汽车安全性指汽车在行驶中避免事故,保障行人和乘员安全的性能。一般分为主动安全性和被动安全性。
汽车主动安全性,主要是指汽车防止或减少道路交通事故发生的性能。其主要包括:视认性、驾驶操作性和制动效能,还包括减轻驾驶员的疲劳程度,行人的安全性等。视认性,是指可以看见和看清道路、其他车辆、交通信号及仪表的程度。驾驶操作性,是指驾驶操作方便、灵活的程度。制动效能,是指汽车在高速行驶中进行制动的能力,不仅要能减速和停车,而且不能出现跑偏、侧滑、甩尾等。
汽车被动安全性,是指交通事故发生后,汽车减轻人员伤害程度或货物损失的能力。
(1)汽车主动安全配置
主动安全系统,是在车辆有撞击危险之前可以起到防患于未然的系统,其目的是提高汽车行驶的稳定性,减少操控的偏差。如常见的防抱死制动系统(ABS)、电子制动力分配系统(EBD)、驱动防滑装置(ASR)、车身电子稳定系统(ESP)等。
1)防抱死制动系统(ABS)
防抱死制动系统简称ABS,作用是在汽车制动时,自动控制制动器制动力的大小,使车轮不被抱死,处于边滚边滑(滑移率在20%左右)的状态,以保证车轮与地面的附着力在最大值。
如果前轮抱死,汽车基本上沿直线向前行驶,汽车处于稳定状态,但汽车失去转向控制能力,这样驾驶员制动过程中躲避障碍物、行人以及在弯道上所应采取的必要的转向操纵控制等就无法实现。如果后轮抱死,汽车的制动稳定性变差,在很小的侧向干扰力下,汽车就会发生甩尾,甚至调头等危险现象。尤其是在某些恶劣路况下,诸如路面湿滑或有冰雪,车轮抱死将难以保证汽车的行车安全。另外,由于制动时车轮抱死,从而导致局部急剧摩擦,将会大大降低轮胎的使用寿命。
ABS通过控制作用于车轮制动分泵上的制动管路压力,使汽车在紧急刹车时车轮不会抱死,从而加大摩擦力,使刹车效率达到90%以上,不仅能使汽车在紧急制动时仍能保持较好的方向稳定性,还能减少刹车消耗,延长刹车轮鼓、碟片和轮胎两倍的使用寿命。在没有装备ABS的汽车上,如果在雪地上刹车,汽车很容易失去方向稳定性;同时驾驶员如果想停车,必须使用液压调节器(又称“执行器”);反之,如果汽车上装备有ABS,则ABS能自动向液压调节器发出控制指令,因而能更迅速、准确而有效地控制制动。
2)电子制动力分配系统(EBD)
电子制动力分配系统(EBD)是在ABS基础上发展而来的,它可以在制动时控制制动力在各轮间的分配,更好地利用车轮的附着系数,不仅提高了汽车制动的稳定性和操纵性,而且使各个车轮能够获得更好的制动性能,缩短制动距离,提高安全性。
汽车制动时,在滑移率达到ABS的控制范围之前,汽车车轮上的制动压力同时增大。但由于惯性作用,直行制动时汽车前后轮或转弯制动时汽车左右轮上的垂直载荷已经转移,导致四个车轮达到最佳滑移率的时间不同,所以,路面附着条件的利用率不能达到最大,EBD系统主要解决这一问题。
直线制动时,装有EBD系统的汽车,可以合理地分配前后轮制动力来实施制动,并控制每个车轮的滑移率,使其保持在最佳滑移率范围之内,保证后轮不先于前轮抱死。这样,可以平衡每个车轮的制动力,缩短制动距离,并保持制动时的方向稳定性。转弯制动时,EBD系统会在车轮上施加与垂直载荷和附着系数相应的制动力,保证汽车各车轮制动力相对质心的偏转力矩始终小于地面提供的侧滑力矩,从而保证汽车制动时的方向稳定性。EBD系统还可以根据汽车的行驶工况,实时、合理地分配制动力给左右车轮,防止汽车发生跑偏,还可通过调节某车轮的制动压力来主动遏制汽车行驶失稳状态,避免汽车发生倾斜甚至侧翻。
3)电子控制制动辅助系统(EBA)
在正常情况下,大多数驾驶员开始制动时只施加很小的力,然后根据情况增加或调整对制动踏板施加的制动力。如果必须突然施加大得多的制动力,或驾驶员反应过慢,这种方法会阻碍他们及时施加最大的制动力。
EBA通过驾驶员踩踏制动踏板的速率来理解它的制动行为,如果它一旦监测到踩踏制动踏板的速度陡增,而且驾驶员继续大力踩踏制动踏板,EBA就会在几毫秒内启动全部制动力,其速度要比大多数驾驶员移动脚的速度快得多。驾驶员一旦释放制动踏板,EBA系统就转入待机模式。EBA可显著缩短紧急制动距离,并有助于防止在停停走走的交通中发生追尾事故。
4)驱动防滑系统(ASR)
驱动防滑系统(ASR),即牵引力控制系统(TCS),其目的就是防止车辆(尤其是大马力车辆)在起步、加速时驱动轮打滑现象,以维持车辆行驶方向的稳定性。各汽车厂家的牵引力控制系统功能都一样,只不过叫法不同而已。例如:奔驰称“ASR”,丰田称“TRC”,宝马称“DTC”,凯迪拉克称“TCS”等。
ASR可以通过减少节气门开度来降低发动机功率,或由制动器控制车轮打滑,以达到对汽车牵引力的控制。当汽车行驶在易滑的路面上,在加速时驱动轮容易打滑。如果是后驱动轮打滑,车辆容易甩尾;如果是前驱动打滑,车辆方向容易失控。ASR使汽车在加速时不会有或能够减轻这些现象。在转弯时,如果发生驱动轮打滑,会导致整个车辆向一侧偏移,当有ASR时就会使车辆沿着正确的路线转向。总之,ASR可以最大限度地利用发动机的驱动力矩,保证车辆启动、加速和转向过程中的稳定性。
ASR与ABS的区别在于,ABS是防止车轮在制动时被抱死而产生侧滑,而ASR则是防止汽车在加速时因驱动轮打滑而产生的侧滑。ASR是在ABS的基础上的扩充,两者相辅相成。
5)车身电子稳定系统(ESP)
车身电子稳定系统(ESP),是对旨在提升车辆操控表现的同时有效地防止汽车达到其动态极限时失控的系统或程序的通称,包括ABS、EBD、ASR等多项功能。电子稳定程序能提升车辆的安全性和操控性。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、EBD等发出纠偏指令,帮助车辆维持动态平衡。ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性,在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。
在一定的路面条件和车辆负载条件下,车轮能够提供的最大附着力为定值,即在极限情况下,车轮受到的纵向力(沿车轮滚动方向)与侧向力(垂直车轮滚动方向)为此消彼长关系。电子稳定程序可分别控制各轮纵向的制动力,从而对侧向力施加影响,也提高车辆的操控性能。当纵向力达到极值时(比如车轮抱死),侧向力即为0,此时车辆的横向运动将不受控制,即发生侧滑,此时可能无法按司机的意愿进行变道或者转弯。电子稳定程序可以检测并预防车辆侧滑,当电子稳定程序检测到车辆将要失控,它会向特定的车轮施加制动力,从而帮助车辆按照驾驶者期望的方向前进。
在转弯时,一种可行的控制策略为:当车辆有转向不足的倾向时,系统可以向转弯内侧的后轮施加制动力,由于此轮纵向力的增加,所能提供的侧向力减小,随之对车身产生帮助转向的力矩;当有转向过度的倾向时,系统可以向转弯外侧的前轮施加制动力,由于此轮纵向力的增加,所能提供的侧向力减小,随之对车身产生抵抗转向的力矩,从而保证了行驶的稳定。部分的电子稳定程序系统还会在车辆失控时降低发动机的动力。
6)并线辅助(www.daowen.com)
并线辅助也可以称为盲区监测,这一装置的形式是在汽车尾部隐藏式的感应器及A柱下方的角灯或者其他方式侦测车身周围的物体,警告方式包含视觉、听觉、震动或体感。这一装置通常被放置在左右两个后视镜内或主副驾驶三角窗内侧区域,提醒驾驶者后方有来车。
对于新手甚至经常开车的人来说,行车过程中并线盲区都是很难以消除的,由于车身设计的缘故,反光镜所能提供给人们的视觉范围总会有一些盲区存在,增大了行车危险,并线辅助装置就是解决这类问题。当车辆在行驶中车后方出现其他车辆时,系统将自动点亮该方向的车外后视镜上的指示标志,以作提醒。
并线辅助的主要技术分为影像及雷达两种,而后者又可分为24 GHz及77 GHz两种短波雷达频谱技术。
“影像+雷达”技术,是在车侧后视镜安装镜头和雷达,以影像方式监控车侧后方来车。
目前大部分车型采用雷达技术,将雷达感测器安装于车侧或后保险杠,可发出微波侦测车侧或车尾的来车。
依据各家车厂不同的称谓,还有盲点辅助系统(BSA)、盲点信息系统(BLIS)、盲点警告系统(BSW)、盲区监测系统(BSI)等名称。
7)车道偏离预警系统(LDWS)
车道偏离预警系统是一种通过报警的方式辅助驾驶员减少汽车因车道偏离而发生交通事故的系统。
据交通部统计,约有50%的汽车交通事故是因为汽车偏离正常的行驶车道引起的,究其主要原因主要是驾驶员心神烦乱、注意力不集中或疲劳驾驶。23%的汽车驾驶员,一个月内至少在转向盘上睡着一次;66%的卡车驾驶员,在驾驶过程中打瞌睡;28%的卡车驾驶员,在一个月内有在转向盘上睡着的经历。如此惊人的比例,足以证明防止车道偏离的重要意义。
车道偏离预警系统由图像处理芯片、控制器、传感器等组成。当车道偏离系统开启时,摄像头(一般安置在车身侧面或后视镜位置)会时刻采集行驶车道的标识线,通过图像处理获得汽车在当前车道中的位置参数,当检测到汽车偏离车道时,传感器会及时收集车辆数据和驾驶员的操作状态,之后由控制器发出警报信号,整个过程大约在0.5 s完成,为驾驶者提供更多的反应时间。而如果驾驶者打开转向灯而正常进行变线行驶,车道偏离预警系统不会作出任何提示。
车辆偏离预警系统分为“纵向”和“横向”车道偏离警告两个主要功能。纵向车道偏离警告系统主要用于预防由于车速太快或方向失控引起的车道偏离碰撞,横向车道偏离警告系统主要用于预防由于驾驶员注意力不集中以及驾驶员放弃转向操作而引起的车道偏离碰撞。当车辆偏离行驶车道时,其可通过警报音、方向盘震动或自动改变转向给予提醒。
8)车道保持辅助系统
车道保持辅助系统属于智能驾驶辅助系统中的一种。它可以在车道偏离预警系统(LDWS)的基础上对刹车的控制协调装置进行控制。在车辆行驶时,车道保持辅助系统借助一个摄像头识别行驶车道的标识线将车辆保持在车道上提供支持。如果车辆接近识别到的标记线并可能脱离行驶车道,会通过方向盘的振动或者声音来提请驾驶员注意。
(2)汽车被动安全配置
汽车被动安全主要包括:结构吸能性、内饰软化、安全防护装置及安全玻璃等。
结构吸能性是指汽车在发生碰撞时,汽车结构吸收大部分冲击能量,从而保证座舱变形最小,不挤伤乘员的能力。要求汽车以48 km/h的速度与固定障碍物正面碰撞时,不致危及乘员生命。为了满足这一要求,汽车应当有一个可变形而吸收能量的车头结构,并具有一个有足够刚性而且形状稳定的座舱。通常将汽车头部的刚度设计得小于座舱的刚度,使头部尽量吸收碰撞时产生的冲击能量。为此,在汽车设计中,采用计算机辅助工程,用有限元分析的方法设计车身的结构,并且对新开发的车型进行上百次碰撞试验,以确保汽车达到上述要求。通常在汽车侧面车门设有加强刚性的横梁,以防止车门在碰撞后变形。
内饰软化是指汽车座舱内部的各种器件表面无凸起,材质柔软有弹性,尽可能减少尖角、突棱和突出的零件,在发生碰撞时能减少乘员所受的伤害。内饰软化的范围包括转向盘、仪表板、侧围、顶篷、座椅、地板以及遮阳板等突出的附件。有的汽车的转向盘在碰撞时可以收缩,有的座椅加有头枕,以防后部被撞时头部受伤。
安全玻璃是指玻璃受碰撞后只裂不碎,或碎块不呈尖角,可以减少对乘员或行人的伤害,在碰撞后玻璃仍能保持一定的能见度,避免妨碍驾驶员的视线而造成第二次事故。在汽车撞上行人时,安全玻璃也可以减少对行人造成的伤害。
安全防护装置是指在发生汽车碰撞事故时,能有效地减轻人员的伤亡和汽车的损坏。它分为车外防护装置和车内防护装置。
车外防护装置主要有车身壳体结构防护措施和保险杠及护条。根据碰撞安全性的要求,车身壳体的正确结构应该是:使乘客舱具有较大刚度,以便在碰撞时尽量减小变形;同时使车身的头部、尾部等其他离乘员较远的部位的刚度相对较小,在碰撞时得以产生较大变形而吸收撞击能量。如果车身乘客舱按照汽车的行驶载荷来设计,其刚度就显得不足,还需要按碰撞安全性的要求进行重点加强。乘客舱容易加固的是地板、前围板、后围板等宽大的部件。门、窗孔洞的周边则是薄弱环节,但风窗立柱的断面尺寸又不宜过大,只能在其内部贴上较厚的加强板。在汽车发生碰撞时,为避免整个乘客舱的构架产生剪切变形或坍塌,最重要的是加固门框、窗框周边的拐角部位,可在其上贴加强板或加大拐角处的过渡圆角。汽车的最前端和最后端都有保险杠,许多轿车车身左右两侧还设有纵贯前后的护条。保险杠和护条的安装高度应符合规定,以便汽车相撞时两车的保险杠或护条能首先接触。保险杠的防护结构应包括:减轻行人受伤的软表层,主要由弹性较大的泡沫塑料制成;能吸收汽车一部分撞击能量的装置(如金属构架、塑料或半硬质橡胶的缓冲结构、液压或气压装置等)。车身侧面的护条与行人接触的可能性较小,一般由半轻质塑料或橡胶制成。
汽车碰撞时,其速度迅速下降,而乘员的身体仍以较大的惯性向前冲,就有可能撞到前面的转向盘、仪表板、风窗玻璃,引起伤亡。安全带和安全气囊是避免乘员身体与其前面的构件相撞的两种常用的车内防护装置。
安全带是最有效的防护装置,可以大幅度地降低碰撞事故的伤亡。
安全气囊系统包括若干个传感器组成的传感器判断系统,气体发生器和气囊等部件。气囊平时折叠在转向盘内或仪表板内,必要时可在极短时间(0.05 s)内充满气体呈球形,以对人体产生缓冲作用。
头枕是在汽车后部受撞时,限制人的头部向后运动的安全装置,它可避免颈椎受伤。
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