丁家寶

摘要：隨著我國汽車保有量的增加，對汽車的安全性有了更高的要求。為了提高汽車行駛的安全性，在汽車設(shè)計時會研究防撞系統(tǒng)。汽車安全性設(shè)計可分為主動安全和被動安全，主動安全設(shè)計為可避免汽車發(fā)生安全事故，被動安全設(shè)計為在汽車發(fā)生安全事故時能夠確保駕乘人員的安全性?，F(xiàn)階段我國汽車安全設(shè)計主要以被動安全設(shè)計為主，隨著安全需求的提升，主動安全設(shè)計成為汽車設(shè)計發(fā)展的重要趨勢。文章主要對主動防撞系統(tǒng)研究開發(fā)進行分析，目的在于盡可能的避免事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：汽車設(shè)計;安全性;主動防撞系統(tǒng);控制系統(tǒng);執(zhí)行機構(gòu)

1 ?設(shè)計的目的與意義

伴隨著中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，汽車作為現(xiàn)代交通工具越來越普及。伴隨使用頻率和公路等級不斷提高，汽車的行駛速度逐漸加快，方便了人們出行也促進經(jīng)濟的快速發(fā)展。以此同時也帶來了一定的負(fù)面影響，能源的浪費，環(huán)境的污染以及交通事故的發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)外因為汽車交通事故而引發(fā)的人員傷亡和財產(chǎn)損失十分巨大，在全世界幾乎平均每分鐘就有一人死于交通事故，汽車交通事故已成為一大社會公害。頻發(fā)的事故引起人們對汽車行駛安全更多的重視。

而傳統(tǒng)的汽車安全設(shè)計系統(tǒng)，主要是針對汽車在發(fā)生安全事故以后如何采取有效措施來保證駕乘人員的安全性，卻忽略了對汽車自身的保護，這種設(shè)計理念已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代交通的安全需求，所以需要在理念和技術(shù)兩個方面對汽車防撞系統(tǒng)進行設(shè)計和研究。汽車主動防撞系統(tǒng)研究的核心為通過研發(fā)的裝置能夠?qū)ζ嚽胺揭约爸車能囕v運行情況進行測量，然后通過大量的數(shù)據(jù)分析能夠進行自動安全控制。此種設(shè)計理念為在汽車可能具有碰撞安全的風(fēng)險時，提前采取相應(yīng)措施避免安全事故的發(fā)生，大大降低安全事故的發(fā)生，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失，這是我國汽車安全設(shè)計應(yīng)該面對的問題。

2 ?汽車主動防撞系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 汽車主動防撞系統(tǒng)概述

汽車主動防撞系統(tǒng)（automatic bump-shielded system of the automobile）是智能汽車的一部分。汽車主動防撞系統(tǒng)，是主動防止汽車發(fā)生碰撞事故的一種智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過防撞裝置能夠?qū)ζ嚨倪\行環(huán)境進行監(jiān)測，對于可能會與汽車發(fā)生碰撞的車輛、行人以及其他障礙物都能夠有效監(jiān)測到，然后系統(tǒng)會發(fā)出警報，并且系統(tǒng)的控制部分會采取相應(yīng)的措施以規(guī)避危險源，防止安全事故的發(fā)生。

據(jù)相關(guān)資料顯示有70%～90%的事故原因是由于駕駛員本身操作原因造成的，如果能在事故發(fā)生之前提醒駕駛員或是能夠自我改變行車情況來避免事故的發(fā)生，對減少汽車事故的發(fā)生有著很大的幫助。汽車主動防撞系統(tǒng)正是實現(xiàn)這一功能的技術(shù)手段。

2.2 汽車主動防撞系統(tǒng)當(dāng)前技術(shù)

具體來講，汽車主動防撞系統(tǒng)包含照明燈、信號燈、汽車前后的視野、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)等。由公安部交通管理局的統(tǒng)計資料表明每年都會有一部分交通事故是因為燈光失效、轉(zhuǎn)向失靈和制動不良引起的，盡管由于汽車系統(tǒng)不良造成的交通事故占得比例不是主要的，但是引起的傷亡事故人數(shù)也是驚人的。汽車生產(chǎn)制造商決不能輕視，必須從設(shè)計制造和檢驗各個環(huán)節(jié)給予高度重視，力求做到萬無一失。

目前市場上開發(fā)的汽車主動防撞系統(tǒng)有3種類型：

①車輛主動防撞報警CWS（collision warning System）系統(tǒng)。它是專門針對減輕減少汽車碰撞危害發(fā)生而研發(fā)的，該系統(tǒng)會對探測到的危險情況給出警報，其主要的目的是在危險情況下能及時提醒駕駛員，使駕駛員有多一點反應(yīng)時間來避免即將發(fā)生的交通安全事故，這一系統(tǒng)在美國的部分公交車以及重型貨車中已經(jīng)有所應(yīng)用。

②車輛自適應(yīng)巡航控制ACC（adaptivecruisecontrol）系統(tǒng)，其主要目的是主動防撞，該系統(tǒng)對于簡單的道路交通能夠?qū)崿F(xiàn)巡航控制，并且具有主動防撞技術(shù)，現(xiàn)階段在高檔轎車設(shè)計中有所應(yīng)用，該技術(shù)還可以減輕駕駛員的駕駛疲勞，讓駕駛員保持較好的精力和注意力，不會讓駕駛員疲勞駕駛從而減少事故的發(fā)生。

③復(fù)合型車輛智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)比較適用于交通環(huán)境比較復(fù)雜的市區(qū)交通中，在ACC自巡航系統(tǒng)基礎(chǔ)上，輔以車輛停走系統(tǒng)，可大大提高車輛智能控制的效率。相對于ACC自巡航系統(tǒng)，停走系統(tǒng)由于所處交通環(huán)境的復(fù)雜和系統(tǒng)對硬件要求程度高，系統(tǒng)實現(xiàn)難度很大，各個汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的生產(chǎn)商都早早注意到這項技術(shù)而且早已積極地開展研發(fā)。復(fù)合型車輛智能控制系統(tǒng)是較符合大眾理想型的主動防撞系統(tǒng)，也是我們努力想要得到的主動防撞系統(tǒng)，相信在未來不久一天此項技術(shù)會很完善的用于實際車輛上。

2.3 主動防撞系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成

現(xiàn)有的汽車主動防撞系統(tǒng)基本都是由三部分組成，分別如下：

①信號采集系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要是各項數(shù)據(jù)信息的采集，包括本身及前車的行駛速度，兩車間的距離，車輛行駛狀態(tài)以及駕駛員狀態(tài)?？衫美走_(dá)、聲吶、激光以及超聲波等技術(shù)進行測量。

②數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：在獲取兩車的距離以及瞬時相對速度后，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)會對所采集的信息進行分析，如果兩車的安全距離較小，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)就會發(fā)出指令。同時該系統(tǒng)還會對行車狀態(tài)和駕乘狀態(tài)做出分析，然后決定是否發(fā)出指令。

③執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)主要是按照數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的指令執(zhí)行操作，以警報的方式提醒駕駛員做出調(diào)整。如果駕駛員沒有根據(jù)警報提醒進行相應(yīng)的操作，執(zhí)行機構(gòu)就會主動采取安全控制措施。執(zhí)行機構(gòu)可以自動啟動防抱死剎車裝置，自動判斷是否轉(zhuǎn)向，自動關(guān)閉汽車各窗戶，自動調(diào)整座椅等一系列盡量防止人員受到傷害的動作指令。當(dāng)乘客遭受碰撞撞擊時，最大限度受到車內(nèi)被動安全保護。

2.4 系統(tǒng)總體設(shè)計

汽車主動防撞系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下四項功能：第一，在路況正常時，能夠幫助駕駛員自動控制車輛，可緩解駕駛員的疲勞感;第二，在駕駛員駕駛狀態(tài)不佳的情況下，能夠保證的車輛行駛的安全性;第三，在天氣比較惡劣時，能夠幫助駕駛員提高對路況的感知能力，確保車輛安全行駛;第四，在緊急情況下能夠避免或者減少安全事故的發(fā)生，最大程度保證車輛和駕乘人員安全。前兩項功能的實現(xiàn)能夠有效提升汽車行駛的安全性，為降低交通事故的發(fā)生創(chuàng)造有利條件。主動防撞系統(tǒng)設(shè)計主要是通過檢測系統(tǒng)測量本身與前車的行駛速度以及相對距離，從而將車速以及兩車距離控制在安全范圍內(nèi)。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖2。

主動防撞系統(tǒng)的設(shè)計是基于車輛行駛信息的獲取，通過在車上安裝的傳感器、紅外激光雷達(dá)系統(tǒng)來采集有效信息。通過安裝在車上的傳感器能夠獲取車輛加速度、車輪車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、制動壓力、節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)矩、制動踏板動作等各項信息，而安裝在車輛前的紅外激光雷達(dá)能夠探知本車與前方障礙物之間的距離以及相對運動速度等信息。主動防撞系統(tǒng)將獲取到的信息傳遞到中央控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)經(jīng)過對各項數(shù)據(jù)的綜合分析，能夠判斷出本車與前車或者前方障礙物之間的距離以及相對運行狀態(tài)，然后按照車輛自身運行狀態(tài)的判斷結(jié)果，控制系統(tǒng)控制節(jié)氣門執(zhí)行器、轉(zhuǎn)向執(zhí)行器和制動執(zhí)行器，將本車的行駛速度控制在安全范圍內(nèi)，確保本車與前車或者前方障礙物之間維持安全距離，防止發(fā)生碰撞，避免交通事故的發(fā)生。

根據(jù)原理主動防撞系統(tǒng)自身設(shè)計的工作過程可分為3部分：

①汽車在正常行駛狀態(tài)下，自身的主動防撞系統(tǒng)會利用雷達(dá)、激光、聲納、紅外線、超聲波等技術(shù)，對本車前方以及周圍的所有目標(biāo)進行監(jiān)測，然后將獲取的數(shù)據(jù)信息傳遞給中央處理系統(tǒng)。系統(tǒng)會對這些數(shù)據(jù)進行安全程度預(yù)判計算，如果計算結(jié)果顯示汽車處于安全狀態(tài)，則主動防撞系統(tǒng)不會做出任何動作，不干擾駕乘人員的正常駕駛，同時駕乘人員可以隨時根據(jù)自己需要選取適合當(dāng)前的模式進行對車輛自行控制。

②如果當(dāng)處理系統(tǒng)進過計算后判斷當(dāng)前狀態(tài)時處于危險狀態(tài)時主動防撞系統(tǒng)會做出動作，首先是自動切斷油門，若此時駕乘人員還未做出相應(yīng)的措施，則防撞系統(tǒng)將自動控制汽車做出最有利于汽車本身的安全措施制動或是轉(zhuǎn)向，并調(diào)用其他相關(guān)的控制車輛系統(tǒng)（如ABS、ESP車身穩(wěn)定控制程序等），使車輛脫離危險避免發(fā)生碰撞的同時保證自身的安全。當(dāng)車輛行駛狀態(tài)恢復(fù)正常時，或者駕駛?cè)藛T已經(jīng)采取安全控制措施，則防撞系統(tǒng)的指令會根據(jù)實際情況自動解除，回到正常行駛狀態(tài)。

③當(dāng)車速過高或是情況突發(fā)時間短造成危險無法避免時，主動防撞系統(tǒng)除了采取盡量遠(yuǎn)離和減少危險的控制外，還會根據(jù)當(dāng)時的情況來判斷障礙物類型以及危險程度的大小，然后采取最佳的被動安全措施，選擇保護乘客或者保護行人，將危險控制在最小范圍內(nèi)。目前國內(nèi)外已有的主動防撞系統(tǒng)的研究大多數(shù)是集中在碰撞系統(tǒng)的縱向控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘志華.汽車碰撞安全技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[2]崔心存.現(xiàn)代汽車新技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]王豐元.汽車試驗測試技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008.

[4]劉濤.汽車設(shè)計[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008.

[5]張維剛，何文，鐘志華.車輛乘員碰撞安全保護技術(shù)[M].長沙：湖南大學(xué)出版社，2007.