吳建立　劉琴　王陽(yáng)　李莽　何正威

摘 要 傳統(tǒng)汽車(chē)安全技術(shù)的制動(dòng)力是汽車(chē)自身產(chǎn)生的，但在雨、雪等惡劣天氣，地面附著系數(shù)變小或者在制動(dòng)過(guò)程需要較大地面制動(dòng)力時(shí)，由于地面附作力不足而難以保證汽車(chē)的安全剎車(chē)距離，進(jìn)而導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。傳統(tǒng)意義的安全措施不能在特殊汽車(chē)工況下起到應(yīng)有的作用，因此我們可以考慮到利用非接觸力的作用來(lái)增加汽車(chē)制動(dòng)力的大小進(jìn)而保證汽車(chē)駕駛的安全性。電磁力在磁懸浮列車(chē)的成功應(yīng)用及超導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展為汽車(chē)的電磁防撞安全技術(shù)提供了可能。

關(guān)鍵詞 汽車(chē)安全技術(shù)；制動(dòng)力；摩擦系數(shù)；主動(dòng)安全技術(shù)；電磁防撞裝置

中圖分類號(hào)：U461 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）16-0118-01

電磁力在汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)中的探究

1 研究背景

人們對(duì)駕駛安全要求的不斷提高，汽車(chē)安全技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，使得汽車(chē)的安全技術(shù)日益成熟并逐步向智能化發(fā)展。傳統(tǒng)汽車(chē)設(shè)計(jì)是以提高汽車(chē)自身的性能為主，一切技術(shù)圍繞車(chē)開(kāi)展進(jìn)行，可以說(shuō)汽車(chē)技術(shù)是當(dāng)今科技發(fā)展成果的主要展現(xiàn)，相對(duì)而言對(duì)車(chē)以外的外部因素的考慮應(yīng)用不足，交通事故很大一部分是由于外部因素造成的，如駕駛?cè)藛T的疲勞駕駛，駕駛員的駕駛素質(zhì)，霧霾，雨雪等惡劣天氣的影響，地面摩擦系數(shù)的降低，先進(jìn)的制動(dòng)系統(tǒng)受到制動(dòng)力制動(dòng)距離的影響等，在惡劣的駕駛環(huán)境中，先進(jìn)的汽車(chē)技術(shù)無(wú)法達(dá)到預(yù)期的自動(dòng)效果。

2 傳統(tǒng)的安全方式

1）隨著汽車(chē)保有數(shù)量的不斷增加，交通事故頻頻發(fā)生，傳統(tǒng)的汽車(chē)安全理念急需改觀，安全帶、安全氣囊、保險(xiǎn)杠等多傳統(tǒng)的被動(dòng)安全方法并不能有效解決交通事故的發(fā)生，隨著科技的進(jìn)步，目前汽車(chē)安全分為主動(dòng)安全和被動(dòng)安全。主動(dòng)安全是通過(guò)預(yù)先的防范，避免事故發(fā)生，被動(dòng)安全則是在事故發(fā)生過(guò)程中或事故發(fā)生后，盡量減少損害的方法與措施，主動(dòng)安全技術(shù)越來(lái)越體現(xiàn)它的重要性，它可以避免人員及車(chē)輛的損傷，尤其是可以避免事后由于交通堵塞引起的間接經(jīng)濟(jì)損失，可以防患于未然。但實(shí)踐證明，主動(dòng)安全系統(tǒng)并不能完全取代被動(dòng)安全系統(tǒng)，無(wú)論多么精密的技術(shù)設(shè)備都不可能完全避免交通事故的發(fā)生。這其中最大的原因是地面制動(dòng)力不足引起的，由于地面制動(dòng)力的不理想而無(wú)法保證安全制動(dòng)距離。

2）在交通事故無(wú)法避免時(shí)，汽車(chē)在碰撞過(guò)程中，通過(guò)減少汽車(chē)剛度，來(lái)達(dá)到緩沖吸能的目的，日系車(chē)尤為突出。汽車(chē)結(jié)構(gòu)緩沖吸能技術(shù)主要是通過(guò)合理設(shè)計(jì)汽車(chē)結(jié)構(gòu)，使汽車(chē)碰撞部位達(dá)到最大塑性變形，或使汽車(chē)碰撞時(shí)帶動(dòng)其他緩沖吸能裝置（如液壓裝置、氣動(dòng)裝置或機(jī)械儲(chǔ)能裝置等）以達(dá)到緩沖吸能的目的。美國(guó)通用汽車(chē)公司，提出了一種可自動(dòng)伸縮式的前保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)，當(dāng)事故將要發(fā)生時(shí)，主動(dòng)將保險(xiǎn)杠伸出車(chē)體，與碰撞物先行碰撞，達(dá)到緩沖吸能的目的。這種裝置體積、質(zhì)量較大，會(huì)造成保險(xiǎn)杠不穩(wěn)定，且高速碰撞時(shí)吸收的能量也很有限。長(zhǎng)沙理工大學(xué)研究人員提出一種螺紋剪切式汽車(chē)碰撞智能吸能控制系統(tǒng)，在即將發(fā)生碰撞事故時(shí)，啟用此裝置，達(dá)到緩沖吸能的目的。這種裝置也只能應(yīng)用于低速碰撞，且制造成本較高。

3）傳統(tǒng)的安全方式由于汽車(chē)在高速運(yùn)行時(shí)，本身具有巨大的慣性力，在駕駛員遇到緊急情況時(shí)不可避免的發(fā)生交通事故，造成財(cái)產(chǎn)損失，人身傷亡。

3 電磁力應(yīng)用的可行性分析

1）電磁力是一種非常強(qiáng)的非接觸力，電磁力的變化是非線性變化，通過(guò)ANSYS的電磁力仿真實(shí)驗(yàn)可得到電磁力主要集中在最后1～300 mm的距離內(nèi)，此時(shí)電磁力增長(zhǎng)非常快，距離為10 mm時(shí)，電磁力為2.77*10^7 N；當(dāng)距離為300～1000 mm時(shí)，電磁力變化很小，當(dāng)距離為1000 mm時(shí)，電磁力只有9.58 N，當(dāng)兩車(chē)距離大于1米時(shí)，電磁力基本消失，由此電磁力的作用就是相當(dāng)于增大了汽車(chē)的緩沖距離，產(chǎn)生的電磁力比直接碰撞的力小很多，同時(shí)由于電磁力主要作用在底盤(pán)上，不會(huì)對(duì)汽車(chē)的車(chē)頭造成損壞，因此電磁力的應(yīng)用即可以減少車(chē)禍對(duì)車(chē)輛的損害也可以減少車(chē)禍對(duì)人的傷害。

2）現(xiàn)代汽車(chē)多采用承載式車(chē)身，并且是一個(gè)薄壁結(jié)構(gòu)。當(dāng)汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，多是利用汽車(chē)車(chē)身的折疊和破裂來(lái)吸收能量，相當(dāng)于以自毀的方式來(lái)減輕車(chē)上人員可能遭受的傷害。但是由于汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)的能量巨大，汽車(chē)變形吸能后會(huì)導(dǎo)致駕駛室急劇壓縮，甚至導(dǎo)致駕駛員死亡或者腿部被卡住而無(wú)法自救或者后續(xù)救援。如果采用電磁防撞裝置，產(chǎn)生的電磁力主要集中在車(chē)身底部，也就是整個(gè)汽車(chē)上剛度最大的部位，使汽車(chē)制動(dòng)迅速，并且變形小，事故后的維修費(fèi)用大大降低，最主要的是不會(huì)傷害到車(chē)上人員。

由于電磁力只能對(duì)很短距離內(nèi)起到最大作用且具有方向性，所以不會(huì)對(duì)道路和其他車(chē)輛發(fā)生干擾，為可行性提供了實(shí)際理論依據(jù)。

4 電磁防撞系統(tǒng)的初步構(gòu)思

汽車(chē)電磁防撞系統(tǒng)是利用電磁鐵的同性相斥的原理，通過(guò)產(chǎn)生電磁排斥力，實(shí)現(xiàn)兩車(chē)的減速停車(chē)。在汽車(chē)頭部和尾部放置超導(dǎo)線圈，利用汽車(chē)自帶電能，利用電能形成強(qiáng)大電磁場(chǎng)進(jìn)而利用電磁力同性相排斥來(lái)增加制動(dòng)力，防止汽車(chē)相撞。汽車(chē)防撞系統(tǒng)對(duì)高速同向行駛的汽車(chē)防撞系統(tǒng)效果最好。

電磁防撞系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)對(duì)汽車(chē)交通事故的分析結(jié)果表明，在所發(fā)生的交通事故當(dāng)中，高速路汽車(chē)追尾碰撞造成的事故占到65%以上，交通事故對(duì)社會(huì)和人民群眾的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)安全造成了極大的危害。利用成本低廉的電磁防撞系統(tǒng)，對(duì)于充分發(fā)揮現(xiàn)有汽車(chē)主動(dòng)安全技術(shù)基礎(chǔ)上，提高運(yùn)輸效率、保障交通安全、改善城市環(huán)境等方面具有很現(xiàn)實(shí)的意義。

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