汽車主動安全性技術(shù)及其測控系統(tǒng)研究

鐘玉靈

摘 要 本文先是闡述了汽車的主動安全性技術(shù)和規(guī)范系統(tǒng)，以此來對所測汽車的傳感器和相關(guān)性能的參變量進(jìn)行剖析，得出汽車主動安全系統(tǒng)的測試量，最終對新的測控汽車性能的技術(shù)和方法進(jìn)行探究，并重點(diǎn)研究了汽車的主動安全系統(tǒng)，以確保測控系統(tǒng)功能適應(yīng)不同的工作場合，滿足汽車的主動安全功能使用。

關(guān)鍵詞 汽車主動安全性 汽車傳感器 測控系統(tǒng)

中圖分類號：U46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）01-0025-03

1 概述

1.1 汽車主動安全性和被動安全性

隨著時(shí)代的發(fā)展和社會的進(jìn)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(guān)的諸多問題。汽車安全系統(tǒng)包含：主動安全系統(tǒng)和被動安全系統(tǒng)。主動安全系統(tǒng)是：汽車能主動預(yù)見發(fā)生安全事故的能力，也就是主動避免發(fā)生安全事故的系統(tǒng);被動安全系統(tǒng)是汽車在無法避免事故時(shí)，車輛本身具備保護(hù)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(jiān)固的乘坐區(qū)等。相較于臨時(shí)起到保護(hù)作用的被動安全性裝置，預(yù)防性的配備比如讓駕駛員在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)能夠平穩(wěn)操縱汽車躲避危險(xiǎn)，保障行駛中汽車的性能和狀態(tài)以及及時(shí)對周遭環(huán)境的變化作出反應(yīng)顯得更為重要。這種一系列配備組成的系統(tǒng)稱為汽車主動安全系統(tǒng)，衡量一輛汽車性能的好壞與其優(yōu)良的主動安全性裝置和穩(wěn)當(dāng)?shù)谋粍影踩b置息息相關(guān)。

1.2 汽車主動安全性系統(tǒng)

主動安全性系統(tǒng)體現(xiàn)在以下幾個方面：汽車的制動、驅(qū)動、轉(zhuǎn)向性能的提升，及汽車行駛速度穩(wěn)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(qū)動防滑系統(tǒng)（Anti-slip Regulation），簡稱ASR;制動防抱死系統(tǒng)（Anti-block Braking System），簡稱ABS;四輪驅(qū)動系統(tǒng)（4WD-4 Wheel Drive system），簡稱4WD;汽車主動懸架（Active Suspension），簡稱AS;四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Fourwheel Steering）簡稱4WS;自動變速系統(tǒng)（Automatic Transmission）簡稱AT以及汽車自動防撞系統(tǒng)（Automatic Collision Avoidance System）。當(dāng)然，隨著汽車市場的擴(kuò)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(yīng)用的普及和日益完善的系統(tǒng)已擁有了一定的配比率。而國內(nèi)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(jìn)口，國內(nèi)自主研發(fā)的ABS裝置一度空缺。好在經(jīng)過清華大學(xué)和濟(jì)南中國重型汽車集團(tuán)公司技術(shù)發(fā)展中心的研究，已經(jīng)擁有了ABS全套技術(shù)和方法（包括控制器設(shè)計(jì)到整車匹配實(shí)驗(yàn)等），并已與國內(nèi)知名汽配廠商進(jìn)行合作，投入生產(chǎn)。

1.3 具體安全性裝置介紹

汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)（ASR）是在制動防抱死系統(tǒng)（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(zhuǎn)彎過程中車輪滑動以保持車輛行駛穩(wěn)定性的功能。目前在國外市場較為普遍，國內(nèi)汽車市場僅在一些高檔轎車中配備該系統(tǒng)。主動懸架是指懸架系統(tǒng)的剛度和阻尼特性能根據(jù)汽車的行駛條件（車輛的運(yùn)動狀態(tài)和路面狀況等）進(jìn)行動態(tài)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，使懸架系統(tǒng)始終處于最佳減振狀態(tài)。主動懸架（AS）可以兼顧汽車的平順性與操縱穩(wěn)定性[1]，但是由于其結(jié)構(gòu)控制復(fù)雜，安裝成本較高，所以該裝置應(yīng)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(qū)動系統(tǒng)（4WD），又稱全輪驅(qū)動系統(tǒng)，是指汽車前后輪都有動力?？砂葱旭偮访鏍顟B(tài)不同將發(fā)動機(jī)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(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用較為普遍，集中在越野車、跑車等的裝置上。而四輪轉(zhuǎn)向（4WS）是指汽車轉(zhuǎn)向過程中，四個車輪可根據(jù)前輪或行車速度等信號同時(shí)相對車身偏轉(zhuǎn)[2]。其作用是減少車輛側(cè)滑，提高車輛操作的穩(wěn)定性。該裝置因其技術(shù)的復(fù)雜性而主要應(yīng)用于一些賽車上。汽車防撞系統(tǒng)，是近幾年來發(fā)展的一種智能裝置，主要功能是防止汽車發(fā)生碰撞。在啟動過程中，可自動發(fā)現(xiàn)與汽車產(chǎn)生碰撞的物體，如車輛、行人等，并發(fā)出警報(bào)，同時(shí)系統(tǒng)采用制動措施或規(guī)避行為，以規(guī)避碰撞的發(fā)生;在倒車時(shí)，防撞系統(tǒng)可告知安全距離以防止倒車事故。

2 汽車主動安全系統(tǒng)的測試量

2.1 被檢測信號和傳感器

汽車主動安全性系統(tǒng)的不斷完善，帶來的是裝置數(shù)量的增加?？疾炱嚨男阅軙r(shí)，需要對汽車的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測，現(xiàn)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(yùn)行中各種工況信息，如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況等，轉(zhuǎn)化成電信號輸給計(jì)算機(jī)，使發(fā)動機(jī)處于最佳工作狀態(tài)。傳感器的組成上，除了傳統(tǒng)的溫度表、車速表及轉(zhuǎn)速表等，還根據(jù)多樣化的需求增加了傳感器構(gòu)成的類別，以便迎合新的信息上傳技術(shù)和信息處理技術(shù)，從而配合制動系統(tǒng)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(yīng)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(guān)器件的動作）等[3]。

2.2 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)

除了各類新興傳感器的運(yùn)用外，一些具有時(shí)代特征的傳感器也嶄露頭角，比如與高科技相結(jié)合的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（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(xiàng)目，1964年投入使用，隨后由軍用逐漸發(fā)展為民用，在大眾生活普及，由軍事到個人定位，再到汽車導(dǎo)航和交通管理。后者采用的主要是GPS中的三維導(dǎo)航功能，汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)分為兩部分：第一部分由安裝在汽車中的GPS接收機(jī)和顯示設(shè)備組成;第二部分是計(jì)算機(jī)控制中心，這兩部分通過全球定位衛(wèi)星進(jìn)行聯(lián)系。通過機(jī)動車管理部門授權(quán)的計(jì)算機(jī)控制中心負(fù)責(zé)檢測汽車的實(shí)時(shí)動態(tài)和周邊的交通情況[4]，使得汽車導(dǎo)航系統(tǒng)具備的功能有：

1.行車軌跡監(jiān)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(jì)算機(jī)控制中心顯示，其電子地圖精確到5米以內(nèi)，時(shí)間控制在毫秒之內(nèi)。

2.行車導(dǎo)航功能，該車可預(yù)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(dǎo)航系統(tǒng)，系統(tǒng)將輸出最佳的行駛路線，同時(shí)顯示其他可選擇的路線和方向[5]。

3 前沿汽車測控技術(shù)及測控系統(tǒng)

3.1 汽車性能測控

汽車市場的擴(kuò)張帶來的是日益上升的汽車性能的需求，而隨著研發(fā)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(chǎn)汽車與其配合，完成配置步驟，以便進(jìn)一步研究新的方案。因此，傳統(tǒng)的汽車測試系統(tǒng)須擁有控制被檢測設(shè)備的能力[6]。如今前沿的汽車性能測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 測控系統(tǒng)功能

汽車的測控系統(tǒng)，應(yīng)包含下列詳細(xì)功能：

1.具有較多數(shù)量的通道，能夠檢測齊全的信號類別。如今對汽車的性能進(jìn)行測試一般要檢測多項(xiàng)性能參數(shù)，而不是單一的參數(shù)[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(jìn)行預(yù)處理。

2.雙重傳輸能力信號在汽車性能測試系統(tǒng)的應(yīng)用。在檢測汽車性能時(shí)，需要滿足檢測要求的汽車性能各項(xiàng)參數(shù)，應(yīng)對檢測系統(tǒng)在一定的情況下加以控制，這樣的檢測結(jié)果才能在檢測系統(tǒng)變量中保持客觀和有效。

3.對于汽車中的電子設(shè)備和電子裝置，測試系統(tǒng)須對其通信能力和過程進(jìn)行監(jiān)督和調(diào)節(jié)。

4.多重信號對電路進(jìn)行調(diào)配時(shí)須要將部分信號分解為模塊，以保障系統(tǒng)的方便和快捷。

5.在環(huán)境的影響下，應(yīng)對測試系統(tǒng)用遙控進(jìn)行操作，以確保不同場合的適用性。

3.3 測控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化

對汽車進(jìn)行測控，需要一臺服務(wù)器對這個系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度控制。服務(wù)器主要收集汽車上測控系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合處理，再發(fā)送數(shù)據(jù)給汽車測控系統(tǒng)，由汽車測控系統(tǒng)進(jìn)行控制執(zhí)行零部件，從而保證集中控制，完成整個測控環(huán)節(jié)[8]（具體如圖2所示）。

圖1所示的傳感器為車內(nèi)測控傳感器，帶POE網(wǎng)絡(luò)接口，可通過局域網(wǎng)傳送車內(nèi)測量的數(shù)據(jù)，以便于測控計(jì)算機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)計(jì)算。所示的測控儀器儀表也通過局域網(wǎng)對車內(nèi)前端測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其處理后的數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行反饋到測控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)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(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算，進(jìn)行數(shù)據(jù)再次對比處理，保證汽車主動安全數(shù)據(jù)的可靠性，然后再發(fā)送至車內(nèi)執(zhí)行器，對零部件進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)真正意義上的主動安全。

測控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是有線傳送，即通過單位內(nèi)部的LAN進(jìn)行傳送，一般涵蓋有線網(wǎng)絡(luò)、交換機(jī)、路由器等，也可通過5G網(wǎng)絡(luò)媒介進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、處理及控制。

4 結(jié)語

隨著汽車技術(shù)的快速發(fā)展，汽車主動安全性技術(shù)也層出不窮，更多更好的測控設(shè)備也將應(yīng)用到汽車中，給汽車的開發(fā)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(shí)降低傳統(tǒng)汽車管理系統(tǒng)的成本，使汽車主動安全性技術(shù)在測控技術(shù)的提升中得以保證。

參考文獻(xiàn)：

[1] 戴建國，王程.饋能懸架技術(shù)研究綜述[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2018，18（30）：131-139.

[2] 重慶眾科科技有限公司.汽車四輪驅(qū)動系統(tǒng)：中國，201521050927.2[P].2015-12-14.

[3] 王曉飛.汽車用溫度傳感器性能試驗(yàn)臺系統(tǒng)的研究[D].長春：吉林大學(xué)，2004.

[4] 李博.GPS全球定位系統(tǒng)[J].國防科技，2004（11）：83.

[5] 百度百科.車載導(dǎo)航[DB/OL].https：//baike.baidu.co m/item/%E8%BD%A6%E8%BD%BD%E5%AF%BC%E8%88%AA，2008-04-20.

[6] 王會義，宋健. 汽車主動安全性及其測控技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)自動測量與控制，2000，08（06）：5-7.

[7] 王會義，宋健.汽車主動安全性技術(shù)及其測控系統(tǒng)[J].測控技術(shù)，2001，20（10）：58-60，62.

[8] 郭瑩輝.網(wǎng)絡(luò)化測控技術(shù)在側(cè)重領(lǐng)域的應(yīng)用[J].科技應(yīng)用，2011，40（10）：10-13.