1 毕业设计 认真.docx
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1毕业设计认真
毕业设计（论文）
（说明书）
题目：
汽车安全技术的发展研究
姓名：
、、、、、、、
编号：
、、、、、、、、、、、、
、、、、、、、、、、学院
年月日
、、、、、、、、、、学院
毕业设计（论文）任务书
姓名、、、
专业汽车运用技术
任务下达日期年月日
设计（论文）开始日期年月日
设计（论文）完成日期年月日
设计（论文）题目：
汽车安全技术的发展研究
A·编制设计
B·设计专题（毕业论文）
指导教师、、、
系（部）主任、、、
＿＿年＿＿月＿＿日
、、、、、、、、、、学院
毕业设计（论文）答辩委员会记录
机械工程系汽车运用技术专业，学生、、、于年月日
进行了毕业设计（论文）答辩。
设计题目：
汽车安全技术的发展研究
专题（论文）题目：
指导老师：
、、、
答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生、、、毕业设计（论文）成绩为。
答辩委员会人，出席人
答辩委员会主任（签字）：
答辩委员会副主任（签字）：
答辩委员会委员：
，，，，，
、、、、、、、、、、学院毕业设计（论文）评语
第页
共页
学生姓名：
、、、专业汽车运用技术年级08级
毕业设计（论文）题目：
汽车安全技术的发展研究
评阅人：
指导教师：
（签字）年月日
成绩：
系（科）主任：
（签字）年月日
毕业设计（论文）及答辩评语：
摘要
汽车安全一直是倍受关注的问题。
随着汽车工业的飞速发展，行驶中的汽车自身安全已越来越引起了汽车制造商们的重视，并投入大量的人力物力进行研究开发。
这既是对不断提高的交通安全要求适应，也是提高自身竞争力的重要手段。
因此需要在了解汽车安全技术现状的同时，还必须预测其发展趋势。
课题介绍了当代汽车安全技术的发展现状，综合了国内外有关汽车安全性研究的发展动态和前沿领域的情报,就汽车安全技术的研究状况、存在的问题、故障检测与诊断方法等进行了深入的探讨。
本文通过对国内外最新的一些汽车主动、被动安全技术以及相应的一些故障诊断检测方法进行了分析研究,并就一些问题提出了看法和建议。
实践证明，论文研究的汽车安全技术具有实际的应用性和可行性，是评价车辆档次的重要指标，拥有最先进的汽车安全系统的概念车的粉墨登场成为了每年车展的亮点。
我们相信，随着信息技术特别是人工智能的深入发展，汽车安全系统将成为目前和将来很长一段时间汽车工业的发展方向。
关键词：
汽车，主动安全，被动安全，故障诊断与检测
论文类型：
基础研究
第1章绪论
1.1课题研究的背景及意义
随着交通工具的现代化和绝对数量的急剧增长，车祸也不断增加。
汽车安全事故已成为严峻的全球性问题。
据初步统计，汽车交通事故造成的人员死亡在这100年内大约有2前多万人。
这个数字比第一次世界大战的死亡人数1700万超出300万人，是第二次世界大战死亡人口数3760万人的一半多。
可见对于人类来说，汽车交通事故的总体伤害与经济损失规模已大于任何一种自然的或其他的社会灾害所造成的损失规模。
此后，随着道路交通环境的变化，汽车交通事故又呈缓慢增长趋势，尽管采取了必须装备安全带和必须使用安全头盔等措施，但到1988年，汽车交通事故死亡人数还是超过万人，此后一直保持这一状况。
与世界各国相比，我国的道路交通事故就更为严重。
2001~2003年，中国道路交通死亡人数年均超过10万，年均受伤人数50多万，年均经济损失约3亿多美元。
全球的道路安全形势十分严峻。
2004年，在法国举行的由世界卫生组织组办的世界卫生日首次以道路交通安全为主题。
目前，全世界每年死于车祸的人数达120万人，伤残5000万人，直接经济损失5000多亿美元。
据预测，到2020年，道路交通死亡人数将达234万人，道路交通伤害在人类死亡和致病原因中排名第三，远在艾滋病、结核病、上呼吸道感染等疾病之前。
值得指出的是，在所有道路交通伤害事故中，中等和低收入的国家占了90%，而且这一趋势还在上升。
随着汽车工业的发展，当代的汽车技术已经非常成熟，同时汽车安全性也自然成为各国工业支柱产业发展战略的重要组成部分。
从市场营销的角度看,提高汽车安全性就是增加企业产品的市场占有率，从消费者利益的角度看,提高汽车安全性就是强化对人的生命和财产的保障，从政府管理的角度看,提高汽车安全性就是稳定社会、保证经济繁荣的重要举措。
可见,汽车的安全性能对人类生命和财产安全的影响是不言而喻的。
因此，对汽车安全技术的发展作一些研究具有极其深远的意义。
1.2国内外发展现状
自从人类发明汽车，安全问题就相伴而来。
如何提高汽车的安全性能，减少汽车事故中司乘人员的伤亡，一直是世界汽车工业发展中亟待解决的问题。
不少人注意到，有关汽车安全的技术和产品成为一大亮点，奔驰、德尔福等跨国公司纷纷推出新产品和新技术，展示各自新颖的乘客保护概念。
继环保、节能之后，安全已成为全球汽车业关注的又一个热点和焦点问题。
开发有效的汽车安全产品，也成为各大汽车企业和汽车零部件公司追求的主要目标之一。
在这种情况下，国内外汽车业一直在探索开发各种汽车安全产品。
目前除了普遍使用的安全带、安全气囊、保险杠外，国外近年来还相继开发出ESP（电子稳定控制系统）、EBD（电子制动力分配系统）、胎压监测系统及一些行人保护系统等。
除了以上这些产品，日本和德国政府近些年来还大力支持其他一些主动安全方面的产品技术，并取得了比较显著的成效。
最近，国内也有一种新的安全装置引起了业内人士的关注，比如“汽车安全自动保护器”。
在这场汽车安全领域的角逐中，我国企业能有多大的机会？
我们能否通过提高自主开发能力而迈进汽车安全技术的世界前列？
显然，在汽车技术上，我国很需要拥有自主开发能力和创新技术。
我国在一些汽车安全高端技术领域如电喷系统、安全气囊、ESP等方面，已经大大落后于汽车先进国家。
要想使汽车安全技术快速赶上去，就要呼吁全社会都来关注新技术的发展。
汽车的安全性是按交通事故发生的前后加以分类的。
一方面是在交通事故发生之前采取安全性措施，特别当即将发生危险状况时，驾驶者操纵方向盘避让或紧急制动，以避让事故发生。
汽车在通常的行驶中，为确保驾驶者的基本操纵稳定性，对周围环境的视认性和确保汽车本身的基本行驶性能，开发了防抱制动系统（ABS）、防滑驱动系统（ASR）、主动悬架、动力转向、四轮驱动（4WD）、四轮转向（4WS）、灯光照明系统、刮水器、后视镜、防止车辆追尾的车距报警系统和激光雷达等。
这些安全装置和技术称为主动安全系统，也可称为预防安全系统。
另一方面，为了尽量减少交通事故和司乘人员直接受害程度，保证司乘人员和行人的安全，称这种安全性为被动安全，也可称为冲突安全。
当事故发生后，为了防止灾害的扩大，包括防止火灾和使乘员能从事故车辆中解脱出来的安全装置和系统，称为防止灾害扩大的安全系统。
1966年美国首先制定和实施了国家交通法、汽车安全法和公路安全法，1968年又实施了美国联邦汽车安全标准FMVSS（FederalMotorVehicleSafetyStandard）,1970年美国运输部公布了开发安全试验车ESV（ExperimentalSafetyVehicle）的计划，一般认为，ESV计划的实施开始了汽车安全技术研究的新时代。
ESV计划是汽车以80km/h速度正面碰撞固定壁而能够确保乘员生存为安全目标，开发具有高度安全性能，车重4000lb（1lb=0.453kg）级的试验车样，其目的是：
1.弄清汽车的安全性能对环境的影响，撞车时的乘员生存性等技术进步的可能性；
2.掌握如何依靠不断改进的安全设计来减少死亡和经济损失的一般规律；
3.促进全世界汽车工业界强化汽车安全的研究，把改进后的安全系统及时用于现实的汽车制造中；
4.把试验安全车评价试验所得的技术资料用于制定新的安全标准。
ESV计划的实施还开创了国际合作开展汽车安全技术研究的新尝试，在开发ESV的共同目标下，为了及时交流汽车安全研究的新成果，建立了ESV国际会议制度。
自从1971年在法国巴黎召开第一届ESV国际会议以来，到1966年5月共召开了15次会议，ESV国际会议交流的内容也扩展到包括预防安全、被动安、碰撞安全、安全新技术等在内的更广泛领域，提出了比ESV更接近实用的研究安全车RSV（RearchSafetyVehicle）的研究报告成果。
先进安全汽车ASV（AdvancedSafetyVehicle）是一种为21世纪研究开发的主动安全汽车，其目的在于通过应用电子技术实现汽车的高智能化，提高驾驶汽车的安全性，预防事故和减轻受害程度。
该汽车上安装了监视驾驶员、车辆和道路环境情况的传感器，供分析用的计算机和相应的控制装置，可实现车辆的辅助驾驶。
国外自20世纪90年代以来，在汽车安全性方面已经进行了许多方面的研究，主要安全技术有：
预防安全技术（信息显示和报警）、事故回避技术、全自动驾驶技术、碰撞安全技术（乘员保护和减轻对行人的伤害）、防止灾害扩大技术和车辆基础技术。
开发的系统有：
碰撞检测与防护系统、车距保持系统、行驶路线改变时的事故避免系统、车道保持系统、弯道减速系统、自动停止报警和调节系统、超声波停车装置、驾驶盲区警报系统、夜视系统等项目，这些项目有的取得实用成果并在部分车辆上安装应用。
1.3课题研究的主要内容
论文主要包括以下几方面的研究：
1．主动安全技术：
预防安全技术（信息显示和报警）、事故安全技术，包括事故避免系统、驾驶操纵型提高技术。
2．被动安全技术：
碰撞安全技术（乘员保护和减轻对行人的伤害）、抑制安全技术（防止灾害扩大技术和车辆基础技术）。
3．其中一些主、被动安全装置的检测与故障诊断方法、维修实例。
第2章汽车主动安全技术
2.1汽车ABS/ASR/ACC集成系统
2.1.1ABS/ASR/ACC集成系统组成
ABS/ASR/ACC集成系统主要包括电控单元ECU、传感器、执行机构三个部分。
具体的有：
包括轮速传感器、副节气门开度传感器、车距传感器、ABS压力调节器、ASR压力调节器、副节气门开度执行机构、ACC常闭式进油电磁阀、ACC常开式进油电磁阀、电子控制装置、ABS指示灯、ASR指示灯和ACC警示灯。
图2-1为汽车ABS/ASR/ACC集成化系统示意图。
图2-1ABS/ASR/ACC集成化系统示意图
2.1.2ABS/ASR/ACC集成系统的工作原理
轮速传感器安装在车轮上，测取车轮的转速信号；节气门开度传感器安装在发动机副节气门处，测取副节气门的开度信号；车距传感器安装在车辆前端中部，测取主车与主目标车辆的相对车距、相对车速、相对方位角和相对加速度信号；ABS压力调节器位于制动主缸与制动轮缸之间，调节制动轮缸的压力；ASR压力调节器位于储油器和ABS压力调节器的两驱动轮的常开式进油电磁阀之间，调节两驱动轮的制动轮缸压力；副节气门开度执行机构位于副节气门处，调节副节气门的开度；ACC常闭式进油电磁阀安装在ASR压力调节器的出油口和制动主缸的一个出油口之间，在ACC控制模式下，紧急制动时给ABS压力调节器供油；ACC常开式进油电磁阀安装在和ACC常闭式进油电磁阀相连的同一个制动主缸的出油管路上，位于制动主缸出油口和通向ACC常闭式进油电磁阀的三通之间，在ACC控制模式下，紧急制动时不仅来自储油器的制动液进入制动主缸，同时保证在ABS控制模式下，使ABS装置能正常工作；电子控制装置位于ABS压力调节器的上方，来自轮速传感器的信号、节气门开度传感器的信号和车距传感器的信号经电子控制装置处理、计算和分析后对相应的ABS压力调节器、ASR压力调节器、节气门开度执行机构、ACC常闭式进油电磁阀、ACC常开式进油电磁阀、ABS指示灯、ASR指示灯或ACC警示灯发出控制指令，执行制动轮缸的压力调节、节气门开度调节或控制模式指示工作。
当汽车正常行驶时，ABS/ASR/ACC集成系统ECU实时采集和处理传感器信号，包括四个轮速信号、蓄能器压力信号、节气门开度信号、加速踏板开度信号、制动踏板开关信号、节气门怠速开关信号、与目标车辆间的相对距离和相对速度信号，并根据其所提供的信息，选用不同的控制方式对汽车进行控制。
控制的方式包括以调节车轮轮缸压力为目标的制动干预模式和以调节发动机输出力矩为目标的节气门开度控制模式，各子系统功能的实现就是对以上两种控制方式适当组合和合理控制的结果。
ABS/ASR/ACC集成系统具有实时故障诊断功能，当系统出现故障时，执行机构及时复位，故障报警灯点亮，提醒驾驶员注意和及时处理。
基于原车装配的压力调节器，进行了车辆制动系统的设计改造，添加了外部液压动力源，通过工作模式电磁阀实现ABS制动方式和主动制动干预方式的切换油滤；
针对ASR和ACC功能要求的发动机输出力矩调节，采用了步进电机控制节气门的改装方案。
在ASR不参与控制时，集成系统ECU根据加速踏板传感器的输入信号，运用PID算法，驱动步进电机对节气门进行伺服随动调节；当它判断需要进行发动机输出力矩调节时，计算出节气门需要转过的目标角度，发出控制指令，驱动步进电机使节气门转到目标开度。
2.1.3改造后的汽车ABS/ASR/ACC系统所具备的特点和功能
1．改造后的汽车ABS/ASR/ACC系统的执行机构，不影响原车ABS执行机构的正常工作；
2．能够进行驱动轮制动干预控制和发动机输出力矩调节，能够进行完整的ASR驱动防滑控制；
3．添加车距传感器后，结合各个车轮的独立车轮制动干预控制和发动机输出力矩调节，能够进行完整的ACC自适应巡航控制；
4．集成系统具备外部的动力源，可主动对四个车轮独立进行制动干预控制，使得系统有很好的扩展性。
在现有集成系统执行机构的基础上，仅通过修改和完善电控系统的硬件电路和软件逻辑就能实现更多的集成控制功能。
2.1.4ABS、ASR、ACC、ABS/ASR和ABS/ASR/ACC集成系统的比较
表2-1ABS、ASR、ACC、ABS/ASR和ABS/ASR/ACC集成系统的比较
系统类别
功能
备注
ABS单独作用时
在制动过程中防止车轮抱死，提高车辆在制动过程中的方向稳定性、转向控制能力和缩短制动距离，使汽车制动更为安全有效。
是汽车主动安全装置的代表
ASR单独作用时
根据车辆的行驶行为使车辆驱动轮在恶劣路面或复杂路面条件下得到最佳纵向驱动力，能够在驱动过程中，特别在起步、加速、转弯等过程中防止驱动车轮发生过份滑转，使得汽车在驱动过程中保持方向稳定性和转向操纵能力及提高加速性能等
也是一种主动安全装置，又称为牵引力控制系统，即TCS系统，可视为ABS在技术上的自然延伸
ABS/ASR集成系统单独作用时
在装备了ABS的汽车上，添加了发动机输出力矩的调节和驱动轮制动压力的调节功能后，ABS所用的车轮转速传感器和压力调节器可全部为ASR所利用。
ASR和ABS在算法上相类似，许多程序模块可以通用，大大简化了程序结构，节省存储空间，并将它们的控制逻辑也集成在一个控制器
基于ABS/ASR集成系统，可以开发出更多的车辆电子控制系统
ACC单独作用时
可通过ASR的节气门开度调节和主动制动调节的方法调节车速，保持安全车距行驶，避免或减小追尾事故。
紧急情况时，能自动发挥ABS功能，确保制动过程的稳定性和安全性
与现有ABS/ASR集成系统不同，ACC主动制动干预控制功能要求对四个车轮进行独立压力调节
ABS/ASR/ACC集成系统单独作用时
ABS/ASR的执行机构可完全满足ABS/ASR/ACC系统的需要，传感器方面只需添加探测主车与目标车辆信息的车距传感器，在ABS/ASRECU的基础上，对硬件电路进行相应的扩充和软件控制逻辑的有机融合
是新的汽车主动安全行驶的发展方向
2.1.5汽车ABS/ASR/ACC系统的集成化特点
系统的集成化包括结构设计一体化，性能一体化和控制一体化，这三点在本次设计的ABS/ASR/ACC集成控制系统中都得到很好的体现。
1．结构设计一体化：
形成了ABS、ASR、ACC执行机构的共用，ASR驱动轮制动压力调节是利用ABS压力调节器实现的，ACC的控制也建立在ABS和ASR执行机构的基础上，无需再对车辆制动系统另行改装。
另外，应用一个MCU实现了三者控制逻辑的集成，形成了电子控制装置的一体化。
2．性能一体化：
实现了ABS、ASR、ACC彼此间的功能完善，优化了子系统的性能。
例如利用ACC车距传感器可获得的主车与主目标车辆的相对车距和相对车速的信息，利用ABS轮速传感器获得的主车行驶的绝对速度信息，从而可获得前方主目标车辆的绝对车速，便于对前方主目标车辆行驶状况准确的判断。
在ACC起作用期间，如果实际车距小于理想安全车距（例如巡航过程中突然有车辆并线），驾驶员未及时采取处理措施，为保证行驶安全，集成系统立即实施主动制动，使车辆减速，在这一过程中利用ABS功能提高了车辆的稳定性，这样就更加增加了汽车的行驶安全性。
3．控制一体化：
ABS、ASR和ACC子系统控制的实质就是对以调节车轮轮缸压力为目标的制动干预模式和以调节发动机输出力矩为目标的节气门开度两种控制方式适当组合和合理控制的结果。
ABS/ASR/ACC集成ECU实现了传感器信号的共享，形成了软件控制系统中的信号处理、参考车速计算、路面识别、车辆运动状态的识别和执行机构动作公用模块。
实现了硬件系统和软件系统相结合的控制一体化。
2.2VSC车辆稳定控制系统
2.2.1VSC系统组成结构
VSC系统的控制构成主要由VSC执行器、制动总泵压力传感器、转向舵角传感器、加速度传感器、横向摆动率传感器、节气门动作器、节气门位置传感器、车轮速度传感器、ABS、ASR与VSC用ECU等组成。
VSC系统构成图如图2-2所示。
制动液压传感器装在VSC液压控制装置上部，检测由驾驶员进行制动操作时制动液压的变化。
轮速传感器装在每个车轮上，以检测每个车轮的角速度。
节气门开度传感器装在节气门执行器上，检测由驾驶员操纵加速踏板引起的节气门开度，以及由VSC控制发动机输出引起的节气门开度角的变化。
制动踏板的操作传递到装在发动机舱一侧的VSC液压控制装置，在正常情况下，它执行TRC和ABS功能，当汽车出现侧滑时，它执行VSC功能，把受到控制的制动液压施加到每个车轮。
节气门执行器安装在发动机的进气通道上，在VSC控制发动机输出功率期间，由它来启闭发动机节气门。
装在车厢内的ECU通过线束与每个传感器和执行器相连。
图2-2VSC系统构成图
1-VSC执行器2-制动总泵压力传感器3-转向舵角传感器4-加速度传感器5-横向摆动率传感器
6-节气门动作器7-节气门位置传感器8-车轮速度传感器9-ABS、ASR与VSC用ECU
2.2.2VSC系统的工作原理
1.VSC控制汽车运动的原理
要抑制前轮的侧滑，首先制动后轮，以得到向内转的运动，然后对4个车轮进行制动，使车速降到某一水平来平衡旋转运动，使转向在转弯力的范围内进行。
当出现后轮侧滑时，外前轮被制动，以产生向外的运动，确保汽车的稳定性。
4个车轮所需的总转向力与车速的平方成正比，而每个车轮的实际转向力并不随车速而变。
这是汽车在高速下不稳定的原因之一。
因此，车速高时，即使车速轻微下降，也会使所需的转向力大大下降，从而可明显地改善汽车的稳定性。
VSC主要是通过控制汽车的旋转运动及上述的原理独立地对每一个车轮主动施加制动力来减速，确保车辆转弯的稳定性和循迹行驶能力。
图2-3和图2-4简要说明了控制前轮和后轮侧滑的方法
图2-3VSC控制前轮刹车打滑
图2-4VSC控制后轮刹车打滑
2．VSC的驾驶员警示
由VSC进行的运动控制实现了转弯时最大限度地抑制侧滑的防护功能。
但是，由于VSC是假定司机为行驶的主要操作者，所以，它还提供另一种重要功能，即告知司机轮胎抓地力不足的危险。
它用视觉（通过指示灯）和声音（通过蜂鸣器）来预警汽车在转弯时出现失控，以注意安全行驶。
VSC的汽车运动的控制是作为最后的屏障，以弥补司机的操作不当。
图2-5利用球碗概念图表示VSC的两个功能—信息功能和汽车稳定性功能。
图2-6列出了与VSC有关的警示信号。
图2-5VSC的两个功能
图2-6驾驶员警示信号装置
3．VSC系统的特点
如上所述，VSC系统的作用是在汽车高速拐弯将要出现失控时，可有效地增加汽车稳定来减少事故的发生（事故规避功能）。
要达到这一目的，系统最大特点就是可按照汽车的状态来自动地对某个车轮进行制动。
因此，要实现这一目标，必须满足下列功能：
（1）可检测汽车的状态和驾驶员的操作；
（2）可根据
（1）来估算汽车失稳的程度（侧滑的程度）。
（3）可根据
（2）计算恢复汽车稳定所需的旋转运动和减速，并相应控制每一车轮的制动力和发动机的动力输出。
VSC系统的第二个作用是在车辆高速拐弯出现失控现象之前告知驾驶员，以注意安全驾驶（防止事故的发生）。
图2-7表示上述
（1）到（3）的控制流程。
图2-7VSC系统控制流程图
要达到传递失稳信息这一目的，可通过如下手段：
（1）通过侧滑指示灯的闪烁来唤起驾驶员注意（视觉识别）。
（2）通过VSC蜂鸣器发声来唤起驾驶员注意（听觉识别）。
如上所述，VSC系统就是这样来规避和防止事故的发生。
2.2.3VSC与TRC的比较
与TRC系统相比，VSC系统的大部分元件与TRC系统可共用。
就传感器部分而言，增加了用于检测汽车状态的偏转率传感器和G传感器（减速度传感器）。
偏转率传感器装在汽车行李厢前部，与汽车垂直轴线平行。
它只检测偏转率（汽车绕垂直轴旋转的角速度）。
G传感器水平地安装在汽车重心附近地板下方的中间位置，它检测的纵向和横向加速度。
ECU部分增大了运算能力，至于执行部分，则改进了施加到前轮的液压通道，而信息部分则增加了VSC蜂鸣器。
TRC和VSC系统的元件比较见表2-2。
因为VSC系统的元件质量轻、体积小，如果在汽车上已有TRC系统，极易加装成VSC。
表2-2TRC和VSC系统的元件比较
序号
类别
TRC系统元件
VSC系统元件
备注
1
执行器
TRC液压控制装置
VSC液压控制装置*1
TRC液压控制装置的油路有部分改动
2
节气门执行器
节气门执行器
与TRC系统的执行器相同
3
传感器
偏移率传感器*2
VSC专用：
与4WS的偏移率传感器稍有不同
4
G传感器*2
VSC专用：
与ABS的G传感器稍有不同
5
转向角度传感器*2
VSC专用：
与悬架减振控制的转向角度传感器稍有不同
6
制动液压传感器*2
VSC专用：
从液力助力器压力传感器中来
7
轮速传感器
轮速传感器
与TRC系统的相同
8
节气门开度传感器
节气门开度传感器
与TRC系统的相同
9
ECU
TRC-ECU
TRC-ECU*1
比TRC-ECU版本有功能上的提升
10
信息
VSC蜂鸣器*2
VSC专用
侧滑指示灯
侧滑指示灯
与TRC系统的指示灯同
*1：
与TRC系统相比有部分改进
*2：
VSC专用
2.3全电路制动（BBW）
现代汽车制动控制技术正朝着电子
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