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浅谈汽车智能安全辅助系统与交通事故关联分析

作者:2017-01-05 15:33阅读:文章来源:未知
  1交通事故特征
  道路交通事故是指车辆行驶在道路上因过错或者意外造成的人身伤亡或者财产损失的事件。简单的说,交通事故就是车-人-路-环境共同作用的结果,本节研究与车有关的典型的交通事故特征。
  1.1汽车侧翻
  典型的交通事故中,汽车侧翻是指汽车在运行过程中绕其纵轴线转动90°或者更大的角度,导致车身与地面相接触的一种危险的侧向运动。
  引起汽车侧翻的原因有两种类型:一种是由其本身的惯性力引起的非绊倒侧翻,另一种是由于汽车侧滑后撞击障碍物引起的绊倒侧翻。汽车侧翻现象会导致严重的交通事故,给人们的生活带来沉重的灾难。在当今社会,如何避免汽车侧翻的问题已成为车辆安全问题研究的一大重点。
  1.2汽车侧滑
  汽车在行驶的过程中,因制动、转动惯性和其他原因,使得车轮与地面之间产生一种相互作用力,并且这种作用力垂直于汽车的行驶方向,进而引起某一轴或某两轴的车轮出现朝着横向运动(即朝着侧面发生甩动)的现象,称为侧滑。
  车辆在紧急制动时,若踩刹车踏板的力度过大,车轮就会被刹车蹄片抱死,即制动器锁死了轮胎,后轴轮胎抱死会出现后轮侧滑。此外,由于车辆自身的惯性很大,车辆一定会沿着它原来行驶的方向继续向前直线滑行一段距离。在汽车实际运行中,若轮胎磨损不均匀,路面不平或有一些小的侧向力作用,滑行的汽车就会发生侧滑现象,甚至完全掉头。如果汽车是超速行驶或是大型机动车发生此类情况时,更会因为速度大来不急刹车或体积大重心不稳而导致翻车事故,或者与路两旁建筑物相撞发生侧翻事故。侧滑现象在恶劣天气时,后果更为严重,不仅会出现财产损失,还会失去生命,危害家庭。为了避免汽车侧滑的交通事故,汽车工程师们研发了驱动防滑系统。
  1.3车轮抱死失去转向能力
  对于想要紧急制动的车辆,如果驾驶人猛踩制动踏板,制动蹄将被锁死,如果是前面的轮胎锁死,将使汽车前轮失去转向能力,由于惯性汽车向前滑动,朝着作用力较小的方向运动,若是在弯道上或前方有障碍物时,就有可能造成交通事故的发生,如图中的没有安装ABS的普通小汽车,就是这种现象,当小汽车遇到障碍物猛踩制动踏板时,车轮抱死失去转向能力,撞到了障碍物,发生了交通事故,轻则损失财产,重则车毁人亡。但安装有ABS的汽车,在遇到前方有障碍物时,在紧急制动转向时,就能够防止车轮抱死失去转向能力,避免了交通事故的发生。
  2ABS与交通事故关联性分析
  在汽车的数量逐渐增多的同时,车-人角度的交通事故也随之增多。人们在买汽车时都会买带有智能安全辅助系统的汽车——具有很高的安全性能。比如汽车上安装了防抱死制动系统后,车辆在行驶时就可以避免车轮被锁死以及具有很好的稳定性。使车辆在道路上遇紧急制动时能够尽可能的使车子安全的停下来,同时,ABS还可以为汽车提供合适的制动力,使驾驶人可以顺利的完成制动以及转向操作。
  2.1ABS结构原理
  汽车防抱死控制系统的应用提高了汽车的安全性能,给驾驶员朋友带来了一定的安全保障,即ABS在汽车组成成分中扮演着重要的角色。汽车防抱死制动系统是在常规制动系统的基础上,增设了一个电子控制系统而构成的,它由轮速传感器、电子控制装置、压力调节器等构成。装有ABS的汽车在高速运行中,当驾驶员猛踩制动踏板时,调节阀会产生制动压力给制动器让其减少对车轮的制动力,防止车轮转速急速降低,重复此过程,直到车轮正常转动为止,所以轮胎不会出现抱死滑移。但无ABS的汽车在制动过程中若发生车轮抱死滑移,轮胎与路面间的侧向附着力将会完全消失,这种情况很容易会使汽车失去转向能力或甩尾现象,损失惨重。
  ABS对提高汽车的安全性能有很大的作用,对遏制交通事故的发生具有重大的意义,那么ABS是如何工作的呢?当汽车要制动时,ABS的传感器就能及时检测车轮是否抱死,并将此信息传给控制装置。若车轮抱死,则电子控制装置会立即减少对此车轮的制动力,直到其正常转动时为止。另一方面,如若车轮的转动程度过大,电子控制装置又对此车轮增加制动力,从而保证车轮受到了制动并且又不会抱死。就这样在整个过程中不断重复此动作,一直到车子完全稳定的停下来。事实上,ABS运转时,其电子控制装置每秒钟都能检测多达数百次的车轮,看是否锁死,而且还伴随着数十次的操纵动作。因此,ABS可以有效减少汽车的方向失控和轮胎的侧滑现象,避免了轮胎抱死,使轮胎能够在路面上继续慢慢转动,提高了汽车的刹车效果,而且还能降低刹车消耗以及延长刹车零件的使用寿命,提高车辆制动方向的稳定性。
  2.2关联性分析
  车辆本身的安全性能,就是我们经常所说的智能安全辅助系统,自汽车上装有ABS以来,它给我们的生命安全带来了极大的保障,更是对遏制交通事故的发生做了突出的贡献。ABS不仅可以防止车轮锁死失去转向能力,能够使汽车在行驶过程中始终保持平稳的运行状态,ABS还可降低侧翻和失去转向能力等交通事故的发生率。根据道路交通事故统计的官方数据:具有ABS的车辆能降低交通事故率为30%甚至高达40%;能避免干燥路面上24%的事故发生率;在恶劣环境下也能避免15%的事故发生率;同时,也能降低27%的车-人角度的交通事故率。
  未装ABS的汽车,在弯道转弯时因紧急刹车力度过大,车轮被抱死失去转向能力而导致交通事故发生。如果安装了ABS就能避免此类事故的发生,当车轮将要抱死失去转向能力时,ABS的电子控制装置会立即减少对将要抱死车轮的制动力,一直到此车轮又继续正常转动时为止。如若车轮的转动程度过大,电子控制装置又对此车轮增加制动力,从而保证车轮受到了制动并且不会抱死。在整个过程中不断重复此动作,一直到车子完全稳定的停下来,ABS就这样避免了一定的财产损失和人身伤亡。另外,ABS还可以避免汽车撞向障碍物导致的侧翻,即侧滑现象。因为ABS可以防止车轮的抱死,那么车轮就不会发生侧滑,因此,也避免了侧翻现象。
  3TCS与交通事故关联性分析
  随着越来越多的人注意交通安全问题,ABS已不能满足人们对安全的需要,因此,在ABS的基础上研制出来了电子控制系统(TCS或ASR),即牵引力控制系统或电控行驶平稳系统,它是通过电子控制装置控制驱动轮的驱动力,在汽车运行过程中驱动轮不会过度滑转,从而提高汽车的驱动性、稳定性和安全性能的控制系统,其安全性能高于ABS。TCS的出现,控制了汽车在运行过程中的滑移率,这样驱动轮就不会快速滑动,最大程度的利用车轮与路面间的附着能力,来提高汽车本身的驱动性能和行驶方向的稳定性。
  3.1TCS结构原理
  为了提高汽车自身的安全性能,现在的汽车已经普遍安装了防抱死控制系统(ABS)。但随着汽车工业的进步,科学家们在汽车防抱死系统的技术上进行扩展,出现了汽车驱动防滑电子控制系统(TCS),主要由传感器、控制装置、节流阀传感器以及节流阀执行器等组成。TCS与ABS共用前后车轮传感器,进行车辆运行状况的检测。
  TCS主要通过控制驱动轮和非驱动轮之间转速的差值、驱动轮滑移率的大小以及掌握驾驶员转向意图和左右车轮的速度差值两方面,保证了驱动防滑系统的进行。一方面,当汽车开始加速时,TCS的控制系统就开始工作,对驱动轮和非驱动轮的转速差之间的大小进行检测,如果转速差太大,即驱动力太大,控制系统就会通知执行器减少对发动机的供油,这样驱动力就会变小了,其滑转率也因此降低了,避免了驱动轮的打滑现象。其实在汽车开始运行的过程中,车轮一般都会出现打滑,但如果打滑导致滑转率过大,轮胎的磨损程度会加快,同时也使轮胎与地面间的摩擦力减小,不利于车辆安全行车,所以汽车起步时,只有轮胎获得合适的滑转率,才能使汽车拥有最大的驱动力;此外,在车辆转弯时,汽车要想有很好的加速能力,也需要使轮胎有较大的滑转率。另一方面,TCS通过转向盘转角的传感器判断汽车的运行状态,了解驾驶员接下来的转向动作,与此同时,车轮的传感器也会检测到左右轮的速度差值,得到汽车本身的转向意图,通过对比两者的转向程度,得到汽车的实际转向状态。若检测结果是汽车转向不足或汽车过度转向,TCS的控制装置就会知道驱动轮的驱动力偏大了,紧接着就会发出降低驱动力的指令,从而实现了驾驶员本身的转向意图,防止车辆打滑。即安装有TCS的汽车在转向不足或过度转向,都能安全的停下来。
  3.2关联性分析
  在ABS基础上,出现了驱动防滑控制系统(TCS),它可避免驱动轮的打滑现象,对车身的稳定有很大的帮助。汽车在制动时,若是发生打滑现象,有可能会发生交通事故,造成财产损失;在雨雪天气,路面较滑,还可能会出现甩尾现象,甩尾时万一撞到了道路两旁的建筑物或是另一辆车,就会造成伤亡惨重的交通事故,但是TCS的出现就可避免此类事故的发生。
  安装有TCS的白色小汽车就能够很好的避免打滑和甩尾现象的发生,当驱动轮打滑的一刹那,TCS的控制装置就立即检测到驱动轮和非驱动轮之间的转速差异大,然后减少对发动机的供油,接着驱动力随着供油量的减少也随之减少,从而降低驱动轮的滑移率,防止了轮胎的打滑,一场交通事故也就避免了。但是灰色的小汽车因为没有安装TCS,在湿滑路面上驱动轮发生打滑现象时车身就失去了稳定性,偏离了原来的车道。如若此时灰色小汽车左侧有车通过,就可能发生严重的交通事故,造成巨大的损失。所以TCS的应用对降低交通事故的发生也有着很大的作用。
  4ESC与交通事故关联性分析
  在ABS和TCS的基础上进一步扩大功能,出现了电子稳定性控制系统(ESC),它是一种新的汽车主动安全系统,在结构上多了横摆率传感器、方向盘转角传感器以及侧向加速度传感器。在车辆行驶时,能够利用电子控制单元稳定住车轮的驱动力和制动力,使汽车可以保持在整个运行过程中都能有一个很好的侧向稳定性。
  4.1ESC结构原理
  汽车稳定性控制系统(ESC)是汽车底盘动力学控制的核心技术,ESC能够实现在汽车极限工况状态下的制动、驱动和转向稳定性一体化控制。ESC主要通过传感器和执行器、发动机ECU三部分进行工作,通过ECU监控车辆运行状态,并介入汽车发动机和制动系统的工作。典型ESC的传感器上由轮速传感器、侧向加速度传感器、制动主缸压力传感器、转向角传感器以及横摆角速度传感器等。执行器则由传统制动系统和液压制动系统组成,其中传统制动系统又包括真空助力器,管路以及制动器组成。电子控制单元起着很大的作用,与发动机的管理系统一起调节和干预发动机动力的输出。
  ESC是ABS和TCS两者基础上延伸的产物,它具有着这两种系统的优点,同时,还保证了汽车运行中的稳定性,可以说是现代汽车安全性能的最高级形式。ESC主要是对车辆竖直方向的稳定性和水平方向的稳定性进行控制调整,从而确保车辆能够按照驾驶员的意愿行驶。首先,因为ESC是基于防抱死的功能,所以汽车在制动过程中,ESC能够使被锁死的轮胎,每秒钟连续制动数百次,相当于“点”刹。此时,如果汽车是全力制动状态,轮胎依旧会在ESC的作用下正常滚动,而且滚动摩擦比轮胎抱死后的滑动摩擦更容易控制车辆的行驶方向。然后ESC会和发动机的ECU一起工作,检测驱动轮和四个车轮的转速差值,判断驱动轮有没有打滑。对于打滑的驱动轮,ESC就会立即通过减少节气门的进气量和发动机的转速降低发动机的动力输出,让其停下来。重复此操作减少了驱动轮的打滑现象,同时,还保证了车轮与地面之间的抓地力是最合适的动力输出,使汽车在行驶速度很快的时候,驱动轮也能够得到控制,不发生打滑现象。
  此外,ESC在保持车辆横向稳定性时,还能通过横摆角速度、横向加速度和轮速的大小算出实际轨迹与驾驶员期望轨迹之间的差异,使得车辆发生不足转向或过多转向的现象。这时,ESC就会对单个车轮或者多个车轮进行控制,从而来干预车辆变换车道或转弯时的状态,使车辆能够安全平稳的进行变换车道和转弯。
  4.2关联性分析
  ESC是最高级的防滑系统和新型的主动安全系统,它有效地避免了各类侧翻事故的发生,降低了交通事故发生率,减少了乘员伤亡,给驾驶员朋友带来了安全保障,因而ESC越来越受到人们的重视。比如汽车侧翻中的非绊倒侧翻,即在弯曲道路行驶时,横向加速度过大,摩擦力不能够提供足够多的向心力,因而造成了侧翻现象,为减少此类侧翻交通事故给人们带来的伤害,稳定性控制系统的横摆控制就发挥了重要的作用。当车辆行驶在弯曲路面,若加速度过大时,ESC能立马检测到横向加速度和横摆角速度过大,这时ESC和发动机的ECU协同工作,立即减少发动机的动力输出,直到车辆输出合适的动力,使车子回到正常行驶状况,避免了交通事故的发生。
  另一方面,有些国家研究结果表明,安装有ESC的汽车能够降低50%的碰撞事故发生率。美国一所大学也曾研究过,有三分之一的汽车使用ESC解决失控问题,保持汽车的稳定性。此外,在2010年之前,美国政府为了降低翻车等交通事故死亡率,就严格要求在所有新车上安装使用稳定性控制系统的措施。据后来的数据显示,这一强制措施的实施,使得美国每年可以有10000人幸免于难,这一个多么严重的事实。所以说,为了能有更多的人幸免于难,稳定性控制系统(ESC)应用于汽车上是必要的。
  5结语
  论文研究了汽车智能安全辅助系统与交通事故的关联性,主要结论如下。
  (1)总结了三种典型交通事故特征,分别是汽车侧翻、汽车侧滑和车轮抱死失去转向能力。
  (2)进行了三种典型汽车智能安全辅助系统与交通事故的关联性分析。汽车防抱死制动系统(ABS)能够减少车轮因抱死失去转向能力的交通事故;驱动防滑控制系统(TCS)能够防止车子轮胎打滑,避免和减少了汽车侧滑事故的发生;稳定性控制系统(ESC)能够使车辆安全平稳的换道和转弯行驶,有效减少汽车侧翻事故的发生。
 

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