汽车新技术论文《汽车主动安全技术》学院：汽车与交通工程学院班级：汽服101 姓名：刘俊良学号： 101205016导师：秦玉英汽车主动安全技术【摘要】提高汽车的主动安全性是汽车技术发展的主题之一，介绍了ABS、ASR、ESP、EPS、AFS、SBW、汽车主动避撞系统、TPMS 等几种主动安全技术，分别介绍了其结构及工作原理，指出未来的汽车安全技术将向着集成化、智能化、系统化方向发展。
关键词：汽车；主动安全；设计1前言汽车安全性包括主动安全性和被动安全性两大类。
汽车主动安全是指事故发生前的安全，即实现事故预防和事故回避，防止事故发生。
主动安全性是指通过事先预防，避免或减少事故发生的能力。
被动安全性是指汽车在发生意外事故时对乘员进行有效保护的能力。
汽车的主动安全性因其防患于未然，所以越来越受到汽车厂商和消费者的重视，越来越多的先进技术也被应用到汽车主动安全装置上。
汽车安全设计要从整体上来考虑，不仅要在事故发生时尽量减少乘员受伤的机率，而且更重要的是要在轻松和舒适的驾驶条件下帮助驾驶员避免事故的发生。
过去，汽车安全设计主要考虑被动安全系统，如设置安全带、安全气囊、保险杠等。
现在汽车设计师们更多考虑的则是主动安全设计，使汽车能够主动采取措施，避免事故的发生。
在这种汽车上装有汽车规避系统，包括装在车身各部位的防撞雷达、多普勒雷达、红外雷达等传感器、盲点探测器等设施，由计算机进行控制。
在超车、倒车、换道、大雾、雨天等易发生危险的情况下随时以声、光形式向驾驶员提供汽车周围必要的信息，并可自动采取措施，有效防止事故发生。
另外在计算机的存储器内还可存储大量有关驾驶员和车辆的各种信息，对驾驶员和车辆进行监测控制。
未来汽车电子控制的重要发展方向之一是汽车安全领域，并向几个方向发展：利用雷达技术和车载摄像技术开发各种自动避撞系统；利用近红外技术开发各种能监测驾驶员行为的安全系统；高性能的轮胎综合监测系统；自适应自动巡航控制系统；驾驶员身份识别系统；安全气囊和ABS/ASR。
随着更加先进的智能型传感器、快速响应的执行器、高性能电控单元、先进的控制策略、计算机网络技术、雷达技术、第三代移动通信技术在汽车上的广泛应用，现代汽车正朝着更加智能化、自动化和信息化的机电一体化方向发展。
2 制动系统2.1 ABS 系统ABS 是防抱死系统（Antilock Braking System）的简称，它是一种具有防滑、防锁死等优点的汽车安全控制系统。
在制动过程中，车轮抱死滑移的根本原因是制动器制动力大于轮胎-道路符着力，当汽车车轮的滑移率在（10～20）％时，轮胎与路面间有最大的附着系数，因此为了取得最佳的制动效果，要控制滑移率在（10～20）％范围内。
ABS 是在普通制动系统的基础上加装车轮速度传感器、ABS电控单元、制动压力调节装置及制动电路等组成。
其工作原理为：汽车制动时，根据ABS 电控单元的控制指令，自动调节制动轮缸的制动压力的大小，使车轮不抱死，并处于理想滑移率的状态。
其工作过程分为四个阶段[1]：（1）常规制动过程：当驾驶员踩下制动踏板时，制动主缸产生的油压通过管路，进入制动轮缸，从而使车轮制动器产生制动力；（2）保压制动过程：随着制动压力升高和车轮转速下降到一定程度，车轮开始出现部分滑移现象时，ABS 电控单元向制动压力调节装置发出指令，关闭制动主缸与制动轮缸的通道，使制动轮缸的油压保持不变，即处于一个稳定的油压状态下；（3）降压制动过程：当制动油压保持不变而车轮转速继续下降，车轮滑移率超过（10~20）％时，ABS 电控单元将向制动压力调节装置输出控制信号，打开制动轮缸与储能器的通道，制动轮缸内的高压油流入储能器，制动油压下降，车轮转速由下降逐渐变为上升；（4）增压制动过程：当车轮转速上升，滑移率下降到低于（10～20）％时，ABS 电控单元向制动压力调节装置发出指令，使制动主缸和制动轮缸油路接通，高压油进入制动轮缸，制动油压增加，车轮转速又开始下降。
如此交替进行控制，使车轮的滑移率始终被控制在（10～20）％左右，从而使汽车的制动性能达到最佳状态。
2.2 ASR 系统ASR 是驱动防滑转系统（Acceleration Slip Regulation）的简称，由于防止驱动轮滑转是通过调节驱动轮的驱动力来实现的，因此也称为牵引力控制系统（Traction Control System），简称TCS。
汽车在起步、加速或冰雪路面上行驶时，容易出现打滑现象，这是因为汽车发动机传递给车轮的最大驱动力是由符着力决定的，当传递给车轮的驱动力超过符着力时，车轮就会发生滑转。
滑转率越大，车轮滑转程度也就越大。
在各种路面上，附着系数均随滑转率的变化而变化，且在各种路面上当滑转率为20％左右时，附着系数达到最大值。
ASR系统的基本控制原理[2]是：在车轮滑转时，将滑转率控制在最佳滑转率范围内，从而获得较大的附着系数，使路面能够提供较大的附着力，车轮的驱动力能够得到充分利用。
ASR 系统是在ABS 的基础上发展起来的，它与ABS 共用轮速传感器、液压驱动元件等，并扩展了电控单元ECU 功能，增加了ASR 制动执行器、节气门执行器、ASR 工作指示灯及ASR 诊断系统等。
2.3 ESP 系统ESP 是汽车电子稳定程序（Electronic Stability Program）的简称，它是在ABS 系统、ASR 系统的基础上发展起来的，并增加了方向盘转角传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器等组成，是对ABS和ASR功能的继承与进一步扩展。
ESP 是通过调节车轮纵向力大小及匹配来控制汽车的横摆运动，使汽车具有良好的操纵性和方向稳定性。
其基本原理是：通过传感器和控制算法来识别驾驶员对汽车的期望运动状态，同时测量和估算出汽车的实际运动状态。
ESP 的工作特点[3]：（1）实时监控：ESP 能够实时监控驾驶员的操控动作、汽车运动状态，并不断向发动机和制动系统发出指令；（2）主动干预：ESP 系统可以通过制动压力干预或发动机输出转矩的调节，来改变汽车的运动，修正汽车的过度转向和不足转向，如图3、图 4 所示。
（3）事先提醒：当驾驶着操作不当或路面异常时，ESP 会用警告灯警示驾驶者。
3转向系统3.1 EPS 系统EPS系统是电动助力转向系统（Electric Power Steering）的简称，EPS系统是在机械式转向系统的基础上，用电池作能源，电动机为动力装置，直接依靠电动机提供辅助转矩的动力转向系统。
EPS 系统由转矩传感器、车速传感器、电控单元、助力电机、减速机构等几部分组成，其工作原理[4]是：方向盘转动时，转矩传感器检测方向盘转矩的大小和方向，并产生一个转矩信号；同时，车速传感器也产生一个车速电信号，电控单元根据车速信号和车速信号并通过一定的控制算法决定助力电机的旋转方向和助力电流的大小，从而完成实时控制助力转向。
EPS 能在各种行驶工况下提供合适的助力，减小路面不平所引起的对转向系统的冲击，改善汽车的转向特性，车速低时，提供较大的助力减轻汽车低速行驶时的转向操纵力，车速高时，提供较小的助力提高汽车高速行驶时的转向稳定性，进而提高汽车的安全性。
EPS 系统除了具有基本助力控制，还有阻尼控制和回正控制。
3.2 AFS 系统在传统的转向系统中，转向传动比是固定的，在低速时，驾驶员要花很大的力气转动转向盘，转向不灵敏；高速时，转向灵敏性会增加，但是稳定性和安全性随之下降；这就构成了无法避免的矛盾。
德国两家公司联合开发的主动前轮转向系统（Active FrontSteering，简称AFS）很好的解决了上述矛盾。
AFS 系统本质是一套可变传动比的转向系统，它保留了传统转向系统的机械构件，其最大特点就是在方向盘和齿轮齿条转向机之间的转向柱上集成了一套双行星齿轮机构，如图6 所示。
AFS系统能在驾驶员通过方向盘施加给前轮的转向角的基础上，通过双行星齿轮机构给前轮叠加一个额外的转向角[5]。
低速时，电动机驱动的行星架转动方向与方向盘转动方向相同，叠加后增加了实际的转向角度，可以减少转向力的需求，提高了汽车的转向灵敏性；高速时，电动机驱动的行星架转动方向与方向盘转动方向相反，叠加后减少了实际的转向角度，汽车的转向变得更为间接，提高了汽车的稳定性和安全性。
主动转向系统最大的特点，就是根据汽车行驶速度，自动调节汽车转向传动比。
汽车低速行驶时，减小转向传动比，使转向更加直接、快速、舒适；汽车高速行驶时，增大转向传动比，提高汽车的稳定性。
3.3 SBW 系统线控转向（Steer-by-Wire System，SBW）是更新的汽车电子转向系统，也具有变传动比的功能，它与AFS系统的区别是：SBW系统取消了方向盘与转向轮之间的机械连接，具有更多的优点，将是转向系统未来的发展方向。
线控转向系统主要由三个模块组成：方向盘总成、控制器（ECU）和前轮转向机构总成。
驾驶员转动转向盘时，ECU 根据方向盘转角传感器、车速传感器的信号，依据前轮转角确定参考前轮转角，向转向电机发出控制信号，利用安装在转向机构上的位移传感器信号对转向电机进行位置控制，以实现该参考前轮转角，使汽车沿着驾驶员所期望的轨迹行驶。
同时，ECU 根据路感控制策略得到参考方向盘回正力矩，通过对路感电机进行电流控制，提供期望的方向盘回正力矩，获得模拟路感。
4 汽车主动避撞系统汽车主动避撞技术利用现代信息技术、传感技术来扩展驾驶员的感知能力，将外界信息（如车速、障碍物距离）传递给驾驶员，同时根据路况、车况等综合信息辨识是否构成安全隐患，并在紧急情况下，该系统能自动干涉驾驶操纵、辅助驾驶员进行应急处理，使汽车能主动避开危险，防止汽车相撞事故的发生，保证车辆安全行驶[7]。
在主动避撞系统中，涉及到多种传感器技术，如雷达、激光雷达、摄像机等。
汽车主动避撞系统由环境识别子系统、状态判断子系统、汽车控制执行子系统等组成。
在汽车正常行驶时，环境识别子系统不断感知车辆状态及外界环境信息，并将这些信息传递给状态判断子系统，控制器综合多种信息，依据安全状态判断逻辑对车辆安全状态进行判断；判断为安全状态时，系统无任何动作，不干扰驾驶员的正常驾驶；判断为危险状态时，系统会首先自动关闭油门，此时，若驾驶员尚未采取相应的动作，则系统将自动控制车辆制动和转向，并调用其它相关控制系统，使车辆远离危险的同时保证自车的安全，一旦车辆回到安全的行驶状态或驾驶员采取了控制动作，系统对车辆的控制将自动解除，回到正常行驶状态；当系统判断为危险无法避让时，除采取远离和减少危险的控制外，还将根据危险程度的大小，选择合适的被动安全控制策略。
5 汽车轮胎胎压监测系统汽车高速行驶时，轮胎故障是突发性交通事故发生的重要原因，而轮胎气压不足或渗漏是造成轮胎故障的重要原因。