护头部及侧胸，各公司都积极地的做了大量工作。沃尔沃 公司在其 1995 年型的 850 系列车上装设侧碰撞气囊。1996 年 1 月就扩展到所有系列。奔 驰公司在 1997 年型的 E420 车上也开始装侧碰撞气囊。为了更进一步保护头部，很多公司 又推出了充气帘式保护气囊。奔驰公司已于 1998 年 7 月开始，在所以 E 级车

7、上装设长过 2m（从前风挡玻璃一直到后窗） ，宽 300mm,厚 50mm 的充气帘，可在 25ms 内充满。宝马 公司也在 1998 年的 5 系列及 7 系列车型上，将一种称为头部保护系统（HPS）的充气帘作 为标准装置。这种侧碰撞保护装置，是一种直径 3.8cm，长 1.52m 挠性管，充气后直径可 达 12.95cm，一直从前立柱到中立柱后，穿越门框，在发生侧翻滚时也可起一定保护作用。 西门子公司还开发了一种保护脚部的气囊。这种气囊设在驾驶员脚下的衬垫里。当发生挂 车时,它比正碰撞气囊早数毫秒自动充气弹出,直径约 7.6cm,可使驾驶员的双脚改变角度,从 而避免被刹车踏板和油门踏板撞断

8、.以减少重伤 70%。 智能式气囊，主要指能探测是否座位上有人，乘坐者体重与身材，乘坐者否在正确的 位置，碰撞的强度等，根据探测到的信息，确定气囊是否要展开或展开的程度（气压与速 度） 。从而，达到最合适充气状态，以免由于强烈冲击而伤害乘坐者。从探测到运算到发出 指令，都由电子设施完成。现在很多公司都在积极开展这类产品的研究与开发。 4、 盲区监视、警示系统 防止在观察困难的十字路口等转弯时发生事故：通过装在前保险杠左右侧的 CCD 摄影机将观察不到的外部情况进行显示，供驾驶员监视。 在行驶或停车过程中，常常由于存在盲区，使驾驶员不能及时发现障碍易发生碰撞事 故。该系统用于在停车过程中靠近障碍

9、物时能向驾驶员发出警告，如在车前或车后有孩童 存在时发出警告，以免发生误伤。这种系统在前、后保险杠上装设超声波发射及接收器， 根据发出的信号回收时间，可算出距障碍的距离。然后显示在仪表板上的液晶显示屏上。 这个显示屏只有在车速低于 16km/h 时才开启。当车辆接近障碍到 1m 就开始显示，当保险 杠距障碍约 250mm 时，就会发出声响警告驾驶员。 丰田公司研制了一种间隙探测声纳系统。 这也是一种利用超声波传感技术的辅助安 全系统。主要是帮助驾驶员“观察”汽车四周，可测出汽车四周 50cm 以内的物体与汽车 之间的距离。主要是由四个装在前、后保险杠 4 角的传感器，电子控制装置和显示装置构

10、成。根据传感器发出信号及回收时间，算出距离障碍物的距离。由装在仪表板上的 4 个指 示灯（每个灯对应一个传感器）的闪亮频率，指示出车辆距障碍的大致距离。另有一个蜂鸣器，与距障碍物最近的传感器相对应的指示灯的闪亮频率同步发声。以加强驾驶员的注 意。 美国一家公司也研制了能克服驾驶员“盲区”的防碰撞系统，有助于在车辆换车道时 防止碰撞旁边行驶的车辆。在汽车的两侧及后部安装了传感器，对着驾驶员的“盲区”以 超声波扫描。如有车辆进入扫描范围，装在后视镜上的发光二极管就会闪烁发出警告。奔 驰公司还在研究一项用雷达技术透过前车面“观察”迎面驶来的车流情况，可使超车安全 面方便的系统。这套系统用 16 个雷

11、达传感器,可在黑夜或大雾的情况下透过前车看清迎面 驶来的车辆及路侧的边缘,以保证行车的安全。 5、 智能式车速控制系统 这种系统也有称为适应性车速控制系统 ACC。行驶车速控制系统是 70 年代末研制， 80 年代在美国开始较广泛采用的一种电子控制系统。在长途行驶中是十分方便有用的。驾 驶员可以将脚离开加速踏板而自由活动。1997 年在美国轿车上的装车率已达 78.5%.在轻型 货车（包括面包车）上的装用率也达 76.4%。在欧洲应用还不普遍，仅占 10%。这是由于 欧洲公路上车辆密度较大，不太容易保持恒定车速行驶。 这种智能式车速控制系统，由于加装了雷达微波探测系统及高速微处理器，它可以探

12、测到 150m 处，本车道上前面行驶的车辆。设定一个车速后，当行驶至靠近前车时，就会 发出警告。同时自动降低发动机转速及开始制动，有的结构还具有可与前车保持一定距离 的 3 个定距离设定。因此，一些公司认为这种系统在欧洲会有很大的市场。 6、 电动门锁、车窗控制系统 一般车辆现都有电动门锁，用电磁铁操纵车门的锁死或开启。比较讲究的是自动门锁， 设有车辆速度传感器，当车速达到设定值时，便会将所有车门锁死。 另外，汽车的电动车窗玻璃升降器，若发生事故掉入水中，其开关线路就会短路而无 法开启或关闭。为此，日产汽车公司研制了一种新结构，当落入水中，传感器感知后便会 自动切断开关电路，并由蓄电池供电自动

13、开启车窗。 西门子公司最近还研制了一种关窗时可防止夹伤人体的保险机构。这种结构设置了一 个传感器可以探测在窗缝间是否有物体存在，若停止关闭重新开启。 通用公司早在 1985 年就推出了电子门锁，称为遥控无钥匙门锁。近年来不断改进引 增加功能，以方便顾客。例如，除了开启车门外，还能开启加油口盖、设定车内温度控制、 定收音机频道、设定驾驶员最适宜的座椅位置调整及后视镜位置的调整等。现改称为遥掐 功能执行器。沃乐沃公司在防盗方面也做了很多工作。其车门防盗锁锁死后，即使打破玻 璃窗厢从里面开启车门也是不可能的。没有正确代码输送给发动机管理系统的计算机，则 燃油泵、点火系统、启动马达都是被锁住的，因而，

14、不可能启动发动机。当车辆被锁定后， 其报警装置就开始启动。如强行开启车门、开启发动机罩盖或行李箱盖，或打破玻璃或拖 动汽气，则报警装置就会发出警报。 奔驰公司装用了西门子公司开发的电子锁定器用于 CLK 车型于 1997 年投放美国市场， 称之为 ELCODE，当插入钥匙后，就会发出一个远红外线数据信号，在点火开关处的微处 理器验证其代码后，开启方向盘电动锁，此代码每启动一次后就变更新的。然后，发动机 管理系统的计算机再次进行验证，要求解一道复杂的数学题，合格后才能启动发动机。整 个过程约 0.2s。采用这电子锁定装置后，其车辆被盗率大大下降。通用公司的欧宝也在其 1998 年型车上采用这种装

15、置。 西门子公司还开发了另一种智勇夺卡系统，这种智能卡看起来就像普通信用卡，其表 面 4 个小凸起开关。驾驶者只要将此卡放在口袋内，用手触及门把，中央门锁系统就会启 动并发送一个远红外线信号。当智能卡应答后，车门锁就会打开，在启动时只有当中央处 理器确认此卡在车内才能启动。此卡同时具备所有其他标准遥控功能。如座椅位置记忆、 后视镜位置记忆、方向盘位置记忆，车库门的开启以及遥控启动等。卡上的电池如用完了， 可以快速感应充电，只要摸着门把，将卡片靠近可能装在后视镜上的接收天线即可。 英国 JLImaging 公司发明的电子门锁是在手表或手链上装一电路系统，通过手触摸传 递代码信号而开锁，可防止代码

16、通过空中传递被罪犯监测而复制。美国 TRW 公司则采用 超声波双向信号传递。当擦测到不正常的钥匙插入便会锁定点火装置，并发出声响警报及 数字显示给车主（当车主在 100m 范围内） 。 7、其他防护措施 （1） 前照灯自动配光控制系统根据道路环境自动配光，提高视野：用毫米波雷达和 CCD 摄影机对道路环境（迎面、 前行是否有车）进行监视；通过近光远照，在近光与远光之间实现可变式配光形式；避免 使迎面、前行车产生目眩，自动控制最佳的配光形式；通过对道路状况监视，调整行进方 向的配光，获得好的照射亮度。（2）车辆间能够相互传递情报的灯光系统驾驶员的意图和车辆运行状态通过外部传递；用辅助灯光和已有的灯光的开关来表 示各种情报：“请先行” （在十字路口处对迎面车或行人让路信号） 、 “制动预告” （自动制 动操纵时，对后车发出的制动预告信号） 、 “注意前方、横向” （让路时，对后车发出的注意 信号） 、 “请求求助” （驾驶员体质变化和非正常停车时，对后续车发出的防止追尾和对外请 求救助信号） 。 （3）提供交通信息的导航系统 及时提供交通信息，减轻驾驶员驾驶负担：从道路