汽車主動安全性技術及其測控系統研究

鐘玉靈

（廣東工貿職業技術學院，廣東 廣州 510510）

1 概述

1.1 汽車主動安全性和被動安全性

隨著時代的發展和社會的進步，汽車不再是百姓心中的奢侈品，以致汽車的種類和性能都在大幅度增長和提升，汽車的性能提升帶來的便是汽車行駛速度的提高，而行駛速度帶來的是安全性相關的諸多問題。汽車安全系統包含：主動安全系統和被動安全系統。主動安全系統是：汽車能主動預見發生安全事故的能力，也就是主動避免發生安全事故的系統；被動安全系統是汽車在無法避免事故時，車輛本身具備保護駕乘人員以不被傷害或減少傷害的功能。被動安全性裝置有安全帶、安全氣囊、主動式頭枕、堅固的乘坐區等。相較于臨時起到保護作用的被動安全性裝置，預防性的配備比如讓駕駛員在危險發生時能夠平穩操縱汽車躲避危險，保障行駛中汽車的性能和狀態以及及時對周遭環境的變化作出反應顯得更為重要。這種一系列配備組成的系統稱為汽車主動安全系統，衡量一輛汽車性能的好壞與其優良的主動安全性裝置和穩當的被動安全裝置息息相關。

1.2 汽車主動安全性系統

主動安全性系統體現在以下幾個方面：汽車的制動、驅動、轉向性能的提升，及汽車行駛速度穩定性的提升。如今常見的汽車安全性裝置大概有以下幾種：汽車驅動防滑系統（Anti-slip Regulation），簡稱ASR；制動防抱死系統（Anti-block Braking System），簡稱ABS；四輪驅動系統（4WD-4 Wheel Drive system），簡稱4WD；汽車主動懸架（Active Suspension），簡稱AS；四輪轉向系統（Fourwheel Steering）簡稱4WS；自動變速系統（Automatic Transmission）簡稱AT 以及汽車自動防撞系統（Automatic Collision Avoidance System）。當然，隨著汽車市場的擴大和需求的增加，新的主動性安全裝置會層出不窮，如今制動防抱死應用的普及和日益完善的系統已擁有了一定的配比率。而國內的汽車ABS 安裝情況主要集中在以下品牌：紅旗、桑塔納、富康等，但是這些汽車上的裝置大多從國外進口，國內自主研發的ABS 裝置一度空缺。好在經過清華大學和濟南中國重型汽車集團公司技術發展中心的研究，已經擁有了ABS 全套技術和方法（包括控制器設計到整車匹配實驗等），并已與國內知名汽配廠商進行合作，投入生產。

1.3 具體安全性裝置介紹

汽車驅動防滑系統（ASR）是在制動防抱死系統（ABS）所具有的防止制動中車輪抱死的情況下，加入了防止車輛在起步、加速、轉彎過程中車輪滑動以保持車輛行駛穩定性的功能。目前在國外市場較為普遍，國內汽車市場僅在一些高檔轎車中配備該系統。主動懸架是指懸架系統的剛度和阻尼特性能根據汽車的行駛條件（車輛的運動狀態和路面狀況等）進行動態自適應調節，使懸架系統始終處于最佳減振狀態。主動懸架（AS）可以兼顧汽車的平順性與操縱穩定性[1]，但是由于其結構控制復雜，安裝成本較高，所以該裝置應用的比例較少，主要配置在一些高檔轎車和軍用車上。

四輪驅動系統（4WD），又稱全輪驅動系統，是指汽車前后輪都有動力。可按行駛路面狀態不同將發動機輸出扭矩按不同比例分布在前后所有的輪子上，以提高汽車的行駛能力。四輪驅動系統的應用較為普遍，集中在越野車、跑車等的裝置上。而四輪轉向（4WS）是指汽車轉向過程中，四個車輪可根據前輪或行車速度等信號同時相對車身偏轉[2]。其作用是減少車輛側滑，提高車輛操作的穩定性。該裝置因其技術的復雜性而主要應用于一些賽車上。汽車防撞系統，是近幾年來發展的一種智能裝置，主要功能是防止汽車發生碰撞。在啟動過程中，可自動發現與汽車產生碰撞的物體，如車輛、行人等，并發出警報，同時系統采用制動措施或規避行為，以規避碰撞的發生；在倒車時，防撞系統可告知安全距離以防止倒車事故。

2 汽車主動安全系統的測試量

2.1 被檢測信號和傳感器

汽車主動安全性系統的不斷完善，帶來的是裝置數量的增加。考察汽車的性能時，需要對汽車的各項指標進行檢測，現測量的對象越來越多，其檢測的要求也越來越高。傳感器把汽車運行中各種工況信息，如車速、各種介質的溫度、發動機運轉工況等，轉化成電信號輸給計算機，使發動機處于最佳工作狀態。傳感器的組成上，除了傳統的溫度表、車速表及轉速表等，還根據多樣化的需求增加了傳感器構成的類別，以便迎合新的信息上傳技術和信息處理技術，從而配合制動系統完成對汽車的升級。一般情況下，汽車傳感器輸入的是以下信號：電壓（位移傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、應變片）、熱電偶（溫度傳感器）、TTL電平（五輪儀輸出、電磁閥及其他開關器件的動作）等[3]。

2.2 全球衛星定位系統

除了各類新興傳感器的運用外，一些具有時代特征的傳感器也嶄露頭角，比如與高科技相結合的全球衛星定位系統（Global Positioning System，簡稱GPS）、紅外線信號接收儀、激光測速傳感器等。GPS 起始于1958 年美國軍方的一個項目，1964 年投入使用，隨后由軍用逐漸發展為民用，在大眾生活普及，由軍事到個人定位，再到汽車導航和交通管理。后者采用的主要是GPS 中的三維導航功能，汽車GPS 導航系統分為兩部分：第一部分由安裝在汽車中的GPS 接收機和顯示設備組成；第二部分是計算機控制中心，這兩部分通過全球定位衛星進行聯系。通過機動車管理部門授權的計算機控制中心負責檢測汽車的實時動態和周邊的交通情況[4]，使得汽車導航系統具備的功能有：

1.行車軌跡監控，只要將GPS 裝置安裝在車輛中，該車輛的行駛軌跡就可通過計算機控制中心顯示，其電子地圖精確到5 米以內，時間控制在毫秒之內。

2.行車導航功能，該車可預先下載交通線路電子地圖，只要駕駛者將要去的目的地輸入至導航系統，系統將輸出最佳的行駛路線，同時顯示其他可選擇的路線和方向[5]。

3 前沿汽車測控技術及測控系統

3.1 汽車性能測控

汽車市場的擴張帶來的是日益上升的汽車性能的需求，而隨著研發汽車的步伐不斷加深，對汽車性能檢測的有效性已不能滿足研究要求，還需要一定的控制攻略，使生產汽車與其配合，完成配置步驟，以便進一步研究新的方案。因此，傳統的汽車測試系統須擁有控制被檢測設備的能力[6]。如今前沿的汽車性能測控系統結構如圖1 所示。

圖1 現代車載測試系統結構簡圖

3.2 測控系統功能

汽車的測控系統，應包含下列詳細功能：

1.具有較多數量的通道，能夠檢測齊全的信號類別。如今對汽車的性能進行測試一般要檢測多項性能參數，而不是單一的參數[7]。通常在諸多被檢測的信號里，包含普通的電壓輸入，也有熱電偶輸入和方波、正弦波輸入信號。對于汽車振動情況和噪音等這些高頻率信號的考察，需要具備信號處理配置，以便進行預處理。

2.雙重傳輸能力信號在汽車性能測試系統的應用。在檢測汽車性能時，需要滿足檢測要求的汽車性能各項參數，應對檢測系統在一定的情況下加以控制，這樣的檢測結果才能在檢測系統變量中保持客觀和有效。

3.對于汽車中的電子設備和電子裝置，測試系統須對其通信能力和過程進行監督和調節。

4.多重信號對電路進行調配時須要將部分信號分解為模塊，以保障系統的方便和快捷。

5.在環境的影響下，應對測試系統用遙控進行操作，以確保不同場合的適用性。

3.3 測控系統網絡化

對汽車進行測控，需要一臺服務器對這個系統進行調度控制。服務器主要收集汽車上測控系統的各類數據，然后進行數據的綜合處理，再發送數據給汽車測控系統，由汽車測控系統進行控制執行零部件，從而保證集中控制，完成整個測控環節[8]（具體如圖2 所示）。

圖2 測控系統網絡化簡圖

圖1 所示的傳感器為車內測控傳感器，帶POE 網絡接口，可通過局域網傳送車內測量的數據，以便于測控計算機進行網絡計算。所示的測控儀器儀表也通過局域網對車內前端測量的數據進行處理，其處理后的數據在網絡上進行反饋到測控計算機，實現控制、故障診斷等功能。所示的測控處理器為后期處理器，將測控計算機處理后的數據進行統一計算，進行數據再次對比處理，保證汽車主動安全數據的可靠性，然后再發送至車內執行器，對零部件進行控制，實現真正意義上的主動安全。

測控系統網絡是有線傳送，即通過單位內部的LAN 進行傳送，一般涵蓋有線網絡、交換機、路由器等，也可通過5G 網絡媒介進行數據傳送、處理及控制。

4 結語

隨著汽車技術的快速發展，汽車主動安全性技術也層出不窮，更多更好的測控設備也將應用到汽車中，給汽車的開發與研究帶來更充分的便利，提升汽車智能化、信息化涵蓋度，同時降低傳統汽車管理系統的成本，使汽車主動安全性技術在測控技術的提升中得以保證。