汽车安全技术的研究现状和展望
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100
汽车安全与节能学报
2010 年 第 1 卷 第 2 期
发关键技术等。 在未来的一段时期内，汽车安全技术发展的趋势 如图 1 所示。
行分析。但对汽车而言，汽车车体结构的变形特性是 影响汽车安全性能的关键因素。这是上述两种方法难 以精密分析的。 近年来， 有限 元方 法 （finite element method， FEM） 逐渐成熟，并被应用到汽车碰撞仿真的 研究当中。这种在产品设计阶段采用计算机辅助工程 （computer aided engineering，CAE） 分析技术，能够尽 早发现并解决问题，从而缩短开发周期，降低样车试 验费用 [5]。
汽车交通事故伤害的严重性使得汽车安全技术的 研究成为了全世界各国的重要课题。由此，汽车安全技 术也成为了当前国际汽车高新技术发展的主题之一。
交通事故伤害是最危险的。2001—2002 年间，欧盟国 家交通事故死亡率见表 1。其中：旅行里程死亡率即每 亿人公里死亡人数；旅行时间死亡率即每亿人小时死亡 人数。即： 旅行里程死亡率 ＝ 死亡人数／（出行总人数 × 旅行里程） ； 旅行时间死亡率 ＝ 死亡人数／（出行总人数 × 旅行时间） 。 世界卫生组织的报告指出，全世界每天有 3 000 多 人死于汽车交通事故伤害。因汽车交通事故伤害引起
2 汽车安全技术的发展趋势
汽车安全技术由被动安全技术和主动安全技术组 成，主要包括： 1）汽车整车安全性设计与评价技术：基于整车安 全性目标分解的安全系统开发与集成技术，整车碰撞 安全性设计技术，汽车高速行驶操纵稳定性设计与匹 配技术等； 2）汽车被动安全系统及关键技术：先进的乘员约 束系统、儿童安全保护技术，高安全性的耐撞性结构 设计、高碰撞相容性的结构设计技术，以及支撑上述 技术的碰撞安全数据库等； 3）汽车主动安全系统系统及关键技术：汽车电子 稳定性控制系统，底盘一体化控制技术，智能安全辅 助系统以及人—车安全状况监控与干预技术等 [4] ； 4）支撑上述关键技术实现的关键零部件和共性技 术：动力学控制用传感器开发技术，高性能电液控制单 元开发技术，适于中国人体特征的碰撞测试用假人开
汽车交通事故伤害在给人的生命造成巨大损失同 时，还造成巨大的经济损失。根据有关报告，汽车交 通事故伤害的经济损失在低收入国家约占国民生产总值 （gross national product，GNP）的 1%，在中等收入国家 为 1.5%，在高收入国家为 2%。每年全球汽车交通事 故伤害的损失估计为 5 180 亿美元 ，其中中等收入和 低收入国家的每年损失为 650 亿美元。 因此，世界各国政府都 将治理汽车交 通事故伤 害问题列为重要的事项，而且提出了具体的目标（见 表 3） 。在此基础上，许多国家和地区还制订了具 体的政策和分解目标 [3]。这些政策的提出，大大地刺 激汽车安全技术的发展，对汽车安全性能提出了更高 的要求。
1 汽车安全技术发展的背景
汽车是当今社会最常用、最普通、最方便的出行 工具，同时对人和社会造成的伤害也是所有交通工具 中最严重的。据估计全世界每年约有 120 万人死于汽 车交通事故伤害，受伤者多达 5 000 万人。根据联合国 和世界卫生组织的报告，在诸多日常交通事故中，汽车
收稿日期： 2010-05-24 作者简介： 宋健（1957—） ，男 （汉） ，江苏，教授。E-mail: daesj@tsinghua.edu.cn
M 自 �� iti 自 �� 保 ga � tio � �撞 � n 乘 � �身 保 � 系 �
先�儿童安全系� ��工况下乘�和行人保� 人 ��行��� 先�乘�保�系�
�束系��化、乘�分�、集 成式儿童安全系�、尾撞保� 座椅、行人�撞保�系�
智能�警 LDW、FCW、 BSD、RVC、 PCS �力学控制 ESC、ABS、 EBD、TCS 2009
宋 健，等： 汽车安全技术的研究现状和展望 表 1 欧盟国家交通事故死亡率比较 (2001-2002 年 )
旅行里程死亡率 10 -8 km-1 公路 水运 空运 铁路 0.950 0.250 0.035 0.035 旅行时间死亡率 10 -8 h-1 28 16 8 2
99 表 3 部分国家和地区计划减少车祸死亡的目标
（清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084）
摘 要： 介绍了国际汽车安全技术的最新进展。被动安全技术包括：汽车碰撞结构安全性设计关键技术、先进乘员 约束系统关键技术、车身保护行人的安全装置、碰撞安全数据库平台和安全性能评估。主动安全技术包括：汽车动 力学稳定性控制技术、 汽车底盘一体化控制技术、 智能安全辅助控制技术、 基于人—车危险状态监控的安全预警技术。 提出了 先进安全汽车技术的发展模式，探讨了车路协调控制、智能公路和基础共性技术的研究趋势。 被动安全； 主动安全； 车路协调； 智能公路 关键词：汽车安全； 中图分类号：U27
1991–1996 2008–2010 1998 2000 2000 1997 2000 1997 1998–2000 2001 1998 1999 1997–1999 2000 1996 1994–1998 1996 1999 2012 2010 2010 2025 2002 2005 2015 2002 2010 2010 2010 2010 2010 2015 2007 2010 2008 2010
10 40 150 300 t / ms
2.1 被动安全技术的发展趋势
2.1.1 汽车碰撞安全性设计关键技术 汽车碰撞是一个十分复杂的过程，以往的研究 往往通过多刚体系统动力学和机械振动学方法来进
t/s
2.5
1.0
0.1
正常�� 避撞 Normal Crash Driving Avoidance
国家或地区 澳大利亚 奥地利 加拿大 丹麦 欧盟 芬兰 法国 希腊 爱尔兰 意大利 马来西亚 荷兰 新西兰 波兰 沙特阿拉伯 瑞典 英国 美国 日本 起始年 1997 1998–2000 目标年 2005 2010 减少车祸死亡数的目标 减少幅度／％ –10 –50 –30 –40 –50 –37 –75 –50 –20 –40 –20 –40 ＜ 3 人 /万辆车 –30 –42 –43 –30 –50 –40 –20 –2 000 人 其他目标
[1] 球疾病与伤害的原因中的第 3 位 （见表 2） 。
表 2 1990 年与 2020 年全球疾病负担前十大原因的排序
序次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1990 年疾病或伤害 下呼吸道感染 腹泻病 围产期疾病 抑郁症 缺血性心脏病 脑血管疾病 结核病 麻疹 汽车交通事故伤害 先天性畸形 序次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2020 年疾病或伤害 缺血性心脏病 抑郁症 汽车交通事故伤害 脑血管疾病 慢性阻塞性肺病 下呼吸道感染 结核病 战争 腹泻病 艾滋病病毒感染
Research status and prospects of automotive safety technology
SONG Jian, WANG Weiwei, LI Liang (State Key Lab of Automotive and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: The current international vehicle technology was introduced. This article described the passive safety technology: automotive collision safety design and vehicle structure design technology, key technology of advanced passenger restraint systems, vehicle safety devices to protect pedestrians, collision safety and security performance evaluation database platform; and the active safety technology: vehicle dynamics stability control technology, integrated chassis control technology, intelligent security auxiliary control technology, pre-warning technology based on people - Vehicle dangerous condition monitoring. A development mode of the advanced automotive security technology, was proposed. The trends of the car-road coordinate control, intelligent highway and basic research of common technology were also preseuted. Key words: aotumotive safety; passive safety; active safety; car-road coordinate; intelligent highway
的死亡人数中的 85% 以及由此导致的 90% 的伤残疾调 整寿命年 （DALYs） 发生在中等收入和低收入国家。其 中： DALY 为伤残疾调整寿命年，是一个测量健康损失 的指标，包含因早死损失的寿命年和伤残造成的健康 寿命损失年的信息。 研究表明，在 2000 —2020 年期间，汽车交通事 故死亡人数在高收入国家将下降 30% 左右，而在中等 收入和低收入国家则会大幅度增加。如果不采取适当 措施，到 2020 年汽车交通事故伤害预计将成为导致全
ISSN 1674-8484 CN 11-5904/U
汽车安全与节能学报 , 2010 年 , 第 1 卷 第 2 期 J Automotive Safety and Energy, 2010, Vol. 1 No. 2
2/12 98பைடு நூலகம்— 106
汽车安全技术的研究现状和展望
宋 健，王伟玮，李 亮，于良耀
�撞�警&保� PreCrash Waming & Preparation
�撞�生 Crash Occurrence
乘�&行人保� Occupant & Pedestrian Protection
�警&救援 Notification & Rescue
基于 人-� 一路�同 事故零死亡智能交通系� �量化安全�身 自��吸能�� 智能避撞 自��巡航控制 �道偏��警及保持 路 �
主 、 亡 � 死 � 息 /零 境 信 故 � 、 事 �� �� 制 零 S、 � 能控 IT �行 智 � 合、 融
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先�材料、成形、�接技� �合多��撞�度的安全�身
年� 2015 2013 2011
自
从 20 世纪 50 年代开始，各个汽车企业已经开始 汽车碰撞试验的研究，在台车碰撞试验、模型模拟碰 撞试验（比例模型和足尺模型模拟试验）和实车碰撞试 验方面不仅有先进的测试设备和技术，而且已在大量的 试验研究中积累了许多有用数据和丰富的经验。 与此同时， 各国政府也在汽车正面碰撞、 偏置碰撞、 侧面碰撞、侧面柱撞和追尾碰撞等方面制定了完备的 法规体系，由政府、保险公司、消费者组织等机构制订 的新车评价体系 （new car assessment program，NCAP） 对汽车被动安全性的提出了更高的要求。科研机构和
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汽车安全与节能学报
2010 年 第 1 卷 第 2 期
发关键技术等。 在未来的一段时期内，汽车安全技术发展的趋势 如图 1 所示。
行分析。但对汽车而言，汽车车体结构的变形特性是 影响汽车安全性能的关键因素。这是上述两种方法难 以精密分析的。 近年来， 有限 元方 法 （finite element method， FEM） 逐渐成熟，并被应用到汽车碰撞仿真的 研究当中。这种在产品设计阶段采用计算机辅助工程 （computer aided engineering，CAE） 分析技术，能够尽 早发现并解决问题，从而缩短开发周期，降低样车试 验费用 [5]。
汽车交通事故伤害的严重性使得汽车安全技术的 研究成为了全世界各国的重要课题。由此，汽车安全技 术也成为了当前国际汽车高新技术发展的主题之一。
交通事故伤害是最危险的。2001—2002 年间，欧盟国 家交通事故死亡率见表 1。其中：旅行里程死亡率即每 亿人公里死亡人数；旅行时间死亡率即每亿人小时死亡 人数。即： 旅行里程死亡率 ＝ 死亡人数／（出行总人数 × 旅行里程） ； 旅行时间死亡率 ＝ 死亡人数／（出行总人数 × 旅行时间） 。 世界卫生组织的报告指出，全世界每天有 3 000 多 人死于汽车交通事故伤害。因汽车交通事故伤害引起
2 汽车安全技术的发展趋势
汽车安全技术由被动安全技术和主动安全技术组 成，主要包括： 1）汽车整车安全性设计与评价技术：基于整车安 全性目标分解的安全系统开发与集成技术，整车碰撞 安全性设计技术，汽车高速行驶操纵稳定性设计与匹 配技术等； 2）汽车被动安全系统及关键技术：先进的乘员约 束系统、儿童安全保护技术，高安全性的耐撞性结构 设计、高碰撞相容性的结构设计技术，以及支撑上述 技术的碰撞安全数据库等； 3）汽车主动安全系统系统及关键技术：汽车电子 稳定性控制系统，底盘一体化控制技术，智能安全辅 助系统以及人—车安全状况监控与干预技术等 [4] ； 4）支撑上述关键技术实现的关键零部件和共性技 术：动力学控制用传感器开发技术，高性能电液控制单 元开发技术，适于中国人体特征的碰撞测试用假人开
汽车交通事故伤害在给人的生命造成巨大损失同 时，还造成巨大的经济损失。根据有关报告，汽车交 通事故伤害的经济损失在低收入国家约占国民生产总值 （gross national product，GNP）的 1%，在中等收入国家 为 1.5%，在高收入国家为 2%。每年全球汽车交通事 故伤害的损失估计为 5 180 亿美元 ，其中中等收入和 低收入国家的每年损失为 650 亿美元。 因此，世界各国政府都 将治理汽车交 通事故伤 害问题列为重要的事项，而且提出了具体的目标（见 表 3） 。在此基础上，许多国家和地区还制订了具 体的政策和分解目标 [3]。这些政策的提出，大大地刺 激汽车安全技术的发展，对汽车安全性能提出了更高 的要求。
1 汽车安全技术发展的背景
汽车是当今社会最常用、最普通、最方便的出行 工具，同时对人和社会造成的伤害也是所有交通工具 中最严重的。据估计全世界每年约有 120 万人死于汽 车交通事故伤害，受伤者多达 5 000 万人。根据联合国 和世界卫生组织的报告，在诸多日常交通事故中，汽车
收稿日期： 2010-05-24 作者简介： 宋健（1957—） ，男 （汉） ，江苏，教授。E-mail: daesj@tsinghua.edu.cn
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先�儿童安全系� ��工况下乘�和行人保� 人 ��行��� 先�乘�保�系�
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宋 健，等： 汽车安全技术的研究现状和展望 表 1 欧盟国家交通事故死亡率比较 (2001-2002 年 )
旅行里程死亡率 10 -8 km-1 公路 水运 空运 铁路 0.950 0.250 0.035 0.035 旅行时间死亡率 10 -8 h-1 28 16 8 2
99 表 3 部分国家和地区计划减少车祸死亡的目标
（清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084）
摘 要： 介绍了国际汽车安全技术的最新进展。被动安全技术包括：汽车碰撞结构安全性设计关键技术、先进乘员 约束系统关键技术、车身保护行人的安全装置、碰撞安全数据库平台和安全性能评估。主动安全技术包括：汽车动 力学稳定性控制技术、 汽车底盘一体化控制技术、 智能安全辅助控制技术、 基于人—车危险状态监控的安全预警技术。 提出了 先进安全汽车技术的发展模式，探讨了车路协调控制、智能公路和基础共性技术的研究趋势。 被动安全； 主动安全； 车路协调； 智能公路 关键词：汽车安全； 中图分类号：U27
1991–1996 2008–2010 1998 2000 2000 1997 2000 1997 1998–2000 2001 1998 1999 1997–1999 2000 1996 1994–1998 1996 1999 2012 2010 2010 2025 2002 2005 2015 2002 2010 2010 2010 2010 2010 2015 2007 2010 2008 2010
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2.1 被动安全技术的发展趋势
2.1.1 汽车碰撞安全性设计关键技术 汽车碰撞是一个十分复杂的过程，以往的研究 往往通过多刚体系统动力学和机械振动学方法来进
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2.5
1.0
0.1
正常�� 避撞 Normal Crash Driving Avoidance
国家或地区 澳大利亚 奥地利 加拿大 丹麦 欧盟 芬兰 法国 希腊 爱尔兰 意大利 马来西亚 荷兰 新西兰 波兰 沙特阿拉伯 瑞典 英国 美国 日本 起始年 1997 1998–2000 目标年 2005 2010 减少车祸死亡数的目标 减少幅度／％ –10 –50 –30 –40 –50 –37 –75 –50 –20 –40 –20 –40 ＜ 3 人 /万辆车 –30 –42 –43 –30 –50 –40 –20 –2 000 人 其他目标
[1] 球疾病与伤害的原因中的第 3 位 （见表 2） 。
表 2 1990 年与 2020 年全球疾病负担前十大原因的排序
序次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1990 年疾病或伤害 下呼吸道感染 腹泻病 围产期疾病 抑郁症 缺血性心脏病 脑血管疾病 结核病 麻疹 汽车交通事故伤害 先天性畸形 序次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2020 年疾病或伤害 缺血性心脏病 抑郁症 汽车交通事故伤害 脑血管疾病 慢性阻塞性肺病 下呼吸道感染 结核病 战争 腹泻病 艾滋病病毒感染
Research status and prospects of automotive safety technology
SONG Jian, WANG Weiwei, LI Liang (State Key Lab of Automotive and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: The current international vehicle technology was introduced. This article described the passive safety technology: automotive collision safety design and vehicle structure design technology, key technology of advanced passenger restraint systems, vehicle safety devices to protect pedestrians, collision safety and security performance evaluation database platform; and the active safety technology: vehicle dynamics stability control technology, integrated chassis control technology, intelligent security auxiliary control technology, pre-warning technology based on people - Vehicle dangerous condition monitoring. A development mode of the advanced automotive security technology, was proposed. The trends of the car-road coordinate control, intelligent highway and basic research of common technology were also preseuted. Key words: aotumotive safety; passive safety; active safety; car-road coordinate; intelligent highway
的死亡人数中的 85% 以及由此导致的 90% 的伤残疾调 整寿命年 （DALYs） 发生在中等收入和低收入国家。其 中： DALY 为伤残疾调整寿命年，是一个测量健康损失 的指标，包含因早死损失的寿命年和伤残造成的健康 寿命损失年的信息。 研究表明，在 2000 —2020 年期间，汽车交通事 故死亡人数在高收入国家将下降 30% 左右，而在中等 收入和低收入国家则会大幅度增加。如果不采取适当 措施，到 2020 年汽车交通事故伤害预计将成为导致全
ISSN 1674-8484 CN 11-5904/U
汽车安全与节能学报 , 2010 年 , 第 1 卷 第 2 期 J Automotive Safety and Energy, 2010, Vol. 1 No. 2
2/12 98பைடு நூலகம்— 106
汽车安全技术的研究现状和展望
宋 健，王伟玮，李 亮，于良耀
�撞�警&保� PreCrash Waming & Preparation
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乘�&行人保� Occupant & Pedestrian Protection
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年� 2015 2013 2011
自
从 20 世纪 50 年代开始，各个汽车企业已经开始 汽车碰撞试验的研究，在台车碰撞试验、模型模拟碰 撞试验（比例模型和足尺模型模拟试验）和实车碰撞试 验方面不仅有先进的测试设备和技术，而且已在大量的 试验研究中积累了许多有用数据和丰富的经验。 与此同时， 各国政府也在汽车正面碰撞、 偏置碰撞、 侧面碰撞、侧面柱撞和追尾碰撞等方面制定了完备的 法规体系，由政府、保险公司、消费者组织等机构制订 的新车评价体系 （new car assessment program，NCAP） 对汽车被动安全性的提出了更高的要求。科研机构和