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[安全舒适] 汽车构造与技术--安全类技术

汽车构造与技术--安全类技术

主要介绍一些EVA和ESP的知识,图文都有,讲的很全面。

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2006-9-21 13:02, 下载次数: 96

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EVA制动辅助装置

现代的科学技术使汽车的速度越来越快,跑得快还要能站得住,这就对刹车系统提出了更高的要求。如今更多的高技术应用于刹车系统本身或者作为辅助系统出现,目的就是为了提高紧急情况下的制动效率,最大限度避免事故的发生。ABS(防抱死系统)和EBD(电子制动分配系统)越来越多的被应用于量产轿车上。但东风标致307除此以外还有一项可以大幅提高制动效率的技术——EVA(紧急制动辅助装置)。

要更好地了解EVA我们需要先理解一下一次紧急制动时的全过程。我们可以把它分为三部分。

首先,当驾驶员意识到危险状况的出现到将右脚从油门移动到刹车踏板,根据不同的人和不同的反应状况,这个过程要持续0.7—1秒左右。如果这时车速在100公里/小时的时候,右脚踏在刹车踏板上,车子又会继续向前行驶了27米的距离。

接下来,当右脚大力作用于刹车踏板,刹车系统对车轮的制动作用由零到刹车最大限量,也就是ABS介入工作。但很多客观原因会使驾驶者不能在最短时间内让刹车处于最大限量,所以这段距离很难确切的把握,可能从十几米到几十米。

最后,刹车系统进入最大限量的工作状态,ABS系统启动,轮胎与地面产生剧烈摩擦,车速骤然下降,直到完全停下来。EVA系统便是在驾驶者踩刹车踏板这一过程中起作用的。通过嵌入式液压助力系统,且根据驾驶者踩下刹车的速度和力量可以自动感知驾驶者需要什么样的制动效果。

如果是紧急制动,驾驶者迅速且大力踩下刹车踏板,这时刹车系统会达到最大限量的工作状态。但有的时候,驾驶者虽然迅速地踩下了刹车,却由于某种原因,右脚并没有对刹车踏板实施了最大力量。这时,EVA辅助系统的另一个特性,就是当它判断驾驶者采取的是紧急制动时,那么它会让制动力量一直保持到驾驶者的右脚完全离开刹车踏板,这样可以避免驾驶者由于措施采取不当所造成的危险。

东风标致307的EVA系统在实际使用中除了高度的智能化以外,还凸现了其人性化的一面:它并不像某些刹车辅助系统,无论在什么状态下都采取最灵敏的制动效果,让驾驶者在最初驾驶的时候很不适应,即使是轻踩刹车,车辆便骤然减速,不仅将驾驶者吓了一跳,还可能由于突然急减速被后车追尾。

307的EVA系统并不这么神经质。大多数情况下,驾驶者还是可以很好的判断情况,在适当的力度下便可将车辆控制到安全的行驶状态。这时EVA又会让刹车系统变得相对温柔。轻踩刹车,刹车力度的渐进性非常好,无论驾驶者还是乘坐者都会感到很舒适。尤其对新司机和力量偏小的女性司机来说,这个系统同样可以获得最理想的制动效果。

科技不断的发展让我们所驾驶的车辆主被动安全性越来越高,但同时车速也越来越快,虽然这些安全系统在大多数情况下都能让我们远离灾难,但也不要过度迷信安全系统是万能的,遵守交通法规,安全行车仍然是最重要的。

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警告灯自动点亮

在交通追尾事故中,因为前车急刹车而后车误以为它减速,没有及时采取相应的应对措施就撞上了,这样的追尾事故常常发生。还有一种情况也经常看到,发生事故后车子停在道路上没有及时点亮双蹦灯,结果再次被撞。

据悉,奔驰将在明年采用一种新技术:警告灯自动点亮,以便区分普通减速和急刹车。经查资料发现,这项技术竟然已经率先出现在东风标致307上。据了解警告灯自动点亮是PSA公司率先采用的,目前在国内的车型中只有307独有。

东风标致307进行急刹车时,当减速度达到一定值,紧急警告双蹦灯会自动点亮。如果在三个刹车灯点亮的同时,双蹦灯也同时点亮,后车就会知道前面发生了紧急状况,提前采取措施,避免或减少出现追尾事故的机率。

再举个极端的例子,若真的与前车发生追尾,通常在事故发生后,应该点亮双蹦灯,提醒后车注意。但由于驾驶员可能忘记或受伤无法进行这些操作,该车就会在没有任何提示的情况下停在道路中间,这对自己或其它车辆都是非常危险的,有可能再次导致事故发生。但东风标致307就不会发生这种情况。因为撞车的减速度会明显大于紧急刹车,这时双蹦灯自动点亮,就能避免再次发生事故。

东风标致307上安装的传感器也是好东西,能分辨减速度的大小,以便来确定是否打开警告灯、启动气囊的一个或是两个爆燃管。据悉,307车身上的许多安全装置是只有30万左右的车型才有的,看来,东风标致以安全为最高原则所言非虚。

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防撞控制系统
汽车碰撞有汽车碰撞到固定的物体或与行驶中的汽车相撞。为了防止汽车在行驶中,特别在高速行驶时发生碰撞,一些现代汽车已装备了自动控制防碰撞系统,这是一种主动安全系统。

汽车行驶时,防碰撞系统处于监测状态,当汽车接近前车车尾或其他物体时,该系统将发出警告信号。在发出警告后,如果驾驶员没有采取减速制动措施,该系统便启动紧急制动装置,以避免发生碰撞事故。

防碰撞控制系统装有测距传感器,它们利用光线、激光或超声波,测得汽车与障碍物间的距离,这个距离信号,加上车速传感器和车轮转角传感器的信号送入电子控制器(ECU),通过计算求出行驶汽车与前方物体的实际距离以及相互接近的相对速度,并向驾驶员发出预告信号或显示前方物体的距离。当将要碰撞时,ECU向制动装置和节气门控制电路发出控制指令,使汽车发动机降速并及时制动,从而有效地避免碰撞。

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一、防碰撞传感器

1.CCD照相机

CCD(电荷耦合器件)摄像元件可以读取受光元件接收的光通量放出的电流值,并作为图像信号输出。在夜间,由于照相机处于低照度的环境,只有在汽车前、后照灯打开时才能确认障碍物。






汽车装设的CCD照相机如上图所示,当点火开关接通时,变速器换档杆换到前进档或倒档,多功能显示板上就能显示出车辆前方或后方的图像。

2.激光雷达

激光雷达是从激光发送至被测物体,然后反射回来被接收,其间的时间差即用来计算至障碍物的距离。早期的车用激光雷达都是发送多股激光光束,并依靠前车反射镜的反射时间来测定距离。现代汽车除了测定前方车的距离外还要对前方多辆车的位置进行辨识,因而开始采用扫描式激光雷达。






根据物体的反射特性,激光的反射光亮变化很大,因此可能检测出的距离也是变化的。由于车辆后部的反射镜等容易反射,故可以检测出稳定的较长距离。有少许凹凸的铁板等因不能得到充足的反射光量,故测出的距离较短。另外,在检测侧面方向及后方的障碍物时,与检测前方障碍物的情况不同,如果障碍物上没有反射镜,那么由于各种障碍物的反射特性变化很大,故可能稳定测出的距离变短。

3.超声波传感器

所谓超声波,即通常指人的耳朵无法听到的高频声波。

超声波(距离)传感器的主要功用是车辆后退时,利用超声波检测车辆后方的障碍物,并利用指示灯及蜂鸣器等把车辆到障碍物的距离及位置等通知驾驶人员,起到确保安全的作用。

超声波(距离)传感器采用的是压电元件锆钛化铝,一般称为PZT。这种传感器的特点在于它具有方向性,传感器用蜂鸣器的纸盆为椭圆形,其目的就是传感器的水平方向特性宽,而垂直方向受到限制。

超声波(距离)传感器的工作原理犹如有人对着大山呼喊所产生的回声,利用这种现象制成汽车所用的倒车声纳系统,如图所示,主要由反射传感器、接收传感器、微机及显示装置组成。






倒车声纳装置向车辆后方反射超声波,当车后无障碍物时,随着距离的增加,超声波逐渐减弱,就是说,根据向车后反射的超声波是否返回,可以判断检测范围内是否有障碍物。如向车后反射的超声波遇有障碍物返回时,测定所用的时间,再根据时间与距离的正比例关系,就可判断并显示出汽车到障碍物的距离。此外,将车辆后方划分为左、中、右三个区域,可以判断出障碍物在何处。这种系统还具有自我检验功能,用以检验本系统工作状况。

4.电磁波传感器

电磁波传感器采用的是振荡检测原理,电路中的电磁波发射部分设有一个振荡线圈,当这一部分产生高频(如:2.45 GHz)的电磁波时,振荡线圈象一个天线一样,将电磁波发射到其周围的区域。通过发射电磁波信号可以来检测车辆周围是否有物体出现。

如果有一个人在电磁波检测范围内活动,那么就会在高频电磁波上叠加一个低频干扰信号。电路中与电磁波发射部分相连的是一个干扰信号分离部分,其中的低通滤波器将信号中的低频干扰信号送入到其后的干扰程度比较部分中。干扰程度比较部分将干扰信号与预定的参考值加以比较,如果在一段时间内,干扰信号超过了参考信号,则它向输入/输出连接器输出一个警示信号,告知驾驶人员其车辆周围环境内有障碍物。

二、防碰撞控制系统

1.系统组成

防碰撞控制系统主要由行车环境监测、防碰撞预测和车辆控制三部分组成。

(1) 行车环境监测

行车环境监测系统由测量车间距离和前面车辆方位的激光扫描雷达及能判定路面状况的道路传感器所组成。

激光扫描雷达安装在车辆前端的中央位置,主要功能是测量车距离和前面车辆的方位,并将所测数据传输到防碰撞判定系统。

(2)防碰撞判断

防碰撞判断分为两步,第一步是进行路径估计,即从激光扫描雷达所获"距离和方位"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,即判断碰撞的危险程度。

(3)车辆控制

该系统由安全/危险预警信号控制的自动制动操作机构,制动防抱死系统(ABS),并采用高速电磁阀进行纵向加速度反馈控制。自动制动操作机构的优点是当自动操作机构处于工作状态时,如果驾驶员的脚制动力大于自动制动控制的前动力时,那么驾驶员的脚制动力有效。一旦自动制动操作机构失灵,脚制动系统并不受影响。

2.控制原理

该系统采用激光雷达在水平面上呈扇形快速扫描,提高激光束的能量密度,可延长激光扫描雷达的监测距离,消除因车辆颠簸引起的误差,并能监测弯道上的障碍物。

最小的激光扫描雷达监测范围(一般在120m以上)是由实际车间距离确定的。该车间距离是指在潮湿路面状况下,保证在后面车辆减速制动后,不致于碰撞到前面的暂停车辆的距离。

根据路面状况(湿/干)、后面车速及相对车速,计算出"临界车间距离",该值是根据路径估算方法确定的车间距离。判断安全/危险的方法,就是将实际测量的车间距离等于或小于临界车间距离时,自动制动控制系统启动。

角声纳检测系统
所谓角声纳,是指将诸如超声波传感器等安装在汽车前、后、左、右四个角,用来检测汽车四角附近是否遇有障碍物,并以某种方式将所检测的情况显示给驾驶员,确保行车安全。

超声波传感器是由PZT制成的压电元件、放大器和超声拾波器所组成,由于超声波传感器既用作发射器,又用作接收器。因此,在超声波传感器内具有一种独特的结构和电路,可使发射后的振动迅速停止,为接收反射回来的声波作好准备。

超声波从汽车外侧的声纳发射器发射,如果遇到障碍物后被反射回来。汽车距障碍物的距离是通过声纳发出到反射回来这段行程所需花费的时间来测定并进行计算的。





当超声波传感器接收到障碍物反射回来的超声波时,检测系统以视听形式告诉驾驶员所测到的障碍物距汽车多远,在何处。角声纳可测得的障碍物大约在50cm范围以内,当障碍物距汽车20~50cm时,蜂鸣器发出间断性声响。当距离小于20cm时蜂鸣器则发出连续声响。

汽车四角超声波发射/接收器以均等时间的方式,依次按后右(RR)→前右(FR)→后左(RL)→前左(FL)的顺序发射/接收超声波,形成一个循环反复进行。这一循环的时间是由电子控制器(ECU)随机改变,该系统不会受到来自外部声波错误信号的影响。

汽车角声纳检测系统作用范围较小,主要用于汽车在停车场狭小的车位中停车时,为防止与其他车辆相碰撞而设置的。

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最先进的主动安全技术--ESP
ESP 到底是什么





在任何时候,只要驾驶状况变得紧急,电子稳定程序ESP都能保持车辆稳定,使主动行车安全大为改善。ESP整合了ABS和TCS的功能,并大大拓展了其功能范围。ESP还可降低各种场合下发生侧滑的危险,并能自动采取措施。通过有针对性地单独制动各个车轮,ESP使车辆保持稳定行驶,从而避免重大意外事故。

ESP 有什么作用

防止转向过度的后轮侧滑

ESP能够同时精确测量四个车轮的制动力。这样,在车辆不按转向意图行驶时,车辆可以被"拉"回到正确的行驶轨迹上。一辆具有转向不足特性的车,在左转向时,会在前轮上产生向外拉的效果;而通过ESP在左后轮上施加制动力,车辆将被拉回到正确的行驶轨道上来。在同样的弯道上,一辆具有转向过度特性

的车会在后轮上产生向外拉的效果而跑离弯道;此时,通过在右前轮上施加制动力,ESP会相应产生一个具有稳定作用的顺时针扭矩,从而将车辆拉回到正确的

行驶轨迹上来。





防止转向不足的前轮侧滑

ESP能够同时精确测量四个车轮的制动力。这样,在车辆不按转向意图行驶时,车辆可以被"拉"回到正确的行驶轨迹上。一辆具有转向不足特性的车,在左转向时,会在前轮上产生向外拉的效果;而通过ESP在左后轮上施加制动力,车辆将被拉回到正确的行驶轨道上来。在同样的弯道上,一辆具有转向过度特性的车会在后轮上产生向外拉的效果而跑离弯道;此时,通过在右前轮上施加制动力,ESP会相应产生一个具有稳定作用的顺时针扭矩,从而将车辆拉回到正确的行驶轨迹上来。






ESP 最主要的作用是在紧急情况下,可以帮助驾驶员保持对车辆的控制,从而避免重大意外事故。具体主要是通过防止车辆侧滑,在车辆和地面间还有附着力的前提下,保证车辆的方向操控性。通过对驾驶员的动作和路面情况的判断,对车辆的行驶状态进行及时的干预。(上图中红色的没有ESP系统)

ESP 的结构简介

带ECU的液压调节器分解图






横摆角速度传感器分解图





液压调节器





横摆角传感器




转向角传感器




轮速传感器





ESP 在车上的整体结构
ESP系统可大致分为4个部分:用于检测汽车状态和司机操作的传感器部分;用于估算汽车侧滑状态和计算恢复到安全状态所留的旋转动量的ECU部分;用于根据计算结果来控制每个车轮制动力和发动机输出功率的执行器部分以及用于告知驾驶员汽车失稳的信息部分。

与TCS系统相比,ESP系统的大部分元件与TCS系统可共用。就传感器部分而言,增加了用于检测汽车状态的横摆率传感器和侧向加速度传感器。ECU部分增大了运算能力,至于执行器部分,则改进了施加到车轮的液压通道,而信息部分则增加ESP蜂鸣器。





ESP 是这样工作的
单独对车轮进行制动是ESP的首要功能。换句话说,为了使车辆恢复稳定行驶,必须相应对各个车轮单独施加精确的制动压力。而且,ESP能降低发动机扭矩并干预自动变速箱的档位顺序。为此,ESP利用微处理器分析来自传感器的信号并输出相应的控制指令。





在任何行驶状况下,不管是紧急制动还是正常制动,以及在车辆自由行驶、加速、油门或载荷发生变化的时候,ESP都能让车辆保持稳定,并确保驾驶员对车辆操纵自如。

ESP以每秒25次的频率对车辆当前的行驶状态及驾驶员的转向操作进行检测和比较。即将失去稳定的情况、转向过度和转向不足状态都能立即得到记录。一旦针对预定的情况有出现问题的危险,ESP会作出干预以使车辆恢复稳定。





车辆在行驶时,它同时承受纵向力和侧向力,只要保持轮胎上有适当的侧向力,驾驶员就可以稳定地控制车辆。然而,当这些力下降到给定的最小值以下时,它会对车辆的方向稳定性产生负面作用。

例如,纵向上不均匀的制动力可能会导致车辆不稳定,就像在光滑路面上加速时所产生的效果一样。如果车辆转弯太快,或者猛打方向盘,就会产生侧向力,导致车辆绕其垂直轴过度转动。结果,车辆打滑,驾驶员失去对车辆的控制。

ESP能够同时精确测量四个车轮的制动力。这样,在车辆不按转向意图行驶时,车辆可以被"拉"回到正确的行驶轨迹上。一辆具有转向不足特性的车,在左转向时,会在前轮上产生向外拉的效果;而通过ESP在左后轮上施加制动力,车辆将被拉回到正确的行驶轨道上来。在同样的弯道上,一辆具有转向过度特性

的车会在后轮上产生向外拉的效果而跑离弯道;此时,通过在右前轮上施加制动力,ESP会相应产生一个具有稳定作用的顺时针扭矩,从而将车辆拉回到正确的

行驶轨迹上来。

无论是在弯道上或紧急避让状态,还是在制动、加速过程中,或是在车轮打滑时,一旦行驶状态变得危急,ESP都能利用这一原理来增加车辆行驶的方向稳定性。同时,ESP还能缩短ABS在弯道上和对开路面(车辆的一侧为光滑路面)上的制动距离。

通过微处理器对ESP传感器信号进行分析,ESP才具有了稳定车辆的效果。转向角传感器记录方向盘位置,每个车轮上还装有轮速传感器来测量轮速。通过使用这些传感器发出的信息,微处理器可以识别驾驶员的操作意图。横摆角速度传感器居于ESP系统的核心,它记录所有绕车辆垂直轴方向的转动。高灵敏度的侧向加速度传感器测量车辆转弯时所产生的离心力。

这两个传感器向ECU传递所有关于车辆实际状态的必要信息。微处理器不断比较实际工况和理想工况,一旦车辆表现出跑偏的趋势,微处理器能迅速地进行干预。由于使用了逻辑运算以及专门为该车辆编制的数据,微处理器在不到一秒的时间内就能得出必要的解决方案。

它适时向制动系统发出指令,使得每个车轮上的制动压力都准确可靠。另外,从车辆动力学的角度来说,当车辆的加速度达到临界情况时,ESP还能降低发动机的输出扭矩。
比较
在多变的路面上行驶时,装备有 ESP

1、车辆表现出转向不足的趋势,即将跑偏。ESP系统立即进行干预,在增加右后轮制动力的同时降低发动机输出扭矩。

2、车辆保持稳定



在多变的路面上行驶时,没有装备 ESP

1、车辆出现跑偏(转向不足),即汽车的前轮向外侧偏离弯道,车辆失去控制。

2、一旦车辆驶入干燥的沥青路面,就会开始打滑。




在避让障碍物时,装备有 ESP

1、紧急制动,猛打方向盘,车辆有转向不足的倾向。

2、增加左后轮制动压力,对左后轮制动,车辆按照转向意图行驶。

3、恢复正常的行驶路线,车辆有转向过度的倾向,在左前轮上施加制动力。

4、车辆保持稳定。



避让障碍物 ,没有装备 ESP

1、紧急制动,猛打方向盘,车辆转向不足。

2、车辆继续冲向障碍物,驾驶员反复打方向盘,以求控制车辆,车辆避开障碍物。

3、当驾驶员尝试恢复正常的行驶路线时,车辆产生侧滑。







在驾驶员转弯过快时, 装备有 ESP

1、车辆有甩尾的倾向。ESP 系统自动干预,在右前轮上施加制动力。

2、车辆保持稳定。

3、在过第二个弯时,车辆有甩尾的倾向。ESP 系统自动干预,在左前轮上施加制动力。

4、车辆保持稳定。



在驾驶员转弯过快时,没有装备 ESP

1、车辆出现甩尾,驾驶员企图通过方向盘来调整方向,可惜为时已晚。车辆侧滑甩尾,导致车辆掉头,危险。

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