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电子技术在汽车安全装置中的应用与研究


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摘要 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。 第一章 绪论 ............................................................................................................................. 2 第二章 汽车安全性的内容和影响因素 .................................................................. 3
2.1 汽车安全性的内容 ...................................................................................................... 3 2.2 汽车安全性的影响因素............................................................................................. 3

第三章 电子技术在汽车行驶安全上的应用 ........................................................ 4
3.1 主动安全性电子技术 ................................................................................................. 4 3.2 被动安全性电子技术 ................................................................................................. 6 3.3 事故后安全性电子技术............................................................................................. 8

总结 ............................................................................................................................................... 9 致 谢........................................................................................................................................... 10 参考文献 ................................................................................................................................... 11

电子技术在汽车安全装置中的应用与研究

摘要
汽车是当前重要的工具,汽车的发明和汽车相关技术的发展极大地改 变了人们的出行方式,加快了商品和人员流通。 随着汽车与电子工业的不断发展,在现代汽车上,电子技术的应用越 来越广泛,汽车电子化的程度也越来越高,汽车技术与电子技术相结合催 生出汽车电子技术概念。电子技术在现代汽车工业中的广泛应用加快了汽 车电子的发展趋势,推动了汽车功能的多元化和便捷化。更重要的是,电 子技术在现代汽车安全系统中的应用,极大的改善了汽车安全性能,提高 了汽车安全,有利于人身安全。

[关键词] 汽车技术 汽车智能系统

电子技术

汽车电子技术安全

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第一章 绪论
现代电子技术与汽车工业的结合促成了电子汽车概念的诞生和实现, 概括地来说当前的汽车电子技术主要包括:智能化集成传感器:提供用于 模拟和处理的信号,而且还能对信号进行大处理。同时,具有较强的抵抗 外部电磁干扰的能力,保证传感器信号的质量不受影响;嵌入式微处理机 已广泛地应用与安全、环保、发动机、传动系、速度控制和故障诊断中。 软件技术:随着汽车电子技术应用的增加,对有关控制软件的需求也相应 增加,并可能要求进一步联网。因此,要求使用多种,并开发出通用的高 水平软件,以满足多种硬件的要求。轿车上多通道传输网络将大大地依赖 于软件;多通道传输技术,多通道传输技术的采用,对电子控制集成化的 实现是十分必要和有效的。 采用这种技术后, 使各个数据线成为一个网络, 以便分享汽车中心计算机的信息。汽车车载电子网络:汽车电子设备发展 的一个重要趋势是大量使用微处理机来改善汽车的性能。随着电控器件在 汽车上越来越多的应用,车载电子设备间的数据变得越来越重要。为了进 一步提高行驶的操作性,温度、车速等信息必须在不同控制单元间交换。 由此,以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要 的。集成化技术:汽车电子技术的一个发展趋向是功能集成化,从而实现 更经济、更有效以及可诊断的数据中心。光导纤维:汽车电子技术的进步, 已使各系统控制走向集中, 成整车控制系统。 形 这一系统除了中心电脑外, 甚至包括多达 23 个微处理器及大量传感器和执行部件,组成一个庞大而 复杂的信息交换与控制系统等。 汽车工业是高科技工业,汽车性能的每一步提升都伴随着新技术、新 工艺的运用。电子技术是 21 世纪推动经济发展和变革的重要技术之一, 电子技术的发展及其在汽车工业领域的广泛应用将有效提升汽车工业的 发展水平。

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电子技术在汽车安全装置中的应用与研究

第二章 汽车安全性的内容和影响因素
2.1 汽车安全性的内容
汽车安全性一般分为主动安全性、被动安全性、事故后安全性和生态 安全性。 2.1.1 汽车的主动安全性 汽车的主动安全性是指事故将要发生时操纵制动或转向系,防止事故 发生的能力,以及汽车正常行驶时保证其动力性、操纵稳定性、驾驶舒适 性、信息正常的能力。又可分为行驶安全性、环境安全性、感觉安全性、 操作安全性。 2.1.2 汽车的被动安全性 汽车的被动安全性是指事故发生时保护乘员和步行者,使直接损失降 到最小的能力。又可分为车外部安全性、车内部安全性。 2.1.3 事故后安全性 事故后安全性,是指汽车能减轻事故后果的能力。是指能否迅速消除 事故后果,并避免新的事故发生。 2.1.4 生态安全性 生态安全性是指发动机排气污染、汽车行驶噪声和电磁波对环境的影 响。

2.2 汽车安全性的影响因素
人、汽车、道路、环境条件是影响道路交通安全的主要因素,在道路 交通系统中,人是系统的核心,道路是系统的基础。 2.2.1 人的因素 人的因素影响主要是指交通直接参与者的性格、经验或状态等。 2.2.2 道路因素 道路因素的影响是指线路走向、 路面状况、 交通信号的布置和清晰度, 以及交通规则、交通管理措施等。 2.2.3 汽车本身因素 汽车本身因素的影响是指车辆结构和技术状况等 。 2.2.4 环境条件因素 环境条件因素的影响是指环境对人的精神影响(疲劳、反应能力), 对道路因素的影响(雨、雪、风、雾)以及对汽车的物理影响。

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第三章 电子技术在汽车行驶安全上的应用
近年来,汽车保有量迅速增加,汽车安全性已成为人们最关心的问题。为了 保障人民生命财产安全, 政府部门制定了相关的道路交通安全法规, 为了满足安 全法规和消费者对汽车安全性的要求, 汽车厂商采取了多方面措施来改善汽车的 安全性能, 其中电子技术起了很大的作用。 电子技术提高汽车安全性主要表现在 以下几个方面。

3.1 主动安全性电子技术
现代汽车主动安全性电子技术有代表性的电控装置有防抱死制动系统 (ABS)、电子制动力分配装置(EBD)、驱动防滑系统(ASR)、电子稳定程 序系统(ESP)、电控悬架系统、电控动力转向系统、主动避撞系统、车辆动力 学控制系统(VDC)、信息显示系统等。 3.1.1 汽车制动防抱死系统 防抱死制动系统 (ABS) 是一种防止制动过程车轮抱死的汽车主动安全装置。 ABS 系统在制动过程中通过传感器感知车轮与路面的滑移,由 ABS 电控单元做 出判断, 并通过电磁阀调整制动力的大小, 使轮胎滑移率保持在一个理想的范围 (10%~20%),来保证车辆制动时有较大的纵向制动和抗侧向外力的能力,防 止可能发生的后轮侧滑, 甩尾, 提高汽车在制动过程中的方向稳定和转向操纵的 能力,并能提高附着系数利用率,缩短制动距离,减少轮胎磨损。电子控制汽车 防抱死系统是目前提高车辆行驶安全性的有效措施之一。 3.1.2 汽车驱动防滑系统 汽车驱动防滑系统 (ASR) 是在汽车起步和加速时将滑移率控制在一定范围 (5%~15%)内,防止驱动轮快速滑动,提高汽车的驱动力。ASR 在控制中, 通过轮速传感器反馈来的信号经控制单元处理后发出指令, 调节发动机的输出转 矩,从而调节驱动轮的驱动转矩。目前 ASR 的装备大多是在 ABS 系统增设一部 分部件的方法来实现,可看成是对 ABS 系统的完善和补充。 3.1.3 汽车电子制动力分配系统 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磨擦力不一样, 制动时容易造成打 滑、倾斜和车辆侧翻事故。电子制动力分配系统(EBD)能够根据汽车制动时产 生轴荷转移的不同,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 系统提高制动稳定性。 3.1.4 汽车电子稳定程序系统

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ESP 电子稳定程序系统通常是支援防抱死制动系统及驱动防滑系统的功能。 它通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析,然后向 ABS、ASR 发 出纠偏指令,来帮助车辆维持动态平衡。ESP 一般需要安装转向传感器、车轮传 感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等。 3.1.5 汽车电控悬架 汽车不同的行驶状态对悬架有不同的要求。 一般行驶时需要柔软一点的悬架 以求舒适感, 当急转弯及制动时又需要硬一点的悬架以求稳定性, 两者之间有矛 盾。另外,汽车行驶的不同环境对车身高度的要求也是不一样的,刚度不变的悬 架无法满足这种矛盾的需求。 理想的悬架应在不同的条件下有不同的弹簧刚度和 阻力减震, 既能满足行驶平顺性要求和操纵稳定性要求, 又能达到安全行驶的目 的。电子技术的发展,使得设计出一种可以在一定范围内调整的悬架成为可能, 这种悬架称为电控悬架, 目前比较常见的是电控空气悬架形式。 典型的电控悬架 系统由电子控制元件(ECU)、空气压缩机、车高传感器、转向角度传感器、速 度传感器、制动传感器、空气弹簧元件等组成。 3.1.6 汽车电控动力转向系统 电控动力转向系统(简称 EPS Electronic Control Power Steering)是为了实 现在各种行驶条件下转向盘上所需要的力都是最佳值, 而在转向系统上采用了电 子控制的系统。 该系统在各种不同的速度状况下通过电控转向微处理器自动调整 转向盘的操纵力。 在低速时和车辆摆放时, 驾驶员只需较小的力就能灵活地进行 转向,在高速时,能自动使操纵转向盘的力加大。 EPS 既提高了驾驶的舒适性及转向灵敏度, 又能克服高速转向“发飘”的弊 病,保证了高速行驶的稳定性和安全性。 3.1.7 汽车主动避撞系统 该系统是辅助汽车驾驶者对影响公路交通安全的人、 车、 路环境进行实时监 控,在危急情况下由系统主动干涉驾驶操纵、辅助驾驶者进行应急处理、防止汽 车相撞事故的发生,保障了汽车行车安全。 3.1.8 汽车一体化底盘控制系统 汽车一体化底盘控制系统(UCC)是一种先进的集成系统,它通过中央底 盘微处理器,将制动、悬架、转向和传动系等控制系统连接起来,底盘微处理器 能够接受每个子系统传感器发来的数据, 对各子系统进行协调控制, 使车辆的整 体水平达到最佳,保证车辆行驶的安全性。 3.1.9 轮胎压力监测系统

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汽车轮胎气压监测系统,简称“TPMS”,主要用于在汽车行驶时,适时地 对轮胎气压和温度进行自动监测,对轮胎漏气、低压、高压、高温等危险状态提 前进行预警,确保行车安全。汽车轮胎气压监测系统工作原理是:在汽车的四个 轮胎上安装高灵敏的传感器,在汽车行驶状态下实时、动态地监测轮胎压力,然 后将数据通过无线电信号发射到接收器,并在接收器上以数字形式反映出气压 值。 3.1.10 电子稳定控制系统 ESC 电子稳定控制系统采用一个微控制器,一套用于测量车辆横向和纵向加速 度、 偏航角速度、 轮速和转向角的传感器以及抱死系统中的执行器来帮助驾驶员 保持对于汽车的控制的一种安全装置。 3.1.11 其他安全控制系统 为了适应汽车高速、安全、舒适的需要,越来越多更先进的电子技术应用到 汽车上,如睡眠驾驶警报系统、司机分神监视系统、视觉增强和夜视系统、导航 系统等,为汽车的安全行驶提供了保障。

3.2 被动安全性电子技术
安全气囊分布在车内前方(正副驾驶位),侧方(车内前排和后排)和车顶 三个方向。在装有安全气囊系统的容器外部都印有 SRS 的字样,直译成中文, 应为“辅助可充气约束系统”。 旨在减轻汽车碰撞后, 乘员因惯性发生二次碰撞 时的伤害程度。 3.2.1 SRS 辅助可充气约束系统 SRS 辅助可充气约束系统 是一种通过双声道立体声模拟多声道环绕音效 的音频处理技术,它可以在传统的双声道音响上模拟出通常只有多声道音 响系统所营造出环绕效果。 作用:做为车身被动安全性的辅助配置,日渐受到人们的重视。当 汽车与 障碍物碰撞后,称为一次碰撞,乘员与车内构件发生碰撞,称为二次碰撞, 气囊在一次碰撞后、二次碰撞前迅速打开一个充满气体的气垫,使乘员因 惯性而移动时“扑在气垫上”从而缓和乘员受到的冲击并吸收碰撞能量, 减轻乘员的伤害程度。 结构组成:现代安全气囊系统由碰撞传感器、缓冲气囊、气体发生器 及控制块(电脑)等组成。 工作原理:虽然安全气囊在结构上会有所不同,但其工作原理基本一 致。汽车行驶过程中,传感器系统不断向控 制装置发送速度变化(或加速 度)信息,由控制装置(中央控制器)对这些信息加以分析判断,如果所
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测的加速度、速度变化量或其它指标超过预定值(即真正发生了碰撞), 则控制装置向气体发生器发出点火命令或传感器直接控制点火,点火后发 生爆炸反应,将储气罐中压缩氮气释放出来充满碰撞气袋。乘员与气袋接 触时,通过气袋上排气孔的阻尼吸收碰撞能量,达到保护乘员的目的。 发展趋势:随着科技的发展和人们对汽车安全重视程度的提高,汽车 安全技术中的安全气囊技术近年来也发展得很快,智能化、多安全气囊是 今后整体安全气囊系统发展的必然趋势。 新的技术可以更好地识别乘客类型,采取不同的保护措施。系统采用 重量、红外、超声波等传感器来判断乘客与仪表板远近、重量、 身高等因 素,进而在碰撞时判断是否点爆气囊、采用 1 级点火还是多级点火、点爆 力有多大,并与安全带形成总体控制。通过传感器,气囊系统还可以判断 出车辆当前经历的碰撞形式,是正面碰撞还是角度碰撞,侧面碰撞还是整 车的翻滚运动,以便驱动车身不同位置的气囊,形成对乘客的最佳保护。 使用特点:安全气囊可将撞击力均匀地分布在头部和胸部,防止脆弱 的乘客肉体与车身产生直接碰撞,大大减少受伤的可能性。安全气囊对于 在遭受正面撞击时,的确能有效保护乘客,即使未系上安全带,防撞安全 气囊仍足以有效降低伤害。

3.3 事故后安全性电子技术
汽车事故后安全技术是保障乘员及时救助和减少事故后损失,避免再次伤 害。有代表性的电子装置有门锁紧急施放系统、GPS 救援系统等。 3.3.1 门锁紧急施放系统 门锁紧急施放系统在车辆发生碰撞事故后, 为了使乘员能迅速地从被撞车辆 中救出,车门应能容易打开。其工作原理是当碰撞传感器确认已发生碰撞,系统 立即施放门锁。 3.3.2 GPS 救援系统 车辆发生碰撞后,为了快速救助伤者,必须准确确定事故车辆地点。GPS 救援系统利用卫星导航定位,能很快确定车辆方位,缩短了救助时间,降低了乘 员的伤害程度。汽车作为现代人类的交通工具,改变了人们的生活方式,推动了 社会经济的发展和人类文化的进步,成为社会不可缺少的交通工具。

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总结
文章主要介绍了应用于汽车安全装置中的电子技术、 汽车安全性以及影响汽 车安全的因素, 随着人们对于行车安全越来越重视, 汽车安全装置得到了长足的 发展, 电子技术应用于汽车安全装置中的比重也越来越大, 电子技术已经成为汽 车安全装置中必不可少的一部分。 随着汽车技术和电子技术的发展,汽车安全技术经历了从碰撞后易于救助 到减少损伤,再到事故避免和预防的发展过程,逐渐由被动安全到主动安全,向 更加人性化和智能化的方向发展。 未来的汽车将会成为电子产品的综合平台, 电 子技术将会使汽车变得更加安全、舒适和方便。

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致 谢
在此论文撰写过程中, 要特别感谢我的老师刘蕾的指导与督促, 同时感谢她 的谅解与包容。 没有刘蕾老师的帮助也就没有今天的这篇论文。 求学历程是艰苦 的,但又是快乐的。感谢我的班主任王伟老师,谢谢他在这三年中为我们全班所 做的一切,他不求回报,无私奉献的精神很让我感动。在这三年的学期中结识的 各位生活和学习上的挚友让我得到了人生最大的一笔财富。 在此, 也对他们表示 衷心感谢。 谢谢我的父母,没有他们辛勤的付出也就没有我的今天,在这一刻,将最崇 高的敬意献给你们! 本文参考了大量的文献资料,在此,向各学术界的前辈们致敬!

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参考文献
[1]高艳青.现代电子及电源技术的发展趋势[J].电脑与电信,2007.(1). [2]张庆湘.浅析电子技术在现代汽车工业中的发展与应用[J].企业技术开发, 2007.(6). [3]李卫东.浅谈电子技术在现代汽车工业领域中的应用[J].中国职工,2005. (9). [4]陈长军、张敏、马红岩、林希峰、闫文清.激光技术在汽车工业上的应用[J]. 工程师,2007.(9). [5]王红星.电子技术在汽车上的发展趋势[J].中国水运,2007(2). [6]魏民祥、郭万林.数字信号处理器在汽车电子控制中的应用[J].汽车电器, 2003.(1). [7]魏朗、刘浩学.汽车安全技术概论[M].北京:人民交通出版社.1999. [8]漆跃红.GPS 在汽车上应用展望[J].世界汽车,1994.(2). [9]付白学.汽车电子控制技术[M].北京:机械工业出版社.2000. [10]姜根明.汽车主动安全性技术的发展与思考[J].汽车杂志,1999.(7).

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