汽车防碰撞技术

汽车防碰撞技术
关键字：汽车碰撞、制动防抱死系统（ABS）、电子稳定程序（ESP）、随动大灯、智能泊车系统、倒车雷达、安
全气囊（SRS）、安全带、保险杠
Keywords:Car crash, anti-lock braking system (ABS), Electronic Stability Program (ESP), with fixed headlamps,
intelligent parking system, parking sensor, air bags
(SRS), seat belts, bumpers
汽车的安全、节能、环保已成为当今汽车工业乃至整个人类社会面临的三大焦点问题，由于汽车保有量剧增、交通环境的紧张、车数不断提高等因素，汽车安全问题更是首当其冲,而交通事故中汽车碰撞是最常见的形式,也是最令人们头痛的问题。

汽车安全有主动安全与被动安全之分。

汽车主动安全性是指防止汽车发生交通事故的性能；被动安全性则是指交通事故发生时，汽车本身具有保护乘员、行人不受伤亡或伤亡程度减至最小的性能。

目前汽车上广泛安装使用的被动安全装置主要有座椅安全带与安全气囊、保险杠。

主动安全装置主要有倒车雷达,ＡＢＳ制动防抱死系统，EPS 电子稳定程序，胎压监测系统以及其他防碰撞措施．
随着科学技术的不断进步和更多的电子技术、新型材料的应用汽车防碰撞技术也走向多元化、系统化、智能化、全面化、精确化、普及化，也考虑到美观、紧凑性、经济性、可靠性，人性化等多种因素使防碰撞技术多样化
本论文从汽车防碰技术发展现状以及趋势，简单分析现在的各种防碰撞装置的组成、工作原理、使用以及以及存在问题。

全文内容主要由主动安全（章节2至7）和被动安全（章节8至10）两部分组成。

设计学生：
学号：020*********
班级：汽检 0722 班
指导老师：
目录
1前言———————————————————————第一部分主动安全—————————————————
2汽车防抱死控制系统（ABS）————————————3汽车电子稳定系统(ESP)———————————————4倒车雷达—————————————————————5智能辅助泊车系统—————————————————6随动转向大灯———————————————————7轮胎压力检测系统—————————————————
第二部分被动安全—————————————————
8安全气囊（SRS）—————————————————9安全带（safety belt）————————————————10保险杠—————————————————————第三部分参考文献—————————————————
1前言
1.１汽车碰撞形式，特点
由于交通环境的复杂多变、驾驶员技术的差异等因素汽车碰撞形式也异常复杂，往往汽车碰撞会同有多种形式发生。

如正面碰撞、侧面碰撞、后部碰撞、底盘碰撞等
正面碰撞冲击能量大，一般车速越高越严重由于惯性驾驶员和乘客一般向前碰撞，、损失和伤亡概率也大驾乘员多为前部受伤为主，而后部碰撞主要一人的脖颈为主。

而侧面碰撞、底盘碰撞等相对冲击小，一般以刮蹭为主对驾乘人员伤害也较小
1.2汽车防碰撞技术的发展与趋势
随着科学技术的不断进步和更多的电子技术、新型材料的应用汽车防碰撞技术也走向多元化、系统化、智能化、全面化、精确化、普及化，也考虑到美观、紧凑性、经济性、可靠性，人性化等多种因素使防碰撞技术多样化
1.2.1防碰撞技术在被动安全方面的发展
被动安全是指在碰撞发生时防止驾乘人员二次碰撞或减小碰撞伤害的措施，最早人们通过汽车的柔软内饰（有缓冲作用）和减少尖锐部位和安全带束缚作用、前后保险杠的缓冲以及网纹状方向柱和车身吸收能量来提高被动安全，发展到今天已有预紧式安全带、安全气囊、侧气囊、气帘、气枕等新技术得到广泛应用，使被动安全技术不断完善。

今天的气囊已经发展到可以在任意方向的碰撞中（包括侧向碰撞）起保护乘员头部、躯干和膝部的作用。

使用安全气囊来保护汽车乘员的想法最先产生于美国。

1952年美国汽车生产者联合会在理论上阐述了这样一种汽车安全系统的必要性。

几乎同时，这种系统的原理图也绘制了出来。

1953年，第一个气囊的专利就诞生了。

但是，由于当时技术水平的限制，还不能把这种想法或专利付诸实现。

到了1980年，德国默谢台斯公司开始实现这种设想，它在自己生产的部分汽车上安装了安全气囊。

而从1985
年起，在全部供应美国市场的汽车上都有安装了这种安全系统。

随后，又出现了第一个保护驾驶员旁前排座乘员头部的气囊。

现在，世界上许多汽车制造厂及专业生产厂都在设计和生产安全气囊，其中最大的是德国的波许公司。

目前，世界上很多国家都有要求在新车上必须安装气囊。

例如在美国，相应的法规已从1989年起实施该法规要求一定要安装大尺寸的气囊。

而欧洲的专家们则认为最好的方案应该是：安全带和小尺寸气囊的配合使使用。

所以，欧洲的公司只生产小尺寸气囊。

现在，在汽车上，一个气囊安装在驾驶盘上，一个安装在驾驶员旁前排乘员的前面。

侧面气囊或者装在车门上，或者装在座椅靠背上，气囊用尼龙制成，材料厚度为0.45mm。

安全气囊系统采用了一种类似火箭固体燃料发动机的气体发生器，在这种气体发生器中，燃料燃烧产生的气体使气囊充气。

气体发生器的燃料通常使用叠氮化钠，但也有的使用硝化纤维，也有的系统使用压缩气体。

当前，安全气囊出现了两种发展趋势。

美国和日本的汽车公司正在努力增大气囊尺寸来保护乘员。

而欧洲一些汽车制造公司，如“默谢台斯奔驰”、“宝马”和“沃尔沃”等则认为，安全气囊本身决不是保障乘员的灵丹妙药，它必须在一个统一的汽车被动安全系统中才能有效地发挥作用，在这个系统中，一定要具备紧缩式安全带、结构可靠的座椅、儿童专用座椅等
1.2.2防碰撞技术在主动安全方面的发展
主动安全是指在汽车行驶中（碰撞前）防止汽车发生碰撞的安全措施。

最早人们是在设计时通过提高驾驶员的视野和各种信号（灯光、喇叭、蜂鸣器等）、改善制动性能提高操作稳定性、改善轮廓通过性、以及提高驾驶员对行驶环境的感知能力（如提高车速表的准确度）等提高安全性能。

随着电子技术等新技术应用，人们开始应用制动防抱死系统ABS、电子稳定程序等EPS、车胎气压报警系统、电控悬架、倒车雷达、自动导航、车况路况监测、大灯随动功能、自动泊车功能来进一步完善主动安全。

2汽车防抱死控制系统ABS
2.1汽车防抱死控制系统ABS的发展与趋势
当制动过程中车轮抱死滑移时，车轮与地面间的侧向附着力将完全消失。

如果前轮（转向轮）制动到抱死滑移而后轮滚动，汽车将失去转向能力（跑偏）。

如果后轮制动到抱死滑移而前轮还在滚动，即使汽车受到不大的侧向的干扰力，汽车后轮
将产生侧滑现象（甩尾）。

这样都可能会带来交通事故。

因此汽车在制动时在要求有尽可能大的制动力的同时还要求制动轮不要抱死滑移，而是希望车轮边滚动边滑移。

为了达到此目的，1936年德国波许（BOSCH)公司研制出带有电磁感应传感器的汽车防抱死控制系统ABS——Anti lock Braking System。

1978年波许（BOSCH)公司又成功研制出数字电子控制的四轮适用的ABS2型后又优化为ABS2E型。

1990年德尔科（Delco)公司推出更经济的Delco ABS4型。

发展到今天大多数轿车已安装了ABS系统
2.2工作原理
2.2.1滑移率对附着系数的影响
制动过程轮胎在地面全
滚动、边滚边滑已及被抱死
三种状态在地面上的印痕如
右图
滑移率公式；S=(rw-v)/v*100%
其中v为车轮线速度
w为车轮角速度
r为车轮自由滚动半径
由实验得知，随着附着系
数f随着滑移率S的变化曲线
如右图
由图可知滑移率s处于
15%—35%的范围内轮胎与
路面间纵向附着系数f1和侧
向f2附着系数都有较大值。

当车轮滑移S=100%时，侧向
附着系数f2=0说明此时车轮
抱死滑移而横向稳定性降低。

2.2.2汽车防抱死控制系统的作用及控制方式
ABS使汽车自动的将车轮控制在纵向附着系数和横向附着
系数都较大的范围内。

是通过控制制动轮缸（或制动气室)的压力来控制作用到车轮的制动力矩来实现车轮滑移率约在15%-35%的理想状态。

2.2.3ABS基本组成及工作原理
ABS主要分为轮速传感器、制动压力调节器（液压模块）、控制单元ECU三部分组成
它的原理是制动时轮速传感器检测倒车与车速成对应关系的电压信号传给ＥＣＵ，ECU根据信号计算出车速与制动减速度，再根据计算结果对制动压力调节器发出指令信号，制动压力调节器根据信号控制制动压力。

在该过程中ECU不断监控车轮信息计算并发出指令这样就连续得对制动压力进行控制。

2.3ABS分类及布置形式
2.3.1根据制动系统分类分为整体式、分离型、ABS5型
注：整体式是制动压力调节器与制动主缸于一体式、（多用于美系车）
分离式是制动压力调节器与制动主缸分开布置（如丰田车、大众车）
ABS5型装有三个带控制阀的活塞泵（压力调节器），两前轮各一
个，两后轮共用一个（如美国通用、韩国大宇）
2.3.2.根据abs管道数和传感器数分为以下几种：
四传感器四通道四轮独立控制——适用于前后轮独立布置
的双管路制动系统的汽车。

特点：高制动性能有很好的操稳性充分发挥了地面附着力，但在左右轮附着力不等路面时方向性较差会因两制动力不等而车路跑偏
四传感器四通道前后轮独立后轮低选控制——适用于X型
布置双管路汽车特点：不对称路面紧急制动时偏转力矩较小，可获得较好操稳性和方向性
四传感器三通道前轮独立后轮低选控制——适用于前后轮
独立布置的双管路制动系统的汽车。

特点：可获得较好操稳性和方向性，但制动性能较差
三传感器三通道前轮独立后轮低选控制——适用于前后轮
独立布置的双管路制动系统的汽车。

特点：可获得较好操稳性和方向性，但制动性能较差
四传感器二通道前轮独立控制——适用于X型布置的双管
路的汽车。

特点可保持方向稳定性，后轮制动力稍显不足，但后轮滑移较小，制动稳定性较好
四传感器二通道前轮后轮低选控制——制动效果更近三通
道和四通道abs
2.3.3根据制动压力调节器的种类分为循环式和可变容积式
2.4ＡＢＳ的工作过程
2.4.1循环式ＡＢＳ的工作过程
ＡＢＳ的工作过程分为增压、保压、减压三个过程
当电磁阀通入较大的电流时，柱塞移至上端，主缸和轮缸的通路被截断，轮缸和液压油箱接通，轮缸的制动液流入液压油壶，制动压力降低。

与此同时，驱动电动机启动，带动液压泵工作，把流回液压油箱的制动液加压后输送到主缸，为下一个制动周期作好准备，见右图。

这种液压泵叫再循环泵。

它的作用把减压过程中的轮缸流回的制动液送回高压端，这样可以防止ABS工作时制动踏板行程发生变化。

因此，在ABS工作过程中液压泵必须常开。

保压过程
给电磁阀通入较小的电流时，柱塞移至右图所示的位置，所有的通道都被截断，所以，能保持制动压力。

增压过程
电磁阀断电后，柱塞
又回到初始位置。

主缸和轮
缸再次相通，主缸端的高压
制动液（包括液压泵输出的
制动液）再次进入轮缸，增
加了制动压力，见右图。

增
压和减压速度可以直接通过
电磁阀的进出油口来控制。

直接控制式液压装置结构简单、灵敏性好。

对于这种方式，液压泵工作时的高压制动液返回主缸时，或增压过程制动液从主缸流回瞬间，制动踏板行程均会发生变化（叫踏板反应）。

这种反应能让驾驶员知道ABS开始工作
2.4.2可变容积式ＡＢＳ的工作过程
可变容积式ＡＢＳ的工作过程与循环式很相似，也分为增压过程、保压过程、减压过程。

3汽车电子稳定系统ESP
3.1概述
汽车电子稳定系统或动态偏航稳定控制系统(Electronic Stability Program，ESP)是防抱死制动系统ABS、驱动防滑控制系统ASR、电子制动力分配系统EBD、牵引力控制系统TCS和主动车身横摆控制系统AYC(Active Yaw Control)等基本功能的组合，是一种汽车新型主动安全系统。

该系统是德国博世公司
(B0SCH)和梅塞德斯-奔驰(MERCEDES-BENZ)公司联合开发的汽车底盘电子控制系统。

在汽车行驶过程中，因外界干扰，比如行人、车辆或环境等突然变化，驾驶员采取一些紧急避让措施，使汽车进入不稳定行驶状态，即出现偏离预定行驶路线或翻转趋势等危险状态。

装置ESP 的汽车能在极短的几毫秒时间内，识别并判定出这种汽车不稳定的行驶趋势，通过智能化的电子控制方案，让汽车的驱动传动系
统和制动系统产生准确响应，及时恰当地消除汽车这些不稳定的行驶趋势，使汽车保持行驶路线和预防翻滚，避免交通事故的发生。

ESP系统是汽车主动安全措施的巨大突破，它通过控制事故发生的可能性来实现安全行车，使汽车在极其恶劣的行车环境中确保行驶的稳定性和安全性。

3.1．汽车电子稳定系统的组成
ESP在ABS和ASR各种传感器的基础上，增加了汽车转向行驶时横摆角传感器、车身翻转角速度传感器、侧加速度传感器、制动总泵中的液压力传感器和转向盘转角传感器等。

其中最重要的是车身翻转角速度传感器，这种车用传感器是航天飞机和空间飞行器上使用的旋转角速度传感器的类似产品。

车身翻转角速度传感器就像一个罗盘，适时地监控汽车行驶的准确姿态，监控汽车每个可能的翻转运动角速度。

其他传感器则分别监控汽车的行驶速度和各车轮的速度差，监控转向盘的转动角度和汽车的水平侧向加速度，当制动发生时则监控制动力的大小和各车轮制动力的分配情况。

ESP系统包括车距控制、防驾驶员困倦、限速识别、并线警告、停车入位、夜视仪，周围环境识别、综合稳定控制和制动助力(BAS)9项控制功能。

通过综合应用9种智能主动安全技术，ESP 可将驾驶员对车辆失去控制的危险性降低80％左右。

ESP智能化随车微机控制系统，通过各种传感器，随时监测车辆的行驶状态和驾驶员的驾驶意图，及时向执行机构发出各种指令，以确保汽车在制动、加速、转向等状况下的行驶稳定性。

汽车电子稳定系统ESP的各种传感器及电子稳定系统ECU在轿车上的安装，其ECU中配置了两台56kB内存的微机。

ESP系统利用这两台微机和各种传感器信号不间断地监控车内电子模块、系统的工作状态和汽车的行驶姿势，比如，速度传感器每相隔20ms就会自检一次。

ESP系统还通过车内电子模块之间的信号交流通信网络，充分利用防抱死制动系统ABS、制动助力系统BAS 和驱动防滑控制系统ASR等的先进功能。

紧急情况下，如紧张的驾驶员对制动力施加不够，制动助力系统BAS将自动增大制动力。

在ESP系统出现故障不能正常工作时，ABS和ASR系统能照样工作，以保证汽车正常行驶和制动。

ESP系统的功能不简单是ABS和ASR功能之和，而是ABS与ASR功能之和的平方，因此使汽车能在极其恶劣的条件下保持行驶的稳定性。

梅塞德斯-奔驰A级轿车的安全理念是通过先进的电子控制模块与液压机械执行机构的智能化集成，实现了对汽车及乘员安全的最大可能保护。

3.2．汽车电子稳定系统的工作原理
从外部作用于汽车的所有力，包括制动力、驱动力、任何一种侧向力，都会引起汽车绕其质心转动。

ESP系统根据此原理，在汽车进人不稳定行驶状态时，通过对制动系统、驱动传动系统的干涉，修正过度转向或转向不足的倾向，使汽车保持稳定行驶状态。

微机控制系统的ROM中，预先储存了控制程序中的标准技术数据。

在汽车传感器监测并将汽车行驶状态的各种数据随机传送给ECU时，ECU立即调出预存标准数据与之进行比较，判定轿车是否出现不稳定行驶趋势和不稳定的程度及原因。

一旦确定汽车有不稳定行驶的趋势，ESP系统就会自动代替驾驶员控制汽车，通过微机控制系统向制动执行机构和发动机执行机构发出指令，采取最有利的安全措施修正驱动力和制动力，阻止潜在危险情况的发生，使汽车恢复到安全稳定的行驶状态。

微机控制系统指令执行的安全措施是指，当汽车传感器监测到汽车有发生翻转或偏离驾驶员需求的行驶路线的趋势时，系统能有选择地对单个汽车前轮或后轮实施制动，或必要时同时增加或者减少发动机的输出转矩，调整驱动力。

汽车在转弯道路上行驶时见当汽车驶入弯道时，假如驾驶员通过转向盘使汽车转向的转弯半径大于弯道半径，这种情况称为不足转向。

如汽车车速过快，则汽车可能冲出路面。

安装在汽车上的横摆率传感器会测出转向偏差，侧加速度传感器会测得右驶加速度偏大和转向盘转角传感器测得左转向不足，并立即监测到这种冲出路面的危险趋势，将信号输入电子稳定系统中的ECU。

ECU立即指令在左后轮实施脉冲制动力，制动力在汽车质心产生一个向内偏转力矩，迫使汽车绕质心向内偏转一个角度。

同时ECU 立即指令发动机减少输出转矩，将汽车速度降下来，并代替驾驶
员使汽车转向角度稍大一些，使汽车按弯道半径要求的转向角度行驶，回到正确路线上。

轨迹的最初位置。

假如驾驶员转向盘转动过猛，使汽车转弯半径小于弯道半径，这种情况称为过度转向。

如汽车速度过快，则汽车可能因离心力而向外翻转。

安装在汽车上的横摆率传感器、侧加速度传感器和转向盘转角传感器等监测到这种翻转的危险趋势，立即将信号输入电子稳定系统中的ECU，ECU迅速指令在右前轮实施脉冲制动，制动力在汽车质心产生一个向外偏转力矩，抵消离心翻转力矩，迫使汽车绕质心向外偏转一个角度，制止了汽车可能侧翻的趋势。

同时ECU控制迅速减少驱动力，将汽车速度降下来，并代替驾驶员使汽车转向角度稍小一些，使汽车按弯道半径要求的转向角度行驶。

汽车电子稳定系统ESP在汽车出现不稳定行驶趋势时，采用了两种不同的控制方法，使汽车消除不稳定行驶因素，回复并保持汽车预定的行驶状态。

这两种控制方法是，首先ESP系统通过精确地控制一个或者多个车轮的制动过程(脉冲制动)，根据需要分配施加在每个车轮上的制动力，迫使汽车产生一个绕其质心转动的旋转力矩，同时代替驾驶员调整汽车行驶方向。

其次在必要时(比如车速太快，发动机驱动转矩过大)，ESP系统自动调整发动机的输出转矩，控制汽车的行驶速度。

上述两种技术措施，当汽车进行蛇形线路测试的时候就可以有效避免汽车的翻转。

ESP系统不仅仅是在干燥路面上提高了汽车的稳定性，还可以在路面附着性比较差的时候，诸如结冰、湿滑，以及碎石等情况下起作用。

在上述不利状况下，车轮与路面之问的附着力降低，即使是最好的驾驶员也很难将高速行驶的汽车保持在预定的路线上，汽车容易发生侧滑和跑偏，失去方向稳定性，甚至在急转弯的时候发生翻车事故，这时就需要ESP系统。

3.3汽车电子稳定系统的可靠性
公司从1994年起就对ESP系统进行了适用性和可靠性的全面验证试验。

的ROM中，预先储存的控制程序中的标准技术数据，应该来源于大量的实车测试数据。

但由于在没有安全保障的情况下的实车试验，有可能造成无法弥补的安全事故后果，因此标准技术数据的取得，采用了模拟器。

模拟器内输入了大量的通过实验采集的数据，可以仿真出很多复杂的路面状况和驾驶过程。

再通过80位梅塞德斯轿车车主用模拟器进行时速为100km／h的模拟路面驾驶试验，得到各种不同性能的汽车在各种驾驶过程中的响应。

模拟器检测手段既安全，又可以得到很多实车试验无法测量的数据。

比如，在试验场的4个转弯处，用模拟器模拟路面突然结冰的情况，这将使车轮和路面之间的附着力在几米的路程内减少70％以上。

如果轿车没有ESP系统，则78％的驾驶员不能将他们的汽车稳定在冰雪路面上，还可能遭受汽车连续3次翻转造成的
伤害。

有了ESP系统，所有参加过模拟测试的驾驶员都能避免汽车翻转事故的发生。

1995年梅塞德斯-奔驰S级轿车开始安装ESP系统，ESP系统突出的安全保障表现，大大降低了汽车在各种道路状况下以及转弯时发生翻转的可能性。

同时汽车在弯道和湿滑路面上的制动距离得到缩短，在弯道行驶加强了汽车线内行驶能力。

1998年，梅塞德斯-奔驰A级微型轿车也安装了。

ESP系统，使这种采用大量高新技术开发的A级微型轿车，克服了因车身较窄，在汽车以小转弯半径急转向时，容易产生侧向翻转而造成人身伤害和财产损失的缺点，成为一辆安全性能卓越的微型轿车。

目前，奔驰司的S600、CL600、sL600、FA30、E320、4MATIC 以及高性能的E55AMG和C43AMG等车型上都选配了ESP系统，2002年所有G级车上都安装了该系统。

3．4新一代汽车电子稳定系统
汽车电子稳定系统将主动转向控制系统(Active steering Control，ASC)和可选择悬架模式的主动悬架控制系统(Active Damping Control，ADC)和ESP集成在一起，使汽车的动态稳定控制技术更加完善，提高了汽车在任何情况下的行驶稳定性和操纵稳定性。

行驶状况下，主动转向控制系统使驾驶更灵活，以增加驾驶乐趣。

在危险行驶状况下，主动转向控制系统与制动系统、发动机管理系统共同控制汽车的行驶稳定性和乘坐舒适性。

3.5．综合稳定控制系统
控制系统在任何给定的条件下，具有综合控制车上所有的主动系统，如驱动、制动和操纵系统等功能。

综合稳定控制系统与现行的主动车辆稳定控制系统相比，可以对汽车进行持续控制，并实现控制的个性化。

3.6汽车底盘电子控制系统的发展
(1) 集成底盘管理系统
别是大规模集成电路和微型电子计算机技术的高速发展，汽车的电子化程度越来越高。

汽车的底盘系统也改变了以往那种完全依靠液压或气压执行机构来传递力的机械式结构，开始步入电子伺服控制(By-wire，操纵装置与执行器之间靠电信号联系而非机械的连接)阶段，底盘综合控制系统也已开始出现。

先进的底盘电子控制系统优化了车轮与地面之间的附着状况，显著地改善了汽车的动力性、安全性和舒适性。