汽車安全技術的應用與發展研究

摘 要 隨著汽車保有量的日益增加，車輛事故和因車禍傷亡的人數也在不斷增加，汽車安全性成為衡量汽車性能及消費者選購車輛的重要指標。本文介紹了汽車安全技術的應用與發展歷程，分析了汽車安全技術的應用現狀，總結了汽車安全技術的發展趨勢與方向。

關鍵詞 汽車安全 應用與發展

隨著我國汽車工業的不斷發展及人們生活水平的不斷提高，我國汽車產銷量逐年增加，據中國汽車工業協會統計數據，2013年國內汽車產銷2211.68萬輛和2198.41萬輛，再次刷新全球記錄，已連續五年蟬聯全球第一。同時，截至2013年底，中國民用汽車保有量已達1.27億輛（其中私家車占80%以上），已超日追美，汽車已成為必不可少、最主要的交通工具之一。汽車在給人們帶來便利的同時，也給道路交通帶來了很大的安全問題。隨著汽車保有量的日益增加，車輛事故和因車禍傷亡的人數也在不斷增加，已成為一個不容忽視的社會問題。全世界每年死于交通事故的人數近130萬，傷1000萬人以上。道路交通傷害已經成為全球第八大死因，如不采取相應措施，到2020年道路交通車禍預計將每年造成1900萬人死亡。近十年來，我國每年交通事故年均逾50萬余起，因交通事故死亡人數均超過10萬人，已連續十年居世界第一。為滿足人們對汽車安全性能要求日益增加的需求，越來越多的先進技術被應用到汽車安全裝置上，安全性成為衡量汽車性能及人們選購車輛的重要指標。

一、汽車安全技術的發展

汽車安全技術可分為主動安全技術和被動安全技術。在1886年，汽車剛誕生時，車上未配備任何安全裝置及技術，人們在選購汽車時，主要關注鋼板的厚度、強度及結實與否；技術人員也主要研究汽車玻璃在發生事故破碎后，如何減少尖銳度以減輕對乘員的損傷，同時另一主要研究內容為發生撞擊后如何減少零部件的脫落，降低對乘員造成的危害，如安全帶的出現。在1959年，沃爾沃公司成功研制出前座三點式安全帶；1953年，第一個安全氣囊被發明并申請專利，但直到1980年，安全氣囊才開始逐步在部分汽車上安裝使用；1966年，碰撞緩沖區的概念在車上開始應用，主要是指車輛發生碰撞時，利用車輛的前部和側面鋼板吸收碰撞時產生的能量；1970年，兒童安全座椅開始在轎車上裝備。總體而言，在汽車發展前期，汽車安全技術的發展主要關注的是如何在事故發生后將傷害程度減小到最低，即被動安全性方面。

而在主動安全技術方面，相關技術的研發和應用均較晚。最具代表性的ABS（制動防抱死系統）技術于1920年由英國人霍納摩爾發明，1936年德國博世公司取得取得ABS專利權，但直到20世紀50年代才開始在汽車上應用；20世紀90年代初期，博世公司發明ESP（電子穩定系統）并首先應用在奔馳轎車上；進入21世紀以來，隨著汽車技術的發展以及人們對汽車安全性能要求的不斷提高，各大品牌汽車生產制造廠家也越來越重視汽車安全技術的研制與開發，越來越多的先進安全技術被應用到汽車上，如：汽車驅動防滑控制系統（ASR）、汽車電子控制制動系統（EBS）、可控懸架系統、汽車電控動力轉向系統、輪胎壓了監控系統等等。據相關統計數據顯示，隨著現代汽車技術的快速發展，汽車安全技術將朝著集成化、智能化的方向邁進，能“防患于未然”，同時在發生事故后給予有效保護的汽車安全技術的研究與發展將是世界各國汽車高新技術發展永恒的主題之一。

二、汽車安全技術的應用現狀

汽車行駛安全性是當今世界汽車技術發展重點關注問題之一，汽車安全性可分為主動安全性和被動安全性兩大類。主動安全性通過對現有汽車結構的設計、優化以及先進技術、裝置的應用，使汽車在各種行駛條件的性能達到最佳，著眼于預防事故的發生。被動安全性主要研究在汽車發生碰撞事故時，如何對駕乘人員進行有效保護，盡量降低傷害。目前，在汽車上應用的安全技術主要有以下一些：

1、防抱死制動系統（ABS）：在傳統的制動系統上采用電子控制技術，防止車輛制動時車輪抱死的一種機電一體化系統。裝備ABS可充分利用輪胎與路面之間的峰值附著性能，提高汽車抗側滑性能，縮短制動距離，充分發揮制動性能，增加汽車制動過程中的安全性、穩定性及可控性。

2、驅動防滑系統（TCS/ASR）：是一種根據驅動車輪的滑轉狀態來控制車輛牽引效能的汽車主動控制系統，通過充分利用地面所提供的附著力，有效改善車輛牽引性能和行駛安全性，可使車輛在濕滑或泥濘路面起步、加速以及加速轉彎時避免驅動輪打滑，并將滑動率控制在一定范圍內，既提升了牽引力，又保證了汽車的行駛穩定。

3、電子制動力分配系統（EBD）：在汽車制動瞬間，高速計算出四個輪胎由于附著地面不同而導致的附著力數值，調整制動裝置，達到制動力和附著力的匹配，以保證車輛的平穩和安全。主要用于避免當四個輪胎附著地面條件不同時，因車輪與地面附著力不同而導致制動時產生打滑、傾斜和側翻等現象。

4、電控輔助制動系統（EBA）：通過駕駛員踩踏制動踏板時制動壓力增長的速率來判斷制動行為，以電控輔助的方式，在駕駛員緊急制動時，縮短制動系統的反應時間，縮短緊急制動距離，有效預防常見的追尾事故。

5、電子穩定系統（ESP）：一種在制動防抱死系統和驅動防滑系統基礎上發展起來的新型主動安全系統。ESP整合了ABS、EBD、EBA等控制系統，通過合理分配縱向和側向輪胎力，使汽車在物理極限內最大限度按照駕駛員意愿行駛，采用車載傳感系統對車輛行駛的縱向、橫向、橫擺運動狀態、車輪運動狀態、發動機工作狀態、制動工作狀態及駕駛員轉向意圖等進行自動識別，判斷汽車是否發生車輪抱死、驅動輪滑轉及喪失操縱穩定性，進而對發動機轉矩、車輪制動進行綜合協調控制，實現對制動工況下的車輪防抱死和穩定性控制、驅動工況下的驅動輪防滑和穩定性控制及轉向工況下的穩定性控制，使汽車的操縱穩定性、加速性和制動性實現綜合最佳。

6、汽車四輪轉向系統（4WS）：是指四個車輪都是轉向輪或起轉向作用。相對于常見的兩輪轉向汽車，四輪轉向汽車提升了汽車在不良路面、側風、高速行駛及轉彎情況下的行駛、轉向性能，并能減少低速轉彎半徑。

7、主動前輪轉向（AFS）：在駕駛員轉向轉動方向盤時，通過執行電機給前輪疊加一個附加轉向角度，便于駕駛員精確轉向并改善轉向過程的穩定性。

8、主動懸架（AS）：通過主動和動態的調節懸架系統的剛度和阻尼，使懸架系統在任何行駛條件和道路狀態下始終處于最佳減震狀態，從而有效增加汽車行駛的平順性、安全性、操縱性、舒適性。

9、自適應巡航控制系統（ACC）：在車輛行駛過程中，通過安裝在車輛前部的雷達持續掃描車前道路，如與前車車距過小時，控制單元使車輪適當制動，保持安全距離。當與前車車距增加到安全距離時，控制單元控制車輛按預定速度行駛。

10、自動變速器技術：安裝自動變速器的車輛提升了駕駛操作的便利性、換擋平穩性等，極大的提高了行車的安全性，也屬主動安全技術的一種。目前，在汽車上的應用主要有液力自動變速器（AT）、有級式機械自動變速器（AMT）、電控無級自動變速器（CVT）和雙離合器自動變速器（DCT）等。

11、自適應前照燈（AFS）：智能照明系統的一種，能隨著環境的改變對前照燈照明范圍及角度作出調整以適應環境，如隨動轉向、自動開啟、制動及加速平衡等。

12、倒車雷達及可視技術：車輛在倒車時，由于后視鏡存在一定的后視盲區；同時，如駕駛員經驗不足或不熟練時，容易發生事故。通過加裝倒車雷達或影像，可有效避免倒車時事故的發生率。

13、輪胎安全技術：主要用于預防輪胎故障，通過采用低壓安全輪胎、胎壓監測、防滑水輪胎等方式，從而避免在車輛行駛過程中因輪胎故障所造成交通事故。

14、安全氣囊（SRS）：該系統是國內外汽車上一種常見的被動安全裝置。在車輛相撞時，由電控元件用電流引爆安置在方向盤中央（有的在儀表盤板雜務箱后邊也安裝）等處氣囊中的滲氮物，迅速燃燒產生氮氣，瞬間充滿氣囊。氣囊的作用是在駕駛員與方向盤之間、前座乘員與儀表板間形成一個緩沖軟墊，避免硬性撞擊而受傷。此裝置一定要與安全帶配合使用，否則效果大為降低。按照安裝位置可分為：駕駛員座及副駕座安全氣囊、后排乘客安全氣囊、防側撞安全氣囊、下肢用安全氣囊、行人安全氣囊等。

15、安全帶：在汽車發生任何碰撞時，限制人體相對于車體的運動，可吸收部分碰撞能量，以保護乘員。

16、能量吸收式轉向柱：在車輛發生碰撞時，通過轉向柱的潰縮變形有效吸收部分碰撞能量，從而達到防止或減少駕駛員傷害程度。

17、汽車緩沖吸能技術：在車身結構設計時，將其分為乘員安全區和緩沖吸能區兩類區域設計模式。在汽車中部駕駛員及乘員乘坐室（乘員安全區）主要追求足夠的剛度，不允許大的碰撞變形，保障乘員足夠的生存區；乘坐室以外的車身前、后部在碰撞時允許有較大變形，以吸收足夠的碰撞能量。兩者配合以保障乘員在發生事故時的生存機率。

三、汽車安全技術的發展趨勢

隨著汽車電子技術的不斷發展，傳感器技術、控制技術及智能化技術在現代汽車上大量應用，這些技術的應用也有效推進了汽車安全技術的發展。世界各國目前紛紛致力于汽車一體化安全技術、智能化技術及智能交通系統的研究與開發，預示著未來汽車安全技術將向著集成化、智能化、系統化的方向發展。綜觀世界各國汽車安全技術的發展現狀和方向，可以預期，未來汽車安全技術的發展將大致經歷以下幾個階段：2020年，實現主被動安全技術一體化，車輛事故零傷亡，碰撞傷害減輕；2030年，實現全方位安全，完全避免車輛碰撞，事故發生率為零；2040年，智能交通系統構建完成，全自動汽車出現，最終實現汽車安全終極目標——自動駕駛，車輛自動規劃行車路徑，自動規避安全事故發生。

本文為武漢商學院2014年立項科研課題《汽車安全技術的應用發展研究》的部分成果，涂志軍為課題負責人，課題編號：2014Y004

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（作者單位：武漢商學院機電工程與汽車服務學院）