基于安全性的汽车电子技术论文.docx

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基于安全性的汽车电子技术论文

摘要

本文详细的介绍了基于汽车安全的电子应用技术，通过对现代汽车安全电子技术的研究与分析，寻找出未来汽车安全电子技术的研究和发展方向。

并通过对汽车安全的内容，影响因素的了解，探讨汽车安全的电子技术应用的目的，使得我们能更好的了解汽车安全的电子技术应用，以及通过学习能更好的为汽车电子在安全方面的领域有所突破，使汽车更加安全可靠。

关键词：

安全性电子技术

Abstract

Thisarticledescribesindetailtheelectronic-basedautomotivesafetyapplications,throughtomodernelectronictechnology,automotivesafetyresearchandanalysis,tofindoutthefutureofelectronictechnologyinautomotivesafetyresearchanddevelopment.Andvehiclesafetythroughthecontentsoftheunderstandingoftheimpactoffactorstoexplorethesafetycarforthepurposeoftheapplicationofelectronictechnology,makingusabetterunderstandingoftheelectronictechnologyinautomotivesafetyapplications,aswellasthroughlearningbetterforautomotiveelectronicsintheareaofsecuritybreakthroughareas,sothatmoresafeandreliablecar.

Keywords:

securityofelectronictechnology

目录

摘要Ⅰ

AbstractⅡ

1绪论1

1.1课题来源1

1.2论文背景及内容2

1.3现代汽车安全现状2

1.4汽车安全的分类及内容2

1.4.1汽车安全的分类2

1.4.2汽车安全的内容2

1.5汽车安全的影响因素4

1.6汽车电子及安全走向6

2电子技术在汽车上的应用8

2.1主动安全电子技术8

2.1.1汽车制动防抱死系统8

2.1.2汽车驱动防滑系统8

2.1.3汽车电子制动力分配系统9

2.1.4汽车电子稳定程序系统9

2.1.5汽车电控悬架系统9

2.1.6汽车电控动力转向系统10

2.1.7汽车主动防避撞系统10

2.1.8汽车一体化底盘控制系统10

2.1.9汽车轮胎监测系统10

2.1.0其它安全控制系统10

2.2被动安全性电子技术11

2.3事故后安全性电子技术12

2.3.1门锁紧急释放系统12

2.3.2GPS救援系统13

3国内外安全电子技术新应用14

3.1信息融合车辆主动防碰撞系统14

3.2追尾碰撞控制系统14

3.3毫米波雷达16

4汽车安全电子技术新趋势18

4.1由被动向主动方向发展18

4.2向智能化方向发展19

4.3向安全环保方向发展20

文章小结22

参考文献23

附录24

1绪论

1.1课题来源

本课题是来源于湖北汽车工业学院下发的《基于汽车安全的电子技术应用》的实验任务单。

1.2论文背景及内容

随着汽车技术和电子技术的发展，汽车安全技术经历了从碰撞后易于救助到减少损伤，再到事故避免和预防的发展过程，逐渐由被动安全到主动安全，向更加人性化和智能化的方向发展。

未来的汽车将会成为电子产品的综合平台，电子技术将会使汽车变得更加安全、舒适和方便。

目前我国在电控技术领域处于落后状态，造成这种落后的原因之一是我们起步晚；其次，中国人的思维模式与外国人不一样，很多外国的控制系统被我们解码了，但不明白人家为什么这样写；第三，以前大公司都愿意用国外的东西，没人进行自主开发，现在环境变了，开始重视研究的人也多了。

据认为，中国人一旦将“窗户纸”捅破，中国在汽车电子控制领域赶超的速度将明显加快。

另外，汽车电控技术与现在的计算机技术相比至少落后5年，从这个意义上说，中国完全有机会赶超。

1.3现代汽车安全现状

汽车作为现代人类的交通工具，改变了人们的生活方式，推动了社会经济的发展和人类文化的进步，成为社会不可缺少的交通工具。

但随着汽车保有量的日益增加，汽车也带来诸如环境污染、能源消耗、交通安全等社会问题，其中汽车道路交通安全问题尤为突出，世界上每年道路交通事故死亡约120万人，近几年我国每年道路交通事故死亡约10万人，直接经济损失达数十亿元。

由于汽车事故不断出现，造成重大的社会危害，引起了世界各国的重视，汽车的安全问题已成为全球性的社会问题。

各国为了减少交通事故和人员伤亡采取了一系列措施，取得了良好的效果。

尤其是近几年，汽车上广泛采用电子技术，装备ABS、ASR、ESP、SRS及VDC等机电产品，汽车的安全性能有了大幅度的提高，虽然我国汽车的保有量在增加，但交通事故死亡人数成下降趋势，这说明先进的汽车电子技术技术可提高汽车的安全性能，减少交通事故的发生[15]。

1.4汽车安全的分类及内容

1.4.1汽车安全的分类

汽车安全性一般分为主动安全性、被动安全性、事故后安全性和生态安全性。

1.4.2汽车安全的内容

汽车的安全内容如图1

（1）汽车的主动安全性

汽车的主动安全性是指事故将要发生时操纵制动或转向系，防止事故发生的能力，以及汽车正常行驶时保证其动力性、操纵稳定性、驾驶舒适性、信息正常的能力。

又可分为行驶安全性、环境安全性、感觉安全性、操作安全性。

多年来随着中国路况的逐步改善，特别是高速公路的发展，汽车以100KM/H或更高车速行驶的情况是常见的，因此，汽车的主动安全性日益受到重视，所谓汽车主动安全性，可理解为防患于未然，重点是通过对车辆的悬架系统、制动系统和转向系统的调校和优化，使车辆的操控性能、制动性能和转向性能达到最好的程度，尽量提高汽车操纵的稳定性和行驶的安全性，减少行车时所产生的偏差。

相对于汽车的主动安全性，即为汽车的被动安全性，就是一旦事故发生时，汽车保护内部乘员及外部人员的安全程度。

目前，国内消费者对于汽车安全性的认知主要有以下三方面的误区：

第一个误区，大多数消费者不能明辨汽车的主动安全性和被动安全性的关系。

很多消费者在购车时往往只看重汽车的被动安全性，忽略了汽车主动安全性的重要程度。

一部主动安全性突出的车子，其操纵稳定性和制动性能必然很优异。

以MAZIDA6系列轿车为例，100－0km/h的制动距离仅为37米，在行业同级别轿车中名列前茅，而出色的操控性能，更是为其赢得了“弯道王”的美誉。

操控性能优良的轿车，无不具备如下三大特点:

①一个敏捷而又准确的方向盘

Mazda6系列轿车通过采用感速式液压助力转向系统，配合底盘的调校，使方向盘路感清晰，回中力大小适中，保证了车辆在高速行驶时的稳定性。

②扎实而柔韧的悬挂系统

Mazda6系列轿车采用高臂双叉前悬架系统和E型多连杆后悬架系统，是典型的中高级轿车悬挂配置，它对道路适应能力强，控制侧向力的性能优异，配合DSC系统作用，使其在高速过弯时不会发生侧倾和甩尾。

③一台扭矩随叫随到的发动机

Mazda6系列轿车采用直列四缸、多点喷射的全铝发动机，并在进气系统采用S-VT、VIS、VTCS和VAD等多项技术，保证了发动机在中低转速就可输出最大扭矩的90％，发动机的加速行能好，推背感强，同时保证了发动机较高燃油经济性。

第二个误区，就是认为汽车钢板越厚越安全。

简单来看，这似乎没错，但是要分是哪个部分的钢板，消费者所看到的绝大部分是汽车表面的覆盖件，而真正保障生命安全的，是汽车的车身结构。

表面覆盖件钢板的薄厚并不代表车身结构钢板的薄厚。

一吨重的车一旦开上上百公里车速发生碰撞的时候，表面钢板差零点几毫米，这个作用可以忽略不计，车体骨架钢板才是真正保证安全的关键所在。

Mazda6系列轿车采用强化型3H高刚性车身结构，在发生碰撞时，能有效保护车内乘客的安全，在这一点上，Mazda6早已达到欧洲标准。

安全性不是来保护车的，核心是保护人的。

第三个误区，就是认为车越重越安全。

学过物理的人都知道，书本上有一个动能公式，定义了动能=1/2×速度2×质量。

要获得相同的速度，质量大的需要的动能就大，高的能量当然就需要消耗更高的能源去实现，所以油耗就高。

此外，在速度相同的情况下，车越重动能越大，当撞倒一个静止物体时，重车所受到的反作用力也就大于轻车，为此，各个汽车厂家争相研发各种先进的技术，在保证车辆安全性的前提下，尽量降低整车重量[14]。

（2）汽车被动安全性

汽车被动安全性是指事故发生时保护乘员和步行者，使直接损失降到最小的能力。

又可分为车外部安全性、车内部安全性。

（3）事故后安全性

事故后安全性，是指汽车能减轻事故后果的能力。

是指能否迅速消除事故后果，并避免新的事故发生。

（4）生态安全性

生态安全性是指发动机排气污染、汽车行驶噪声和电磁波对环境的影响，其内容如图：

1.5汽车安全性的影响因素

汽车道路交通事故是世界性的灾害，因此汽车交通安全也是世界性的难题。

道路交通事故引起人的伤亡，财产的损失，给国民经济也带来了巨大的损失。

然而诱发交通事故的因素是多方面的，它受汽车行车速度、道路条件、车辆状况、驾驶员行为、驾驶员的文化素质和自然环境等因素的综合影响。

其中人、汽车、道路、环境条件是影响道路交通安全的主要因素（图2）。

在道路交通系统中，人是系统的核心，道路是系统的基础。

人的因素影响主要是指交通直接参与者的性格、经验或状态等。

道路因素的影响是指线路走向、路面状况、交通信号的布置和清晰度，以及交通规则、交通管理措施等。

汽车本身因素的影响是指车辆结构和技术状况等。

环境条件因素的影响是指环境对人的精神影响（疲劳、反应能力），对道路因素的影响（雨、雪、风、雾）以及对汽车的物理影响（道路附着条件、转向特性等）。

如果把环境条件纳入道路影响因素范围内，可认为道路交通安全主要与“驾驶员-汽车-道路”系统有关。

而汽车是该系统中潜在危机性最大的环节，因此应用先进的电子技术提高汽车的安全性能是减少道路交通事故的有效途径[9]。

1.6汽车电子及安全产品走向

中国轿车市场虽然近期增长速度趋缓，但从中长期来看，预计到2010年的5年间仍可维持10%-15%的年平均增长速度。

随着中国汽车市场，尤其是轿车市场进入多家竞争，产能相对过剩的阶段，汽车电子及安全部件的未来发展将受到政府法规、市场竞争及消费者特征、整车设计理念等重要因素的驱动。

 中国在汽车电子及安全领域的发展是十分可人的。

中国的汽车曾经只有简单的机械式仪表、杆式天线和手动选台的卡带收机，而今在多数轿车上不仅装备了电子式仪表、窗式天线、CD音响，而且更配置了燃油电子喷射系统、ABS、电子式安全气囊、导航系统、车载移动通信系统等等。

如同1998年在中国政府决定严格排放法规后，化油器逐步退出市场、燃油电子喷射系统成为标准装备一样，政府的政策、法规对于汽车电子及安全行业的发展起着重要的引导作用。

在发达国家也是如此，动力总成技术的进步，PODS、TPMS等技术的应用无一不受到法规的影响。

政府法规直接影响的汽车电子及安全产品主要有两大类别：

一是与资源和环境直接相关的产品，主要指发动机控制系统及相关产品。

二是安全相关产品。

如安全气囊控制模块及碰撞传感器、各种乘员识别系统、防碰撞系统、自动巡航系统及倒车辅助系统等。

在发动机控制系统及混合动力系统领域，由于石油资源紧张和城市空气污染的日益加重，国内排放法规日趋严格。

作为电子燃油喷射系统核心的发动机控制模块自然成为当前汽车的标准配置。

由于中国排放标准仍然低于汽车普及的发达国家，而世界主要汽车零部件供应商在这方面拥有比较成熟的技术，所以未来国内市场上的产品主要是国外已经成熟的产品以及在国外已有技术基础上开发的适应中国客户成本和技术要求的派生产品。

而在这一市场细分中值得注意的是柴油发动机管理系统将逐步为市场接受，其市场份额会有较快的增长。

混合动力系统也会在2008年前后以批量生产的方式出现在国内市场。

在驾驶安全类产品领域，虽然目前只有安全带是国家强制安装的安全产品，但随着行车安全形势的日益严峻，国家势必加强在这方面的治理与控制，相关法规的进一步完善值得期待。

汽车安全产品可以大致分为主动安全防护产品和被动安全防护产品。

目前国内车型上采用的主流安全产品基本属于被动安全防护产品，即降低事故伤害一类。

这些产品主要包括安全带、驾驶员和副驾驶气囊、侧气囊和帘幕气囊、气囊控制模块和碰撞传感器等。

由于传统的被动安全产品在功能和安全性方面都存在缺陷，甚至会由于气囊的不适当爆出导致乘员的伤害。

因此，乘员感知系统配合新一代的控制模块和多级引爆气囊成为目前新一代被动安全产品的代表，其中乘员感知系统在北美已经成为车辆强制性安装部件。

在事故预防区域，自动巡航系统、车道保持系统、碰撞预警系统、倒车辅助系统和驾驶员监控系统可以帮助驾驶员保持正确的驾驶状态，并在事故发生前发出预警，甚至自动启动车辆的相关系统，从而避免事故的发生。

目前国家有关部门已经着手自动巡航系统产品的国标制定工作，这将对相关产品的市场发展产生良好的推动作用。

2汽车安全电子技术应用分析

近年来，汽车保有量迅速增加，汽车安全性已成为人们最关心的问题。

为了保障人民生命财产安全，政府部门制定了相关的道路交通安全法规，为了满足安全法规和消费者对汽车安全性的要求，汽车厂商采取了多方面措施来改善汽车的安全性能，其中电子技术起了很大的作用。

电子技术提高汽车安全性主要表现在以下几个方面。

2.1主动安全性电子技术

现代汽车主动安全性电子技术有代表性的电控装置有防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配装置（EBD）、驱动防滑系统（ASR）、电子稳定程序系统（ESP）、电控悬架系统、电控动力转向系统、主动避撞系统、车辆动力学控制系统（VDC）、信息显示系统。

2.1.1汽车制动防抱死系统

防抱死制动系统（ABS）是一种防止制动过程车轮抱死的汽车主动安全装置。

ABS系统在制动过程中通过传感器感知车轮与路面的滑移，由ABS电控单元做出判断，并通过电磁阀调整制动力的大小，使轮胎滑移率保持在一个理想的范围（10%～20%），来保证车辆制动时有较大的纵向制动和抗侧向外力的能力，防止可能发生的后轮侧滑，甩尾，提高汽车在制动过程中的方向稳定和转向操纵的能力，并能提高附着系数利用率，缩短制动距离，减少轮胎磨损。

电子控制汽车防抱死系统是目前提高车辆行驶安全性的有效措施之一。

2.1.2汽车驱动防滑系统

汽车驱动防滑系统（ASR）是在汽车起步和加速时将滑移率控制在一定范围（5%～15%）内，防止驱动轮快速滑动，提高汽车的驱动力。

ASR在控制中，通过轮速传感器反馈来的信号经控制单元处理后发出指令，调节发动机的输出转矩，从而调节驱动轮的驱动转矩。

目前ASR的装备大多是在ABS系统增设一部分部件的方法来实现，可看成是对ABS系统的完善和补充[18]。

2.1.3汽车电子制动力分配系统

汽车在制动时，四只轮胎附着的地面条件往往不一样。

比如，有时左前轮和右后轮附着在干燥的水泥地面上，而右前轮和左后轮却附着在水中或泥水中，这种情况会导致在汽车制动时四只轮子与地面的磨擦力不一样，制动时容易造成打滑、倾斜和车辆侧翻事故。

电子制动力分配系统（EBD）能够根据汽车制动时产生轴荷转移的不同，自动调节前、后轴的制动力分配比例，提高制动效能，并配合ABS系统提高制动稳定性。

2.1.4汽车电子稳定程序系统

ESP是英文ElectronicStabilityProgram的缩写，中文译成“电子稳定程序”。

该系统通常是支援防抱死制动系统及驱动防滑系统的功能。

它通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，然后向ABS、ASR发出纠偏指令，来帮助车辆维持动态平衡。

ESP一般需要安装转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等。

它可以监控汽车行驶状态，并自动向一个或多个车轮施加制动力，以保持车子在正常的车道上运行。

2.1.5汽车电控悬架

汽车不同的行驶状态对悬架有不同的要求。

一般行驶时需要柔软一点的悬架以求舒适感，当急转弯及制动时又需要硬一点的悬架以求稳定性，两者之间有矛盾。

另外，汽车行驶的不同环境对车身高度的要求也是不一样的，刚度不变的悬架无法满足这种矛盾的需求。

理想的悬架应在不同的条件下有不同的弹簧刚度和阻力减震，既能满足行驶平顺性要求和操纵稳定性要求，又能达到安全行驶的目的。

电子技术的发展，使得设计出一种可以在一定范围内调整的悬架成为可能，这种悬架称为电控悬架，目前比较常见的是电控空气悬架形式。

典型的电控悬架系统由电子控制元件（ECU）、空气压缩机、车高传感器、转向角度传感器、速度传感器、制动传感器、空气弹簧元件等组成。

该系统能够根据汽车的瞬时驾驶条件自动调节悬架组件的性能，即通过各种传感器对汽车的运行状况进行检测，当悬架电子控制元件收到传感器检测到的转向和制动状况信号后，能自适应地处理车辆的侧倾、前后仰，并自动调整减振器阻尼力，能防止车体倾斜并提高车轮的地面附着力。

该系统使汽车更易于控制，具有更好的操纵稳定性[16]。

2.1.6汽车电控动力转向系统

电控动力转向系统（EPS）是为了实现在各种行驶条件下转向盘上所需要的力都是最佳值，而在转向系统上采用了电子控制的系统。

该系统在各种不同的速度状况下通过电控转向微处理器自动调整转向盘的操纵力。

在低速时和车辆摆放时，驾驶员只需较小的力就能灵活地进行转向，在高速时，能自动使操纵转向盘的力加大。

EPS既提高了驾驶的舒适性及转向灵敏度，又能克服高速转向“发飘”的弊病，保证了高速行驶的稳定性和安全性。

2.1.7汽车主动避撞系统

该系统是辅助汽车驾驶者对影响公路交通安全的人、车、路环境进行实时监控，在危急情况下由系统主动干涉驾驶操纵、辅助驾驶者进行应急处理、防止汽车相撞事故的发生，保障了汽车行车安全[5]。

2.1.8汽车一体化底盘控制系统

汽车一体化底盘控制系统（UCC）是一种先进的集成系统，它通过中央底盘微处理器，将制动、悬架、转向和传动系等控制系统连接起来，底盘微处理器能够接受每个子系统传感器发来的数据，对各子系统进行协调控制，使车辆的整体水平达到最佳，保证车辆行驶的安全性。

2.1.9汽车轮胎监测系统

汽车轮胎是汽车与地面的接触部分，影响汽车的驱动力和制动力。

在安全性方面起着非常大的作用，汽车行驶中若轮胎气压不足，将导致轮胎磨损不均匀，燃油消耗增加，并使稳定性和操纵性变坏，极易发生轮胎爆裂，引发交通事故。

汽车轮胎监测系统（TMPS）能实现对汽车轮胎的实时监测，当压力低于安全范围时会给予报警。

2.2.0其他安全控制系统

为了适应汽车高速、安全、舒适的需要，越来越多更先进的电子技术应用到汽车上，如睡眠驾驶警报系统、司机分神监视系统、视觉增强和夜视系统、导航系统

等，为汽车的安全行驶提供了保障。

2.2被动安全性电子技术

随着汽车技术的发展，汽车主动安全技术已经在交通安全中起到越来越大的作用，有效地减少了交通事故的发生。

但现实中仍不可避免地发生很多交通意外，因此现代汽车还需要装备被动安全系统。

汽车被动安全性电子技术有代表性的电子装置是安全气囊。

在汽车发生冲撞时，安全气囊系统对保护驾乘人员的安全十分有效。

目前安全气囊系统一般为转向盘单气囊系统，或者双气囊系统。

安装有双气囊和安全带预紧器系统的车辆在发生冲撞时，不管速度高低，气囊和安全带预紧器同时动作，因此造成低速冲撞时气囊的浪费，使维修费用增加很多。

两次动作的双安全气囊系统，在汽车发生冲撞时，能根据汽车的速度和加速度的大小，自动地选择只使用安全带预警器动作，还是安全带预紧器和双气囊同时工作。

这样，在低速发生冲撞时，系统只使用安全带即能足够保护驾乘人员安全，而不用浪费气囊。

如果在速度大于30km/h发生冲撞时，安全带和气囊同时动作，以便保护驾乘人员的安全。

当汽车发生事故时，对乘员的伤害是在瞬间发生的。

例如，以车速50公里/时进行正面撞车时，其发生时间只有十分之一秒左右。

为了在这样短暂的时间中防止对乘员的伤害，必须设置安全装备，目前主要有安全带、防撞式车身和安全气囊防护系统（SRS）等[6]。

由于很多事故是难以避免的，因此被动安全性也非常重要，安全气囊作为被动安全性的研究成果，由于使用方便，效果显著，造价不高，得到了迅速的发展和普及。

安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。

为了减小汽车发生正面碰撞时由于巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害，现代汽车在驾驶员前端方向盘中央普遍装有安全气囊系统，有些汽车在驾驶员副座前的工具箱上端也装有安全气囊系统。

实验和实践证明，汽车装用安全气囊系统后，汽车发生正面碰撞事故对驾驶员和乘员的伤害程度大大减小。

有些汽车不仅装有前端安全气囊，还装有侧向安全气囊在汽车发生侧向碰撞时，也能使侧向安全气囊充气，以减小侧向碰撞时的伤害。

安装了安全气囊装置的轿车方向盘，平常与普通方向盘没有什么区别，但一旦车前端发生了强烈的碰撞，安全气囊就会瞬时间从方向盘内“蹦”出来，垫在方向盘与驾驶者之间，防止驾驶者的头部和胸部撞击到方向盘或仪表板等硬物上，这种奇妙的装置自从面世以来，已经挽救了许多人的性命。

美国一研究所分析了1985年至1993年美国7000多起汽车交通事故中发现，有气囊装置的轿车前部撞车，驾驶者的死亡率，大轿车降低了30%，中型轿车降低11%，小型轿车降低14%。

安全气囊一般由传感器、电控单元、气体发生器、气囊及续流器等组成，通常气体发生器和气囊等做在一起构成气囊模块。

当传感器感受汽车碰撞强度，将感受到的信号传送到控制器，控制器接收传感器的信号并进行处理，当它判断有必要打开气囊时，立即发出点火信号以触发气体发生器，气体发生器接收到点火信号后，迅速点火井产生大量气体给气囊充气。

此时一方面乘员的头部和胸部压在气袋上与前面的车内物体隔开，另一方面当人体与气袋接触时，利用气袋的阻尼或气袋背面的排气孔节流作用来吸收乘员惯性力产生的动能，达到保护乘员的作用。

安全气囊是新近发展起来的最有效的被动安全装置，在碰撞事故中显示出对乘员的巨大保护功效，随着电子技术的发展，安全气囊逐步向智能化方向发展[7]。

2.3事故后安全性电子技术

汽车事故后安全技术是保障乘员及时救助和减少事故后损失，避免再次伤害。

有代表性的电子装置有门锁紧急施放系统、GPS救援系统等。

2.3.1门锁紧急施放系统

门锁紧急施放系统在车辆发生碰撞事故后，为了使乘员能迅速地从被撞车辆中救出，车门应能容易打开。

其工作原理是当碰撞传感器确认已发生碰撞，系统立即

施放门锁。

2.3.2GPS救援系统

车辆发生碰撞后，为了快速救助伤者，必须准确确定事故车辆地点。

GPS救援系统利用卫星导航定位，能很快确定车辆方位，缩短了救助时间，降低了乘员的伤害程度。

3国内外汽车安全电子技术新应用

3.1信息融合车辆主动防碰撞系统

随着社会的不断进步，汽车正为越来越多的人所使用，而相应的，交通事故也越来越多。

全球每年由交通事故造成的人员和财产