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主动安全

汽车主动安全技术分析与研究

摘要

随着电子和信息技术的发展,汽车性能已在传统的行驶、转向、制动性能等基础上有了很大提高。

人们对于汽车的安全性要求也从被动安全性转向主动安全性。

本文就在此基础上，着重介绍了几种发展比较成熟的汽车主动安全技术，ABS,ASR,ESP等等。

通过对这几种主动安全系统的功用构造、工作原理及工作过程的介绍，让大家更加了解现代汽车的主动安全性能。

同时本文还介绍了几种较为先进的主动安全技术，如EBD,ACC,TPMS等。

虽然发展还不是很成熟，应用还不是很广泛，但前景还是很明朗的。

另外，通过对国内外汽车主动安全技术发展的比较，了解到国内与国外在这方面存在的差距，并对国内外某些新技术进行分析，通过这种直观的对比，说明国内汽车业应该在该领域做的努力。

我国汽车主动安全系统市场的发展暂时还面临着很多问题，但值得高兴的是越来越多的企业已经认识到了汽车主动安全系统市场所具有的巨大发展潜力和广阔发展前景。

Abstract：

Alongwithelectronicandtheinformationtechnologydevelopment,theautomobileperformanceinthetraditionaltravel,changed,foundationsandsooninbrakingqualityhadtheverybigenhancement.Thepeoplealsochangetheinitiativesecurityregardingtheautomobilesecurerequestfromthepassivesecurity.

Thispaperbasedonthis,thispaperintroducesseveraldevelopmentmorematurecaractivesafetytechnologies,suchasABS,ASR,ESP,andsoon.Throughthesekindsofactivesafetysystemtothefunctionofthestructure,workingprincipleandworkingprocessofintroduction,giveyouabetterunderstandingofthemoderncaractivesafetyperformance.Thepaperalsointroducesseveraladvancedactivesafetytechnology，suchasEBD,ACC,TPMSandsoon.Althoughthedevelopmentisnotverymature,applicationisnotveryextensive,butveryclearorprospect.Inaddition,throughthedomesticandinternationalautomobileactivesafetytechnologydevelopmentofcomparison,understandtodomesticandforeigninthisrespecttheexistinggapathomeandabroad,andsomenewtechnologieswereanalyzed,throughthisintuitivecomparing,explainsthedomesticautoindustryinthisfieldshouldbeefforts.InChina'sautomobileactivesafetysystemforthedevelopmentofthemarketstillfacesmanyproblems,butitisgreatthatmoreandmoreenterpriseshavebeguntounderstandthecarmarkethasactivesafetysystemofthehugepotentialofandbroadprospectsfordevelopment.

1.绪论……………………………………………………………………..........................3

2.发展历程…………………………………………………………………….…………4

3.主动安全技术.………………………………………………………….……………6

3.1防抱死制动系统ABS………………………………………………………………6

3.2驱动防滑控制系统ASR……………………………………………………..…12

3.3电子稳定程序控制系统ESP…………………………………………….……14

3.4电子制动力分配EBD……………………………………………………………17

3.5电子控制制动辅助系统EBA………………………………………………..…17

3.6自适应巡航控制系统ACC…………………………………………………..…18

3.7轮胎压力监视系统TPMS…………………………………………………….…19

3.8车道偏离预警系统………………………………………………………………20

4.中国主动安全技术同国外的差距…………………………………………………..…21

5.汽车主动安全技术的发展前景…………………………………………………..……23

结论……………………………………………………………………………………………..…24

1、绪论

随着人类社会的不断发展和进步，汽车的普及和应用将更加普遍和深入，随之而来的道路交通安全问题也越来越凸显。

传统的汽车安全理念也在逐渐发生变化，传统的被动安全技术并不能有效解决交通事故的发生，随着科技的进步，汽车的安全被细化。

同时随着电子和信息技术的发展,汽车性能已在传统的行驶、转向、制动性能等基础上有了很大提高。

人们对于汽车的安全性要求也从被动安全特性转向主动安全性。

汽车主动安全技术是针对所有各类型汽车产品提出的，当车辆与前方物体、车辆、行人存在潜在碰撞时自动采取措施以避免发生事故对车内乘员和行人造成身体上的伤害或经济上的损失。

汽车的安全性能对人类生命财产安全的影响是显而易见的。

随着汽车工业的迅速发展，汽车安全问题已成为亟待解决的突出问题。

汽车的安全保护技术已从传统的被动安全发展到被动安全与智能化的主动安全相结合的形式。

`

现代汽车安全系统能够对汽车实现人工智能控制。

加强对现代汽车安全系统的研究进程，不仅能够降低因发生交通事故而造成的财产损失，更好的保护人身安全，而且也能够在发生交通事故前充分做好安全预警，必要时汽车主动采取措施避免交通事故的发生。

可以想象并预见，随着现代科技更进一步的发展和人们对安全驾驶需求的提高，汽车主动安全技术必然将应用于各种各样的汽车，其种类也必将越来越多，性能必将越来越先进。

2008年杜邦汽车最新调查显示，大部分用户认为最需要考虑的问题是汽车的安全性，它比汽车性能、车载娱乐和燃油效率都更重要。

数据表明，被动安全技术及其产品的发展空间已经接近饱和，其有限的作用也达到了一定极限，现在大家更关注的是怎样预防事故的发生，因此主动安全技术及其产品的应用将是未来汽车安全产品的发展趋势。

而在我国，公路的发展和交通管理的改进速度跟不上汽车产量和保有量的增加，导致车祸连年上升。

汽车主动安全技术有助于汽车工业经济效益、抗风险能力及竞争力的提升。

近些年汽车主动安全技术产品的成本也在继续降低，而这更进一步推动了这项技术的应用，总之，汽车主动安全系统拥有强大的市场潜在需求与潜在机会。

主动安全

主动安全是指尽量自如的操纵控制汽车的安全系统措施。

无论是直线上的制动与加速还是左右打方向都应该尽量平稳，不至于偏离既定的行进路线，而且不影响司机的视野与舒适性。

主动安全性

主动安全性是指避免交通事故发生之前的主动安全技术包括制动、转向、悬架、车距雷达报警系统，即自适应巡航控制系统等。

汽车主动安全系统

为预防汽车发生事故，避免人员受到伤害而采取的安全设计，称为主动安全设计，如ABS，ASR，ESP,TPMS等都是主动安全设计。

它们的特点是提高汽车的行驶稳定性，尽力防止车祸发生。

过去，人们主要把精力集中于汽车的被动安全性方面，但所有被动安全措施都不能从根本上解决汽车在行驶中发生碰撞造成破坏的问题。

如果从预防撞车事故的发生的角度着眼，在提高汽车主动安全性方面下功夫，则可在汽车安全性领域有较大的突破。

汽车发生碰撞的主要原因是由于汽车距其前方物体（如汽车，行人或其它障碍物）的距离与汽车本身的车速不相称造成的,即距离近而相对速度又太高。

为了防止汽车与前方物体发生碰撞，汽车的车速就要根据与前方物体的距离变化由执行机构进行控制，使汽车始终在安全车速下行驶。

这样就会大大提高汽车行驶的安全性,减少车祸的发生。

从安全行车的角度考虑，主动防撞远远优于传统的被动防撞，只是由于成本较高目前尚不能普及。

随着主动防撞技术的逐步完善，它在未来的汽车上是大有可为的。

汽车防追尾碰撞系统就是在这种情况下提出的，该系统是一种主动的安全防护系统，在夜间或雾天能见度低的情况下，为了有效防止高速公路上行驶车辆追尾碰撞，必须装用该系统.。

它和汽车防抱死制动系统ABS或主动控制形式的汽车防抱死制动系统组成的汽车行驶安全系统在交通安全管理中得到了有效的应用。

汽车主动安全技术研究是汽车工业可持续发展战略中的重要项目。

2、发展历程

ABS技术是英国人霍纳摩尔1920年研制发明并申请专利，早在20世纪30年代，ABS就已经在铁路机车的制动系统中应用，目的是防止车轮在制动过程中抱死，导致车轮与钢轨局部急剧摩擦而过早损坏。

1936年德国博世公司取得了ABS专利权。

它是由装在车轮上的电磁式转速传感器和控制液压的电磁阀组成，使用开关方法对制动压力进行控制。

20世纪40年代末期，为了缩短飞机着陆时的滑行距离、防止车轮在制动时跑偏、甩尾和轮胎剧烈磨耗，飞机制动系统开始采用ABS，并很快成为飞机的标准装备。

20世纪50年代防抱死制动系统开始应用于汽车工业，汽车制动防抱死系统开始受到较为广泛的关注。

凯尔塞·海伊斯公司在1957年对制动防抱死系统进行了试验研究，研究结果表明制动防抱死系统确实可以在制动过程中防止汽车失去方向控制，并且能够缩短制动距离。

由于这一时期的各种制动防抱死系统采用的都是机械式车轮转速传感器的机械式制动压力调节装置，因此，获取的车轮转速信号不够精确，制动压力调节的适时性和精确性也难于保证，控制效果并不理想。

随着电子技术的发展，电子控制制动防抱死系统的发展成为可能。

在60年代后期和70年代初期，一些电子控制的制动防抱死系统开始进入产品化阶段。

凯尔塞·海伊斯公司在1968年研制生产了称为“SURETRACK”两轮制动防抱死系统，该系统由电子控制装置根据电磁式转速传感器输入的后轮转速信号，对制动过程中后轮的运动状态进行判定，通过控制由真空驱动的制动压力调节装置对后制动轮缸的制动压力进行调节，并在1969年被福特公司装备在雷鸟和大陆·马克III轿车上。

克莱斯勒公司与本迪克斯公司合作研制的能防止4个车轮被制动抱死的系统，并在1971年开始装备帝国轿车，其结构原理与凯尔塞·海伊斯的"SURE-TRACK"基本相同，两者不同之处，只是在于两个还是四个车轮有防抱制动。

博世公司和泰威士公司在这一时期也都研制了各自第一代电子控制制动防抱系统，这两种制动防抱系统都是由电子控制装置对设置在制动管路中的电磁阀进行控制，直接对各制动轮以电子控制压力进行调节。

进入70年代后期，数字式电子技术和大规模集成电路的迅速发展，为ABS系统向实用化发展奠定了技术基础。

1978年博世公司与奔驰公司合作研制出三通道四轮带有数字式控制器的ABS2系统，并批量装于奔驰轿车上。

由于微处理器的引入，使ABS系统开始具有了智能，从而奠定了ABS系统的基础和基本模式。

尽管博世ABS2的电子控制装置仍然是由分离元件组成的控制装置，但由于数字式电子控制装置与模拟式电子控制装置相比，其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，因此，博世ABS2的控制效果己相当理想。

从此之后，欧、美、日的许多制动器专业公司和汽车公司相继研制了形式多详的ABS系统。

ABS仅仅是防止轮胎抱死，但如果路面状况不一样则两侧轮胎就需要不同的制动力，EBD作为ABS的辅助装置应运而生。

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。

如今ABS+EBD的主动安全已经基本实现普及，只有极少数的自主品牌由于考虑价格的问题而没有装上。

ESP技术是汽车安全技术上的又一项革命性技术。

电子稳定程序ESP整合了ABS和TCS（牵引力控制系统）的功能，并且增加横摆力矩控制——防侧滑的功能。

在紧急操控，如快速转向、反向转向、紧急变道、紧急避让等危急情况下，ESP能够帮助驾驶者保持对车辆的控制。

在许多国家，ESP在车辆上的广泛使用已经允许评估它在真实碰撞中的效果。

评估ESP效果的研究已经在日本、德国、瑞典、法国和美国进行过。

所有这些研究使用了不同的方法和不同类型的汽车，包括轿车和SUV，但都确认了ESP在不同路面的益处。

由于有更多早期数据的研究中发现现在已经被证实，并且更多精确的分析使得人们对一系列条件下ESP的有效性有了更详细的理解。

毫无疑问，ESP在降低单车车辆事故上高度有效。

研究估计ESP降低了30%-50%的轿车单车致命事故和50%-70%的SUV单车致命事故。

ESP技术如今已经基本成为了中高级轿车的标准配置。

当然中级以下的车型目前还很难配备ESP技术，不过那只是时间问题。

2001年沃尔沃概念车上首次出现了盲点信息系统，如今盲点信息系统已经在沃尔沃XC90上应用。

在驾车行驶过程中视野后区会出现盲区，会增加发生事故的概率，变道或超车时风险就更严重。

盲点信息系统利用安装在车门后视镜上的后向数字摄像机，对车身两侧和后面的情况持续监视。

在有车进入盲区后，该系统便会自动启动，内置于前门柱的警告灯将会第一时间给予提示，配合车门后视镜帮助驾驶员判断是否可以变换车道。

如何杜绝汽车碰撞事故一直是尖端技术研究的目标。

科学家预测，到2026年，永不相撞汽车可能粉墨登场。

Volvo汽车的专家已经在这一领域取得了重大突破，开发出新一代的碰撞警示系统，将交通事故的可能性降至最低。

这一技术的核心就是让汽车能“预知”即将到来的碰撞，然后自动采取措施避免相撞。

新一代碰撞警示系统通过配置远程雷达以帮助司机对车身周围及前方区域进行监测记录，及早发现事故的潜在危险，预防事故的发生。

在驾驶员没有及时反应的情况下，此系统可以通过减速和缩短停车距离等方式将车祸的伤害降低到最小程度。

3.主动安全技术

3.1防抱死制动系统ABS

3.1.1ABS系统概述

ABS是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。

它是由常规刹车装置基础上的改进型技术，可分机械式和电子式两种。

现代汽车上大量安装防抱死制动系统，ABS既有普通制动系统的制动功能，又能防止车轮在湿滑路面上或在紧急制动时因制动力超过轮胎与地面的摩擦力而安全抱死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向稳定性，防止产生侧滑和跑偏。

ABS与常规的液压制动系统相比有三个显著的优点：

（1）车辆控制——装备有ABS的汽车驾驶员在紧急制动过程中，保持着很大程度的操纵控制。

在紧急制动过程中，液压制动器产生的打滑容易使驾驶员失去对车辆的控制。

ABS恢复稳定性并使驾驶员恢复对车辆的控制。

（2）减少浮滑现象——潮湿、光滑道路和抱死车辆容易形成被称为浮滑现象的状态。

ABS减少了车轮抱死的机会，也就减少了制动过程中出现浮滑现象的机会。

（3）改善了轮胎的磨损——使用ABS防止车轮抱死，消除了在紧急制动过程中轮胎平斑的可能性。

3.1.2ABS系统工作原理

ABS由控制装置和ABS警示灯等组成，在不同的ABS系统中，制动压力调节装置的结构形式和工作原理往往不同，电子控制装置的内部结构和控制逻辑也可能不尽相同。

在常见的ABS系统中，每个车轮上各安装一个转速传感器，将有关各车轮转速的信号输入电子控制装置。

电子控制装置根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行监测和判定，并形成相应的控制指令。

制动压力调节装置主要由调压电磁阀，电动泵和储液器等组成一个独立的整体，通过制动管路与制动主缸和各制动轮缸相连。

制动压力调节装置受电子控制装置的控制，对各制动轮缸的制动压力进行调节。

ABS的工作过程可以分为常规制动，制动压力保持，制动压力减小和制动压力增大等阶段。

在常规制动阶段，ABS并不介入制动压力控制，调压电磁阀总成中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态，各出液电磁阀均不通电而处于关闭状态，电动泵也不通电运转，制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于沟通状态，而各制动轮缸至储液器的制动管路均处于封闭状态，各制动轮缸的制动压力将随制动主缸的输出压力而变化，此时的制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同。

常规制动

当驱动轮还没有出现抱死倾向时，ABS系统不起作用，制动系统按常规制动方式进行制动，它的液压回路见图1。

图1 常规制动控制油路

1-制动总泵；2-制动轮缸；3-液压调节器总成；A-常规的制动液压力；B-停止的制动液压力流（电磁阀闭合）；D-制动踏板踩下

（一）保压过程

给电磁阀通入较小的电流时，柱塞移至图2所示的位置，所有的通道都被截断，所以，能保持制动压力。

图2ABS工作（保压过程）

图3ABS保压阶段控制回路

1-液压调节器；2-进口阀；3-出口阀；A-常规的制动液压力；B-停止的制动液压力流（电磁阀闭合）；D-制动踏板踩下

图4ABS保压阶段液压曲线图

A-常规制动时，建立起来的压力；B-保压阶段

（二）减压过程

当电磁阀通入较大的电流时，柱塞移至上端，主缸和轮缸的通路被截断，轮缸和液压油箱接通，轮缸的制动液流入液压油箱，制动压力降低。

与此同时，驱动电动机启动，带动液压泵工作，把流回液压油箱的制动液加压后输送到主缸，为下一个制动周期作好准备，见图5。

图5ABS工作（减压过程）

图6ABS减压阶段控制回路

1-液压调节器总成；2，3-进出口阀；4-液压泵；5-储能器；6-制动轮缸；7-制动总泵；A-常规的制动液压力；B-停止的制动液压力流（电磁阀闭合）；C-液压调节器泵产生的制动液压力流；D-常规制动液与释放的制动液压力相组合

图7ABS减压阶段曲线图

这种液压泵叫再循环泵。

它的作用把减压过程中的轮缸流回的制动液送回高压端，这样可以防止ABS工作时制动踏板行程发生变化。

因此，在ABS工作过程中液压泵必须常开。

（三）增压过程

电磁阀断电后，柱塞又回到初始位置。

主缸和轮缸再次相通，主缸端的高压制动液（包括液压泵输出的制动液）再次进入轮缸，增加了制动压力，见图8。

增压和减压速度可以直接通过电磁阀的进出油口来控制。

图8ABS工作（增压过程）

图9ABS增压阶段控制回路

1-液压调节器总成；2-进口阀；3-出口阀；4-液压泵总成；5-制动总泵；6-制动轮缸；A-常规的制动液压力；B-停止的制动液压力流（电磁阀闭合）；C-液压调节器泵产生的制动液压力流；D-制动踏板踩下

图10ABS建压阶段曲线

在制动过程中，电子控制装置根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮趋于抱死时，ABS就进入防抱制动压力调节过程。

例如，电子控制装置判定右前轮趋于抱死时，电子控制装置就使控制右前轮刮动压力的进液电磁阀通电，使右前进液电磁阀转入关闭状态，制动主缸输出的制动液不再进入右前制动轮缸，此时，右前出液电磁阀仍末通电而处于关闭状态，右前制动轮缸中的制动液也不会流出，右前制动轮缸的刮动压力就保持一定，而其它末趋于抱死车轮的制动压力仍会随制动主缸输出压力的增大而增大；如果在右前制动轮缸的制动压力保持一定时，电子控制装置判定右前轮仍然趋于抱死，电子控制装置又使右前出液电磁阀也通电而转入开启状态，右前制动轮缸中的部分制动波就会经过处于开启状态的出液电磁阀流回储液器，使右前制动轮缸的制动压力迅速减小右前轮的抱死趋势将开始消除，随着右前制动轮缸制动压力的减小，右前轮会在汽车惯性力的作用下逐渐加速；当电子控制装置根据车轮转速传感器输入的信号判右前轮的抱死趋势已经完全消除时，电子控制装置就使右前进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀转入开启状态，使出液电磁阀转入关闭状态，同时也使电动泵通电运转，向制动轮缸泵输送制动液，由制动主缸输出的制动液经电磁阀进入右前制动轮缸，使右前制动轮缸的制动压力迅速增大，右前轮又开抬减速转动。

ABS通过使趋于抱死车轮的制动压力循环往复而将趋于防抱车轮的滑动率控制，在峰值附着系数滑动率的附近范围内，直至汽车速度减小至很低或者制动主缸的常出压力不再使车轮趋于抱死时为止。

制动压力调节循环的频率可达3~20HZ。

在该ABS中对应于每个制动轮缸各有对进液和出液电磁阀，可由电子控制装置分别进行控制，因此，各制动轮缸的制动压力能够被独立地调节，从而使四个车轮都不发生制动抱死现象。

尽管各种ABS的结构形式和工作过程并不完全相同，但都是通过对趋于抱死车轮的制动压力进行自适应循环调节，来防止被控制车轮发生制动抱死。

3.1.3ABS系统的作用

评价车辆制动性能的主要指标是制动距离和制动减速度。

它是以提高汽车行驶安全性能而开发的。

ABS系统有以下四种作用：

（1）缩短制动距离：

汽车在紧急制动时，ABS系统可以将滑移率控制在没有装备ABS系统的车辆的20~25左右，也就是说，它可以获得最大的纵向制动力的效果。

（2）增强制动时的操纵稳定性：

汽车制动时，四个轮子上的制动力是不同的。

如果前轮抱死，驾驶员就无法控制汽车的方向；倘若后轮先抱死，则会出现侧滑、甩尾，甚至是整个汽车掉头等严重事故。

ABS系统可以防止制动时四个轮子被完全抱死，有效提高了汽车行驶的稳定性。

资料表明，装有ABS系统的车辆，可以使由于车轮侧滑引起的事故比例大幅度下降。

（3）改善轮胎的磨损状况：

车轮抱死会造成轮胎杯形磨损，轮胎面磨耗不均匀，导致轮胎磨损耗费增加。

经测定，汽车在紧急制动时车轮抱死所造成的轮胎累加磨损费，已超过了一套防抱死系统的造价。

（4）减轻司机的心理疲劳：

ABS系统的使用与普通制动系统几乎没有区别。

制动时只要把脚踏在制动踏板上，ABS系统就会根据情况自动进入工作状态。

ABS系统在任何路面上应急制动只要求一种制定的制动操纵，而不需要顾虑车轮抱死问题。

这就可以在心理上减轻司机的疲劳，进而保证驾车的安全可靠性。

3.2.驱动防滑控制系统ASR

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