汽車安全與道路交通安全

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上汽車安全與道路交通安全的關(guān)系XXX (學(xué)校，地址)摘 要：面對中國道路交通事故傷亡率高的現(xiàn)狀，企業(yè)、學(xué)校、研究機構(gòu)都加大了對汽車安全技術(shù)研究開發(fā)的投入，加快了安全技術(shù)研發(fā)能力的提升和產(chǎn)品化進程。自主品牌汽車 C-NCAP五星高分的獲得標(biāo)志著中國被動安全技術(shù)的飛躍性發(fā)展。進一步開展對行人保護、后排乘員保護、防后碰鞭打保護以及騎自行車人保護等被動安全研究的同時，主動安全系統(tǒng)、預(yù)碰撞系統(tǒng)、智能化汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究開發(fā)已經(jīng)成為關(guān)注的熱點，更高層次的乘員、車和環(huán)境等相關(guān)主被動安全技術(shù)的統(tǒng)合協(xié)調(diào)，將推動零碰撞零傷亡汽車安全理念的實現(xiàn)1。從汽車安全新技術(shù)方面分析和闡述了車輛及行人在

2、提高道路交通安全方面的重要作用，并提出了相應(yīng)的建議和設(shè)想。關(guān)鍵詞：汽車安全；主動安全系統(tǒng)；被動安全系統(tǒng)；NCAP；道路交通1、引言 隨著社會及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,交通設(shè)施和交通工具日益發(fā)達(dá),極大促進了經(jīng)濟貿(mào)易、科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活各項活動,為人們提供了出行方便性。但是,也正是由于這些交通工具引發(fā)了大量的交通事故,導(dǎo)致了大量的人員傷亡。根據(jù)世界衛(wèi)生組織2005年的統(tǒng)計數(shù)據(jù),全世界因車輛意外死亡的人數(shù)約為120萬,受傷人數(shù)則多達(dá)5000萬。據(jù)統(tǒng)計,2005年我國發(fā)生的交通事故數(shù)為45萬起,死亡人數(shù)達(dá)9. 9萬,受傷人數(shù)達(dá)47萬,由此造成的損失逾125億美元,占GDP 1. 5%。車輛是整個事故中的起因

3、,是關(guān)鍵因素之一2。汽車事故增多，所引起的人員傷亡和財產(chǎn)損失嚴(yán)重，已成為一個不容忽視的社會問題。針對這一問題而設(shè)置的安全防護裝置是現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)的重要組成部分。為此，對于駕駛?cè)溯o助系統(tǒng)等主動、被動安全技術(shù)的研發(fā)，減少駕駛員的誤判機率預(yù)防交通事故的發(fā)生具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義。2、汽車主動安全技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)80年代前，汽車安全性的研發(fā)重點在安全帶、安全座椅等被動安全設(shè)備上。后來人們意識到事故前對車輛運動狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并在必要時進行干涉或預(yù)警更具有現(xiàn)實意義。開始從提高車輛制動性能的角度來提高其主動安全性，其中制動防抱死裝置（ABS）有效抑制制動抱死導(dǎo)致的跑偏與側(cè)滑事故，保證了汽車的制動安全性。

4、ABS在20世紀(jì)90年代廣泛普及，隨后迎來了電子制動系統(tǒng)（EBS）、制動輔助系統(tǒng)（BAS）及驅(qū)動防滑系統(tǒng)（ASR）等相關(guān)主動安全系統(tǒng)，多種安全系統(tǒng)集成化趨勢初現(xiàn)。隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)和傳感技術(shù)的廣泛應(yīng)用，汽車安全技術(shù)迎來日新月異的發(fā)展局面。1986年，奔馳汽車公司發(fā)起，聯(lián)合歐洲的14家汽車制造廠、70多家零部件企業(yè)和120個大學(xué)制定普羅米修斯（Prometheus）計劃，在駕駛員、車輛、駕駛和交通環(huán)境及運輸系統(tǒng)間建立必要的聯(lián)系3,從而實現(xiàn)車輛智能化。ASV計劃是日本運輸省在1991年為了防止重大交通事故的發(fā)生，成立由汽車產(chǎn)業(yè)界和學(xué)界組成的先進安全車推進檢討會，開始了先進安全車ASV（Adva

5、ncedSafetyVehicle）的研究計劃，為智能交通系統(tǒng)ITS（IntelligentTraf-ficSystem）的汽車做準(zhǔn)備4.2.1、主動安全技術(shù)主動安全技術(shù)，又稱預(yù)防安全技術(shù)，是指在輕松和舒適的駕駛條件下幫助駕駛員避免事故的技術(shù)。主動安全技術(shù)主要包括底盤主動安全技術(shù)、安全預(yù)警技術(shù)和綜合安全技術(shù)等，整個主動安全技術(shù)的發(fā)展伴隨著信息技術(shù)及電子技術(shù)的發(fā)展。底盤主動安全技術(shù)主要以底盤控制技術(shù)為核心，最終采用底盤部件執(zhí)行安全相關(guān)控制。其應(yīng)用最早始于制動防抱死系統(tǒng)（anti-locked braking system, ABS），特別是1995年隨著電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（electronic

6、stability control, ESC）投入市場，底盤主動安全技術(shù)進入到快速發(fā)展的階段，后續(xù)諸如自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)(adaptive cruise control,ACC)及碰撞緩解制動系統(tǒng)（collision mitigation brake system,CMBS）等主動安全系統(tǒng)先后研發(fā)成功，底盤主動安全技術(shù)已經(jīng)由單純制動控制技術(shù)向集成轉(zhuǎn)向控制發(fā)展。安全預(yù)警技術(shù)通過對危險情況識別并對駕駛員進行預(yù)警提示。隨著視覺技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，以視覺傳感器為代表安全預(yù)警系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，其中車道偏離預(yù)警系統(tǒng)(lane departure warning, LDW）及盲點監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)等已經(jīng)大量應(yīng)用于豪華汽

7、車上。隨著汽車電子技術(shù)及傳感器技術(shù)的發(fā)展，特別是通信技術(shù)在汽車上的應(yīng)用，使汽車主動安全技術(shù)正朝著多功能、集成化方向發(fā)展，而與被動安全技術(shù)3G通訊網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合后，集主被動于一體的綜合安全技術(shù)成為未來汽車安全技術(shù)的發(fā)展方向5。2.2、底盤主動控制技術(shù)汽車主動安全控制通常是通過底盤主動安全控制實現(xiàn)其執(zhí)行功能。其中電子制動控制是底盤主動控制技術(shù)應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（ESC）在底盤主動安全控制技術(shù)中具有里程碑地位。如圖2所示，電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)通過傳感器探測的數(shù)據(jù)比較駕駛員操作意圖和汽車實際運行狀態(tài)，并通過差速制動方式對車輛施加補償橫擺力矩，控制車輛的轉(zhuǎn)向特性變化，提高側(cè)向穩(wěn)定性，進而

8、減少交通事故數(shù)量。美國高速公路交通安全署 (National Highway Transportation Safety Administration, NHTSA)在分析美國7個州1997年到 2004年的交通事故數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)可以減少34%乘用車單車事故以及59% 的運動型多功能車(sports utility vehicle, SUV)單車事故6。在美國，2012年以后生產(chǎn)銷售的乘用車要求必須裝配電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。諸如電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（electronic stability control，ESC）、電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)（electrical power steering

9、, EPS）及側(cè)傾 穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（roll stability control, RSC）等底盤主動控制系統(tǒng)已經(jīng)提高了車輛的安全性能，但是各個系統(tǒng)彼此孤立，并沒有實現(xiàn)安全性能的最大化。而底盤一體化控制系統(tǒng)，通過融合制動、轉(zhuǎn)向及懸架主動控制技術(shù)，通過各個系統(tǒng)的層級控制實現(xiàn)車輛安全控制的最優(yōu)化7。圖2 電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.3、安全預(yù)警技術(shù) 安全預(yù)警技術(shù)通過超聲波、視覺及雷達(dá)等傳感器探測道路環(huán)境信息，通過分析各類信息對駕駛員進行提醒及預(yù)警，進而減少事故的發(fā)生8。目前，在車內(nèi)應(yīng)用了大量的視覺傳感器，通過內(nèi)部視覺傳感器可以探知駕駛員是否瞌睡，進而進行瞌睡預(yù)警提醒；通過外部超聲波雷達(dá)和視覺傳感器可

10、以輔助駕駛員完成泊車操作；而毫米波雷達(dá)及視覺傳感器可以探測車輛前方行人和車輛，對車輛的碰撞可能性進行預(yù)警。伴隨視覺技術(shù)的發(fā)展，以單目視覺傳感器為基礎(chǔ)的安全預(yù)警系統(tǒng)將更廣泛的應(yīng)用于車輛上，而與其它傳感器進行數(shù)據(jù)融合將進一步提高安全預(yù)警技術(shù)的魯棒性和安全性。2.4、綜合安全技術(shù)隨著主動安全技術(shù)及被動安全技術(shù)的發(fā)展，汽車安全技術(shù)逐漸形成為以“碰撞事故”為核心，通過事故前主動安全技術(shù)避免、事故中被動安全技術(shù)有效緩解及事故后遠(yuǎn)程救援三個階段的綜合安全技術(shù)來實現(xiàn)最小事故傷亡的目標(biāo)。根據(jù)碰撞的風(fēng)險，各個階段通過不同系統(tǒng)完成安全控制，通過綜合各類安全控制系統(tǒng)功能，并融合各個系統(tǒng)優(yōu)點，使交通事故傷亡最小化。為推

11、動主動安全技術(shù)應(yīng)用，國外一些政府或開發(fā)部門設(shè)立了多個合作組織及多項合作項目，例如歐洲的FOT（Field Operational Test）項目、PReVENT項目、德國的INVENT項目、美國的ACAS項目等。各大零部件供應(yīng)商和主機廠通過參加各種組織和項目，完善了產(chǎn)品的技術(shù)要求和試驗標(biāo)準(zhǔn)，推動了主動安全技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。以沃爾沃汽車 City Safety城市安全系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)包括了自適應(yīng)巡航（ACC）、車道偏離預(yù)警（LDW）、電子穩(wěn)定性控制（ESC）及碰撞緩解制動（CMBS）等功能，該系統(tǒng)能夠避免低速下車輛追尾風(fēng)險，減少約60%由于追尾事故導(dǎo)致的的頸部軟組織損傷事故。為滿足市場需要，各零部件

12、供應(yīng)商也先后開發(fā)出集主被動安全技術(shù)于一體的安全產(chǎn)品，如博世公司的CAPS系統(tǒng)、大陸公司的Conti-Guard系統(tǒng)、TRW公司的認(rèn)知型主動安全系統(tǒng)等。汽車主動安全技術(shù)產(chǎn)品已經(jīng)呈現(xiàn)出功能集成化、系統(tǒng)化和綜合化的發(fā)展趨勢。國內(nèi)主動安全技術(shù)的開發(fā)方面也取得了一定成果，清華大學(xué)開發(fā)的THMR-V智能車輛裝備了電荷耦合器件攝像機（charge coupled device camera, CCD)及導(dǎo)航系統(tǒng)，實現(xiàn)智能駕駛功能9 。吉利汽車提出了GTMS安全開發(fā)理念，以交通事故零傷亡為開發(fā)目標(biāo)，結(jié)合電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)、前/后碰撞預(yù)警系統(tǒng)及G-Netlink系統(tǒng)于一體實現(xiàn)碰撞前、碰撞中和碰撞

13、后對乘員的安全保護。3、NCAP對汽車安全技術(shù)的影響不同NCAP對車身結(jié)構(gòu)提出了不同要求。USNCAP不僅要求車輛在碰撞過程中不能超過一定的減速度，而且要求擊潰長度不少于一定值。而EuroNCAP要求影響乘員安全性的零件如前圍板、制動踏板、方向管柱等對乘員的侵入量不能超出一定值。因此前艙的剛度不能太大或太小，否則無法滿足各個NCAP的要求10。為最大程度上保護車內(nèi)乘員和行人的安全，汽車整車設(shè)計成前后部剛度較小、乘客艙剛度很大。而且將發(fā)動機艙設(shè)計成三段式，分別為低速行人保護區(qū)、相容吸能區(qū)和自身保護區(qū)。這樣在低速時既能使行人的傷害減低到最小，同時又能在高速碰撞時通過前后艙結(jié)構(gòu)的壓潰來吸收碰撞中的大

14、部分能量，有效保護乘客，見圖3。汽車交通事故發(fā)生在前面的概率約為40%，因此前艙設(shè)計是汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點，前艙設(shè)計實際上是能量傳遞路線的設(shè)計。從圖3可見，通常將前端碰撞的能量傳遞路線設(shè)計成3條，一條是沿著水箱橫梁傳遞給翼子板加強板，然后經(jīng)A柱傳遞給駕駛艙上體；第二條路線由前縱梁傳給翼子板加強板，經(jīng)前圍板傳給駕駛艙上體，由前地板縱梁傳給車身下體；第三條路線由前懸架延伸梁(在前端和縱梁采用一定的支架連接)，經(jīng)副車架傳給車身縱梁，從而傳給車身下體。3條路線能避免能量的過度集中，有效提高整車的安全整體承受能力。為保證上述3段強度和3條能量傳遞路線，通常采用不同性能的材料進行組合以滿足不同區(qū)域的要求，對

15、于車身結(jié)構(gòu)的加強件如縱梁、B柱加強板、門檻梁加強板、A柱下段加強板、車門防撞桿以及座椅支架等均采用高強度鋼或超強度鋼(TRIP)。這2種材料在汽車上的應(yīng)用越來越多，所占的比重越來越大11。以菲亞特產(chǎn)品為例，80年代超強度鋼使用比例為0，高強度鋼使用比例為6%，90年代高強度鋼使用比例增加至10%。自NCAP規(guī)范使用后，高強度鋼增加至22%，超強度鋼增加至4%。到2005年底，高強度鋼占到50%，超強度鋼占到17%。低碳鋼的比例也由80年代的94%降低至33%12。這組數(shù)據(jù)從一定程度上反映了汽車工業(yè)上各種不同材料鋼材在汽車上的應(yīng)用趨勢。縱梁總成在很大程度上決定了汽車縱向碰撞的安全性能，因此也成為

16、研究重點。通常將縱梁前部設(shè)計成梯形結(jié)構(gòu)鋼梁、孔式結(jié)構(gòu)、褶皺式造型、波紋管狀結(jié)構(gòu)來誘導(dǎo)縱梁的變形節(jié)奏和能量傳遞路徑；通過優(yōu)化縱梁的不同材料組合，既能降低縱梁重量20%，降低成本幾十美金，而且能有效提高縱梁的碰撞、剛度和模態(tài)性能。此外，通過優(yōu)化縱梁的截面形狀(包括加強筋布置)、厚度、尺寸和結(jié)構(gòu)形式等使結(jié)構(gòu)的變形阻力保持在適當(dāng)水平，并重視局部弱化使整車剛度分配符合設(shè)計原則及能量吸收曲線圖。為滿足側(cè)撞的要求，側(cè)圍通常設(shè)計成能將側(cè)碰力有效傳遞到車身具有保護作用的梁、門立柱、地板、頂蓋及其它部件，使撞擊力被這些部件吸收，從而極大限度地把可能造成的傷害降低到最小程度。因此需要采用高強度鋼增加車門的剛度；增大

17、A、B、C立柱的截面形狀，以及局部加強側(cè)圍與門加強件接觸部位、立柱與門檻和車頂縱梁連接部位的強度；增加地板橫梁，將座椅支架和門檻梁連接一體增加側(cè)向防撞能力13。圖3 前艙安全 3段和能量傳遞圖3.1、安全約束系統(tǒng)的改進 安全約束系統(tǒng)的配備和性能的提升是增加NCAP星級的有效途徑。目前通常采用預(yù)緊式安全帶代替?zhèn)鹘y(tǒng)安全帶系統(tǒng)。預(yù)緊式安全帶的特點是當(dāng)汽車發(fā)生碰撞事故的一瞬間，在乘員尚未向前移動時它會首先拉緊織帶，立即將乘員緊緊綁在座椅上，然后鎖止織帶防止乘員身體前傾，有效保護乘員的安全14。福特公司最近發(fā)明一種膨脹式的安全帶，能像安全氣囊一樣在碰撞時配合安全帶的收緊充氣，有效保證乘員的內(nèi)臟不受到嚴(yán)重

18、擠壓。同時，能自動給乘員佩帶身上的安全帶，以提高安全帶的佩帶率。安全氣囊作為安全帶的輔助安全設(shè)施在交通事故中也大大提高了乘員的安全性。通常一輛NCAP星級較高的車輛會配備駕駛員和副駕駛氣囊、側(cè)碰撞氣囊及車窗側(cè)氣簾等多個氣囊，在不同的碰撞中保護乘員不同方位的安全。目前，兩段式安全氣囊正在逐步替代普通安全氣囊，因為它能根據(jù)汽車碰撞的加速度和安全帶的狀態(tài)，分2種不同的速度和強度展開，避免造成對乘客的不必要傷害15。智能安全氣囊作為發(fā)展方向，采用先進的傳感器技術(shù)和信息處理系統(tǒng)，在事故發(fā)生的短暫時間內(nèi)提供可靠的碰撞環(huán)境信息；通過優(yōu)化氣囊的充氣速率、折疊方式和最佳點火時間，碰撞時轉(zhuǎn)向柱、座椅及頭枕、安全帶

19、等各自滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的最佳結(jié)構(gòu)和力變形特性以及各部件碰撞特性的協(xié)調(diào)與互補問題,根據(jù)檢測到的乘員身高、體重、坐姿等信息，自動將乘員保護系統(tǒng)調(diào)節(jié)到最佳保護狀態(tài),使乘員保護系統(tǒng)逐步智能化16。對保護追尾碰撞的座椅頭枕，目前多采用手動調(diào)節(jié)的方式，很多人一般不會太重視，但是頭枕的位置如果調(diào)整不正確有可能造成對頭頸的傷害。因此目前的新產(chǎn)品均能通過嵌裝在頭枕中的新型傳感器，檢測頭枕與頭部之間的距離，算出頭枕應(yīng)該移動的距離,自動將座椅調(diào)整至最佳狀態(tài)，有效保護乘員頭頸的安全17。3.2、假人和傳感器的改進 假人作為代替真人參與各種NCAP試驗的研究對象，在汽車安全性的研究方面具有很重要的地位。假人的生物保真程度將

20、大大影響試驗的精確性。因此需要按照不同年齡的生理特征研制不同規(guī)格的假人。假人模型大部分是由金屬與塑料制作的,其胸腔是鋼制的,肩胛骨是鋁制的，盆骨是塑料的。假人的皮膚摸上去不僅要有彈性，還要跟真人一樣有一定的承受力。一個假人由近400個部件、約60個傳感器組成18。通用汽車的Hybrid III，衍生出了從新生嬰兒到55歲成年人的各個不同年齡段、不同性別的模擬假人，已經(jīng)可以實現(xiàn)95%的人體模擬保真度。今后的發(fā)展趨勢是如何盡可能地使假人特性接近真人，以及假人身體內(nèi)傳感器的合理部位和個數(shù)及傳感器本身的靈敏度和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能力的提高19。3.3、NCAP規(guī)范本身的改進 自1996年秋季以來，經(jīng)過一系列

21、演變，EuroNCAP已經(jīng)達(dá)到了第14個階段。在這個演變過程中，試驗與評價方法都經(jīng)歷了改變與改進，增加了減分項和加分項。每一次改變，廠商都會積極應(yīng)對，改善車輛結(jié)構(gòu)，使原來的非標(biāo)準(zhǔn)配置轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)配置。NCAP對安全性的推動效果是顯而易見的。從1996年NCAP實施后的7年時間里，有165個車型接受了評價。眾多的試驗結(jié)果為NCAP更好地評估車輛的安全性能提供了豐富的素材。各國的NCAP也在不斷的演變和改進。澳洲的ANCAP剛開始有一套自己的評價系統(tǒng)，隨著EuroNCAP的出現(xiàn)和應(yīng)用，ANCAP也在許多方面借用了Euro NCAP的方法。目前韓國的KNCAP只評價車輛前碰的安全性能，相信在不久的將來

22、也會逐步實施側(cè)撞和圓柱碰撞等評估內(nèi)容。此外，單純的試驗方法也是不可靠的。NCAP應(yīng)該是一個將深入事故分析法和安全試驗法相結(jié)合的產(chǎn)物20。在今后的研究過程中，還將根據(jù)實際交通事故中出現(xiàn)的各種可能的事故狀況，更為全面地制訂出安全試驗的試驗和評估方法，進一步對現(xiàn)有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)安全性能提出更高的要求。4、結(jié)語如今，汽車技術(shù)獲得飛速提升的同時，汽車安全技術(shù)也逐漸涉及到汽車的各個方面，中國汽車安全的發(fā)展方向必將走向全面、綜合和創(chuàng)新。只有汽車安全相關(guān)學(xué)科和技術(shù)得到完善，才能有效促進汽車安全技術(shù)的長足發(fā)展。同時，NCAP作為一個開發(fā)的評估系統(tǒng)，也正在不斷地提高和完善，將會具有更好的評價精確性和設(shè)計指導(dǎo)性。參考文獻1 石堅。人-車-路綜合環(huán)境下主動安全性模擬系統(tǒng)的研究D.上海：上海交通大學(xué)，2000.2胡啟洲.基于支持向量機的道路交通事故統(tǒng)計模型研究J.中國安全科學(xué)學(xué)報，2013（6）：2324.3黃寧軍。質(zhì)變中的汽車主動安全技術(shù)J.世界汽車，2000（5）：1-3.4陳禎福。汽車底盤控制技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢J.汽車工程，2006,28（2）105-113.5 成潔，崔同杰.汽車主動安全控制新技術(shù)J.汽車應(yīng)用，2005.6 Dang J. Preliminary results analyzing the effectiveness of electronic stability control