汽车安全性能新技术论文

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摘 要 本文论述了目前国内外汽车安全气囊控制的一些主要算法，并解释了该算法中的核心内容和研究特点。在结合传统方法的同时，提出了两种新的算法——数据融合控制算法和模式识别控制方法。
关键词 安全气囊；汽车碰撞；数据融合；模式识别

1 引言
汽车安全气囊的应用拯救了许多乘员的生命。但随着汽车的应用越来越多，气囊错误弹出的情况也时有发生，这样反而会威胁到乘员的安全，所以必须提高安全气囊的控制性能。因此，我们也需要进一步研究气囊控制算法。
汽车安全气囊技术发展到今天，其优劣已经不在于是否能够判断发生碰撞和实现点火，现代的安全气囊控制的关键在于能够在最佳时间实现点火和对于非破坏性碰撞的抗干扰。只有实现最佳时间点火，才能够更好的保护驾驶员和乘客。
最佳时间的确定在于当汽车发生碰撞的过程中，乘员向前移动接触到气囊，此时气囊刚好达到最大体积，这样的保护效果最好。如果点火慢了，则乘员在接触气囊的时候，气囊还在膨胀，这样会对乘员造成额外的伤害。如果点火快了，乘员在接触到气囊的时候气囊已经可以萎缩，则气囊不能对乘员的碰撞起到最好的缓冲作用，也就不能很好的起到对乘员的保护作用。

图1 气囊示意图
第二个是气囊的可靠性问题，也就是对于急刹车、过路坎和其他非破坏性碰撞时引起的冲击信号的抗干扰。汽车在颠簸路面上行驶或以很低速度的碰撞产生的加速度信号可能会令气囊误触发，一个好的控制系统应该能够很好的识别这些信号，从而在汽车产生非破坏性碰撞时不会使气囊系统误打开。
第三个就是气囊控制技术的基本指标，包括避免以下情况：①气囊可能在很低的车速时打开。车辆在很低车速行驶而发生碰撞事故时，只要驾驶员和乘员系上了安全带，是不需要气囊打开起保护作用的。这时气囊的打开造成了不必要的浪费。②当乘客偏离座位或座位上无人，气囊系统的启动不仅起不到应有的保护作用，还可能对乘客造成一定伤害[1]。
2 安全气囊点火控制的几种算法
1) 加速度法
该算法是通过测量汽车碰撞时的加速度（减速度），当加速度超过预先设定的阈值就弹出安全气囊。
2) 速度变量法
该算法是通过对汽车加速度进行积分从而得到加速度变化量，当加速度变化量超过预先设定的阈值时就弹出安全气囊。
3) 加速度坡度法
该方法是对加速度进行求导得到加速度的变化量作为判断是否点火的指标。
4) 移动窗积分算法[2]
对加速度曲线在一定时间内进行积分，当积分值超过预先设置的阈值时，就发出点火信号。
2.1 移动窗积分算法
下面具体介绍一下移动窗积分算法，选定以下几个观察量作为气囊点火的条件指标。①汽车碰撞时的水平方向加速度（或减速度）ax。ax是直接反映碰撞激烈程度的信号，而且ax在最佳点火时刻的选取中起关键作用。②汽车碰撞时垂直方向的加速度ay，气囊控制系统加入ay对非碰撞信号能起到很大的抗干扰作用，当汽车发生正向碰撞时，ay与ax有很大的不一致性[3]；而当汽车受到路面干扰，例如汽车与较高的台阶直接相撞时，ay与ax有很大的一致性[3]，可以由此来判别干扰信号。
结合这几个量，得出一个判断气囊点火的最佳指标。
需要采样一个时间段（从碰撞开始）ax的值，根据这一系列的值才能判断碰撞的激烈程度. 气囊点火控制算法应在发生碰撞后20～30ms内做出点火判断，因为气囊膨胀到最大需要时间大概为30ms[4]，在碰撞初速度为28.4km/h时，人体向前移动5inch到达接触气囊的时间大概为70ms，则目标点火时刻为70－30＝40ms，所以气囊打开应该在碰撞后的40ms时刻，所以算法必须在20～30ms内做出点火决定。这样可以采样碰撞后的20个加速度值（频率是1kHZ）作为算法的输入值。而对于垂直方向也可以如此采样。则可得两组值：ax(1)，ax(2)……ax(20)；ay(1)，ay(2)……ay(20).
移动窗算法中对ax的处理为（1）式：
(1)

图2 移动窗口算法示意图
其中t为当前时刻，w为时间窗宽度（采样时间宽度），对ax(t)进行积分，得到指标S(t，w)，当S(t，w)超过预先设定值时，则发出点火信号。
写成离散形式，如式(2)：
(2)
n为当前时间点，k为采样点数，f为采样频率。
加上垂直加速度之后，可以提高对路面干扰的抗干扰能力[3]，形式如式(3)：
(3)
S(n，k，ρ)为双向合成积分量，n，f，k如上定义；ρ为合成因数，表征两个方向加速度在合成算法中的权重。这种算法主要是考虑了汽车碰撞时的加速度因素，当加速度的积分达到一定值的时候，表示汽车的碰撞剧烈程度也到达一定值，会给乘员带来一定伤害。而且这种算法对于判断最佳点火时刻也是很有优势的，经过实验，利用这种算法得出的点火时刻离汽车碰撞的最佳点火时刻（利用摄像得出）仅差几毫秒[2]，符合要求的精度。
但是这种算法也有其不足，例如没有考虑碰撞时的速度以及座位上有没有人的因素，这样当汽车低速运行的时候，还是有可能引起误触发。如果将速度和座位上是否有人的信号引入，则可以进一步减少误触发的机会。
2.2 利用数据融合提出的改进算法
由上面的叙述中我们可以知道，移动窗积分算法对于气囊弹出与否进行判断主要是根据积分量S，现在我们对积分量进行一些改造，可以克服上述缺点。具体做法如下，加入以下几个观察量：
（1）汽车碰撞时的水平方向速度v，v可以反映汽车碰撞时乘客的受伤害程度。v越大，乘客的动能就越大，碰撞时受到的伤害就越大。v是判断气囊是否应该打开的最直接的指标。（2）坐位上是否有乘员的信号[5]。坐位上无人时，当发生碰撞则可以不弹出气囊，这样做可以减少误触发的几率，同时避
免对其他乘员的伤害。
引入函数，这个函数的波形为：

图3 函数波形图
当v超过30km/h的时候，y的值就大于1；反之就小于1。现在普遍采用的标准是，安全带配合使用的气袋引爆车速一般为：低于20km/h正面撞击固定壁时，不应点爆。而在大于35km/h碰撞时，必须点爆。在20km/h和35km/h之间属于可爆可不爆的范围。所以我们取v0＝30km/h为标准点，这样结合上面的移动窗积分算法，提出新的S1，则S1为：
(4)
这样当v>v0时，汽车点火引爆的灵敏度就比原来大了；而v<v0时，点火灵敏度就比原来小了。再引入座位是否有人信号c，有人时c＝1，反之c＝0。
(5)
S' 即为加入了v和c的双加速度合成积分量，其优点是可以减少气囊误触发的几率，更好的保护乘员的安全。
再考虑到v>v0时引爆气囊的灵敏度不需要太大，可以适当调整的系数为1/∏，此时y函数图形如图4。
由图4可看到，采用增加了速度函数的算法后，使到v>v0时的灵敏度适当增加，同时也有效的减少了v<v0（低速）时的误点火几率。这个参数可以通过大量的碰撞实验来确定，使得点火效果最优。
2.3 利用模式识别的方法提出的控制算法
上述利用数据融合改进的移动窗控制算法是一种利用直观概念进行设计的方法，采用的是实时计算得出碰撞判决指标，缺点是计算量比较大，控制系统的性能要求较高。如果能够直接根据输入进行点火判断，则计算量会大大减少。
为了减少计算量，使点火控制速度更加迅速，可以采用模式识别的方法。原理如下，在台车碰撞试验中采用第二节中提出的加入了速度函数的改进移动窗算法，对不同的输入（加速度和速度）及其结果进行判断，并将其记录下来，得到一个数据库。再利用模式识别的方法，结合大量的记录，则可以求出某一车型的气囊点火判断的判别函数。然后在实际应用中可以利用判别函数对输入的加速度和速度直接进行判别，对汽车状态（气囊弹出和气囊不弹出）进行分类，从而大大减少计算量。

图4 函数波形图
3 设计判别函数原理
气囊的弹出(w1)与不弹出( w2)可归结为通过对对象（汽车的碰撞）n组特征观察量（a1，a2....an，v）的判断（这里取汽车碰撞的加速度和速度为特征观察量），从而对x＝[a1，a2....an，v]进行归类。在归类中，我们总是希望错误率最小，所以可以采用基于最小错误率的贝叶斯决策[6]。
通过对上述数据库的统计，我们可以得到气囊弹出的概率P( w1)，从而P(w2)=1－P(w1)。
要对x进行分类，还需要类条件概率密度。p(x|w1)是气囊弹出状态下观察x的类条件概率密度；p(x|w2)是气囊不弹出状态下观察x的类条件概率密度。这样我们可以算出w1和w2的后验概率，如式(6)：
(6)
基于最小错误率的贝叶斯决策规则为：如果P(w1|x)> P(w2|x)，则把x归类于弹出状态w1，反之P(w1|x)<P(w2|x)，则把x归类于不弹出状态。把它设计成分类函数的形式，则可以直接利用分类函数进行判别。如式(7)：
(7)
x是样本向量，w为权向量，w0是个常数。在实际操作中，可以通过上述数据库中大量的样本来计算出w和w0。得出g(x)后，则可以对实际中检测到的一组特征值进行评估，以决定是否引爆气囊。
二维的情况下g(x)的示意图如图5所示。

图5 分类函数示意图
如图5所示，分类函数g(x)可以将两种状态（引爆气囊和不引爆气囊）很好地区分开来，实现了对汽车碰撞状态的即时判断。而这种算法只要求系统进行一个查表的运算，大大减少计算量。
4 总结
综上所述，移动窗算法对于低速的抗干扰方面存在不足；而加入了速度函数的改进算法，能够适当增加系统在高速时的灵敏度，又能减少低速时的气囊误触发几率，符合现代安全气囊的控制要求；模式识别的控制算法是建立在前面正确的控制算法的基础上，利用大量的历史数据得出判别函数，从而直接对气囊是否弹出进行判断，大大减少计算量。
参考文献
[1]钟志华，杨济匡. 汽车安全气囊技术及其应用[J]． 中国机械工程，2000年2月第11卷第1-2期
[2]王建群等. 汽车安全气囊点火控制算法的研究[J]．汽车工程，1997年第1期
[3]郑维等. 双向加速度合成气袋控制算法及其抗路面干扰特性[J]. 清华大学学报，2003年第43卷第2期
[4]张金换等. 汽车安全气袋系统的研究[J]． 清华大学学报，1997年第11期第69～72页
[5]尹武良等. 一种基于电容传感的乘员感应装置[J]. 汽车技术，2000年第8期
[6]边肇祺，张学工. 模式识别[M．清华大学出版社 2000，第1～100页

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0 前年，如果轿车安装有 ABS(防抱死制动系统)，不但说明该车的安全性能出类拔萃，而且档次也相当高级。今天，安装ABS的轿车已经相当普遍，经济型车也安装有ABS。
防抱死制动系统 ABS(Anti-lock Braking System)属于汽车的主动安全系。ABS系统的配置，既可有效避免紧急制动时车轮抱死(打滑)现象的发生，同时还可以保持车辆制动过程中的平稳。 随着对汽车安全性能的要求越来越高，一些中、高档级的轿车已经不满足于ABS，还安装了ASR(驱动防滑系统，Acceleration Slip Regulation，又称牵引力控制系统)防止车辆尤其是大马力车在起步、再加速时驱动轮打滑现象，以维持车辆行驶方向的稳定性。
ASR与ABS的区别在于，ABS是防止车轮在制动时被抱死而产生侧滑，而ASR则是防止汽车在加速时因驱动轮打滑而产生的侧滑，ASR是在ABS的基础上的扩充，两者相辅相成.或者 ESP(电控行驶平稳系统)，使汽车的安全性能进一步提高。
ASR的作用是当汽车加速时将滑动率控制在一定的范围内，从而防止驱动轮快速滑动。它的功能一是提高牵引力；二是保持汽车的行驶稳定。行驶在易滑的路面上，没有 ASR 的汽车加速时驱动轮容易打滑； 如是后驱动的车辆容易甩尾， 如是前驱动的车辆容易方向失 控。有 ASR 时，汽车在加速时就不会有或能够减轻这种现象。在转弯时，如果发生驱动轮 打滑会导致整个车辆向一侧偏移，当有 ASR 时就会使车辆沿着正确的路线转向。 汽车的牵引力控制可以通过减少节气门开度来降低发动机功率或者由制动器控制车轮 打滑来达到目的，装有 ASR 的汽车综合这两种方法来工作，也就是 ABS／ASR 形式。 装有 ASR 的车上，从油门踏板到汽油机节气门(柴油机喷油泵操纵杆)之间的机械连 接被电控油门装置所取替。 当传感器将油门踏板的位置及轮速信号送至控制单元 (CPU) 时， 控制单元就会产生控制电压信号， 伺服电机依此信号重新调整节气门的位置 (或者柴油机操 纵杆的位置) ，然后将该位置信号反馈至控制单元，以便及时调整制动器。
ESP(电控行驶平稳系统，英文全称 Electronic Stabilty Program)包含 ABS 及 ASR，是 这两种系统功能上的延伸。因此，ESP 称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。ESP 系统 由控制单元及转向传感器(监测方向盘的转向角度) 、车轮传感器(监测各个车轮的速度转 动) 、侧滑传感器(监测车体绕垂直轴线转动的状态) 、横向加速度传感器(监测汽车转弯时 的离心力)等组成。 控制单元通过这些传感器的信号对车辆的运行状态进行判断，进而发出控制指令。有 ESP 与只有 ABS 及 ASR 的汽车，它们之间的差别在于 ABS 及 ASR 只能被动地作出反应， 而 ESP 则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误，防患于未然。 ESP 对过度转向或不足转向特别敏感，例如汽车在路滑时左拐过度转向(转弯太急)时 会产生向右侧甩尾， 传感器感觉到滑动就会迅速制动右前轮使其恢复附着力， 产生一种相反 的转矩而使汽车 保持在原来的车道上。当然，任何事物都有一个度的范围，如果驾车者盲 目开快车，现在的任何安全装置都难以保证其安全。
据汽车工程界专家介绍，将来 ASR 等将变得如同 ABS 一样普及，因为 ABS、ASR 及 ESP 包含着技术及性能上的贯通。有专家认为在一定的范围内 ASR 等装置有取替 4 轮驱动的可能。例如轿车，过去人们认为提高轿车行驶性能最好是采用 4 轮驱动，可是与 4 轮驱动 相比，ASR 等装置更适合轿车。这是因为 4 轮驱动结构复杂成本高，增加车重而且耗油， 而 ASR 等装置结构简单安装方便，在一般城镇道路上使用效果并不差。 ABS／ASR／VDC 系统 ABS／ASR 系统成功地解决了汽车在制动和驱动时的方向稳定性问题，但不能解 决汽车转向行驶时的方向稳定性问题。 例如当汽车转向行驶时， 不可避免地受到侧向和纵向 力的作用，只有当地面能够提供充分的侧向和纵向力时，驾驶员才能控制住车辆。如果地面 侧向附着能力比较低，就会损害汽车按预定方向行驶的能力。雨天汽车高速转向行驶时，常 常侧向滑出，就是地面侧向附着能力不足的缘故。
为解决此问题，最近汽车工业发达国家又 在 ABS／ASR 系统的基础上发展成汽车动态控制系统(英文名称为 Vehicle Dynamics Control，简称 VDC)。这个系统把汽车的制动、驱动、悬架、转向、发动机等各主要总成的控制系统在功能上、 结构上有机的综合在一起，可使汽车在各种恶劣工况下， 如冰雪路面上、 对开路面上、弯道路面上以及采取规避动作移线、制动、加速和下坡等工况行驶时，对不同承载、 不同轮胎气压和不同程度的轮胎磨损都有良好的方向稳定性，表现出最佳的行驶性能。 VDC 的应用，在制动、加速和转向方面完全解脱对驾驶员的高要求，在汽车的主动安全行驶方面竖立了一个新的里程碑。
VDC 系统对转向行驶的控制主要是借助于对各个车轮的制动控制和发动机功率输出控 制来实现的。例如汽车左转弯时，若前轮因转向能力不足而趋于滑出弯道，VDC 系统即可 测知侧滑即将发生，就采取适当制动左后轮的办法。左后轮产生的制动力可帮助汽车转向， 使汽车继续按照理想的路线行驶。若在同一弯道上，因后轮趋于侧向滑出 而转向过多，VDC 系统即采取适当制动右前轮的办法，维持车辆的稳定行驶。在极端情况 下，VDC 系统还可采取降低发动机功率输出的办法降低行驶车速，减少对地面侧向附着能 力的需求来维持车辆的稳定行驶。采用 VDC 系统后，汽车在对开路面上或弯道路面上的制 动距离还可进一步缩短。
VDC 系统主要应用了下述传感器：车轮转速传感器，用来跟踪每一车轮的运动状态； 方向盘转角传感器，用来传感方向盘的转角； 横摆角速度传感器，用来记录汽车绕垂直轴线转动的所有运动； 侧向加速度传感器，用来检测转向行驶时离心力的大小； 车轮位移传感器，用来测量车轮和车身相对位置的变化。 这些传感器的核心部分是横摆角速度传感器， 这是因为汽车的横摆角速度和方向盘 转角的比值是反应汽车转向行驶品质的一个重要参数。位移传感器的信号传给电子控制装置，用来控制半主动悬架，改善汽车的接地性能。
其它传感器则把汽车每一瞬时的运动状态 的信息传给电子控制装置，使之与理想的运动状态相比较，一旦汽车偏离了理想的路线，它就会在极短的时间内采取纠正措施， 给制动控制系统或发动机控制系统发出相应的指令， 维持汽车在理想的路线上行驶电子制动力分配系统(EBD) EBD 能够根据由于汽车制动时产生轴荷转移的不同，而自动调节前、后轴的制动 力分配比例，提高制动效能，并配合 ABS 提高制动稳定性。
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摩擦力不一 样，制动时容易造成打滑、倾斜和车辆侧翻事故。EBD 用高速计算机在汽车制动的瞬间， 分别对四只轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出不同的摩擦力数值，使四只轮胎的制 动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动， 并在运动中不断高速调整， 从而保证车辆 的平稳、安全。
安全气囊(SRS) 安全气囊是现代轿车上引人注目的高技术装置。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。安全气囊面世以来，已经挽救了许多人的性命。研究表明，有气囊装置的轿车发生正面撞车，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%。安全气囊主要由传感器、微处理器、气体发生器和气囊等部件组成。
传感器和微处理器用以判断撞车程度，传递及发送信号；气体发生器根据信号指示产生点火动作，点燃固态燃料并产生气体向气囊充气，使气囊迅速膨胀，气囊容量约在(50-90)L。同时气囊设有安全阀，当充气过量或囊内压力超过一定值时会自动泄放部分气体， 避免将乘客挤压受伤。安全气囊所用的气体多是氮气或一氧化碳。 除了驾驶员侧有安全气囊外，有些轿车前排也安装了乘客用的安全气囊(即双安全气囊规格)，乘客用的与驾车者用的相似，只是气囊的体积要大些，所需的气体也多一些而已。另外，有些轿车还在座位侧面靠门一侧安装了侧面安全气囊。

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二、汽车发展特点

美国通用汽车公司研发与规划副总裁伯恩斯说：“未来的汽车将具有以下七大特点：安全、价廉、环保、实用、高效、省时以及提供与外部世界的联系。这就意味着汽车行业必须围绕低价位、实用性、设计和技术进行创新。”当今，在这个网络驱动的日子里，数字化应用正在以前所未有的速度和方式进行整合，将汽车的设计、工程、采购和制造业务集成起来，这使我们能够缩短汽车的开发时间，并以更快的速度将新款汽车推向市场。最主要的有以下两个方面：

一是在汽车设计方面。由于越来越多地采用计算机工具，从而能在更短的时间开发出更多的款式、车型。 由于越来越多地采用数学模型，从而能实现验证模拟设计，并确认汽车空气动力学、耐冲撞性能、可制造性，大大从而缩短开发时间。同时汽车厂商越来越多地采用虚拟汽车概念，从而无需制作物理原型，就能组装、观察、模拟汽车的性能及制造工艺，并且越来越多地开展厂家、院所、政府、供应商间的战略伙伴关系进一步加快了汽车开发时间。

由于消费者的生活方式主导汽车设计的潮流，将诞生出新的汽车种类，进而满足 1

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消费者越来越多的需求。[)这些新产品将在不同程度上组合轿车、旅行车、皮卡车、越野车的特点，同时也将促成汽车市场进一步分化。

二是在汽车动力方面。专家预测，在今后10年中，内燃机将继续担当汽车动力的主要来源。但是，汽车动力系统将来的主要发展方向是越来越多地采用稀燃汽油发动机、柴油发动机技术，优化的燃油发动机组合，以及更好地催化技术。

汽车动力系统的配置将有改变。电动和燃油混合动力型汽车、燃料电池汽车等多种动力技术将日趋普及。这些尖端技术可望在将来减少或消除汽车尾气排放及其对环境的污染。

此外，未来的汽车，机械系统将大量地被电子系统所取代。这将大大提高轿车的驾驶性能及行驶的安全性。其特色功能如：语言识别、无钥匙点火等。

可以说，新一代汽车一个突出特点是：车内将配置更多的电子器件、计算机功能并接入因特网。车上配有：交通信息功能、路线规划与导航设备、高级导航设备、车载娱乐信息设备等。所以，汽车将变为可与消费者家庭、办公单位交换信息的信息、通信、娱乐中心。 在汽车安全方面：为了保护车内驾乘人员的安全，汽车制造厂家将在车上设置新一代的安全带、能量吸收结构、前端和侧面安全气囊、触发气囊的智能传感器、发生紧急情况的求救信号等。

三、车辆动力学控制

车辆动力学控制(Vehicle Dynamics Cotrol)的缩写是VDC，该系统的作用是保持汽车在行驶(包括制动和驱动)时的稳定性。传统的ABS(防抱死制动系统)和TCS(牵引控制系统)主要是对车轮上的制动力和驱动力进行控制，防止车轮出现过大的纵向滑移率，以获得最大的附着力，既可产生最大的减(加)速度，又可防止出现侧滑。

车辆动力学控制系统虽然也是控制车轮的制动力与驱动力，但它们与ABS/TCS有很大的不同，其主要表现是可实现左右纵向力的差动控制，以直接对汽车提供横摆力矩，抵消汽车的不稳定运动(如在滑路上甩尾时的矫正作用)。该系统通过在汽车上安装的各种传感器，检测到汽车的速度、角速度、转向盘转角以及其它的汽车运动姿态，根据需要主动地对某侧车轮进行制动，来改变汽车的运动状态，使汽车达到最佳的行驶状态和操纵性能，增加了车轮的附着性和汽车的操纵性和稳定性。

汽车智能速度控制系统的功用是在某些特殊路段或特殊行驶条件下对车速进行强制限制。汽车智能速度控制系统主要由电子控制单元和执行器组成。该控制系统工 2

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作时，需首先设定限制速度。［］例如某区域的限速为80km/h，我们可以将该速度设定为限速值。当车速未达到80km/h时，汽车智能速度控制系统不起作用。当车速接近80km/h时，电子控制单元启动执行器，限制加速踏板的行程，使汽车不能继续加速。当车速低于80km/h时，电子控制单元解除对执行器的控制，驾驶员又可以自由地踏下加速踏板使汽车加速。

智能速度控制系统限速值的设定，可以用选择开关设定，也可以通过接受无线信号设定(即接收道路速度无线信号切换或电子地图信号切换) ：可以只设定一个值，也可以根据不同的路况，有多个挡位供设定。

四、线控技术(control by wire)

汽车的各种操纵系统正向电子化、自动化方向发展，在未来的5～10年里，传统的汽车机械操纵系统将变成通过高速容错通信总线与高性能CPU相连的电气系统。如汽车将采用电气马达和电控信号来实现线控驾驶(steer by wire)、线控制动(brake by wire)、线控油门(throttle by wire)和线控悬架(suspension by wire)等，采用这些线控系统将完全取代现有系统中的液压和机械控制。

在新一代雅阁V6轿车上采用的DBW就是新技术之一。DBW是线控油门的英文缩写，也可称之为电控油门，即发动机的油门是通过电子控制的。传统的油门控制方式是驾驶员通过踩油门踏板，由油门拉索直接控制发动机油门的开合程度，从而决定加速或减速，驾驶员的动作与油门动作之间是通过拉索的机械作用联系的。而DBW将这种机械联系改为电子联系。驾驶员仍然通过踩油门踏板控制拉索。但拉索并不是直接连接到油门，而是连着一个油门踏板位置传感器，传感器将拉索的位置变化转化为电信号传送至汽车的大脑ECU(电子控制器)，ECU将收集到的相关传感器信号经过处理后发送命令至油门作动器控制模块，油门作动器控制模块再发送信号给油门作动器，从而控制油门的开合程度。也就是说驾驶员的动作与油门的动作之间是通过电子元件的电信号联系的。虽然从构造上来看，DBW比传统油门控制方式复杂，但油门的控制却比传统方式精确，发动机能够根据汽车的各种行驶信息，精确调节进入气缸的燃油空气混合气，改善发动机的燃烧状况，从而大大提高了汽车的动力性和经济性。

使用线控技术的优点很多，比如使用线控制动无需制动液，保护生态，减少维护；质量轻；性能高(制动响应快)；制动磨最小(向轮胎施力更均匀)；安装测试更简单快捷(模块结构)；更稳固的电子接口；隔板间无机械联系；简单布置就能增加电子控制功 3

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能；踏板特性一致；比液压系统的元件更少等。[]

由于至今仍没有一个通信网络可以满足未来汽车的所有成本和性能要求，因此，汽车OEM制造商仍将采用多种联网协议(包括CAN、LIN和MOST、1394等)。

随着电控单元在汽车中的应用越来越多，车载电子设备间的数据通信变得越来越重要，以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要的。大量数据的快速交换、高可靠性及廉价性是对汽车电子网络系统的要求。在该网络系统中，各处理机独立运行，控制改善汽车某一方面的性能，同时在其它处理机需要时提供数据服务。汽车内部网络的构成主要依靠总线传输技术。

汽车总线传输是通过某种通讯协议将汽车中各种电控单元、智能传感器、智能仪表等联接起来，从而构成的汽车内部网络。其优点有：

1.减少了线束的数量和线束的容积，提高了电子系统的可靠性和可维护性。

2.采用通用传感器，达到数据共享的目的。

3.改善了系统的灵活性，即通过系统的软件可以实现系统功能的变化。

CAN总线是德国博世公司在20世纪80年代初开发的一种串行数据通讯协议。它的短帧数据结构、非破坏性总线仲裁技术以及灵活的通讯方式使CAN总线具有很高的可靠性和抗干扰性，满足了汽车对总线的实时性和可靠性的要求。

目前，国外的汽车总线技术已经十分成熟，并已在汽车上推广应用。国内引进技术生产的奥迪A 6车型已于2000年起采用总线替代原有线束，帕萨特B5、宝来、波罗、菲亚特的派立奥、西耶那、哈飞赛马等车型都不同程度地使用了CAN总线技术。此外，部分高档客车、工程机械也都开始应用总线技术。预计到2005年CAN将会占据整个汽车网络协议市场的63％。在欧洲，基于CAN的网络也占有了大约88%的市场。

目前使用CAN总线网络的汽车大多具有两条或两条以上总线，一条是动力CAN总线，主要包括发动机、ABS和自动变速器三个节点，通信速率一般为500kbps；另一条是舒适CAN总线，主要包括中央控制器和四个门模块，通信速率一般为62.55kbps或100kbps。

五、电子巡航控制系统(简称CCS)

它是汽车在行驶中为了达到所希望的速度，驾驶员不必踩踏油门调整车速，只需通过操纵调整开关，汽车就能以设定的车速进行定速行驶的装置。这个装置的优点主 4

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要体现在：当在高速公路上长时间行驶时，能够减轻驾驶员的疲劳；且对紧急情况动作解除的可靠性与对排除装置故障等安全性方面作了充分的考虑。[］

宝马新一代豪华轿车745i和735i所用的发动机是新式的进气系统参数可调式V8发动机。该发动机进排气系统的3个主要参数(排气阀开启时间、进气阀升程和进气道长度)都可随发动机工况的改变而自动调节。其中，进气道长度可调技术为世界首创。西门子公司为该发动机配套提供了伺服阀、中间偏心轴的位置传感器以及与发动机微机连接的阀门升程控制器。

奔驰SL轿车特有的动态操纵控制系统，包括一个电子液压制动系(EHB)，称之为感应控制系统(SBC)。该系统的主要特点是通过传感器建立了运动状态、制动压力的动态监测和危险工况的预警。SBC增加了制动管路的压力控制和制动准备功能，一旦踩下制动踏板，汽车即以最大的压力、最快的响应实施制动，前后制动压力比会随路况的不同而变化，从而提高弯道制动时的安全性。其优点(也是技术难点)在于提高了制动的舒适性并能提前做出响应，而不是象传统的ABS在制动后通过信号反馈进行控制；此外，可以实现完全的干式制动，在潮湿的气候或路面条件下，制动盘表面也不会形成水膜，保证了汽车快速响应。

设计的发展必然随着汽车技术的进步而日新月异，众多设计师的艺术风格也会更广泛更强烈地体现在汽车设计之中，而给予人们更加广泛的选择。高科技下，个性鲜明、更加人性化的汽车将是21世纪汽车产业发展的必然，因为它符合人类对文化、个性的追求和需要。因此，加大对概念汽车的设计的重视和投入，将对我国汽车产业的发展起到极大的推进作用。

汽车安全控制技术现状及其展望的论文

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汽车的安全配置已经不再是安全带这样单一的配件，更多的配件和电控系统被集成起来，形成互不相同但
又互相交叉的综合系统，汽车安全技术已经开始渗透到汽车的各个部分。介绍了汽车防侧翻系统、双级燃爆气囊、
混合制动器控制技术、底盘一体化控制技术和事故辅助上传系统等汽车最新安全技术。

1 防侧翻系统
防侧翻系统对于质心较高的sIⅣ特别重要。大多数这
种系统都是使用陀螺仪来监测转弯是否太快或由于紧急躲
避而使车身出现突然侧倾。如果传感器判断可能会发生侧
翻。则电脑会通过牵引力控制系统或车身稳定系统切断油门
并施加适当的制动，修正车辆行驶轨迹。在主动预防侧翻的
同时，更加宽阔的头部安全气囊也被开发出来。如福特的头
部侧气囊系统，当传感器发现将要发生侧翻时，头部侧气囊
能够覆盖乘员的头部区域和前两排65％的车窗面积，保护乘
员不受破碎车窗的侵害。这种系统已经应用在福特、水星和
林肯的SUV等车型上。由于敞篷车的乘员从肩膀往上都暴
露在车身之外，防侧翻系统对敞篷车的重要性丝毫不亚于
SUV。目前大部分主流的豪华敞篷车都配备了在座椅背后
能够紧急弹出的防滚架，用以减轻翻滚时对乘员的伤害。
2双级燃爆气囊
近年来，安全气囊智能化程度不断提高。美国国家公路
交通安全管理局要求，2006年以后生产的所有乘用车和轻型
卡车都必须安装更先进的前部气囊。其中规定气囊必须能
够判断座位上是否有乘客，并且和车身上的碰撞力度传感器
一起联合判断，决定气囊弹出的等级。
通用公司开发的双重开启前部气囊，能够根据乘员的重
量和撞击的力度，分两级按照不同的尺寸和压力打开。如果
撞击并不十分严重，或者乘客体重较小，那么气囊就不会按
照最大压力和最大尺寸完全充气。一般的双级气囊虽然充
气压力不同，但充气尺寸都是相同的。
除了双级前部安全气囊，侧部安全气囊也开始出现双级
产品。在沃尔沃S 80上，座椅侧的安全气囊有2个不同的充
气室，在发生侧部碰撞时，传感器会判断碰撞的部位。由于
臀部相比其他部位能够承受更大的撞击力，这时气囊会调整
充气区域，以保护胸部为主要对象。
3 混合制动器控制技术
混合制动器采用“智能型”后电卡钳控制后轮制动力，传
统的液压前制动器系统和ABS前调制器与后轮电力制动器
卡钳相配合。驾驶员踩制动踏板的行为由传感器检测送入
ECU转换成控制后电卡钳的指令，可实现前后轮的最佳制
动力分配。
混合制动器采用整体式电控停车制动器，减少了元件数
量，使车辆在装配过程中用销钉和螺钉固定后轮制动器的转
角，而不必连接液压管道、软管和停车制动电缆，消除了停车
制动器操纵杆或踏板，扩大了乘坐空间。混合制动系统的优
点主要有：①改善了基准制动反应(卡钳的反应更快)；踏板
感觉良好；减少制动片的滞动；能够调整并独立地控制后卡
钳，改进前后制动力的平衡。②减少了整车质量；简化某些
车辆的后轮；不同型号的车辆使用单一的停车制动系统。③
消除了后部的管道、软管和停车制动机构；改善了抽空和灌
装时间。
4底盘一体化控制系统(UCC)
UCC是一种先进的集成系统，通过中央底盘控制器，将
制动、悬挂、转向、动力传动系等控制进行电子化连接。控制
器通过复杂的控制运算，对各个子系统进行协调，使车辆的
整体性能控制最佳。
底盘控制器能够接收每个底盘子系统传感器检测的数
据，还能监测汽车状态的变化和驾驶员的意图。在任何行驶
状态下，UI∞均可确定最佳的控制方案，底盘的所有系统都
会共同配合，监测驾驶员和汽车的状态，协调一致地对车辆
进行控制。UCC对传感器进行了集成，大大地降低了车辆
制造成本。底盘的各系统共用一个传感器系统，从而减轻了
车辆质量、节省空间、简化了结构，并提高了车辆的反应灵敏
度、操纵性和行驶性能。
1)QUADRASTEER电子四轮转向系统使大型车辆在
低速行驶或拖运时机动性更好，在高速行驶特别是拖运时，
操纵稳定性和可控制性得以改进。该系统通过电子控制后
轮的方向，缩短了大型车辆的转弯半径。
2)TRAxXAR控制制动系统在车辆转向过多或不足时，
可控制车辆侧滑，有选择性地对各个车轮进行制动，明显提
高车辆行驶的稳定性，使车辆在易滑或起伏不平的路面上行
驶或在避让其他车辆时，具有良好的操纵稳定性和转向控制
能力。
3)QU舢)RASTEER ES四轮转向和TRAXXAR控制
制动集成于一体，两系统相互联系，协同动作，从而有效地提
高车辆在任何驱动条件下的稳定性和安全性，包括急加速、
转向，尤其是在冰雪路面或风雨中行驶时。当车辆在冰雪路
面上制动时，该系统能使车辆实现稳定、可控制地停车，在某
些道路条件下停车距离可减少到14％。
4)MagneSteer磁性辅助转向装置。在恶劣的路面条件
下，若将侧倾率传感器探测到的信息纳入转向系统的动态信
息，即可对驾驶员提供更好的信息反馈，从而提高车辆的稳
定性。在车辆转弯时，MAGNAsTEER磁性辅助转向装置
可根据汽车的运动状态，控制转向辅助的力度。ABS工作
时，可增强转向稳定性。
5)动力车身控制系统(Dynamic Body Contr01)特别适用
于多用途运动车和其他质心较高的汽车，可最大程度地提高
汽车性能，在不降低行车质量的前提下，提供良好的转向稳
定能力。车辆越野行驶时，车桥可相互接合，提供更好的牵
引性能，汽车的舒适感也会增强。动力车身控制系统可以利
用1～2个主动式平衡杆模块，向平衡杆施加可调节的预加
载荷，以免转弯时发生左右摇晃。在车身开始倾斜之前，加
速度计会检测侧滑力，并发出信号给计算机，以便向每根杆
上的执行器施加液压。施力的大小根据横向加速度及随后
的摇晃时间而定。
5事故辅助上传系统
事故发生时，如果车上装有在线紧急通讯系统就能够为
抢救伤者提供更好的帮助。宝马的Assist系统、通用的Onstar
系统和其他制造商的支援网络呼叫系统都能为救援提
供帮助。这些系统通过GPS系统对车辆进行准确定位，车
上类似飞机黑匣子的数据记录仪能够记录碰撞发生的过程
和程度，并通过内置的无线电话系统将这些信息自动上传。
宝马和大众的智能系统在发生事故时，能够在上传报告之后
自动断开车上的电源。而奔驰的安全系统还能断开燃油泵
并且自动打开所有门锁。在线服务系统在已有的信息上传
基础上，能够在发生事故后直接通知就近的医院和紧急事件
处理部门，并且告知车上哪个位子坐有乘客，哪个气囊被打
开，车身受到碰撞的位置，是否发生翻滚等。

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ABS与汽车制动系统

　 汽车的制动性也是汽车的主要性能之一。自从汽车诞生之日起，汽车的制动性就显得至关重要；并且随着汽车技术的发展和汽车行驶车速的提高，其重要性也显得越来越明显。制动性直接关系到交通安全，重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关。所以，汽车的制动性是汽车行驶的重要保障。 　　
　 汽车的制动性及其评价指标 　　
　汽车行驶时能在短距离内停车并且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力，以及汽车在一定坡道上能长时间停车不动的驻车制动器性能称为汽车的制动性。
　　汽车的制动性主要由制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳定性三方面来评价。
一、提高汽车安全性的制动控制系统
　　有汽车参与的交通事故中，事故的预防、事故的回避、乘客保护等安全领域与汽车的运动性能有密切的关系。事故预防中起主要作用的是驾驶员，事故发生瞬间对乘客保护主要是汽车的被动安全设备起作用，而事故的回避则与汽车的制动控制系统有紧密的关系。在事故预防环节中人和环境的作用是主要的，在事故回避环节中车的作用是主要的。在汽车中，提高安全性的制动控制系统除了ABS、TCS、ESP（VSC、VDS）等，另外还有BAS（Brake Assist System，制动器辅助系统）。
　　制动辅助系统BAS是当紧急刹车时，根据踩的速度、力度，制动系统自动感知而输出更强的制动力。它的工作原理是，令刹车泵里的真空量增加，使你一脚踩下去，制动力度大大提高，从而提高了驾驶安全性。即使车子已经熄火了，它还会使刹车制动能力保持一段时间。它的功能是在紧急制动时，提供一个附加的制动力来帮助没能及时形成较大制动力的驾驶员，制动助力加快制动踏板的移动；当司机施加在制动踏板上的制动力不太大时，增加制动力，使车辆的紧急制动性能最佳。有关调查显示，约有90％的汽车驾驶员紧急情况刹车时缺乏果断，而BAS则能从驾驶员踩下制动踏板的速度，探测车辆行驶情况。紧急情况下，当驾驶员迅速踩下制动踏板力度不足时，BAS便会启动，并在不足1秒的时间内把制动力增至最大，从而缩短紧急制动刹车距离。
ABS虽然能够缩短刹车距离，但如果驾驶员采用点刹时，车轮往往不会抱死，ABS没有机会发挥作用。而制动辅助BAS，则让现有的ABS具有一定的智能。当驾驶者迅速用力踩下刹车踏板时，BAS就会判断车辆正在紧急刹车，从而启动ABS，迅速增大制动力。
二、 ABS系统的保养与正确使用
　　ABS(防抱死制动系统)作为一种主动安全装置，在现代汽车上运用已经很广泛了。由于其在制动过程中的控制方式及工作过程与以往普通的制动系统有所区别，因此在使用保养方面也与传统的制动系统有所不同，否则会引发ABS系统故障。
　　总结多年的维修经验，笔者认为车主在使用装有ABS系统的汽车时要做到“四要”、“四不要”。
　 四要
　 (1)要始终将脚踩住制动踏板不放松。这样才能保证足够和连续的制动力，使ABS有效地发挥作用。
(2)要保持足够的制动距离。当在良好路面上行驶时，至少要保证离前面的车辆有3s的制动时间；在不好的路面上行驶，要留给制动更长一些的时间。
　 (3)要事先练习使用ABS，这样才能使自己对ABS工作时的制动踏板振颤有准备和适应能力。
　 (4)要事先阅读汽车驾驶员手册。这样才能进一步理解各种操作。
　　 四不要
(1)不要在驾驶装有ABS的汽车时比没有装ABS的汽车更随意。有些车主认为汽车装有ABS后，安全性加大，因此在驾驶中思想就会放松，为事故埋下隐患。
(2)不要反复踩制动踏板。在驾驶有ABS的车时，反复踩制动踏板会使ABS的工作时断时续，导致制动效能降低和制动距离增加。实际上，ABS本身会以更高速率自动增减制动力，并提供有效的方向控制能力。
(3)不要忘记控制转向盘。在制动时，ABS系统为驾驶者提供了可靠的方向控制能力，但它本身并不能自动完成汽车的转向操作。在出现意外状况时，还得需要人来完成转向控制。
(4)不要在制动过程中，被ABS的正常液压工作噪声和制动踏板振颤吓住。这种声音和振颤都是正常的，且可让驾驶者由此而感知ABS在工作。 检举 回答人的补充 2009-04-28 17:10 经过了一百多年的发展，汽车制动系统的形式已经基本固定下来，但是随着电子（特别是大规模、超大规模集成电路）的发展，汽车制动系统的形式也将发生变化。BBW（全电路制动，Break-By-Wire）系统的出现，将会彻底颠覆使用液压油或空气作为传力介质的传统制动系统。全电制动不同于传统的制动系统，因为其传递的是电，而不是液压油或压缩空气，可以省略许多管路和传感器，缩短制动反应时间。
　　与传统的制动系统相比，BBW具有很多优点：结构简单，省去了传统制动系统中的制动油箱、制动主缸、助力装置、液压阀、复杂的管路系统等部件，使整车质量降低；制动时间短，提高制动性能；无制动液，维护简单；系统总成制造、装配、测试简单快捷，制动分总成为模块化结构；采用电线连接，系统耐久性能良好；易于改进，稍加改进就可以增加各种电控制功能。
　　作为一种全新的制动系统，BBW给制动系统带来了巨大的变革，为将来的车辆智能控制提供条件。但是，要想全面推广，还有不少问题需要解决，比如：当前汽车的电力系统不能满足制动能量要求、控制系统失效时的处理和如何清除其它干扰信号对控制系统造成的影响等。目前BBW系统主要是应用在混合动力制动控制系统汽车上，采用液压制动和电制动两种制动系统；但是随着未来技术的发展，BBW全电路制动系统取代传统制动系统将成为现实。
（抱歉，字数不够，请加些例子）