汽車(chē)安全性介紹*

毛明哲，王麗

汽車(chē)安全性介紹*

毛明哲，王麗

（山東華宇工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，山東 德州 253034）

文章將汽車(chē)安全性分為三個(gè)方面即汽車(chē)主動(dòng)安全性、汽車(chē)被動(dòng)安全性、汽車(chē)車(chē)外安全性，并分別對(duì)它們進(jìn)行介紹，主動(dòng)安全性以ABS為代表，被動(dòng)安全性對(duì)成員約束系統(tǒng)實(shí)際進(jìn)行描述，車(chē)外安全性也有相關(guān)探索。最后對(duì)汽車(chē)安全性發(fā)展稍加展望。

汽車(chē)安全性；法律；裝置；介紹

1 汽車(chē)安全性概述

所謂安全即是既沒(méi)有外部的威脅又沒(méi)有內(nèi)部的混亂。汽車(chē)安全性則是在行駛過(guò)程中針對(duì)碰撞事故中盡可能保障行人和車(chē)內(nèi)乘員安全的能力。特別是翻車(chē)和固定壁碰撞試驗(yàn)由美國(guó)的通用汽車(chē)公司早在20世紀(jì)30年代就已經(jīng)開(kāi)始，而二次碰撞的概念也是由于當(dāng)時(shí)的50年代中期各國(guó)的汽車(chē)公司普遍性的開(kāi)展碰撞試驗(yàn)而提出的。時(shí)至今天，汽車(chē)安全性將成為汽車(chē)發(fā)展中三大方向——智能，環(huán)保，安全里最主要的方向。

1.1 汽車(chē)安全性歷史

當(dāng)人類(lèi)走上工業(yè)革命道路時(shí)便注定要解放我們的雙手交通工具的改變從未落后于人。甚至偉大的物理學(xué)家牛頓跨越了時(shí)間長(zhǎng)河在1680年就設(shè)想制造噴管通過(guò)噴射蒸汽推動(dòng)車(chē)子運(yùn)行，那應(yīng)該也叫做噴氣式汽車(chē)了吧，只是由于生產(chǎn)力的限制“噴氣式汽車(chē)”最終停留在了思想上。18世紀(jì)60年代人類(lèi)走上了工業(yè)革命道路，正式進(jìn)入了蒸汽時(shí)代新的動(dòng)力源產(chǎn)生了。通過(guò)煤氣燃燒產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)三輪汽車(chē)被法國(guó)人N·J·居紐在1769年成功制造而出。但其速度僅僅能夠達(dá)到每小時(shí)4公里，甚至每隔一刻鐘便要將車(chē)子停下來(lái)，因?yàn)樾枰蝈仩t里加煤了。雖然如此但最早的機(jī)動(dòng)車(chē)人們一般依然指代這輛車(chē)，第一輛機(jī)動(dòng)車(chē)產(chǎn)生了與本文表述息息相關(guān)的安全性問(wèn)題也隨之到來(lái)——世界上第一起機(jī)動(dòng)車(chē)事故是因?yàn)檫@輛車(chē)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中撞到了軍營(yíng)的墻壁上而造成的[1]。《紅旗法》即1865年英國(guó)議會(huì)通過(guò)了的一部《機(jī)動(dòng)車(chē)法案》，也許因?yàn)闀r(shí)代眼光的局限性英國(guó)失去了汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的機(jī)會(huì)，汽車(chē)自18世紀(jì)發(fā)明以來(lái)的半個(gè)多世紀(jì)，與其他各類(lèi)交通工具協(xié)調(diào)共存中所產(chǎn)生的安全問(wèn)題應(yīng)該稱作汽車(chē)安全性的起源了。

1.2 各國(guó)安全法規(guī)

亨利·福特的流水線生產(chǎn)使得汽車(chē)成為主流交通工具展現(xiàn)了其目無(wú)余子的霸氣，而后各國(guó)關(guān)于汽車(chē)安全法規(guī)也在不斷地追加內(nèi)容與修訂中變得愈加完善與嚴(yán)格了。

1966年9月9日美國(guó)制定了國(guó)家交通及汽車(chē)安全法隨著時(shí)間流逝或許是因?yàn)椴粔蛲晟苹蛘呤遣煌耆m應(yīng)于當(dāng)時(shí)的時(shí)代又或者是想要進(jìn)一步減少汽車(chē)交通事故和事故過(guò)程中人員受得的傷害程度NHTSA（美國(guó)聯(lián)邦運(yùn)輸部國(guó)家公路交通安全局）在安全法的基礎(chǔ)上又制定了著名的FMVSS（美國(guó)聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車(chē)安全法規(guī)），其與SAE、ASMT、ANSI標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)系密切，后者多半直接采用或間接引用這些標(biāo)準(zhǔn)由此可以看出效果顯著[2]。其條文內(nèi)容較為完備翔實(shí)，層次分明制定后的3個(gè)月，具體為1966年12月31日止，其中含有事故后安全的300號(hào)標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)。減輕事故時(shí)乘員傷害的200號(hào)標(biāo)準(zhǔn)21項(xiàng)，防止事故發(fā)生的100號(hào)標(biāo)準(zhǔn)29項(xiàng)，共計(jì)54項(xiàng)。

與美國(guó)相似或者安全法規(guī)總是在不斷在原先的基礎(chǔ)上修繕與更新的，不過(guò)日本道路車(chē)輛的法律法規(guī)及其管理制度與美國(guó)聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車(chē)安全法規(guī)比較起來(lái)差距并不是很大，在具體操作上也基本上保持一致。甚至由于日本汽車(chē)工業(yè)以出口為主所以其生產(chǎn)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)經(jīng)常以FMVSS和ECE等標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)。日本保安基準(zhǔn)（道路車(chē)輛安全標(biāo)準(zhǔn)）在1955年根據(jù)《道路車(chē)輛運(yùn)輸法》制定同年年底有試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)88條（含安全標(biāo)準(zhǔn)76條），車(chē)輛構(gòu)造、裝置標(biāo)準(zhǔn)95條（含安全標(biāo)準(zhǔn)68條）。日本汽車(chē)安全法規(guī)吸取美國(guó)，歐洲之所長(zhǎng)加之結(jié)合自身特色從而使得機(jī)動(dòng)車(chē)政府管理模式比較科學(xué)、合理。

歐洲法規(guī)基本特點(diǎn)是都只局限于汽車(chē)的裝備和部件，卻沒(méi)有對(duì)于整車(chē)的認(rèn)證，但相比較于美國(guó)與日本，歐洲更加注重法規(guī)的適用可操作性和協(xié)調(diào)性歐洲法規(guī)涉及領(lǐng)域較為全面在安全，甚至在當(dāng)時(shí)對(duì)節(jié)能環(huán)保等都有提及。且較為重視細(xì)節(jié)。1960年頒布R1 R2 ECE法規(guī)，尤其以ECE法規(guī)，在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)方面規(guī)定了車(chē)輛的許多要求，比如汽車(chē)的正面碰撞、側(cè)面碰撞、碰撞時(shí)要防止火災(zāi)和翻車(chē)時(shí)車(chē)身強(qiáng)度等乃至對(duì)于燈光和其他信號(hào)裝置也十分注重。到1996年初有主動(dòng)安全法規(guī)55項(xiàng)，被動(dòng)安全法規(guī)26項(xiàng)共計(jì)99項(xiàng)法規(guī)。正如前文所述法規(guī)總是在不斷修繕與更新，1970年歐洲制定EEC法規(guī)，但其內(nèi)容與ECE法規(guī)大多數(shù)項(xiàng)目相同，而且其編號(hào)較為混亂。到1995年底，EEC指令與汽車(chē)安全有關(guān)的條文有170項(xiàng)（含修訂部分），合計(jì)220項(xiàng)。

2003年我國(guó)頒布《中華人民共和國(guó)道路交通安全法》這是我國(guó)首部關(guān)于道路交通安全的法律。同時(shí)汽車(chē)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)體系是我國(guó)較為系統(tǒng)的技術(shù)法規(guī)主要表現(xiàn)形式從層次上可分為國(guó)家，行業(yè)，地方和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)至2004年3月底，已制定主動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)34項(xiàng)，被動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)29項(xiàng)，一般安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)30項(xiàng)，環(huán)保節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)24項(xiàng)合計(jì)117項(xiàng)[3]。大部分汽車(chē)技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)等效采用歐標(biāo)然而我國(guó)不斷開(kāi)展汽車(chē)碰撞實(shí)驗(yàn)，針對(duì)我國(guó)道路交通的具體實(shí)際情況，全面制定更加系統(tǒng)和完善的汽車(chē)碰撞安全法規(guī)體系，屆時(shí)我國(guó)汽車(chē)碰撞安全性必然顯著提高。

2 汽車(chē)安全性分類(lèi)

汽車(chē)安全性可以分為主動(dòng)安全性、被動(dòng)安全性、車(chē)外安全性等。汽車(chē)本身的安全性能是不可忽視的因素，在道路交通事故中，倘若汽車(chē)的安全性能足夠優(yōu)秀甚至可以避免的事故發(fā)生或者減輕傷亡的程度。

2.1 汽車(chē)主動(dòng)安全性

又稱積極安全性，主要指汽車(chē)防止或減少道路交通事故發(fā)生的性能。主要包括操作穩(wěn)定性能，制動(dòng)性能，燈光和視野等。

ABS（Anti-lock Braking System）即制動(dòng)防抱死系統(tǒng)就是典型的汽車(chē)主動(dòng)安全裝置[4]。ABS利用閥體內(nèi)的橡膠氣囊，給予剎車(chē)油壓力使車(chē)輪避過(guò)鎖死點(diǎn)在車(chē)輪即將到達(dá)下一個(gè)鎖死點(diǎn)時(shí)，剎車(chē)油的壓力使得氣囊重復(fù)作用，在一秒鐘內(nèi)可作用60~120次，也就是不停地剎車(chē)、放松，即相似于機(jī)械的“點(diǎn)剎”。使車(chē)輪的制動(dòng)力矩受到控制，將車(chē)輪的滑動(dòng)率控制在較理想的范圍（滑移率在20%左右）內(nèi)，以保證車(chē)輪與地面的附著力在最大值，增大制動(dòng)的加速度，來(lái)縮短制動(dòng)距離，消除汽車(chē)打滑的危險(xiǎn)從而保證了汽車(chē)的方向穩(wěn)定性。

圖1 ABS組成布置

2.2 汽車(chē)被動(dòng)安全性

指事故發(fā)生后，汽車(chē)本身減輕人員傷亡，貨物損失的能力。它是汽車(chē)安全性研究最重要的課題。可從汽車(chē)耐撞性、成員約束系統(tǒng)與碰撞生物力學(xué)研究等三個(gè)方面來(lái)考慮。

對(duì)汽車(chē)耐撞性而言主要考慮在碰撞中車(chē)體吸收的總能量與結(jié)構(gòu)在碰撞中的特性細(xì)節(jié)，不要求做到毫發(fā)無(wú)傷。早在19世紀(jì)60年代歐美便以開(kāi)始實(shí)車(chē)碰撞實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與改進(jìn)。這樣導(dǎo)致的結(jié)果就是研究周期長(zhǎng)成本高，隨著科技的進(jìn)步計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的出現(xiàn)，通過(guò)虛擬模型利用計(jì)算機(jī)計(jì)算得出安全結(jié)論，已成為研究安全技術(shù)發(fā)展的重要途徑。

成員約束系統(tǒng)實(shí)際是在碰撞事故中，乘員可能會(huì)遭受到來(lái)著多個(gè)方向的二次碰撞，二次碰撞往往是乘員受傷乃至死亡的原因。乘員約束系統(tǒng)主要以安全帶，安全氣囊，頭枕等組成。安全氣囊由傳感器，電子控制裝置，氣囊等組成。汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)傳感器接受撞擊信號(hào)達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度時(shí)，向電子控制裝置發(fā)出信號(hào)，指示點(diǎn)火器點(diǎn)火，使氣體發(fā)生器在極短時(shí)間內(nèi)（0.05 s）產(chǎn)生大量氣體并經(jīng)過(guò)濾冷卻后進(jìn)入氣囊，使氣囊突破襯墊迅速展開(kāi)。約束系統(tǒng)使得安全性能大幅提高，降低了死亡率，但此處指出安全氣囊的一點(diǎn)負(fù)面效應(yīng)：氣體近距離快速膨脹，安全氣囊對(duì)乘員臉部擦傷問(wèn)題及正常乘坐位置的安全系統(tǒng)對(duì)非正常乘坐位置的乘員（如兒童）的擊傷問(wèn)題。為此建議在安全帶上的織帶上添加一個(gè)小氣囊，或者提高安全帶的吸能作用。

碰撞生物力學(xué)則指人體在外載荷作用下產(chǎn)生的變形與動(dòng)態(tài)響應(yīng)。人體各器官的損傷研究有著各自的特點(diǎn)與規(guī)律，所以動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與尸體實(shí)驗(yàn)便成為了重要的研究途徑，韋恩頭部損傷極限曲線（Wayne State Tolerance Curve）便是以無(wú)數(shù)尸體頭部的自由落體式撞擊實(shí)驗(yàn)與動(dòng)物撞擊實(shí)驗(yàn)總結(jié)得來(lái)，實(shí)驗(yàn)參量一般以加速度，位移，力與力矩來(lái)表示。

2.3 車(chē)外安全性

即主要針對(duì)行人的保護(hù)。歐洲經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展與優(yōu)化車(chē)輛前部造型已經(jīng)可以有效減少行人碰撞時(shí)受到的傷害，可見(jiàn)歐洲汽車(chē)工業(yè)在行人保護(hù)進(jìn)行了大量工作。中國(guó)一直在進(jìn)行對(duì)于行人保護(hù)方面的研究。2009年10月30日，國(guó)家發(fā)布了GB/T24550—2009《汽車(chē)對(duì)行人的碰撞保護(hù)》的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，足可見(jiàn)國(guó)家對(duì)于行人保護(hù)的重視。值得一提的是汽車(chē)碰撞研究更適于采用“虛擬現(xiàn)實(shí)”（VR）這一手段，通過(guò)計(jì)算機(jī)及相關(guān)裝置，生成一種模擬環(huán)境結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中的數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生電子信號(hào)將其與各種輸出設(shè)備結(jié)合從而轉(zhuǎn)化成人們感受到的現(xiàn)象利用這種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)的統(tǒng)計(jì)魔你，在虛擬空間中實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中可能出現(xiàn)的事故來(lái)進(jìn)行分析。使得科學(xué)研究手段更為廣泛和完善同時(shí)降低了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)系數(shù)。為實(shí)現(xiàn)最大程度上的行人保護(hù)，中國(guó)對(duì)車(chē)外安全性的研究正積極進(jìn)行著。

3 汽車(chē)安全性的展望

在機(jī)械零件設(shè)計(jì)中我們會(huì)通常按照機(jī)器原理方案去選擇零件，然而事實(shí)告訴我們單一零件的技術(shù)突破是可以推動(dòng)整個(gè)機(jī)器的更新?lián)Q代，計(jì)算機(jī)便是典型的例子。而隨著計(jì)算機(jī)的進(jìn)步我們提出了一個(gè)新的概念——人工智能。

3.1 無(wú)人駕駛

無(wú)人駕駛就是汽車(chē)能夠根據(jù)道路情況的改變自己進(jìn)行控制，即汽車(chē)能夠自己“思考”。車(chē)上裝有車(chē)載傳感系統(tǒng)，各種雷達(dá)（多普勒，防撞，紅外線等），盲點(diǎn)探測(cè)器時(shí)刻采集信息匯集于車(chē)載ECU，ECU中儲(chǔ)存大量駕駛員信息，時(shí)刻感知道路環(huán)境，特別在突發(fā)狀況出現(xiàn)時(shí)迅速自動(dòng)規(guī)劃行車(chē)路線（自行轉(zhuǎn)向等）并控制車(chē)輛到達(dá)預(yù)定目標(biāo)的智能汽車(chē)[5]。

3.2 智能公路

由于交通事故越來(lái)越復(fù)雜化與多樣化，使得對(duì)簡(jiǎn)單明顯的危險(xiǎn)因素采取措施難以解決問(wèn)題，所以我們需要進(jìn)一步的基礎(chǔ)研究。在交通事故中人與車(chē)的考量之外增加對(duì)道路的研究。智能公路便提出，通過(guò)車(chē)與車(chē)路之間通信獲得道路環(huán)境信息從而有效評(píng)估潛在危險(xiǎn)，通過(guò)車(chē)載系統(tǒng)與道路基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建車(chē)—路一體化。

[1] 宋健,王偉瑋,李亮,et al.汽車(chē)安全技術(shù)的研究現(xiàn)狀和展望[J].汽車(chē)安全與節(jié)能學(xué)報(bào),2010(02):98-106.

[2] 廖琪梅,李卓森.汽車(chē)安全性的歷史和現(xiàn)狀[J].汽車(chē)技術(shù),1998,000 (003):1-4.

[3] 趙高暉,朱文寧,何稚樺,黃虎,徐兆坤.汽車(chē)安全性分析[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(3):199-204.

[4] 趙福全,吳成明,潘之杰,等.中國(guó)汽車(chē)安全技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J]. 汽車(chē)安全與節(jié)能學(xué)報(bào), 2011,2(2):111-121.

[5] 劉志堅(jiān).淺談未來(lái)汽車(chē)安全性能及其技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J].大科技, 2013(15):274-275.

Introduction to automobile safety*

Mao Mingzhe, Wang Li

( Department of Mechanical Engineering, Shandong Huayu University of Technology, Shandong Dezhou 253034 )

In this paper, automobile safety is divided into three aspects, namely, active safety, passive safety and out-of- vehicle safety.Active security is represented by ABS, passive security describes the actual member constraint system, and out-of-vehicle safety is also explored.Finally, this paper looks forward to the development of automobile safety.

Automobile safety; Law; Device; Introduction

A

1671-7988(2020)24-233-03

毛明哲，就讀于山東華宇工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院。

U461.99

A

1671-7988(2020)24-233-03

2019年省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目——“汽車(chē)落水自動(dòng)救助裝置”（項(xiàng)目編號(hào)：S201913857018）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.077

CLC NO.: U461.99