汽车主动安全控制系统（精选11篇）
汽车主动安全控制系统 第1篇
1) ABS (防抱死制动系统) 。ABS主要是防止车轮在制定过程中抱死滑移而产生的制动距离过长或车辆的失控, ABS由轮速传感器、制动压力调节器和电子控制单元 (ECU) 等组成。ABS功能主要包括:能在紧急刹车状况下, 保持车辆不被抱死而失控, 维持转向能力, 避开障碍物, 同时能够缩短制动距离, 因车轮没有被抱死所以也减少了轮胎的局部过度磨损。2) EBD (电子制动力分配系统) 。EBD是ABS系统的一般和ABS组合使用, 能对ABS进行性能补充, 可以提高ABS的横向稳定效果。3) ASR (驱动防滑转系统) 。ASR又称牵引力控制系统。ASR的功能一是提高驱动轮的牵引力;二是因为驱动轮不打滑所以保持了汽车在附着系数低的路面行驶时的稳定性。ASR主要由电子控制器、传感器、制动压力调节器等三大部分组成。4) ESP (电子稳定程序) 。ESP系统属于汽车底盘电子稳定管理系统, ESP可以单独的控制汽车的每一个车轮。如后驱汽车在转弯时常常出现转向过度, 此时汽车会因为后轮失控而剧烈甩尾, 此时ESP通过感应、计算、判断、决策后制动右前轮来纠正车辆的甩尾倾向。反之, 在转向不足时, 为了保证汽车按照驾驶员转向意图行驶, ESP会轻轻制动汽车左后轮, 从而保证汽车循迹方向。ESP系统由控制模块ECM、监测方向盘转角的转向状态传感器、监测各个车轮的转速的车轮转速传感器、监测车体绕垂直轴线转动状态的横转角速度传感器、监测汽车横向不稳定时离心力大小的横向加速度传感器等组成。5) EBA (紧急刹车辅助系统) 。EBA会根据刹车踏板上侦测到的刹车动作, 来判断驾驶员的制动倾向, 如属于紧急制动, 则该系统会指令制动总泵产生更高的制动管路压力促使ABS快速发挥作用, 从而使制动力更及时、有力和稳定, 以便在车辆紧急制动时起动辅助制动的作用。6) TPMS (胎压监测系统) 。TPMS技术可以通过记录轮胎转速, 通过安装在轮胎中的微型压力传感器, 对轮胎内部的压力状况进行实时主动监测, 通过无线信息传输, 把检测到的轮胎压力和温度信号传输至ECM, 以便通过显示单元对驾驶员进行提示或预警, 情况紧急时对轮胎的异常压力和异常温度进行及时语音警报, 避免因轮胎故障引发的行车安全。
2 汽车主动安全驾驶系统
2.1 AFS (智能型汽车前照灯)
AFS可以实现的功能有3种:1) 根据车辆的行车路线自动变换前照灯照射方向。2) 根据能见度自动开关, 当光照不足或汽车驶入隧道。3) 自动调节亮度及照射角度。
2.2 偏离车道预警系统
2.3 前车距离警示系统
前车距离警示系统又名车距保持技术。
2.4 Eye Car技术
Eye Car系统可实现将不同身高的驾驶员的视线都保持在最佳高度系统, 会根据每驾驶员的身高和坐姿对座椅高度和方向, 使驾驶员保持最佳视野。Eye Car系统对驾驶员座椅进行调节的方式有两种。一是是利用人眼睛独特的反光特征, 根据反观率判断人眼位置。二是系统利用人体的水含量特征。
2.5 Sensor Car技术
行人被碰撞在交通伤亡事故中有很高的比例。Sensor Car属于碰撞预警系统, 该系统通过技术手段以减少追撞伤害行人的事故。Sensor Car技术内涵包括:1) 装在汽车前进气栅格的雷达装置监测车前行人的位置和行动。2) 后保险杠中的车距传感器和雷达监测车后的情况, 由其ECM内的程序判断碰撞的可能性;3) 在可能发生前、后端碰撞时, Sensor Car会自动采取相应的安全措施, 包括控制油门开度和自动制动以使车速得以控制, 同时启动安全带电动预紧器, 自动预收紧拉紧安全带, 最大程度地减少系安全带驾乘人员的的危险, 还可以通过引爆车辆和行人之间的安全气囊以降低双方的受害程度。
2.6 Cam Car技术
Cam Car主要是通过科技手段提高驾驶员的感知驾驶环境的能力。Cam Car所采用的新技术包括:
1) 汽车两侧安装在了前向摄像设备, 向使驾驶员提供车辆前方隐蔽处的汽车、行人或其它障碍区。2) 侧面摄象机提供增强的侧面视野。侧面摄像机的监测角度面比车辆外后视镜要全面的多, 对于相邻的车道的交通状况的判断特别有利。3) 安装在车后并且扇面形布置的多个微型视频设备可以获得车辆后方的图像, 经过图像处理后组成车辆后方的全景视野。4) 安装了“夜眼” (Night Eye) 摄像设备的车辆, 主要采用了图像处理技术, 即使在较低照度时也能为驾驶员提供车辆周围的影象, 这样Cam Car技术在不同的情况下都能为驾驶员提供辅助驾驶图像。
3 智能主动约束系统
1) 智能预紧式汽车安全带。预紧式安全带也称预缩式智能安全带。其是当汽车发生碰撞事故的一瞬间, 在驾乘人员发生二次碰撞前, 身体尚未向前移动时它会预先拉紧安全带, 将乘员牢牢锁止在座椅上以防止驾乘人员因身体前倾产生的二次碰撞伤害, 有效保护驾乘人员的安全。
2) 智能型安全气囊。智能安全气囊的工作原理是在普通安全气囊的基础上增加相应的传感器, 检测汽车座椅上乘员的类型、所处的位置高度等乘员相关信息, 采用计算机分析处理控制安全气囊的碰撞程度和力度, 避免出现不必要的展出和对乘员的碰撞损伤。
4 结论
汽车的主动安全和被动安全技术是统一协调的, 两者的作用是相互补充的。将来, 汽车安全技术一定会向着系统集成化和功能智能化方向发展。1) 系统集成化。将汽“人、车、路”作为一个系统来分析研究, 将汽车主动安全与被动安全技术进行集成并有效融合, 会有更好的安全效果。2) 功能智能化。智能感知系统、自动避撞系统、无人驾驶系统、智能汽车总成将在汽车安全技术上起动不可或缺的作用。
汽车主、被动安全技术能最大程度地保护车辆、驾乘人员、行人和任何参与交通者的安全, 系统的集成和智能化的作用必定远远超过相互独立、智能程度低的的安全防护系统。未来的汽车安全技术将向着微机处理、智能算法、信息交互共享、集成化和智能化等更先进的技术领域发展。可以相信, 未来的汽车将越来越安全, 越来越人性化和智能化。
摘要：现在汽车技术的发展日新月异, 然而频发的交通事故使人们对汽车的主动安全性提出了更高的要求, 本文从现代汽车主动安全辅助系统出发, 探究了汽车底盘主动安全技术、汽车主动安全驾驶系统和汽车智能约束系统, 分析了机电液一体技术、电子传输技术、信息交互技术、自动智能化技术等在汽车上的应用, 提高了汽车的主动安全性。
关键词：汽车主动控制,主动辅助驾驶,智能约束系统
参考文献
[1]杨国平.现代汽车安全新技术综述[J].上海工程技术大学学报, 2005.
[2]马文席, 刘继锋.从ABS防抱死系统到ASR, ESP[J].实用汽车技术, 2006.
汽车主动安全技术 第2篇
目录
概述
主动安全技术将成未来汽车的研发重点 现代汽车主动安全技术的发展趋势 汽车主动安全系统 汽车主动安全技术 综述 概述
主动安全技术将成未来汽车的研发重点 现代汽车主动安全技术的发展趋势 汽车主动安全系统 汽车主动安全技术 综述
展开
概述
随着社会的发展，交通安全问题越来越凸显，传统的汽车安全理念也在逐渐发生变化，传统的安全理念很被动比如安全带、安全气囊、保险杠等多是些被动的方法并不能有效解决交通事故的发生，随着科技的进步，汽车的安全被细化，目前汽车安全分为主动安全、被动安全两种概念。
主动安全技术将成未来汽车的研发重点
交通安全问题已成为世界性的大问题。据报载，全世界每年因交通事故死亡的人数约50万，因此汽车的安全性对人类生命财产的影响是不言而喻的。随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车行驶速度也相应加快，加之汽车数量增加以及交通运输日益繁忙，汽车事故增多所引起的人员伤亡和财产损失，已成为一个不容忽视的社会问题，汽车的行车安全更显得非常重要。而传统的被动安全已经远远不能避免交通的事故发生，因此主动安全的概念慢慢的行成并不断的完善。
现代汽车主动安全技术的发展趋势
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。现代汽车的安全技术包括主动安全技术和被动安全技术两方面。而被动安全技术和主动安全技术是保证汽车乘员安全的重要保障。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。例如，根据日本政府“提高汽车智能和安全性的高级汽车计划”，由日本丰田公司研制成功的“丰田高级安全汽车”即具有驾驶员瞌睡预警系统、轮胎压力监测警告系统、发动机火警预报系统、前照灯自动调整系统、盲区监控系统、汽车间信息传输系统、道路交通信息引导系统、自动制动系统、紧急呼叫(SOS)停车系统、灭火系统以及各向安全气囊系统等，其中有些单项设备已投放市场。
汽车100多年的发展史中，有关汽车的安全性能的研究和新技术的应用也发生了日新月异的变化，从最初的保险杠减振系统、乘客安全带系统、安全气囊到汽车碰撞试验、车轮防抱制动系统(ABS)、驱动防滑系统(ASR)，到无盲点、无视差安全后视镜及儿童座椅系统的研究，汽车的安全性能正日趋完善。特别是近几年，随着科学技术的迅速发展，越来越多的先进技术被应用到汽车上。目前，世界各国都在运用现代高新科，加紧研制汽车安全技术，一批批有关汽车安全的前沿技术、新产品陆续装车使用，使未来的汽车更加安全。
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。
汽车主动安全系统
为预防汽车发生事故，避免人员受到伤害而采取的安全设计，称为主动安全设计，如ABS，EBD，TCS，LDWS等都是主动安全设计。它们的特点是提高汽车的行驶稳定性，尽力防止车祸发生。其它像高位刹车灯，前后雾灯，后窗除雾等也是主动安全设计。目前安全技术逐渐在完善，有更多的安全技术将被开发并得到应用。
汽车主动安全技术
ABS（防抱死制动系统）
它通过传感器侦测到的各车轮的转速，由计算机计算出当时的车轮滑移率，由此了解车轮是否已抱死，再命令执行机构调整制动压力，使车轮处于理想的制动状态（快抱死但未完全抱死）。对ABS功能的正确认识：能在紧急刹车状况下，保持车辆不被抱死而失控，维持转向能力，避开障碍物。在一般状况下，它并不能缩短刹车距离。
EBD（电子制动力分配系）
它必须配合ABS使用，在汽车制动的瞬间，分别对四个轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出摩擦力数值，根据各轮摩擦力数值的不同分配相应的刹车力，避免因各轮刹车力不同而导致的打滑，倾斜和侧翻等危险。
ESP（电子稳定程序）
它实际上也是一种牵引力控制系统，与其它牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且控制从动轮。它通过主动干预危险信号来实现车辆平稳行驶。如后轮驱动汽车常出现的转向过多情况，此时后轮失控而甩尾，ESP便会放慢外侧的前轮来稳定车子；在转向过少时，为了校正循迹方向，ESP则会放慢内后轮，从而校正行驶方向。
EBA（紧急刹车辅助系统）
电脑根据刹车踏板上侦测到的刹车动作，来判断驾驶员对此次刹车的意图，如属于紧急刹车，则指示刹车系统产生更高的油压使ABS发挥作用，从而使刹车力更快速的产生，缩短刹车距离。
LDWS(车道偏离预警系统）
该系统提供智能的车道偏离预警，在无意识（驾驶员未打转向灯）偏离原车道时，能在偏离车道0.5秒之前发出警报，为驾驶员提供更多的反应时间，大大减少了因车道偏离引发的碰撞事故，此外，使用LDWS还能纠正驾驶员不打转向灯的习惯，该系统其主要功能是辅助过度疲劳或长时间单调驾驶引发的注意力不集中等情况。
胎压监控
美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)已经做出要求，截止2003产品年车重小于或达到4536公斤的所有美国乘用车辆都必须配备胎压监控系统，事后宝马公司就已经把该系统用在全系轿车中。驾驶者可以通过车内提示警告系统来判断轮胎胎压情况是否正常，首先避免了因轮胎亏气出现的行车跑偏，其次在高速行驶时也对乘坐者安全是一种保障。?
所用车型：奥迪、宝马、上海通用别克君越、凯迪拉克、雷克萨斯、迈巴赫、梅塞德斯奔驰、沃尔沃等
倒车警告/倒车影像/车外摄像头
倒车警告这项技术用于在驾驶期间以及驻车时，针对您盲区中的轿车或物体向您发出警告。通常，该系统会在您行车时已经进行响应；它可能会使后视镜内的一个警告标示进行闪烁，同时会发出声音警告，该系统是一个短程检测系统。如：上海通用别克君越车内后视镜就配备此功能，反光镜左边会有一个车体形状的图标，前/后雷达在侦测障碍物时警告标示会给驾驶者以视觉和听觉上的警告。
倒车影像和后视摄像机是一体，不仅保护您的轿车，还能够避免在倒车时意外伤及儿童和动物。倒车已经从向下倾斜后视镜或发出声音警告到实时查看。新一代技术包括一个摄像机，它可以与导航系统协同工作，对您身后的一切进行广角拍摄，然后反映在车内屏幕上，从而帮助您倒车或挂接拖车。
所用车型：雷克萨斯、上海通用别克君越、梅塞德斯-奔驰等
芯片防盗系统
财产安全也被人日益关注，一部几十万的轿车被偷盗会让车主受到很大的损失。厂家也绞尽脑汁为轿车加入更多的安全防范系统。通用别克君越不仅在点火钥匙上加入Passkey III安全防盗系统，还针对后行李箱结构进行了改进，变为遥控开启无锁芯防盗模式，大大减低了被盗被撬的几率，给车主财产方面的最大保护。
自动感应大灯和/或夜视辅助系统
自动感应大灯随车辆周边环境光线影响，系统会自动识别判断。雨雾天气光线不够，大灯会自动亮起给驾驶者提供更安全的行车环境。后期厂家又延伸到自适应大灯系统，这更高级的系统会因方向而调节(在车辆转向时会转动灯光)。它们也可以是车速感应式车灯(可以改变光束的长度或高度)，或者对环境光进行补偿。
夜视系统可以有不同的形式，如基本的红外线大灯或热成像摄像机。但是无论采用何种科技，作用都一样：在夜间或者视线不明的情况下，帮助您看清更远处的路面并且辨别接近1000 英尺外道路上的动物、人或树木。图像在驾驶室中的显示屏上形成，使肉眼难于看清的障碍物体提前被驾驶者掌控，目前博世公司开发的夜视系统则具有以上功能，但价格很是昂贵，即使是超豪华轿车目前也基本为选配系统。相信不久将来这一更高级的系统也会被中高级轿车所选用。
所用车型：凯迪拉克、雷克萨斯、林肯、梅塞德斯-奔驰S系等 相关运用车型
(ASR奔驰/TCS凯迪拉克/TCR丰田/DCT宝马、电子稳定控制系统（ESP博世/DSC宝马/VSC丰田/VDC日产/VSA本田)、陡坡缓降系统（HDC）、自动驻车/上坡辅助系统、高位刹车灯（第三刹车灯）等这些都属于汽车主动安全配置产品。除了以上这些在操控性方面的主动安全设施外，还有基于图像处理技术以及雷达感应技术，可以提前预防和缓解交通事故的汽车主动安全用品。其中以基于图像处理技术原理的碰撞预警系统为目前汽车主动安全产品中的领航者。
最新汽车主动安全技术
驱动防滑控制系统
VSC车辆稳定控制系统
四轮转向控制技术
卫星导航与车距控制系统
自动刹车系统
LWDS车道偏离预警系统
LNVS夜视系统
FCWS前碰撞预警系统
HMWS车距监控系统
HUD抬头显示系统
最新主动安全产品运用车型
1、VOLVO-XC60 城市安全系统，自动刹车。
2、奔驰公司，自动报警、自动锁定车速刹车。
3、福建东南汽车工业集团----东南（三菱君阁）旗舰版已经配套车道偏离预警系统。
4、(VOLVO-S80)配套车道偏离预警；
5、(BMW-X5)配套车道偏离预警和HUD抬头显示系统；
6、(宝马-745)配套被动式红外夜视系统；
7、新（奔驰-E350）带车道偏离预警和主动夜视系统上市；
8、新（凌志）LS460和E350已经配套视觉和雷达结合防撞系统；
9、现代顶级豪车（雅科仕）带车道偏离预警上市；
10、(雪铁龙C4)配套车道偏离预警系统；
11、英菲尼迪顶级版和起亚k7北京车展也展示带车道偏离警报器系统的车；
12、欧洲2012年新车必须强制安装车道偏离预警（LWDS）。
国际市场运用
国际市场运用
编辑本段综述
虽然人们采用各种方法来保证驾驶员的安全，但是如何避免事故发生才是我们对于未来车辆安全的讨论重点。因为只有最大程度地减少事故发生率，才能最好地体现车辆安全。可以预见，主动安全将成为未来汽车安全技术发展的重点和趋势。在不断完善被动安全系统的同时，逐渐地发展和应用主动安全系统，尽量避免事故的发生，结合行人保护的概念和技术的引入，完善对行人的保护是当今汽车安全的发展趋势。通过数据总线进行系统集成，可以将汽车安全的很多方面，例如防驾驶瞌睡装置、轮胎压力监测报警装置、行人碰撞保护装置集成在一起，提高汽车的安全性能。未来智能行人保护系统(IPPS)、高级驾驶员辅助系统、保持车道状态系统、夜视系统、高灵敏度雷达传感器和激光雷达技术的应用将大大提高汽车主动安全的水平。欧盟委员会和日本政府已颁布了新法规来保护行人和其他易受伤的道路使用者。相信随着技术和立法的不断完善，汽车主动安全技术将成为未来汽车安全技术发展的重点。它将与被动安全技术一起发挥作用，保证驾驶员和行人的安全。汽车安全性已经不仅是个技术问题，在某种程度上也是一个重要的社会问题。汽车的主动安全性因其定位于防患于未然，所以有着广阔的发展前景，越来越受到汽车生产企业、政府管理部门和消费者的重视。
汽车主动安全控制系统 第3篇
新品隆重发布
当日上午，保千里展位的观摩客户已是人山人海。据了解，大部分客户都是慕名前来一睹保千里新品的真面目。在大家的期待中，保千里市场副总经理黎丽宣布新品发布会开始。保千里副总裁蒋建平先生及此次展会相关负责人等揭开了新品的神秘面纱。
绸布一落地，霸气又时尚的奥迪Q3轿车震撼了大伙儿，车内装载的保千里汽车主动安全系统高端、大气、上档次。现场媒体纷纷上前用镜头记录下保千里汽车主动安全系统的闪耀形象，新品的现身将展会推向了一个高潮。
保千里此次推出的专车专用汽车主动安全系统是整个汽车市场全新的品类，就相当于乔布斯推出的智能手机。
新品演示解析
蒋总在发布现场讲解到：保千里汽车主动安全系统奥迪Q3专车专用版主要有三个亮点：第一，按汽车前装的工艺标准来进行设计，精致美观。第二，以智能化的设计理念实现一键启动，全自动控制功能。第三，以用户的舒适和便利性体验为主导的人性化设计标准，并与汽车的行车电脑无缝对接。
通用版汽车主动系统的亮点主要是：首先通用版的工艺设计非常接近汽车的前装工艺标准。其次是它符合现有80%的小轿车、 SUV、MPV等车型。 第三是它可以与所有导航系统实现完全无缝对接。
最后，针对国外豪车，在原车的车机上无法进入的情况下，保千里可以添加解码器，将视频信号引至原车屏里面，直接通过方向盘和屏幕控制就可实现。
在后装车改装方面，使用通用版系统，利用AUX信号切入即可实现。
路畅高层亲临称“赞”
听取现场讲解后，参展嘉宾纷纷上车亲自体验保千里汽车主动安全系统的魅力及各项功能。作为保千里战略合作伙伴之一，路畅科技蔡总也莅临保千里展位亲自体验，并且多次对保千里汽车主动安全系统点赞。
现场，蔡总在接受各大媒体采访提问及此次体验感受之时说到，保千里在汽车主动安全系统领域，独具核心技术专利及强悍的功能，所以我们信赖保千里，相信我们的合作前景是非常可观的。
汽车主动安全控制系统 第4篇
1 汽车主动安全避撞技术
汽车主动安全避撞技术作为最为成熟的主动安全技术, 可以自动检测可能与汽车产生碰撞的车辆、行人等障碍物, 并及时发出报警措施。其组成包括车用测距传感器、气节门位置传感器、路况检测传感器等。
1.1 行车信息感知以及处理
行车信息感知以及处理主要基于汽车上各种传感器, 包括车用测距传感器、气节门位置传感器等, 对车辆的运行进行实时监测, 并对必要信息进行处理, 进而获得可靠、有效以及准确的形成数据。对于汽车主动安全避撞控制系统所包含的车间距离测量传感器, 属于主动避撞系统所独有的。目前, 国内外对于汽车纵向主动安全控制方式的研究, 主要集中在对车间距离测量传感器的研究和对测量信息的处理方面。
依据实现方式的不同, 可将车间距离传感器分为2种, 即以机器视觉为实现方式的车间距离测量研究;以车载雷达系统为实现模式的车间距离测量研究。其中前者主要基于视觉信号, 获得车间的距离值, 其中视觉信号具有以下优势, 即探测范围极宽、目标信息的完整性较好等, 尤其是基于道路以及分道线的探测, 具有不可比拟的优越性, 但此种模式存在极大的缺陷, 表现在运算量巨大, 对数据测量的实时性较低;摄像头影响极大, 且对于车间距离的测量, 精度极低。
以车载雷达系统作为实现方式的车间距离测量, 主要利用微波以及激光雷达的方式, 经过处理雷达信号, 获得所需的车间距离以及相对速度等。同以机器视觉为实现方式的车间距离相比, 雷达测量具有好的实时性、准确性, 这使得国内外很多研究人员选择器作为车辆距离获得的主要模式。通过介质的区别, 可将其分为激光雷达以及微波雷达2种, 其中同激光雷达相比, 微波雷达的运行更加可靠, 更不易受外界环境的干扰, 但此种模式具有极高的成本以及结构极其复杂。
通过雷达获得的车辆运动信息, 基于测量原理的限制, 所获得的目标信息含有很多测量噪声, 因此, 需要进行处理。目前采用最多的处理方式为卡尔曼滤波原理, 但从原理分析, 如果车辆相对于自车来讲, 具有恒定的相对速度或者是相对加速度, 则采用卡尔曼滤波可以得到准确实时的车辆信息。但在实际中, 汽车的速度以及加速度会经常发生变化, 采用卡尔曼滤波则难以获得准确、实时的车辆信息。因此, 在基于汽车纵向主动安全的应用中, 要注意。
1.2 行车的安全判断
汽车纵向安全距离模型分为前向与后向2部分, 其中两者之间的判断存在极大差别, 因此, 要分别考虑前向模型与后向模型2种。如图1所示, 为汽车以及其他车辆之间的相对位置形势图。
其中C1以及C2分别表示同向行驶的两辆车, T时刻, 两车之间距离为S, 两车之间的相对行驶关系如表1所示。
1.2.1 前向的安全距离模型
基于前向的安全距离模型主要包括2种警戒方式, 即一般提醒报警以及紧急危险报警。
汽车在制动停止后, 两汽车之间应保持一个相对安全的距离ds, 这一间距的选取要合理, 否则会影响系统的虚警率, 目前, 国内外相关资料定义的相对安全距离为2m~5m, 为进一步加强虚警率的降低, 同时还可以确保汽车的安全, 在基于汽车的前向安全距离模型中, 一般选取ds=2m。
对于汽车, 其在运动过程中, 本身的车速1V可以通过车载速度传感器获得, 两车的相对速度VC12可以通过公式 (1) 表示:
其中:
1L为t1时刻获得的两车之间的距离;2L为t2时刻获得的两车之间的距离;∆T为两时刻之间的时间间隔。那么, 汽车向前行驶的速度可近似为:
那么, 对于提醒报警的距离公式, 为:
其中, dw表示一般的提醒报警距离;db表示紧急危险情况下的报警距离。
1.2.2 后向的安全距离模型
汽车追尾事故的发生一般会引起连环反应, 为了保证汽车在行驶当中具有足够的安全, 则需要研究汽车的后向安全距离模型。当汽车在紧急制动条件下, 后方车辆还处于加速条件, 这种情况极其危险。本文基于后向的安全距离模型构建, 主要基于2种状态, 即:车辆相对速度为负值条件, 汽车的危险系数极低, 此时不报警;两车相对速度为正, 极易发生危险, 应进行安全报警。
同前向安全距离相同, 两汽车之间应保持一个相对安全的距离d0=ds=2m。如果两汽车不碰撞, 则需要满足条件:d≥S2-S1+d0。
其中:
2 结论
随着汽车纵向主动控制系统的日趋复杂以及要求的越来越高, 基于现代信息技术、传感技术作为基础的汽车纵向主动安全控制技术的要求越来越高, 在车辆行驶过程中, 对汽车纵向主动安全控制的人性化要求越来越强。在此基础上, 对基于汽车纵向主动安全的控制方式研究具有极强的现实意义。本文基于汽车纵向主动安全的控制方式——汽车主动安全避撞系统的相关概念, 在此基础上, 分析了其在汽车信息感知、处理以及安全判断等的作用。希望通过本文分析, 为相关领域进行汽车安全研究提供借鉴。
参考文献
[1]王建强, 刘刚, 李克强, 等.复杂路况下汽车主动避撞报警技术研究[J].公路交通科技, 2005, 22 (4) :132-135.
[2]赵政春, 陆绮荣, 蒋冬初.汽车障碍物检测系统的设计[J].计算机测量与控制, 2007, 15 (4) :432-434.
汽车主动安全控制系统 第5篇
基于整车转向模型的汽车主动悬架控制研究
针对汽车主动悬架系统在转向过程中的动力学行为,建立了整车转向模型.从提高汽车转向时的乘坐舒适性和操纵稳定性出发,从时域和频域两方面研究了整车系统的最优控制问题.考虑转向过程中汽车的.横摆、侧倾、俯仰及垂直方向的振动和悬架的动挠度,定义了范数评价指标,并根据人体对振动的敏感频率范围引入了适当的频域加权函数,设计出最优控制器.仿真结果表明,该方法能够有效抑制由转向和路面不平引起的振动,明显降低人体敏感频段的垂直和旋转方向振动的幅值,使悬架动挠度有所下降.
作 者：方敏 应艳杰 汪洪波 陈无畏 Fang Min Ying Yanjie Wang Hongbo Chen Wuwei 作者单位：方敏,汪洪波,陈无畏,Fang Min,Wang Hongbo,Chen Wuwei(合肥工业大学,合肥,230009)应艳杰,Ying Yanjie(合肥工业大学,合肥,230009;浙江万里学院,宁波,315100)
刊 名：中国机械工程 ISTIC PKU英文刊名：CHINA MECHANICAL ENGINEERING 年，卷(期)： 17(4) 分类号：U461 关键词：主动悬架 整车转向模型 H∞控制 频域加权汽车主动安全控制系统 第6篇
【摘 要】自20世纪90年代以来道路安全问题备受关注，其中未使用安全带和疲劳驾驶是造成交通伤亡事故的两大主要原因。本文提出了安全带“防假戴”与疲劳驾驶检测法于一体的全新乘用车主动安全装置。该装置是视觉检测法和疲劳度量因子（即PERCLOS）检测法的综合运用，它是集安全带“假戴”监测系统、安全带预警系统、疲劳驾驶监测系统、疲劳驾驶缓解系统四大系统为一体的综合装置。它能很好的防止驾驶员安全带“假戴”与疲劳驾驶现象，达到减少交通事故率，促进道路交通的和谐发展的目的。
【关键词】安全带；预警；PERCLOS；疲劳驾驶；传感器；闪光灯
1.安全带假戴和防疲劳驾驶系统设计原理
1.1安全带智能预警部分
1.1.1工作原理。
现有安全带佩戴系统大都采用锁扣传感式检测法，汽车启动后成员不系安全带，提示系统就会发声警报，但无法预防以下三种安全带“假戴”行为（如图1所示）：
A.空座时系上安全带然后直接就坐，安全带被靠在身后的假佩戴行为。
B.未系安全带，直接将独立的卡扣插入卡槽行为。
C.靠着安全带，当发现有交通警察检查时将肩带跨在胸前，从而躲避交通警察的检查行为。
为了克服传统安全带的不足，该系统将推出基于视觉检测的方法，对传统安全带预警部分进行完善。我国安全带性能测试组织并未对安全带颜色进行明确规定，所以该系统将在不改变安全带性能的条件下，在安全带的制造材料里加入反光材质，并采用带有LED灯的补光的摄像机进行图样采集。这样提高了在夜晚或能见度低的情况下系统图形处理的可靠性。
同时考虑到LED光源对驾驶员的干扰，本视觉感应系统工作时间周期设定为8s，这样既可以避免长时间的照射影响驾驶员的驾驶又能避免因工作实践太短而造成的瞬间闪光现象导致图形处理单元工作的失败。
（1）视觉处理器工作流程
系统启动时首先摄像头开始，根据红外线检测特种反光材料捕捉安全带佩戴图像，然后发送至图像处理器，经数据处理单元对图像进行检测分析，得出处理结果，并发送给语音提醒系统，最后若驾驶员依旧保持不佩戴安全带状态，则警报发送至位于车顶的闪光灯，提醒周围车辆与该驾驶车辆保持一定距离。这样的安全带预警系统的设计即从驾驶员本身预防安全带漏戴现象，又从外部环境方面有了一个预防，从而减少了交通事故率。
（2）数据处理单元工作算法
1.1.2检测规则。
由摄像头提供原始图像后，由于安全带的本身反光材质和摄像头的的红外线LED补光，会使安全带部分灰度明显高于人体皮肤或是衣服部分，因此图像处理单元可以计算出图像中亮点的面积然后比上总的图形面积得到一个比值，而根据这个比值的结果与其他几种安全带假戴现象进行比较得出是否假戴的结果，传给提醒装置。
从表1中抽样统计结果中可得到结论，正确佩戴安全带的情况，亮点比率明显高于三种假戴情况且当亮点率在7.5%左右波动时可确定为规范佩戴安全带，于是得出结论标准亮点比率确定为7.5%。
1.1.3提醒装置的组成。
当接收到数据处理单元的“否”佩戴安全带的指示后，提醒装置激发，位于锁扣部位的语音提示器将开始工作，它将根据语音提示的方式对驾驶员进行提醒，知道其正确佩戴安全带为止。若驾驶员在10分钟之类依旧没有佩戴安全带，则打开位于车顶部的闪光灯对周围车辆进行预警。
1.2疲劳驾驶检测与预防部分
1.2.1摄像头与防疲劳驾驶原理。
一般情况下，产生疲劳的顺序是：眼睛、颈部、肩部、腰部，所以眼睛是反应驾驶疲劳的第一区域。在汽车启动时，位于驾驶员左前方的摄像头开始检测驾驶员的PECLOS（疲劳/瞌睡），当PECLOS大于70%或80%时，即可确定驾驶员在疲劳驾驶，进而系统开始进行语音提示，立即打开车辆进气口进行车内的通风换气，并激发位于驾驶员座椅中的震动装置来进一步提醒驾驶员注意集中注意；当驾驶员疲劳现象依然存在时，系统将会打开车外报警闪烁灯，提示附近车辆驾驶员和过往行人注意与该车保持安全距离，以此降低交通事故率。
（1）PERCLOS检测法简介[1]
PERCLOS（percentage of Eyelid Closure over the Pupil， over time.简称PERCLOS）是1998年Carnegie Mellon大学研究所研发的亮度疲劳/瞌睡的物理量，其定义为单位时间内（一般取一分钟或30s）眼睛闭合一定比例（70%或80%）所占的时间，满足系列下列时就发生了瞌睡：
（2）摄像头的工作流程
当汽车启动时，PCC摄像头开启，在检测并处理完毕安全带智能预警工作之后，开始计时驾驶员驾驶时间。当驾驶员达到驾驶时间时，根据视网膜对不同波长红外光反射能力的不同，根据不同波长所形成的图像差异定位视网膜，分析眼睛的大小和位置。根据眼睛区域的图像高度判断眼睛的闭睁，经数据处理单元对PECLOS的检测分析，得出处理结果，发送给驾驶员语音提示，并打开车辆进气口。若驾驶员仍然存在疲劳现象，则警报发送至车外了报警闪烁灯，提醒周围车辆及行人与该车保持安全距离。
（3）疲劳驾驶数据处理单元工作原理
当系统锁定驾驶员眼部后，开始测定驾驶员PERCLOS，即单位时间内（本文取40秒）眼睛闭合一定比例（70%或80%）所占的时间。PERCLOS的评定标准为：
：眼睑遮住瞳孔的面积超过70%就计为眼睛闭合，统计在一定时间内眼睛闭合时所占的时间比例。
：眼睑遮住瞳孔的面积超过80%就计为眼睛闭合，统计在一定时间内眼睛闭合时所占的时间比例。
EM：眼睑遮住瞳孔的面积超过一半就计为眼睛闭合，统计在一定时间内眼睛闭合时所占的时间比例。
1.3系统整体介绍
本摄像头与图片处理器系统主要是包括了两个作用过程：（1）检测驾驶员是否佩戴有安全带并且通过声音与警报灯进行警示提示驾驶员系好安全带；（2）检测驾驶人员是否处于疲劳状态，并且开启自动通风循环系统缓解驾驶员的疲劳。
当驾驶员上车关上车门并发动汽车时，安全带预警系统开始启动。位于驾驶员左上方摄像头开始进行图像采集，并将采集到的图片发送到图形处理器中，图片处理器中心通过采集到的安全带的灰度比、安全带与驾驶员所各占采集图形的比例的来判断出驾驶员是否已经正确的佩戴安全带。如果正确佩戴则解除警报；如果处理器判断出驾驶员没有正确佩戴好安全带，则预警装置开始启动，由来自安装在汽车音响内部处的语音处理器开始进行语音播报：“请驾驶员和乘客朋友系好安全带。”与此同时，安装在汽车车顶的及时报警灯开始闪烁红灯。等到汽车超过20Km/h时，语音播报自动关闭，汽车报警灯仍旧不断闪烁，直至驾驶员与乘客完全系好安全带。
在车辆正常行驶过程中，位于驾驶员前方的摄像头开始持续地对驾驶员的眼睛进行拍照，并且实时将采集到的图片传输到图片处理器中心。当图片处理器通过驾驶员眼睛闭合程度来判断驾驶员是否处于疲劳驾驶。当检测到驾驶员处于疲劳驾驶状态时，开启车内空气中CO2浓度检测，如果超标（CO2浓度与人体呼吸反应关系表如表二所示），则自动开启车内空气循环系统，将车内的空气中的CO2浓度降低，并且适当提高空气中氧气的浓度，以达到清醒头脑、消除驾驶员的疲劳的目的；在进行了空气内循环之后，再次检测驾驶员的眼睛，并且进行分析，如若不达标，则再次进行空气内循环。若驾驶员仍处于疲劳状态，则并且开启语音提示：“您已经处于疲劳驾驶，请停车休息。”并且车顶的报警装置闪耀黄灯，提醒该车附近的车辆的驾驶员注意该车行驶。
参考文献：
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汽车主动安全控制系统 第7篇
电动轮汽车将电机直接安装在驱动轮内，具有传动链短、传动效率高、结构紧凑等突出优点。电动轮转矩独立可控，使得电动汽车的转向灵活性和姿态控制性都较燃油汽车有了较大的改善。驱动轮采用独立电机作为驱动源，省略了差速等机械结构，使得车辆安全稳定运行完全依赖于控制系统，一方面对主动安全控制系统的准确性、稳定性、快速性提出更高要求，另一方面具备四轮独立驱动、制动及转向操控结构，底盘操纵稳定性控制呈现执行机构冗余。
针对四轮全驱电动汽车稳定性控制，文献[1]提出了横摆稳定性控制方法，由上层姿态控制器根据车辆运行状态对车辆的纵向运动、侧向运动进行控制，在进行轮胎力分配时忽略了车辆的约束条件，该方法在极限工况下控制效果有限。文献[2]提出了基于车辆横摆角速度和侧向加速度的控制策略，采用加权最小二乘法对轮胎力和控制器能量消耗进行优化，但仍未考虑车辆极限工况下轮胎力饱和的问题。此种分层控制结构的重点是设计下层分配控制器。文献[3]提出了一种以提高驱动系统能效为目标的分配策略，采用模糊算法优化系统能效目标函数中的稳定性和经济性两个指标，但忽略了电机最大输出及路面附着系数。文献[4]以轮胎路面附着利用率最小化为目标优化分配各车轮的地面切向力，为汽车的稳定行驶保留更多的附着余量，但该方法在一定程度上削弱了车体的其他动力学性能。文献[5]分别建立了侧重于稳定性和机动性的两种目标函数，并利用模糊权重函数优化了纵向力分配，但未考虑优化分配对系统的影响。
车辆在极限工况下呈严重非线性，操纵稳定性控制系统存在的鲁棒性问题和系统对动态响应速度的要求是系统设计的难点[6,7]。本文采用并联工作的分层控制结构提高系统的实时性，基于精确线性化理论构建上层车辆姿态控制策略，生成保持车辆稳定所需合力矩，提高系统对非线性的自适应能力。以车辆姿态控制器跟踪误差及执行机构输出最小化为目标，运用二次规划设计下层分配控制器，在满足轮胎力物理约束的条件下优化分配四轮牵引力。仿真结果表明，该控制方案可有效提高四轮全驱电动汽车的稳定性。
1 系统结构及车辆模型
1.1 系统结构
图1为四轮全驱电动汽车操纵稳定性控制系统的结构框图，系统通过动态调节横摆角速度和质心侧偏角实现车辆的操纵稳定性控制。姿态控制器为控制结构的第一层，由参考模型输出的车辆理想姿态参数及观测参数计算出保证车辆稳定所需的“广义合力”。此“广义合力”作用于车辆重心，包括纵向力、侧向力、横摆力矩。
控制分配器是整车控制结构的第二层，其功能是按照一定的分配规则，在满足轮胎力约束的条件下将“广义合力”分配为各个执行机构的给定。对于四轮全驱电动汽车，执行结构的给定即四轮的纵向力、侧向力。
1.2 车辆模型
对车身整体进行考虑，忽略悬架系统，无前后左右的摇摆，汽车的质心保持不变，可以看成一个简单的三自由度刚体[8]，参考模型如图2所示。
其中，XYZ是惯性参考系，xyz是基于汽车重心的非惯性参考系，β是速度矢量与车辆纵轴的夹角，X、Y、φ分别是惯性参考系下车辆模型沿X、Y方向的位移和车辆偏航角，则车辆的运动方程为
式中，m为车辆质量；J为车辆做横摆运动的转动惯量；FX、FY、MZ分别为惯性参考系下作用于整车的纵向力、侧向力、横摆力矩；Vx、Vy、γ分别为惯性参考系下车辆的纵向速度、侧向速度、横摆角速度。
车辆参考系下的运动方程为
式中，Fx、Fy、Mz分别为车辆参考系下作用于整车的纵向力、侧向力、横摆力矩。
2 姿态控制
采用非线性系统精确线性化方法可解决车辆的严重非线性问题[9]，根据车辆实际运行状态及理想状态下的纵向速度、侧向速度、横摆角速度，基于三自由度车辆模型得到保证车辆稳定运行所需纵向力、侧向力及横摆合力矩。
车辆动力学模型满足非线性系统状态反馈线性化条件，可进行状态反馈线性化，线性化后有
v为虚拟输入，控制器v与真实控制器u的关系为
u1、u2、u3分别为控制量，对应车辆上位控制器的输出Fx、Fy、Mz，定义偏差如下：
则控制器的形式如下：
其中，fx(ex）、fy(ey）、fr(er）为针对偏差的控制算法，采用PID控制。
3 轮胎力控制分配
考虑到四轮全驱电动汽车对稳定性控制系统控制要求及节能性目标，下层控制分配器选取姿态控制器的跟踪误差及轮胎力的输出最小化为目标。针对系统严重非线性，二次规划算法具有运算速度快、硬件实现容易等优点[10]，故采用该算法实时优化各轮胎力。
设计下层控制分配器如下：
式中，F为上位控制器的给定；B为约束矩阵。
选取四个轮胎的纵向力和侧向力作为优化变量：
约束矩阵为
将约束条件F=BU做如下变化，取两者之间的差：
若要使跟踪误差最小，可取其范数最小，由此可定义目标函数：
在满足跟踪目标函数的同时，也应保证轮胎力的输出最小，即
以姿态参数的跟踪误差及轮胎力输出最小化为优化目标，构建目标函数如下：
轮胎力输出有限，受路面最大摩擦力限制，其优化区域为一个摩擦圆，如图3所示[11]。
由于摩擦圆约束属于非线性规划，运算量大且会降低系统的实时性，故通过八边形逼近。以左前轮为例。由图3可得：
可将其写成二次规划约束标准型：
4 仿真分析
为了验证集成控制算法的有效性，选取表1所示参数在两种较为极限的工况：(1)低路面附着系数下的高速转向；(2)对开路面下的高速制动，对控制系统的性能进行验证。同时，为了比较控制系统对车辆性能提升的效果，与采用Ackerman几何原理实现差速控制的四轮驱动前轮转向电动汽车进行了对比，结果如图4、图5所示。
工况(1):v=120km/h,u=0.25，在4～5s时刻驾驶员转角给定4.87°（传动比K=17）。仿真结果如图4所示。
由仿真结果可知，差速控制车辆在转向时，质心侧偏角上存在一定偏差，误差为0.149°。这是因为前轮转向电动汽车在转向时需要一定的侧偏角才能使后轮产生侧向力，达到横摆合力距平衡，其侧偏角误差不可避免。集成控制电动汽车其侧偏角偏离理想值后恢复为零，其侧偏角短暂偏离理想值是因为车辆侧向速度无前馈通道，只存在反馈通道。其质心侧偏角可以达到稳态值零，是因为集成控制车辆可通过后轮转角，产生轮胎力，不依赖于侧偏角的产生。差速控制电动汽车横摆角速度为1.34°，集成控制车辆横摆角速度为3.24°，与理想值3.25°相比，误差仅为0.3%，稳定性增加。横摆合力距由平均63N增至151N，较大的横摆合力距保证了横标角速度的增益，提高了车辆的操纵性。
工况(2)：对开路面下的高速制动，v=120km/h，左侧车轮u=0.25，右侧车轮u=0.85，在4～5s时刻驾驶员给定加速度为-2m/s，转向角为0。仿真结果如图5所示。
由仿真结果可以看出，采用差速控制和集成控制电动汽车在制动时，纵向速度都可跟踪给定，但调节机制不尽相同。电动轮汽车依靠四轮轮速自我调节机制，根据不同滑移率，四个轮毂电机分别产生相应的制动力矩，使得车辆减速。差速控制车辆前轮转角无动作，而是通过车辆产生质心侧偏角和横摆角速度而产生轮胎侧偏角，从而产生轮胎侧向力，使车辆产生侧向合力，侧偏角和横摆角速度逐渐恢复到理想值，而侧偏角产生了最大误差1.39°，横摆角速度产生了最大误差5.13°。在此过程中车辆存在侧向速度，最大偏差为2km/h，车辆运行轨迹会偏离理想，牺牲了车辆运行稳定性。相比之下，采用集成控制4WID-4WIS电动汽车通过灵活的调整四轮制动力和四轮转角，使得车辆的侧向速度、横摆角速度和侧偏角保持在一个较低的水平上，横摆角速度最大误差仅为0.13°。
摘要：针对电动轮汽车全新的底盘结构策略,采用分层控制,将姿态跟踪与底盘操纵量优化分配相结合,上层姿态控制器采用精确线性化控制策略克服系统非线性,生成改善行驶姿态所需合力矩;下层分配控制器采用二次规划算法,优化因四轮独立驱动而形成的冗余执行机构,综合实现姿态参数跟踪误差和轮胎力输出最小化,优化分配驱动扭矩、制动扭矩,减少整车能耗。仿真结果表明,该控制结构可使运行轨迹很好地跟踪驾驶员给定轨迹且车辆操作稳定性及安全性均得到明显的提高。
关键词：冗余执行机构,优化分配,主动安全控制,分层控制
参考文献
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汽车主动安全控制系统 第8篇
·全球主要市场对于主动及被动安全系统的需求将以6.4%的年复合增长率成长, 预计到2012年将达到262亿美元的市场规模;
来源:N E X U S
·日本是当今最大的主动安全系统的市场, 预计欧洲将在2010年后赶上;
·预期到2010年, 汽车稳定系统将继续占据主动安全系统市场的大头, 安全警告与信息系统市场有望取得长足发展;
·汽车被动安全市场将停滞, 然而, 在地区市场中各种新兴技术有望获得发展机会;
·在汽车安全领域, 欧洲和日本以技术推动法规的制定;北美以法规推动技术的发展;
·下一代汽车安全系统可能采用传感器熔接技术来增强道路安全性;安全以及驾驶员辅助系统将逐渐向中级车以及SUV渗透;
Frost&Sullivan公司分析师Prashanth Venkatesh表示, 对增强汽车安全性能的需求将推动MEMS传感器市场的持续增长。本文试图让从事汽车电子系统设计的工程经理以及工程师概要了解MEMS传感器在汽车安全系统设计创新中的应用, 全球主要MEMS传感器系统制造商和半导体公司, 从而了解产业发展的现状和趋势。
哪些汽车安全系统要使用M E M S传感器?
目前, 根据NEXUS的市场研究, 典型中级车包含50多个传感器, 而豪华车装备100个以上的传感器, 其中, 大约1/3的传感器采用的是MEMS传感器。图1给出了NEXUS对汽车MEMS传感器市场的调查结果。
MEMS传感器在汽车安全系统中的应用包括下列主要的系统:
智能气囊系统
当车辆发生碰撞时, 乘员的安全维系于气囊的及时展开, 它必须在恰到好处的时间点张开, 并朝着乘员的方向提供合适的作用力。
尽管对于乘员及其运动的监测可以由位于座椅上的MEMS加速计系统来监测, 但是, 在车辆中的安全气囊系统可以被安装在不同的地方, 因此, 要判断多个信息, 如:识别碰撞的类型、方向、重力影响等等, 这样才能保证气囊系统做出明确和专注的反应。
利用M E M S加速计的高集成能力以及精度, 可以定义更为复杂的气囊系统架构, 从而替代多个机电碰撞传感器系统, 为汽车提供先进的乘员安全条件。
防盗系统
在汽车防盗系统中, 也可以采用MEMS加速计。在这种情形下, 加速计被用做倾斜计, 感测汽车或摩托车相对于地面的倾斜度。当盗贼用拖车盗窃车辆时, 加速计将检测到倾斜度的变化, 从而让声音报警系统工作。
一般来说, 3轴加速计的安装很方便, 因此, 防盗系统的MEMS传感器可以被安装在车辆中的任何位置。
头灯光线定向系统
在黑暗的条件下行车, 汽车行驶的安全性依赖于汽车头灯光线的定向。
头灯光线要对准我们行驶的路面可能依赖于许多不同的外部条件, 这些条件由路况以及车况两方面构成, 路况信息包括是否沥青路面、转弯、上下坡、驾驶技能和经验等, 而车况信息包括胎压、悬架、乘员数量、重量以及车辆平衡度等等。
驾驶员不必针对上述情况持续地调节头等光线的方向, 这均是头等光线定向系统要完成的功能。
利用M E M S传感器, 如加速计和陀螺仪, 头等光线定向系统得以实现, 从而开启汽车安全的新时代, 它可以增强对路面和障碍物的照射, 确保更为安全的驾驶状况。
乘员检测系统
在出现车辆与障碍物碰撞时, 为了安全地拯救乘员的生命, 要在座椅周围分布完整的气囊传感器。
因为瞬间碰撞可能是无法预知的, 汽车电子系统应该确定谁以及是什么坐在乘员座位上。根据车内每一个乘员及其位置, 乘员检测系统不仅仅要确定张开哪只气囊, 而且更为重要的是确定气囊展开的力度, MEMS加速计增强了这种功能, 它能够快速检测因碰撞力导致乘员被从座位上弹起来的情况。
主动安全系统
MEMS加速计以及陀螺仪是两种完全能够满足汽车主动安全系统要求的传感器。
一般来说, 涉及车身控制的汽车主动安全系统包括:汽车翻滚控制、汽车防滑稳定性控制、防抱死系统、停车制动、胎压监测、悬架对车辆以及路况的自适应调节等系统。
MEMS传感器具有高精密度和准确性, 占位空间非常小, 能够与其它系统高度集成为一体, 从而可以瞬间检测到那些功能系统发出的任何信息。
由于M E M S传感器在汽车安全系统创新中有着广泛的应用, 众多系统厂家以及半导体公司跻身其中。据Yole Development统计, 2006年十大MEMS器件制造商分别是:TI、惠普、博世、利盟、精工-爱普生、ST、佳能、飞思卡尔、ADI以及电装公司。可见, 其中一半制造商与汽车有关。
汽车安全系统所采用的传感器正呈现由孤立的传感器朝着一体化模块的方向发展。相比之下, 在半导体行业为摩尔定律是否仍然有效而争论不休之时, MEMS技术却推动着超越摩尔定律的变革, 实现了更高水平的系统集成。目前, 为汽车安全系统提供MEMS加速度以及陀螺仪传感器的公司主要包括:ST、Memsic、ADI、飞思卡尔、Bosch Sensortec以及VTI。
据Yole Development消息, 全球范围内目前已经形成了以S T、I M T、索尼、APM、Micralyne、Dalsa半导体、ELMOS-SMI、Memstech、Colibrys、Silex、Memscap以及Tronic旗下Microsystems公司等构成的MEMS器件代工群体。因此, 随着MEMS器件生态系统的成熟, 汽车安全系统有望随着MEMS传感器技术的发展而迎来巨大机遇。
图片来源:Bosch
图片来源:Bosch
汽车安全系统创新实例及传感器技术趋势
在电控车身系统、动力总成系统、辅助驾驶系统以及车载信息系统等系统的支撑下, 整车正向着更安全、更清洁和更经济的方向发展。所有这些系统均高度依赖于各种传感器提供的输入, 其中, 大多数传感器的制造均采用了MEMS技术。在MEMS领域的技术进步使人们能够极大地缩小这些传感器的尺寸, 因此, 除了性价比更高之外, 基于MEMS传感器的模块还可以集成越来越多的功能, 如自测以及精确的检验程序等等。
MEMS加速度传感器在汽车安全系统中有着广泛的应用, 举例来说, 图2所示为汽车中的高g值传感器的应用示意图。
在防翻滚安全系统中, 要采用一种基于MEMS技术的惯性传感器, 如图3所示。为了监测翻滚这种状态, 把陀螺仪输出的传感器信号与低g值加速度传感器的输出信号结合起来就是至关重要的。通过处理两个传感器给出的信号, 系统的算法确定车的Z轴以及垂直线之间的夹角, 以及每一时刻车辆的角速度ωx。因此, 翻滚感测算法及时确定准确的时间点和位置, 从而爆开特定的气囊或主动收紧绑在乘员身上的安全带。
此外, 电子稳定程序 (ESP) 系统也是MEMS传感器的一个重要应用领域, 它能够在所有的驾驶情况下提高车辆的行驶稳定性。通过传感器测量车辆的偏航率, 并把它与其它参数—如转向角和速度—进行比较, 可以检测过度转向或转向不够这样的行驶状况。如果行驶过程中需要ESP发挥作用, 那么, 该系统会自动地分别制动车轮。因此, 传感器提供的信号是ESP算法执行的根本基础, 是提高行车稳定性的关键。
MEMS偏航传感器一般由容性硅振荡器构成, 其周围是若干悬浮的网状材料。当受到垂直于振动轴的外部旋转运动的作用时, 作用力使振动面出现偏离, 从而导致电容的变化。
目前, 汽车安全系统应用中的偏航传感器的发展趋势是具有高偏移量稳定性、振动鲁棒性以及全数字信号处理功能。这使之比模拟传感器更为耐用。永久性的主动内部故障检测功能, 使故障识别以及主动自测功能成为可能, 因此, 有助于增强可靠性。此外, 偏航传感器与加速度传感器结合在一起, 构成一体化的传感器平台也是一大发展趋势。例如, 博世公司的DRS-MM3传感器串。
根据整车系统设计的需要, 传感器串由于采用了灵活的结构, 能够在不同的车辆方向上监测偏航率以及加速度, 因此, 适合于高度动态以及高度精密的系统, 如电子稳定程序 (ESP) 、翻滚减轻系统以及电子主动操纵系统等等。
结语
在汽车主动安全系统中, 新型的传感器系统有望在未来几年出现, 其中包括:侧碰气囊的压力传感器、用于车与车之间感测的RF MEMS传感器、以及跟CCD成像处理配合使用MEMS光学传感器。下一代汽车安全系统传感器有望是一种一体化的传感器系统, 它采用公共信号来操作多个系统, 例如, 一个加速度传感器既为安全气囊提供信号, 也为车身控制系统提供信号。这种新型的传感器系统将高度依赖于先进的软件系统来实现, 从而进一步提高汽车的安全性。
另一方面, 据报道, 汽车传感器的50%的成本花在了校准和测试上, 因此, 迫切需要对传感器的设计进行创新。半导体公司通过与汽车行业的合作, 有望在系统层面加速新型传感器系统的开发和实现, 大幅降低传感器的成本, 从而为汽车安全系统MEMS传感器的普及应用开辟新的发展机会, 值得整个电子系统设计、测试、制造以及半导体行业的关注。而中国目前从事MEMS器件制造的企业相对比较薄弱, 因此, 发展MES传感器产业的空间巨大。
摘要：本文试图让从事汽车电子系统设计的工程经理以及工程师概要了解MEMS传感器在汽车安全系统设计创新中的应用, 全球主要MEMS传感器系统制造商和半导体公司, 从而了解产业发展的现状和趋势。
关键词：汽车安全,传感器,MEMS,主动安全
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现代汽车主动防撞安全技术 第9篇
防追尾碰撞系统又叫自动制动控制的防追尾碰撞系统, 这是新近发展起来的一项主动安全新技术, 图1是其示意图。整套系统主要由传感器、激光雷达、控制单元可操纵机构等组成。主要有三方面的功能:环境监测质碰撞判断和车辆控制。
1.1 环境监测。
行车环境监测系统由激光扫描雷达和道路传感器组成, 激光扫描雷达能够测量行驶车辆之间的距离和前面车辆方位, 道路传感器能够判定路面附着力等路面状况。激光扫描雷达一般安装在车辆前端的中央位置, 主要功能是测量车间距离和前面车辆的方位, 并将所测数据传输到控制器进行判断。激光束的扫描区域在水平面上较薄, 在垂直平面上呈扇形, 而且能在较宽的范围内快速扫描。最小的激光扫描雷达监测范围是由实际车间距离确定的, 通常在120 m以上。
1.2 防碰撞判断。
防碰撞判断分为两步。第一步是进行路径计算, 即从激光扫描雷达所获“距离与方位”的大量数据组中抽取有用数据。第二步是进行安全危险判定, 即判断追尾碰撞的危险程度。车辆行驶路径是根据后面的汽车动力学特征, 如车速、转向角及横向摆动速率来估算的。根据车速v0和转向角θ, 按以下公式计算出第一步估算半径:
根据车速v0和横向摆动速率r, 再计算出第二次估算半径。
式中A——稳定速度;L——转矩;N———转向机传动比。
通常在进入弯道之前, 驾驶人员应提前使汽车转向, 因此, 由转向角计算的曲率半径R1就受此提前量的影响。反之, 当车辆处在一“曲面超高”的弯道上转向时, R1就变得很大。尽管根据横向摆动率算出的R2只有在车辆进入弯道入口时才能获得, 但它不受车身倾斜的影响。
根据上述特点, 应在R1或R2中选择一个较小的数值。根据路面状况、后面车速及相对车速, 计算出“临界车间距离”, 该值是由路径估算方法确定的车间距离的微分值。判定安全/危险的方法, 就是将实际测量的车间距离与临界车间距离进行比较。在临界车间距离非常接近实际测量的车间距离的某一时刻, 报警器发出警告信号。当临界车间距离等于或小于实际测量的车间距离时, 自动制动控制系统启动。临界车间距离计算方法如下:
防碰撞判断根据雷达扫描数据, 得到前后车辆的动力学特征, 如车速、转向角及横向摆动速率等, 来到断追尾碰撞的危险程度。
1.3 车辆控制。
车辆控制是通过自动制动控制系统来完成的, 即由安装危险预警信号控制的自动制动操作机构, 配有防抱死制动系统 (ABS) , 并采用高速电磁阀进行纵向加速度反馈控制的系统来控制车辆。当控制器根据雷达扫描信号和传感器信号 (即环境监测数据) , 经过防碰撞判断, 如果危险程度超过给定值, 则启动自动制动系统进行制动。在ABS的配合下, 自动制动系统既能够缩短制动距离, 又能保证汽车制动稳定性, 从而降低汽车发生碰撞的几率。
2 EYECAR技术
EYECAR技术可使每位驾驶员的眼睛处于同样的相对高度上, 保证提供一个对路面和周围车道的无阻碍视野和最好的可见度。这一技术还能提供一个待定的驾驶环境。EYECAR通过使用电动座椅自动将不同身高驾驶员的眼睛调到同一高度来解决可见度的问题, 还可根据驾驶员的自身特点和喜好自动调整转向盘、制动与加速踏板、地板和中央控制台等, 以得到最舒适的驾驶环境。同时, 对EYECAR进行了重新设计, 将它移到驾驶员的视线之外。因为汽车驾驶员所收到的最关键的信息一般有90%以上是从车外通过眼睛观察获得的。所以, 这一改进对于汽车的安全性具有重要的意义。
EYECAR中采用两种不同的方式来确定驾驶员眼睛位置。一种是靠人的眼球独特的反射性性能, 第二种是利用了人体的含水量。第一种方式是由眼睛识别技术实现的。其基本原理是由位于风窗上饰板内的一个视频摄像机扫描驾驶员的座椅区域, 以便查找一个代表驾驶员脸部的模式, 然后对驾驶员脸部进行扫描以确定其眼睛的位置, 最后再找出各眼的中心。完成整个过程需要的时间很短, 通常不到1s。摄像机所带的眼睛传感器将这些信息输入计算机, 然后根据计算机编写程序进行比较, 从而升降座椅直到驾驶员处于最佳高度。可进一步再调节制动踏板和加速踏板、转向柱、中央控制台及地板, 以便和驾驶员座椅高度匹配, 形成一个舒适的驾驶环境。另外, 驾驶员还对踏板和转向盘位置进行微调, 以求获得最佳的舒适性和完全符合人机工程学。第二种方式是在顶棚里装一个电容式传感器来测量座椅上方的电场。其基本原理是当驾驶员坐在驾驶座位上时, 人体的含水量使周围电场发生改变, 电容式传感器通过测量这一电场变化来测量顶棚至驾驶员头顶的距离, 通过调整座椅位置使头顶距顶棚7.62cm便能获得最佳的观察位置。
3 CAMCAR技术
CAMCAR的仪表板上设有一个中心显示屏和两个测面附加显示屏, 来对汽车的行车环境进行显示, 从而减轻驾驶员的疲劳, 提高行车安全。显示的内容可以根据具体情况进行改变, 以便为驾驶员提供最重要的信息。为防止驾驶员眼睛疲劳, 对汽车驾驶室内的显示屏有很高的要求, 传统的Tv显示达不到要求, 有些平板式显示屏在冷天环境下的响应速度又不能满足要求, 同时对视角也过于敏感。因此为了解决这些问题, 福特的研究人员引进了一种全新的显示方式, 采用无眩光的薄型显示屏。这种显示屏具有响应速度快、无虚边、可从各个角度观看、允许的温度变化范围极宽等优点。当CAMCAR的驾驶员通过按键接通倒车视野时, 中央显示屏就进行低照度摄像机显示。这一摄像机可以在白天或极暗的亮度下提供紧靠车后区域的细微图像, 以便对汽车进行安全的操作。传统汽车在倒车时驾驶员通过后窗遥望观察车后的环境, 而现在驾驶员可在显示屏上了解车后的情况, 而且更清楚细致, 可使驾驶员估计与后保险杠邻近物体的距离, 并对障碍物进行显示。
参考文献
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汽车主动安全控制系统 第10篇
公路交通的快速发展给人们带来便捷的同时,交通事故的频繁发生,也对社会造成了巨大的损失,如何避免和减少交通事故的发生在当今显得尤为重要。通常的汽车安全防御措施都属于被动安全防御,只能减少事故发生带来的伤害和损失。主动安全防御即主动安全性表示汽车避免或减少事故发生的能力,主动安全性所涉及的因素很多,但归纳起来可以分为“人”、“车”、“路”三方面的因素。
目前关于驾驶行为主动安全性的研究,主要集中在对某一个危险驾驶行为的检测和预警上,虽然这些研究都提出了环境的重要性,但是并没有对车辆行驶环境信息的获取给予足够的重视[1,2],没有利用环境信息以及车辆运行状态信息综合判断驾驶员的驾驶行为及意图,然后进行相应的告警[3]。本文提出了人—车—路各种信息对某种驾驶行为都应参与行为决策的理念,并对决策权重进行了研究。本文提出利用车辆运行状态和环境信息进行驾驶行为及意图的提前分析预测,并根据驾驶行为及意图是否存在危险,进行相应的预警。
1 常见驾驶行为
驾驶行为其本质是一个在符合安全规范的条件下,为达到某种交通目的的连续决策过程。驾驶员在一系列状态点上作出驾驶决策,汽车主动安全的驾驶行为识别需要实时识别车辆运行状态、环境以及驾驶员的驾驶行为,判断此时汽车的安全状态,同时需要对下一时刻的行车安全状态作出评估和预警。常见的驾驶行为主要有以下8种:①压车道线行驶。在高速公路上压道行驶是一种很危险的驾驶行为[4,5]。②疲劳驾驶。本文采用通过方向盘转角监控来预测驾驶员是否处于疲劳驾驶[6]。③超车并道。超车并道也是导致交通事故的一个重要原因,系统要进行提前预警。④车辆掉头转弯。车辆掉头转弯主要是指驾驶员在驾驶车辆过程中,突然进行转弯掉头。⑤加速行驶状态。在车辆处于加速行驶的状况中,需要进行各种实时数据分析,预测驾驶员下一个时刻的可能驾驶行为,判断车辆是否处于安全状态。⑥减速行驶状态。驾驶员在驾驶车辆的过程中突然减速也是一种很危险的驾驶行为,因此在这个过程中,也要判断驾驶员下一时刻的驾驶行为。⑦匀速行驶状态。匀速行驶状态是车辆在大部分时间里的行驶状态,跟踪这个状态可为下一个时刻的驾驶行为预测奠定基础。⑧启动状态。作为系统初始状态。
2 权重决策矩阵分析建模
2.1 信号矩阵
根据前期国内外对驾驶行为研究的成果以及调查分析,总结出有如下参数信息对驾驶员的驾驶行为分析与预测起决定性作用:①车道线信号;②方向盘转角信号;③车速信号;④方向灯信号;⑤油门信号;⑥刹车信号;⑦离合器信号;⑧挡位信号。
将八种信号定义为一个信号矩阵
为了建立每种信号对某种驾驶行为的决策权重,课题组在合肥针对出租车司机、驾校教练、公交车司机以及个人发放了800份关于常见驾驶行为和上述八种信号关系的问卷调查,结合理论研究对八种信号初始权重作出了如下分配。x1代表是否压车道线信号,根据视觉传感器(CCD)图像处理程序计算和识别车辆是否处于压道行驶和车道是否跑偏,分别取1和0。x2代表方向盘信号,根据驾驶员是否连续地、长时间地没有转动方向盘操作,或者方向盘大转角地转动分别进行判断。如果是第一种情况则表明驾驶员处于疲劳驾驶状态,此时取x2=1;如果驾驶员以每秒大于32°的速度转动方向盘则表明驾驶员可能想超车并道或者想转弯掉头,此时取x2=0.5。x3代表车速信号,这是一个常规的监控变量,其值为汽车当前速度vnow与该车型的最大速度vmax的比值,即
2.2 权重矩阵
各种信号对驾驶行为的决策权重是不一样的,因此定义一个权重决策矩阵R,R由8列权值向量构成,其中r1~r8分别对应一组列向量,即
该矩阵代表各个信号量对常见驾驶行为分析判断的权重,各个元素取值范围为[0,1]。
2.3 状态矩阵
常见的八种驾驶行为用一个状态矩阵T来表示,
系统将每一时刻的信号矩阵S与权重矩阵R相乘,得到这个时刻的状态矩阵T,即
只要扫描这个状态矩阵,找出矩阵中的最大值tx(x=1,2,…,8),这个值就代表系统此时判断出来对应的驾驶员所处的驾驶行为。
状态矩阵随着车辆运行参数以及环境参数的改变处于不断的变化中,系统按照一定的时间间隔来进行状态矩阵运算,判断此刻驾驶员的驾驶行为,通过上一个时刻的驾驶状态和此刻的驾驶行为,同时结合采集到的某些车辆运行参数,可以进一步判断驾驶行为的安全性,并作出相应的预警。
3 权重决策矩阵的实现
3.1 权值取值原则
权重矩阵R中的8个列向量r1~r8分别包含8个元素,每列向量的8个元素之和为1,而这8个元素与信号矩阵S中的8路信号x1~x8分别对应,它们表示x1~x8对驾驶行为及意图分析的贡献值大小。例如:
其中,r11+r21+…+r81=1,且r11,r21,…,r81按序号各自一一对应于信号矩阵S中的8路信号元素x1,x2,…,x8,则r11,r21,…,r81就代表x1,x2,…,x8在驾驶行为分析时所占的权值比重。由式(1)通过矩阵的乘法运算可得:
t1=x1r11+x2r21+x3r31+x4r41+x5r51+x6r61+x7r71+x8r81
t2=x1r12+x2r22+x3r32+x4r42+x5r52+x6r62+x7r72+x8r82
t3=x1r13+x2r23+x3r33+x4r43+x5r53+x6r63+x7r73+x8r83
t4=x1r14+x2r24+x3r34+x4r44+x5r54+x6r64+x7r74+x8r84
t5=x1r15+x2r25+x3r35+x4r45+x5r55+x6r65+x7r75+x8r85
t6=x1r16+x2r26+x3r36+x4r46+x5r56+x6r66+x7r76+x8r86
t7=x1r17+x2r27+x3r37+x4r47+x5r57+x6r67+x7r77+x8r87
t8=x1r18+x2r28+x3r38+x4r48+x5r58+x6r68+x7r78+x8r88
rij(i=1,2,…,8;j=1,2,…,8)为0~1之间的具体数值,其取值原则如下:
本文所考虑的8种驾驶行为状态都只与某种或某几种的车辆和环境参数有关,因此对应的各个信号的权值大小也有所不同。例如,压车道线行驶在状态矩阵中由t1表示,这种状态看成只与是否压线的信号x1有关,而与其他7种信号量,如车速、方向盘、油门等无关,所以在这种情况下,只考虑与x1对应的权值,假设取值为1,而忽略与其他七种信号对应的权值,假设都取值为0。
3.2 仿真权重决策矩阵的有效性
首先,任意设置一个权重矩阵的初始值,并且人为给出汽车在某种确定状态下的车辆和环境信号,然后把信号矩阵和权重矩阵相乘得到此时的状态矩阵,找出状态矩阵中的最大值,判断该最大值所对应的驾驶行为及意图是否与人为给定的车辆和环境信号一致,若结果一致,则用同样的方法对余下的7种驾驶状态进行判断;若结果不一致,则改变权重矩阵的初始值,重复上述过程,不断逼近,直至达到8种典型驾驶行为预测全部准确,误报率小于5%,可靠性大于95%时,此时权重决策矩阵视为合理的权重决策矩阵。同时结合课题组对合肥出租车司机、公交车司机、驾校教练以及个人驾驶员的调查问卷表来修正权重矩阵。
初始值的验算过程涉及较复杂的矩阵运算,若采取人工计算,则会耗费大量的时间,且不能保证结果的准确性,效率较低。据此,本文使用MATLAB软件进行仿真,利用MATLAB的矩阵运算工具和绘图工具,可以很方便地进行矩阵的运算以及运算结果分析。
为了提高仿真的效率,把矩阵运算和绘图等要实现的命令编译成一个M文件[7]。其主要功能为实现信号矩阵和权重矩阵之间的乘法运算,得到状态矩阵,并使用plot命令绘制出状态矩阵中元素大小的折线图,方便比较各个元素的大小,使用时,只需调用该M文件,输入不同的信号参数,运行函数就能够很直观地判断结果[8]。
在所有的驾驶行为决策分析权重矩阵确定后,还要针对处理处于两种混合模糊的驾驶行为重新调整权重矩阵。
值得注意的是,对部分不合理的权值向量初始值进行修改后,往往会影响到其他先前合理的权值向量,使得当时合理的赋值此时变为不合理;因此,权值矩阵的初始值由不合理到合理,其修改过程是不断反复的,最终所有合理的取值都建立在对整体考虑的基础之上。
4 仿真实验
根据表1的结论进行迭代仿真,最终得到的权重矩阵如下:
汽车在行驶过程中,为了提高系统的可靠性,采用每间隔0.5s进行一次状态矩阵运算的方法,给出驾驶员的驾驶行为预测结果,并根据结果进行相应的提示。
为了仿真汽车驾驶过程中的各种信号,本文设计了基于ARM9+Linux的软件运行平台,该平台利用ARM7模拟汽车驾驶信号。图1所示为仿真实验平台。
图2和图3分别为超车并道和转弯掉头的测试结果图片,图片中左侧编辑框中的各个信号是模拟汽车运行各种信号测试平台上ARM7发出的模拟驾驶信号,分别对应权重矩阵运算需要的各个汽车运行中驾驶员的操作信号;实时图像显示本次测试是通过CCD采集的,为下一步研究车辆运行环境进行综合判断作好了铺垫。
5 结束语
本文在研究国内外关于汽车主动安全研究成果的基础上,提出了设计基于驾驶行为的汽车主动安全系统的思路,通过采集车辆运行状态参数以及CCD摄像采集的车辆运行环境信息数据,提前预测驾驶行为是否安全,并作出相应的安全提示及预警,通过搭建ARM+Linux仿真测试平台,测试表明本文提出的方法切实可行。课题组下一步需要进行对系统的预警可靠性及漏警率进行深入的研究,以提高系统的可靠性,降低误报率,为本文的研究内容实用化奠定基础。
参考文献
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汽车主动安全控制系统 第11篇
1 车辆的悬架系统
现代汽车行业正在逐渐向如何提高乘坐的舒适性与行驶的安全性进军。而要提高车辆这两方面的特性,可以通过改进悬架系统来改善。上面提高,乘坐车辆的舒适性与汽车悬架的特性有必然的联系。悬架系统可以转移路面对车轮和车身的各种力和力矩,从而减缓路面不平对行驶中车辆的冲击力,减缓产生的振动效果,进而确保乘坐人员的舒适并减化货物和车辆的动载荷。悬架系统要满足汽车的良好性能就必须做到如下几点 :第一,对载人轿车而言,使乘车人员的振动加速度与国际规定的界限值保持一致 ;第二,使行驶中的车身与车轮共振范围小,衰减速度高 ;第三,为防止路面不平整给车辆行驶带来的不良影响,要尽力减小车轮定位参数的变化范围和车轮的跳动量、动载量。为使汽车在转弯、加速时稳定还要减小车身的俯仰与仰角度。同时,要保持车身足够的刚度、强度和使用寿命,就要加强悬架系统的可靠性。下面我们将分别介绍被动悬架与主动悬架。
2 被动悬架系统
传统被动悬架的刚度、阻尼都不会变化,不需要额外的其他力的作用,是一种传统的机械结构。由于它的性能相对稳定,成本低廉,又不需要额外的能量,所以目前仍是应用最广泛的悬架系统。传统被动悬架系统主要由导向装置、减振装置和弹簧组成,但由于其刚度与阻尼不变,所以只能在特定的工作状况下实现减振的最优化效果,而不能适时调整以适应各种路况。此外,由于同时实现乘车的舒适性与操纵的稳定性是不可能的,所以被动悬架本身就无法满足。被动悬架系统缺陷如下 :(1)频度低时无法产生足够大的动行程 ;(2)悬架受刚度和阻尼影响,车轮定位和振动加速度等参数取值范围受限 ;(3)悬架系统刚度、阻尼参数不变,无法适时进行调节以适应不同路况要求和车载、车速的变化。
3 主动悬架系统
主动悬架系统与传统被动悬架系统不同,能同时保持舒适性与稳定性。通用公司于1954年最先提出主动悬架这一概念。它主要由控制器、作动器和隔振弹簧构成。主动悬架能够依据悬挂质量来判断振动加速度,通过电控部件来有效减缓汽车的振动效果。主动悬架系统可以对路面的振动起到隔离效果,使汽车平稳运行,而且它能通过控制车身的运动,有效实现行驶中车身的俯仰和侧仰。同时,通过对车身高度的调节,提高车子在恶劣路况的平稳性。主动悬架系统的工作原理是 :传感器首先将采集到的悬架的振动信号传给控制器,由控制器通过力发生器的作用对车身振动加以控制。总之,主动悬架系统是在对外部环境和车子本身状况检测的前提下,通过内部控制作用发挥悬架的固有特性,进而提高车辆行驶的平顺性与稳定性。
目前,由于主动悬架系统发展并不是十分完善,应用推广仍有一些不现实性,所以目前并未得到普遍的推广应用。这些不现实性包括 :主动悬架系统的结构组成复杂,不易操控 ;其能量消耗大,不利于广泛的推广应用 ;其设计成本之高也使得许多经营单位望而却步。所以,现在该技术主要在赛车和高级轿车上得以应用。目前,人们主要对主动悬架系统的控制器和作动器两方面进行了研究。天棚原理是出现最早的主动悬架。它是在车身有一固定惯性参数的假设下提出了在车身与惯性参数间放一阻尼器,并且为减小车振用作动器来模拟阻尼器的作用力。随着现代控制理论的发展,人们又提出了主动悬架的最优化控制,其控制效果相比天棚原理更好。目前对主动悬架系统的控制主要有线性最优、HQ最优和最优预见控制三种处理方法,并仍在随着科技的进步而不断创新。
4 结语
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