汽車被動安全的問題及對策探討

摘要：從主動安全與被動安全兩個角度出發(fā)，對影響車輛安全的各種因素進行分析，并對其進行改進，提出一套針對車輛制動系統(tǒng)與行車安全的優(yōu)化方案。從主動安全角度來看，該優(yōu)化方案能夠更快地判斷出事故發(fā)生的時間，能更好地降低事故的發(fā)生幾率。

關(guān)鍵詞：主動安全性;被動安全性;優(yōu)化方法

中圖分類號：U468.6" 收稿日期：2023-06-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.12.020

1 前言

自20世紀60年代以來，車輛的被動安全問題已成為學術(shù)界關(guān)注的焦點。自20世紀80年代中期以來，隨著計算機模擬技術(shù)的發(fā)展，車輛的被動安全問題再次被提上日程，人們已經(jīng)開始根據(jù)計算結(jié)果進行修正，以實現(xiàn)車輛自重和碰撞性能的優(yōu)化，并將新型安全車體的研究列入國家重點攻關(guān)項目。到2000-2020年，中國的汽車產(chǎn)業(yè)進入了一個高速發(fā)展期，無論是汽車的產(chǎn)量還是數(shù)量，都保持著全球第一的水平[1]，這對車輛的安全性也提出了更高的要求。目前，仍有一系列的問題制約了汽車領(lǐng)域的進一步發(fā)展，因此，如何克服或規(guī)避上述問題，對車輛的被動安全研究具有重要的現(xiàn)實意義和迫切需求。

基于此，本文從車輛的主動安全角度對如何改善車輛的安全性能進行了研究。就被動安全來說，防碰撞設(shè)備就是一個例子。本文對其進行了改進，例如使用了安全氣囊，效果良好。

2 汽車主動安全性問題

2.1 主動安全性分析

車輛運行過程是一個“人-車輛-外界環(huán)境”的閉環(huán)系統(tǒng)，然而在各類交通事故中，80%～90%是由于駕駛失誤造成的[2]，在車輛上采用電控技術(shù)，可以降低由于駕駛失誤引起的交通事故。

當前汽車上加裝的電控系統(tǒng)主要以提高駕駛員的駕駛舒適性和乘坐娛樂性為目的，包括如下內(nèi)容：

a.一種基于車載自診斷的車輛故障診斷系統(tǒng)[3]（OBD）、CAN總線在車輛信息傳輸與通信中的應(yīng)用[4]，可通過中央控制臺查看車輛狀況及娛樂情況。

b.一種用于車輛安全的電子裝置，其中包含剎車防鎖系統(tǒng)（ABS）[5]、安全氣囊張緊系統(tǒng)，汽車牽引控制系統(tǒng)（TCS）[6]、行車防滑裝置（ASR）[7]等。

因此，要提高車輛的主動安全性能，就必須從剎車系統(tǒng)和駕駛安全性著手。

2.2 自動剎車輔助系統(tǒng)（AEB）

在2014年，歐洲聯(lián)盟發(fā)布了相應(yīng)的安全規(guī)則，2014年以后的車輛都要加裝AEB。該系統(tǒng)由測距模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、視頻系統(tǒng)等幾個部分組成，其中測距模塊包括了微波雷達、機器視覺處理器、視頻系統(tǒng)等。在車速到達安全警告距離時，AEB能夠向駕駛員發(fā)出警告，而在駕駛員來不及制動的情況下，則需要執(zhí)行機構(gòu)進行緊急制動。

AEB可針對不同的駕駛環(huán)境進行適當?shù)膮?shù)設(shè)置，可以分為市區(qū)道路版和高速公路版。城市道路上，車與車之間的安全間距為5～8 m，車速不得超過20 km/h，在行駛過程中，微波雷達會對前方的車輛進行不斷的檢測，當車輛與前方車輛的距離在安全范圍內(nèi)時，會發(fā)出警報，若司機未采取行動，則會啟動緊急剎車。在公路上，如果車速達到50～80 km/h，AEB就會啟動。

2.3 車道保持輔助系統(tǒng)（LKA）/車道偏離預(yù)警系統(tǒng)（LDW）

LKA由車道標識、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)傳送三部分組成。其中，道路識別部分使用車載攝像頭拍攝道路標識，在直道上，標識線的位置變化不大，數(shù)據(jù)處理模塊會對標示線進行連續(xù)的檢測和計算，一旦標示線偏差過大，ECU就會通過EPS控制進行轉(zhuǎn)向，并對車道偏差進行校正。LKA只有在車輛直線行駛時才會啟動，車輛轉(zhuǎn)向時則會陷入睡眠。LDW主要包括數(shù)據(jù)獲取與處理、預(yù)警等兩個部分，它的工作原理類似于LKA，但當車輛出現(xiàn)車道偏移時，僅會向司機提示，而不會主動糾正。

2.4 自動泊車系統(tǒng)（APS）

在低照度的地下停車場，駕駛員在停車過程中極易與其他車輛碰撞，針對這種特殊的交通事故，APS系統(tǒng)能夠很好地解決這個問題，配有泊車雷達、ECU、操控系統(tǒng)，在停車時，只需要將車子靠著前面的車停下，然后掛倒擋，不用操作方向盤，APS控制系統(tǒng)就會接管方向盤和EPS，把方向盤打到倒車方向，EPS會調(diào)節(jié)方向盤，當車輛向后退到合適的位置時，APS會發(fā)出聲音，讓駕駛員掛入前進擋，然后調(diào)節(jié)輪胎，調(diào)整車身姿態(tài)，完成泊車。

因此，將上述四種技術(shù)結(jié)合運用，將顯著提高車輛的主動安全性能，其中AEB能提高車輛在緊急情況下的制動安全，LKA＼LDW能提高車輛的安全性能，APS能提高車輛的停車安全。

3 汽車被動安全性問題

3.1 被動安全性分析

盡管有良好的主動安全措施，同時司機盡自身的最大努力，但仍有可能發(fā)生車禍。為了降低道路交通事故的危險性，應(yīng)加大對車輛被動安全的重視。在被動安全方面，以駕駛員、駕駛員的人身安全為第一位，汽車的安全次之，生態(tài)環(huán)境的保護排第三位。

交通事故大多發(fā)生在車輛前面，而其車型又以轎車居多。在提高車輛的被動安全性能時，必須符合兩個方面的需求：a.在內(nèi)被動安全上，要保證車輛內(nèi)的機械強度足夠高，在受到外界撞擊時，車輛的內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠得到保護，同時還可以利用安全帶收緊系統(tǒng)，安全氣囊將駕駛員固定在原地；b.在外被動安全方面，主要是改善車輛前部的碰撞形變性能，降低前部沖擊對乘員的沖擊。因此，采用防撞裝置、氣囊等措施可有效提升車輛的被動安全性。

3.2 碰撞安全保護裝置

中國新車評價標準（C-NCAP）開展的40%前傾測試發(fā)現(xiàn)，A柱嚴重變形，乘員胸部、腿部等多處受損嚴重，其被動安全設(shè)計亟需改進。車輛正面碰撞時，受力的主要方式有以下三點：

a.前部防撞梁—縱向防撞梁—縱向防撞梁。

b.上部桁條-A-柱-上部桁條。

c.框架-縱向底板-中心通路。

本課題重點研究首次受力路徑，也是撞擊過程中的主要受力路徑，首先是彎折變形，其次是前縱梁的彎曲變形。試驗顯示，前縱梁在后端變形較大，抗彎性能有待提升。因此，為了改善前縱梁的整體承載能力，必須對前縱梁進行適當?shù)恼{(diào)整。

3.3 安全氣囊優(yōu)化設(shè)計

當一輛車受到碰撞時，安全氣囊是司機最后的保護工具，它要求氣囊可以快速充氣，瞬間響應(yīng)效果好。其工作原理是：當車輛受到較強的撞擊時，方向盤內(nèi)的氣囊在高溫高壓氣體的作用下，快速地膨脹，產(chǎn)生一個氣墊，對司機的頭、胸進行保護[8]。當駕駛員被擠進安全氣囊的氣袋時，氣袋里的氣體就會因為慣性被釋放出來，這樣就不會直接撞到儀表盤或擋風玻璃上。

本課題擬從相對氣囊直徑、相對排氣孔直徑和氣流速度三個角度出發(fā)，以表1中三個參數(shù)為初始設(shè)置，并進行仿真實驗，得到了相對氣囊直徑為110%時的安全性最佳的結(jié)論。

4 結(jié)語

隨著人們對車輛安全的需求不斷提高，車輛的被動安全一直是車輛安全研究的重點。以往只注重車輛的動力性、經(jīng)濟性、剎車等性能，現(xiàn)在受到了新理念的沖擊。

在國外，對于車輛的性能指標已經(jīng)越來越多地關(guān)注于車輛的安全性和環(huán)保性，而對于車輛的動力性和燃料經(jīng)濟性，就交由市場和使用者來評判，由此可見汽車被動安全的重要性。在國內(nèi)，雖然對汽車被動安全的研究起步比較晚，但是已經(jīng)取得了很大的成就，不但制定了一系列符合國際標準的安全規(guī)范，并且在實驗研究上已有了開展模擬碰撞和整車碰撞實驗的能力，培養(yǎng)出了一批高水平的科研團隊。目前，我國汽車被動安全的仿真研究工作正在蓬勃發(fā)展，并且發(fā)展勢頭非常強勁。未來車輛被動安全的研究仍在持續(xù)進行，我國汽車產(chǎn)品的安全性能必將進一步得到提升。

參考文獻：

[1]趙佳，管志杰，肖邦國.中國汽車生產(chǎn)現(xiàn)狀及鋼材消費分析[J].冶金經(jīng)濟與管理，2019（1）：50-54.

[2]戴金池，龐海龍，俞妍，等.柴油車DPF系統(tǒng)的OBD故障診斷策略研究[J].車用發(fā)動機，2020（1）：80-85.

[3]孫麗娜，王佳慶，黃永紅.基于PNN的汽車ABS系統(tǒng)中壓力調(diào)節(jié)器和輪速傳感器的故障診斷[J].計算機測量與控制，2020.28（4）：16-21.

[4]史國寶，宋天麟，金達鋒.電機驅(qū)動的ABS/TCS的建模仿真[J].機械與電子，2019，37（12）：33-37.

[5]馬薇，施繼紅.非線性模型預(yù)測直接轉(zhuǎn)矩和ASR/ABS控制的電動汽車縱向穩(wěn)定性[J].科學技術(shù)與工程，2019，19（20）：357-362.

[6]姜云浩，張建峰，池群，等.汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制策略研究的探索[J].時代汽車，2020（9）：93-94.

[7]Han Yong，Yang Jikuang，Mizuno K，et al.A study on chest injury mechanism and the effectivenesses of ahead-form impact test for pedestrian chest protection form vehicle collisions[J].Safety Science，2012，50：1304-1312.

[8]方言文.校車安全性評價體系研究[D].西安：長安大學，2013.

作者簡介：

李傳濤，男，1982年生，工程師，研究方向為鋁合金危險品罐式車結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算及有限元分析。