客车主动安全技术分析报告Word格式文档下载.docx
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特别是在安全技术方面,国外高档大客车已经取得很大的进步。
为提高和改进汽车的安全和保护性能,指定了一系列安全及环保法规(或标准),同时研究和采用了许多先进的适合客车的安全技术并取得了良好效果。
在主动安全性方面,代表客车技术最前沿的欧共体(ECE)法规对大型客车设计的基本要求是:
车身骨架有足够的强度,在一旦发生交通事故(碰撞或侧翻)时,骨架变形后保证留给乘客一定的生存空间,尽量减少乘客被挤伤或压伤;
车内座位布置应留有一定宽度的过道及行走空间,便于乘客走向车门或安全出口;
发动机舱内安装火灾报警器,要求制动系统应具备行走制动、驻车制动、应急制动及缓行器(或第四制动系统)四种系统。
为了提高制动稳定性,应装备ABS、ASR及广泛采用制动效能更高的盘式制动器,在行走系统上采用铝、镁合金车轮及无内胎子午线轮胎以减少爆胎事故等。
我国客车行业整体技术水平与国外先进水平存在着一定的差距,主要是由于技术经验积累不深厚、相关零部件配套行业不健全且零部件质量不高、客车生产企业设计创新能力不强且生产制作工艺水平比较落后导致的。
在客车安全概念方面或产品的安全技术水平方面,水平不高,对主动安全性和客车使用特点所需要的安全设计观念,并没有得到应有的扩展。
目前,我国客车法规多采用国外法规或者采用部分修改过的国外法规,同时很多法规并没有强制执行,可以说,整个国家和汽车行业对客车安全性的重视程度还处于一个较低的状态,对客车安全性的研究工作还不够深入,客车安全试验设备不够完备且相对落后,对客车结构安全性的有效评估需要很长的时间。
在这样的大环境下,中国客车的安全性和国外先进水平的差距很难在短时间内缩小,近年来许多由客车引发的交通事故已经暴露了中国客车安全性不足的一面。
因此,如何进一步扩充客车安全性标准的内容、逐步提高客车安全性技术要求是一项很值得研究的课题。
2客车安全法规
客车安全技术的发展需要客车相关安全法规的引导和推动。
在当今和未来国际汽车技术法规协调统一的形势下,2001/85/EC可以说是客车结构安全方面法规统一的体现。
我国机动车强制性标准对客车的主动安全、被动安全、一般安全、环保节能的技术要求都有规定。
其中针对客车制定的强制性标准有《客车结构安全要求》、《客车座椅及其固定件强度》和《轻型客车结构安全要求》。
《客车结构安全要求》1997年发布,技术内容等效于ECER36法规03版,对客车提出了较全面的结构要求。
《轻型客车结构安全要求》是《客车结构安全要求》系列标准之一。
该标准的制定,对我国规范小型客车设计的整体结构安全性起到积极的推动作用。
它的技术内容等效采用ECER52法规1995年01版,主要从安全角度对22座(不包括驾驶员)以下客车的上部结构强度、防火措施,出口数量、位置尺寸,踏板高度、深度,车内布置,通道,乘客座椅空隙,扶手等提出了技术要求以及相应的测试方法。
《客车座椅及其固定件强度》的技术内容等同采用ECER80/01,是针对M2、M3类车所有座椅及其固定件的安全性能提出的技术要求,对座椅及其固定件考虑了对后座乘员的冲击和系安全带乘客的负荷,对不同车型的座椅固定件和座椅安装分别提出了相应的技术要求与试验方法。
《汽车座椅系统强度要求和试验方法》、《汽车座椅头枕性能要求和试验方法》(适于Ml类)等标准的实施,对促进车辆座椅的安全性能和制造质量发挥了积极的作用。
《客车上部结构强度的规定》是1998年等效采用ECER66的某些章节制定的一项推荐性国家标准,该标准提出了生存空间的确立及倾翻试验方法。
《汽车制动系统结构、性能和试验方法》是1999年根据ECER13法规06版和ISO(国际标准)的有关试验方法制定的,这是一项对车辆安全极为重要的制动性能标准。
《低地板客车技术条件》标准参照ECE对低地板客车有关内容制定;
《双层客车结构要求》,技术内容将等效采用ECER107。
由于,低地板客车和双层客车在我国属于起步产品,为了避免新产品发展受到限制,同时又起到规范和指导的作用,上述两标准暂定为推荐性国家标准。
综上所述,我国客车安全法规还主要是参照或者部分参照了欧洲ECE的客车安全法规,其中还有许多与客车结构安全息息相关的法规(如ECER66等)没有强制执行。
此外,中国还没有独立制定出适合自己国情的客车安全法规,ECEWP29到目前还没有制定出关于大客车前碰撞安全的相关法规。
而在我国,客车在高速公路常常发生追尾的重大安全事故,这应当引起政府相关立法部门的高度重视。
3客车主动安全技术
客车的安全性分为主动安全性和被动安全性两类。
主动安全性(ActiveSafety)是指汽车防止交通事故的性能,主要通过采用先进技术手段和设计方法避免或减少客车因车辆技术性能不好而发生交通事故。
客车主动安全性的目标是预防和避免交通事故的发生。
重点是将车轮悬架、制动和转向性能达到最好的程度,尽量提高汽车行驶的稳定性和舒适性,减少行车时所产生的偏差。
优良的地盘设计和地盘匹配是客车主动安全性的核心。
现代安全客车通常采用后置高功率柴油机后轮驱动,传动轴采用直角或夹角传动布置,前后轮都装备盘式制动器,并加装ABS、ASR和ESP等电子控制设备。
有的还会用到涡流器,充分保证客车安全行驶。
还有多种安全装置可以减轻驾驶员的劳动强度,以保障安全行驶,如多档位自动变速器、智能巡航控制系统、动力辅助转向、空气悬架、良好的人机工程、良好的视野、智能预警信息系统、轮胎气压监控系统和智能前照灯系统等。
这些可以有力地保障客车不发生或者少发生事故。
目前在国内主动安全主要集中研究悬挂、轮胎和地面等的相互作用,通过改善轮胎和悬挂对地面的响应,保持车身的稳定,减少有害于行车安全的隐患。
3.1ABS/ASR/ESP安全系统
3.1.1车轮防抱死制动系统
车轮防抱死制动系统(ABS),在制动过程中自动调节车轮制动力,防止车轮抱死以取得最佳制动效果,控制实际制动过程接近于理想制动过程。
ABS是在传统制动基础上,又增设了车轮轮速传感器、电子控制单元ECU、制动压力调节器、ABS警告灯。
ABS工作原理:
ABS由汽车微电脑控制,当车辆制动时,它能使车轮保持转动,从而帮助驾驶员控制车辆达到安全的停车。
这种防抱制动系统是用速度传感器检测车轮速度,然后把车轮速度信号传送到微电脑里,微电脑根据输入车轮速度,通过重复地减少或增加在轮子上的制动压力来控制车轮的打滑率,保持车轮转动。
在制动过程中保持车轮转动,不但可保证控制行驶方向的能力,而且,在大部分路面情况下,与抱死〔锁死〕车轮相比,能提供更高的制动力量。
ABS按基本工作原理实现的控制方法有:
按惯性原理设计的机械式车轮控制系统;
按照理论推导方法可分为基于状态空间的最优控制法和以经典数字控制理论为基础的滑动模态变结构法等;
按预定控制逻辑、控制参数及其设定值的门限值控制方法。
就中国当前市场情况而言,在商用车领域,客车的ABS安装率比较高,尤其是大中型客车已经基本标配ABS制动系统。
与客车相比,载货车的ABS安装比例则低得多。
将市场细分,重型载货车按照国家强制要求,必须全部安装ABS,但是由于各种原因,实际安装数量远远没有达到要求;
至于中卡和轻卡,目前国内ABS的装配率不到1%,几乎没有作为标准配置的产品,只是有些车型把ABS作为选装配置。
半挂牵引车由于可以承担运输的能力比较大,按照国家载货车分类标准,应该属于重型卡车,按照要求,应该全部配备ABS装置,但实际的数量也是远远低于这一水平。
3.1.2驱动防滑控制系统
车轮防抱死制动系统(ASR),又称牵引力控制系统,可防止车辆尤其是大马力车在起步、再加速时驱动轮打滑现象,以维持车辆行驶方向的稳定性。
ASR是ABS的升级版,它在ABS上加装可膨胀液压装置、增压泵、液压压力筒、第四个车轮速度传感器,复杂的电子系统和带有其自身控制器的电子加速系统。
在驱动轮打滑时ASR通过对比各轮子转速,电子系统判断出驱动轮打滑,自动立刻减少节气门进气量,降低引擎转速,从而减少动力输出,对打滑的驱动轮进行制动。
减少打滑并保持轮胎与地面抓地力的最合适的动力输出,这时候无论你怎么给油,在ASR介入下,会输出最适合的动力。
ASR可行的控制方式有:
驱动轮制动控制方式、发动机控制方式、综合控制方式(驱动轮制动控制和发动机控制组合起来的一种控制方式)。
ASR在商用车上的应用:
(1)在欧Ⅲ电喷发动机商用车上的应用。
对于目前我国正在推行的欧电喷发动机商用车,应用ASR技术比较容易实现。
(2)在非电喷发动机商用车上的应用。
对于非电喷发动机的商用车,目前应用ASR的方案有两种:
一种是同时能实现两种控制模式的全ASR功能方案;
另一种是放弃发动机扭矩控制模式的半ASR功能方案。
全ASR功能方案的ASR效果好,但需增加较多的额外零件,成本较高;
而半ASR功能方案虽然ASR的效果差一点,但它增加的零件少,成本低。
这两种应用方案的取舍由商用车厂决定。
在实际应用中,考虑到价格因素,目前在非电喷发动机商用车上应用的ASR功能多以半ASR功能方案为主。
3.1.3电控行驶平稳系统
电控行驶平稳系统(ESP),包含ABS及ASR,是这两种系统功能上的延伸。
因此,ESP称得上是当前汽车防滑装置的最高级形式。
ESP不但控制驱动轮,而且可控制从动轮。
ESP系统由控制单元及转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等组成。
ESP控制单元通过传感器的信号对车辆的运行状态进行判断,进而发出控制指令。
它内置在车载电脑中,用来分析调节控制汽车的转向、时速及加速。
根据每个车轮具体的情况,判断当时汽车行驶的实际情况来调节、控制、修正每个车轮的转向不足或转向过度,从而控制汽车的平稳运行达到驾驶员在危险时刻能希望控制的方向。
有ESP与只有ABS及ASR的汽车,它们之间的差别在于ABS及ASR只能被动地作出反应,而ESP则能够探测和分析车况并纠正驾驶的错误,防患于未然。
在欧洲,2005年大约40%的新注册车辆配备了ESP,在高档车上,ESP已经成为了标准配置,中档车上的装配率也迅速提高,在紧凑型车上装配率稍低。
北美和日本的ESP装配率上升也很快。
2009年3月10日,欧洲议会作出决定,所有新车都强制装配ESP。
根据法规,从2011年11月起,所有在欧盟注册的新乘用车和商用车都必须装配主动安全系统ESP,而从2014年11月起,所有新车都必须装配该系统。
在中国,目前ESP的装配率还比较低,而且主要集中在中高档乘用车上,商用车领域基本没有装配ESP。
3.2电控动力转向系统
当今客车在电控动力转向系统中常见的有电子控制液压动力转向系统(EHPS)和电子控制电动转向系统(EPS)。
随着使用条件的不断变化(路况越来越好、车速不断提高等),EHPS的一系列问题不断暴露,操纵稳定性差造成的安全隐患也越来越明显。
针对大中型客车转向系统的特点,在现有转向元件的基础上引入电动助力系统,无疑是大中型客车迅速推广电动助力转向的一个较为便捷的方法。
目前欧美国家的EPS已在各类汽车上大规模使用。
随着用户对安全要求的进一步提高以及电控系统的不断完善,EPS也必将在大中型客车上得到广泛应用。
3.2.1电子控制液压动力转向系统(EHPS)
EHPS是在液压动力转向系统的基础上增设了控制液体流量的电磁阀、车速传感器和电子控制单元等装置构成的。
电子控制单元根据检测到得车速信号,控制电磁阀的开度,使转向动力放大倍率实现连续可调,从而满足高、低速时的转向助力要求。
EHPS的控制方式有:
流量控制方式、液压缸分流控制方式、压力反馈控制方式和阀特性控制方式。
3.2.2电子控制电动转向系统(EPS)
EPS是利用电动机产生的动力协助驾驶员转向,主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成。
EPS是利用直流电动机作为动力源,电子控制单元根据转向参数和车速信号,控制电机处扭矩;
电动机的输出扭矩经由电磁离合器通过减速机构减速增扭后,加在汽车的转向机构上,使之得到一个与工控相适应的转向作用力。
当汽车转向时,安装在转向盘处的扭矩传感器会“感觉”到转向盘的力矩和拟转动的方向,这些信号会通过数据线发送给ECU控制单元,ECU会根据传动力矩、拟转的方向以及车速、电流反馈等数据,进行分析判断,然后根据设定的参数向电动机控制器发出动作指令,电动机就会根据具体的需要输出相应大小的转动力矩,从而产生相应数值的转向助力。
当车辆直线行驶时,系统停止工作而处于待机状态随时等待转向调用。
EPS根据电动机布置的位置分为转向轴助力式、齿轮助力式、单独助力式及齿条助力式四种形式。
EPS的关键技术主要包括硬件和软件两个方面。
硬件技术主要涉及传感器、电机和ECU;
软件技术主要包括控制策略和故障诊断与保护程序两个部分。
图1为EPS工作原理图。
图1EPS工作原理图
3.3电子控制制动系统
电子控制制动系统(EBS),是ABS的辅助装置,可以提高ABS的功效。
最新一代的EBS可融合以下几个电控制动系统的功能:
电控防抱死制动控制系统(ABS);
牵引力控制系统(TCS或ASR);
电控行车制动系统(EPB);
电控制动力分配系统(EBD)。
如图2所示,EBS由几个压力控制模块15、行车制动总泵17、ECU16、各种传感器包括转速传感器13、负荷传感器18、磨损传感器14等及电子控制线路等组成,再加上常规的气压制动系统元件包括储气筒、压力保护阀、气制动管路和制动气室等构成整车制动系统(由于高等级客车越来越多地使用前盘后鼓式或全盘式制动器,故图中所绘为盘式制动器。
EBS同样可配合鼓式制动器使用)。
EBS的工作原理是:
在每次制动中,中央处理器根据接收到的轮速信号、摩擦片磨损信号、载荷信号、踏板行程信号以及发动机、缓速器和变速器等的有关信号,经处理后向电磁阀和轴荷调节器发出控制制动气室压力的指令,使各车轮的制动力得到合理分配。
制动过程中,当ECU通过比较车辆的速度和车轮的转速,判断出一个或多个车轮有抱死的趋势时,ECU会向相应的压力控制模块输出指令,调节气压,使车轮避免抱死。
同样,在车辆起步、加速过程中,当ECU判断出由于发动机输出功率过高而导致驱动轴的一个或两个驱动轮打滑时,ECU就会发出指令,减小发动机的输出功率,避免驱动轮打滑。
1-空压机;
2-干燥器;
3-四回路保护阀;
4-辅助储气筒;
5-手控阀储气筒;
6-后储气筒;
7-前储气筒;
8-手控阀;
9-前制动气室;
10-制动钳;
11-制动盘;
12-储能弹簧气室;
13-转速传感器;
14-磨损传感器;
15-压力控制模块;
16-ECU;
17-制动总泵;
18-负荷传感器;
19、20-压力开关
注:
常规制动系统元件(1-12),EBS元件(13-20)
图2 装有EBS的制动系统结构示意图
客车由于其特殊的使用性和出于对安全性的考虑,比其它车辆对制动系统的要求更高。
EBS在一些高等级的客车中逐渐被广泛采用。
随着汽车电子技术的进一步发展,还将会有更多的电控制动系统的功能融入到EBS中,使得制动更加安全;
另一方面,EBS还将与车上其它电控系统如发动机电控管理系统、电子悬架系统等结合在一起,为汽车实现电子化提供良好的条件。
3.4空气悬架系统
悬架是影响客车乘坐舒适性的关键总成,由于人们对乘坐公共汽车的要求越来越高,钢板弹簧悬架已不能满足舒适性的要求,而采用了性能优良的空气弹簧悬架。
空气悬架是目前国内中高档客车底盘受到青睐的一种悬架型式。
空气悬架的发展经历了机械调节式和电子调节式两个阶段。
它能根据汽车行驶状态和外界激振的变化自动调节空气弹簧的刚度、减振器的阻尼以及车身高度,从而缓和路面传来的冲击和振动,提高车辆行驶的平顺性和操纵稳定性等。
3.4.1机械式空气悬架
机械式空气悬架主要由空压机、组合式滤气调压阀、储气筒、空气弹簧、双向作用筒式减振器、高度控制阀、导向机构和横向稳定机构组成。
此传统的空气悬架控制模式是采用机械高度阀,即通过高度阀阀门的开启调节对气囊的充放气,从而保持车辆恒定的行驶高度。
机械式空气悬架是90年代初期产品,多用于豪华型大客车上。
3.4.2电控空气悬架系统
目前电控空气悬架系统(ECAS)在欧洲一些国家的大客车上已经大量应用。
电控空气悬架(ECAS)系统主要由电子控制单元(ECU)、电磁阀、高度传感器、气囊等部件组成。
它的基本工作原理是高度传感器负责检测车辆高度(车架和车桥间的距离)的变化,并把这一信息传递给ECU,除高度信息外,ECU还接受其它的输入信息,如车速信息、制动信息、车门信息和供气压力信息等,然后ECU综合所有的输入信息,判断当前车辆状态按照其内部的控制逻辑,激发电磁阀工作,电磁阀实现对各个气囊的充放气调节。
客车ECAS系统有车辆升降、侧倾、车辆限高、压力监视、安全控制等功能,在我国,ECAS已走进了高档公交车和旅游车市场,它的功能性和便利性越来越多的被市场所接受。
空气悬架已经有70多年的发展历史了。
目前的应用范围相当广泛,特别是在商用车领域,100%的中型以上客车和80%以上的卡车都使用了空气悬架系统。
而现在在乘用车上,高档汽车和SUV车型对其应用很广泛。
3.5电涡流缓速器
目前,客车上主要有排气制动器、电涡流缓速器、液力缓速器等辅助制动系统。
液力缓速器因成本较高、结构复杂等在客车上应用较少;
排气制动因其结构简单、成本低廉而得到广泛应用;
电涡流缓速器虽然成本较高,但其结构简单、免维护,近几年在高档客车上被广泛应用。
电涡流缓速器是一种汽车辅助制动装置,俗称电刹。
该装置安装在汽车驱动桥与变速箱之间,通过电磁感应原理实现无接触制动。
电涡流缓速器是电涡流缓速装置的主要总成。
该制动器由定子和转子组成,数个铁芯和线圈组成定子组,装在汽车两纵梁之间。
转子由两个带冷却叶片的铸铁转子盘和转子轴组成,与汽车传动轴相接,并随其转动。
缓速器工作时,定子线圈内通电产生磁场,而转子随传动轴一起旋转。
转子切割定子产生的磁力线,从而在转子盘内部产生涡旋状的感应电流。
这样,定子就会向转子施加一个阻碍转子旋转的电磁力,从而产生制动力矩。
同时,涡流在具有一定电阻的转子盘内部流通,由于电阻的热效应会把电能转化为热能,这样,车辆行驶的动能就通过电磁感应和电阻发热最终转化为热能散发。
图3电涡流缓速器结构示意图。
1-转子盘;
2-铁心;
3-激磁线圈;
4-转子轴;
5-轴承;
6-固定架;
7-气隙
图3电涡流缓速器结构示意图
使用电涡流缓速器能减少客车行车制动使用的次数和时间,从而避免或减轻行车制动的热衰退、制动毂发热等,大大提高制动蹄片的使用寿命,较大程度地减少维修费用。
当行车制动效能下降或失效时电涡流缓速器将使客车具有一定的制动效能,降低客车行驶速度,延长驾驶员处理紧急情况的时间,提高客车的安全性。
3.6自适应巡航控制系统
通过对高速公路交通事故的统计分析,发现在司机—汽车—环境三要素中,司机是可靠性最差的一个环节,80%以上的事故是由于司机反映不及时或判断失误引起的,可见车辆装有自动控制相对距离和相对速度的装置是至关重要的.自适应巡航控制系统(ACC)作为主动安全性的重要组成之一,在全天候的条件下,对汽车防撞起着重要的作用,已经在欧洲和日本开始应用。
ACC是一种智能化的自动控制系统,主要由雷达传感器、ECU等组成,测距方式采用毫米波雷达控制方式,具有很强的气候适应性,几时在雨天,大雾的情况下,也能识别前方的目标,降低高速公路上的撞车事故发生率,同时具有性能稳定,探测范围大等优点。
ACC的关键在于对相对距离和相对速度的测量,相对距离和安全距离的大小关系为主要判断依据,相对距离的测量方法主要有激光雷达测距方式、超声波雷达测距方式、红外线测距方式和毫米波雷达测距方式。
不同的测距方式具有不同的工作过程和工作原理,但它们的主要作用是通过不同的测距方法测量前方车辆与本车之间的相对距离,并根据两车间的危险程度作出相应的预防措施。
ACC的工作原理:
系统共有四种工作状态,即按照设定的速度行驶、减速、跟随和加速(如图4)。
当雷达探测到前方没有车辆时,ECU通过指令控制车辆按照设定的速度行驶;
当车速降至与前方车辆速度相同时,并且保证相对安全距离时,ECU发送指令控制车辆跟随行驶;
当换道超车时,或者前方车辆换道时,系统控制车辆加速。
ACC通过这四种工作状态来控制车辆与前方车辆的相对安全距离和相对安全速度,避免车辆追尾等相撞事故。
图4ACC四种工作状态
3.7辅助安全技术
3.7.1车距警报系统
此系统传送跟踪车辆到前导车辆距离信号,同时使跟踪车辆自动地向制动和转向系统输入信号,以避免车辆接触。
日本丰田大发等公司利用激光雷达作传感器,并利用风窗玻璃显示器上的蜂鸣器警告驾驶员。
美国为了使车辆之间保持合适距离,其雷达系统每秒钟可发出50个脉冲信号探测前面信息。
为了控制横向距离,自动化公路上海隔1m设有一磁性传感器。
汽车导航系统可利用这些装置防止汽车过于偏向道路的某一侧。
3.7.2行驶路线偏离警报系统
由于某种原因,在驾驶员未操作转向的情况下车辆开始偏离自己的路线,系统使用声音信号警告驾驶员。
日本三菱公司利用录像机检测白色路线标记,如驾驶员无意识偏离自己的原来路线,系统使用声音信号警告驾驶员。
日本马自达公司利用CCD摄像机识别道路白线,当用直观信号发出警报后,驾驶员没有使车回到原来行驶路线,系统便自动地使车回到原来路线
3.7.3行人保护系统
首先,应该采取主动措施尽量避免车撞行人。
然而碰撞有时也是不可避免的,一旦发
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