汽車安全技術發展的研究分析

趙其吉

（上海東方久樂汽車安全氣囊有限公司，上海 201201）

引言

隨著我國經濟的快速發展和道路交通狀況的改善，汽車在人民生活當中已經占據了重要的地位，交通事故總量近年來雖然有下降趨勢，但仍然嚴峻，如圖1所示。據相關部門統計，我國每年因為發生車禍而導致死亡的人數目龐大，給國家和社會帶來了巨大的經濟損失，對人們的正常日常生活和經濟的穩定發展帶來不良影響，汽車的運行安全性正日益受到關注[1]。國外制定了很多嚴格的法規來強制要求汽車碰撞的安全性，目前已經形成了美國FMVSS系列和歐洲 ECE和EEC系列為代表的兩大車輛安全法規體系。我國在汽車碰撞安全性領域研究起步較晚，但是國家也制定了一系列關于汽車碰撞安全性的法規，如在2003年，我國頒布的汽車正面碰撞的安全性能法規《GB11551-2003乘用車正面碰撞的乘員保護》以及在 2006年我國出臺的側面碰撞安全法規《GB20071-2006汽車側面碰撞的乘員保護》。

1 汽車安全的介紹

汽車安全性包括主動安全性和被動安全性。主動安全性是指汽車能夠提前識別潛在的碰撞風險，并通過汽車上配置的電子、電控系統和裝置主動規避碰撞事故，或在駕駛員采取相應的避險措施時汽車能保持最佳的行駛狀態，完全逃避碰撞危險或將危險程度降為最低的能力。被動安全性是指汽車在發生不可避免的道路交通事故后，車體結構及乘員約束系統對車內乘員或車外行人進行保護，避免其發生嚴重傷害或使傷害程度盡可能降低的能力[2-3]。無論是主動安全系統還是被動安全系統都不能單獨進行保護，兩者必須相結合才能達到最佳保護狀態，如圖2所示。

圖1 近五年交通事故屬

圖2 主、被動安全協調保護

2 汽車主動安全的主要內容

主動安全是指汽車發生交通事故前主動預防、避免或減少汽車在行駛過程中可能發生的事故，以提高汽車的安全性能。按照作用形式的不同，主動安全可以分為：制動力控制類和輔助提醒類。

2.1 制動力控制類

制動力控制類主動安全裝置主要包括：ABS（防抱死制動系統）、EBD（電子制動力分配系統）、ESP（電子穩定程序）、TCS（牽引力制動系統）等，ABS主要是在汽車緊急制動的時候，防治車輪鎖死，使汽車在制動狀態下仍能轉向，保證汽車的制動方向穩定性，防止產生側滑和跑偏。EBD作為是ABS的輔助功能，其可以計算出每一個車輪的抓地力，并迅速調整車輛制動。ESP通過控制驅動輪和從動輪來實現車輛平穩行駛如圖3至圖6所示。

圖3 有無ABS對比

圖4 有無EBD對比

圖6 有無TCS對比

圖5 有無ESC對比

2.2 輔助提醒類

輔助提醒類類主動安全裝置主要包括：夜視系統、自適應巡航（ACC）、偏航預警系統（LDWS）、自動剎車系統（AEB）等。

夜視系統：可以幫助駕駛員在弱光情況下提高預見能力，自適應巡航可以在無人的干預下，自動控制減速與加速并保持前車的安全距離。偏航預警系統可以在汽車偏離車道時發出預警，提醒乘員將車輛保持在原車道安全行駛。

3 汽車被動安全的主要內容

汽車被動安全性是指汽車在發生不可避免的道路交通事故后，車體結構及乘員約束系統對車內乘員或車外行人進行保護，避免其發生嚴重傷害或使傷害程度盡可能降低的能力。汽車被動安全主要從車體結構、約束系統及行人保護三方面研究。

3.1 車體結構方面

車體結構的耐撞性研究主要包含兩部分,即利用車身的前部、后部、側面結構有效地吸收碰撞能量和乘員乘坐區的堅固可靠以確保乘員的有效生存空間。

汽車發生低速碰撞時主要靠保險杠對車體起保護問題，在發生正面碰撞時要求汽車的前部結構要盡可能多地吸收碰撞能量，并且還要防止車輪、發動機、變速箱等剛性部件侵入駕駛室。當汽車發生側面碰撞時，主要靠增設車門防撞桿、加強門坎梁、柱的合理設計等措施以提高側面碰撞安全性[4]。

3.2 約束系統方面

汽車乘員約束系統主要研究避免或減輕車內乘員與車內部件發生的二次碰撞，使乘員所受到的傷害降低到最小。主要的研究部件有安全帶、安全氣囊、安全座椅、轉向管柱、車內儀表盤等。

圖7 常見的安全氣囊

目前常用的汽車安全氣囊主要分為以下幾種如圖 7所示：正面氣囊，DAB安裝位置處于方向盤上，PAB安裝在副駕對應的儀表盤上，借助于擋風玻璃的引導展開；側面氣囊（SAB）或側面簾式氣囊（CAB），通常可在側撞時保護乘員的身體，而在車門框橫梁展開同時可保護頭部；腿部氣囊（KAB）用來保護成員的腿部，安裝位置在座椅前沿，并可向乘員大腿的垂直方向展開；目前國外還開發了安全帶式氣囊和用于保護駕駛員足部的足部氣囊。

3.3 行人保護方面

行人保護主要研究道路交通事故中汽車對路上行人的保護性能，主要包括汽車前部結構設計優化、先進行人保護裝置，行人沖擊模型和試驗方法等內容[5]。

行人的傷害一般包括保險杠和一次碰撞時產生的下肢傷害與發動機罩、風窗玻璃等二次碰撞時的傷害以及與路面的三次碰撞產生的傷害。

目前針對行人保護主要涉及車身吸能材料的應用，如吸能保險杠、軟性的引擎蓋材料、大燈及附件無銳角等。在國外現研發了發動機蓋自動彈起復原系統作為行人保護技術之一。

4 汽車安全技術的發展

安全氣囊對于汽車來說實在是必不可少的一套保護系統,目前智能氣囊的研發正在如火如荼的進行中，其基本思想是盡可能多的收集和利用有關乘員形體位置及撞車類型和撞車速度的數據，建立數據庫，對某一碰撞中獲得的乘員和車的有關信息進行判斷識別，調整約束系統的新能參數，使人體獲得最佳的保護。如智能化的安全氣囊，通過增加傳感器，探測乘員是兒童還是成人，以及坐姿及安全帶狀況，然后經計算機分析，合理控制安全氣囊展開的時間和強度，以減少安全氣囊對人員的意外傷害。安全帶方面，目前美國福特研發了一種新型安全帶，在碰撞時安全帶中的氣囊會膨脹，該安全帶對于后排的兒童也有更好的保護作用，在碰撞時寬大的充氣囊能夠更有效減少安全帶勒住頸部造成的窒息風險。可避免安全帶的二次傷害。

主動安全方面，目前在行人保護方面使用的汽車側面盲區行人防撞保護系統利用多種傳感器測得的數據，來判斷是有潛在的危險狀況，對側面盲區不同速度行駛的汽車、行人準確識別并做出相應的反應，同時緊急報警來對駕駛員進行提醒，使汽車主動避免碰撞危險，能夠提高汽車行車的安全性，從而盡量避免或減少交通事故的發生，應用前景良好。

圖8 汽車安全技術的發展

主動安全的發展是汽車無人駕駛技術的前奏，2010年到2015年間，與汽車無人駕駛技術相關的發明專利超過2萬件。隨著更加先進的智能型傳感器、雷達技術、第三代移動通信技術在汽車上的應用，未來主動安全將會是汽車安全發展的主流如圖8所示。

5 總結

隨著我國汽車制造工藝水平的提高，國內自主品牌汽車制造商越來越重視汽車安全性能提升。很多自主品牌汽車制造商大多采取與國際知名研究機構進行技術合作的方式進行汽車安全性能開發，隨著對國外汽車安全先進技術、法規規范和評價體系進行深入研究，并自我創新，形成了汽車安全性能的全自主開發和控制能力，將有力的推動我國由汽車制造大國向汽車強國邁進。

[1] 楊浩.某國產轎車正面偏置碰撞計算機仿真分析[D].重慶:重慶理工大學,2012.

[2] 牛家忠,朱杏娟.汽車主動安全性與被動安全性的發展.重型汽車[J],1997.6: 29-31.

[3] Norbert Hover, Bernd Lichte. Multi-beam Lidar Sensor for Active Safety Applications. SAE 2006-01-0347.

[4] Chan JUU Yeom.A predicting and Improvement of Side Impact Using the CC-CTP[J]. SAE.930443

[5] Emmanuel Glasson, Valérie Maistre and Claude Laurent. Car Front End Module Structure Development Regarding Pedestrian Protec-tion and other Mechanical Constraints. SAE2001-01-0761.