汽车安全新技术介绍.ppt

汽车安全新技术介绍1 主动安全技术2 被动安全技术11.1 EyeCar技术沃尔沃的EyeCar概念车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视见度。这一技术还能提供一个特定的驾驶环境。EyeCar概念车采用的新技术包括：a)眼位传感器可以测定驾驶员眼睛的位置，然后据此确定、调节座椅的位置；b)电机将座椅自动升降到最佳高度上，为驾驶员提供能够掌握路面情况的最佳视线；c)电机自动调整转向盘、踏板、中央控制台甚至地板高度，提供尽可能舒适的驾驶位置；d)一些有新意的设计，如重新布置的B立柱，可以减少驾驶员视野中的“盲区”；e)结构上的改进有助于将碰撞力从乘员处引开，从而提高了碰撞安全水平。2EyeCar通过使用电动座椅自动将不同身材驾驶员的眼睛调到同一高度来解决视见度的问题，同时，可对转向盘、制动与加速踏板、地板和中央控制台进行调整，以构成各自适应的驾驶环境。同时，对B立柱进行了重新设计，将它从驾驶员的视线中移开。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。31.1.1 眼位传感器沃尔沃EyeCar确定驾驶员眼睛位置时使用了两种不同的技术。第一种靠人的眼球独特的反射性，第二种是利用了人体的水含量。EyeCar的主要控制系统包括眼睛识别技术。其中，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查找一个代表驾驶员脸部的模式，进而对驾驶员脸部进行扫描以确定其眼睛的位置，然后再找出各眼的中心。完成这三步工作时所需要的时间不到1s。摄像机的眼睛传感器和计算机将这些反射的位置和一个编程模板进行比较，升降座椅直到驾驶员处于最佳高度。然后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，形成一个适合个体要求的驾驶环境。4系统还允许驾驶员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。第二种技术是在顶棚里装了一个电容式传感器来测量座椅上方的电场。当人坐在驾驶员座位上时，人体的水含量使周围电场发生改变。传感器通过测量这一变化来探测至驾驶员头顶的距离，由于不同的人之间眼睛至头顶的距离差别很小，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。EyeCar其它设施的设计也考虑了与这些新技术的相互配合。它将以前布置在仪表板上的操控装置移到控制台上，通过按人机工程学设计的转向盘按钮或声控指令进行控制。这意味着，胳膊较短的驾驶员不必再费力地伸着胳膊去操纵空调或音响控制件。安全带装在座椅靠背里，因而在各种座椅高度上都能提供最佳的保护和舒适性。51.1.2 其它提高安全性的设计EyeCar眼位固定系统可为各种身材的驾驶员提供最佳的正向视野和仪表板的最优视角。B立柱的创新设计消除了侧向视野的障碍。同时还提高了对侧翻和侧撞的防护。EyeCar其它要素的设计考虑了碰撞时的安全性。可调式踏板做了重新设计，以减少正面碰撞时于踏板的羁绊或脚踝从踏板扭脱对脚造成的伤害，转向柱在水平方向也可以伸缩，增加了驾驶员的减速空间。61.2 CamCar技术林肯领航者汽车上采用了CamCar技术，旨在帮助提高驾驶员的感知能力。多个铅笔大小的摄像机和三个可切换的视频显示屏为驾驶员提供了前、后视线，这样既可方便停车时的操作，又可在拥挤的交通中提高行驶的安全性。CamCar的技术特点包括：a)安装在汽车两侧的前向摄像系统，使驾驶员能够绕过大型车辆提前看到隐蔽处的汽车或行人。在典型的行驶情景中，驾驶员在拥挤的车流中左转弯时可以更容易地查看对面的车辆。b)侧置后视摄像机提供了更广阔的侧面视野。摄像机的覆盖面比传统的后视镜要广，特别是对于相邻的车道。c)安装在车后、扇面形布置的四个微型摄像机可以获得车后的全景视野。图象经电子合成，具有变焦和160广角能力。d)“夜眼”(NightEye)摄像机可在低照度条件下，在汽车处于倒档时工作，即使在近乎黑暗的情况下也能提供车后近距离内的细小影像。71.2.1 车内显示CamCar的仪表板上设有三个视频显示屏，一个中心显示屏和两个侧面附加显示屏。显示的图象可以根据具体情况加以改变，以便为驾驶员提供最重要的信息。汽车的现实环境给显示屏提出了特殊的问题。传统的TV显示过于眩目。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。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。这种无眩光的薄型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。81.2.2 前向摄像机系统大多数人都认为一般行驶中的“盲点”是位于旁边车道紧靠驾驶员左肩后面的一块区域。不过，如果驾驶员紧随一辆大型载货汽车或厢式汽车后面行驶，则驾驶员照顾不到的盲区要大得多。这种视线受到封堵的情况有可能是严重的安全隐患。例如，驾驶员可能看不见从路边走下来的行人或从两侧挤进来的车辆。这种情况下进行左转弯可能是一次痛苦的经历。CamCar摄像机系统使用了两个铅笔大小的前向摄像机，装在汽车的两侧，提供绕过障碍物的视野。覆盖角可达22，在300m的距离上相当于116m宽的视场。仪表板上的两个附加显示屏一般显示侧面的后向视野，但如果驾驶员想绕过障碍物了解前面的情况，可以按下一个按键，将显示切到两个前向摄像机摄取的画面，这样驾驶员就能绕着弯的看到前面的东西了。91.2.3 增强的侧面视野CamCar摄像机系统的第二个部分由两台后向摄像机组成，这两台摄像机不间断地提供相邻车道的后向视野。其覆盖范围比传统的后视镜宽广得多。这样，驾驶员在换道前就能对后面驶来的车辆加以监测。这种后向视野事实上没有盲点。后向摄像机与前向摄像机一样，大小如同一根铅笔，装在汽车侧面，和侧视镜差不多。图象在仪表板中央显示屏两则的附加显示屏上显示。其镜头可以提供一个较广阔的视野，同时并不过份扭曲距离感。每侧摄像机的覆盖角为49。101.2.4 车后全景视图CamCar的后向视野是通过精确设计安装在车后的4个微型摄像机得到加强。4个摄像机呈扇形展开，以4个分开的图象，来捕获车后一个很宽的区域内的路面情况。这些图象被送入一个复杂的计算机程序中进行比较和叠加，然后合成一个无缝的全景视图。总覆盖角可达160，比一般的后视镜要宽得多。在特别长的汽车上，由于与后窗玻璃的距离太远，传统的后视镜可能生成一种“隧道幻象”。同样，现代汽车后部采用的暗色隐私玻璃，也使后视镜的映象受到影响。全景式摄像机成功地解决了所有这些问题，但同时它却损害了隐私玻璃固有的利于降温和保密的优点。111.2.5 NightEye(夜眼)摄像机当CamCar的驾驶员接通倒车视野时，中央显示屏切换到NightEye低照度摄像机显示。这一摄像机可以在白天或极暗的照度下提供紧靠车后区域的细部图象，以便对汽车进行安全的操作。这种NightEye视频图象比驾驶员通过后窗遥望所见的景象要细致得多。它使驾驶员可以估计与后保险杠邻近物体的距离。与感测距离的倒车辅助系统不一样，这种摄像机可以显示障碍物。所有这些技术以及一些别的技术能够结合起来为驾驶员提供一个汽车及其周围景物的鸟瞰图。此外，研究人员还在探索将富有创新意义的夜眼低照度技术应用到所有视频摄像机上，彻底消除前照灯及其它亮光源所带来的眩目问题。因此高技术的视频摄像机有可能构成全面碰撞避让系统的基础。121.3 SensorCar技术在交通伤亡事故中，碰撞行人占有很大的比例。马自达SensorCar概念车中采用的碰撞预警系统技术主要是为了减少追撞和伤害行人的事故，对于今后在事故防范方面的进展具有重要的意义。SensorCar概念车采用的新技术包括：a)装在格棚上的激光雷达装置监测车前行人的行动，如测到有人走入汽车的行驶中线便点亮仪表板上的警示灯，使前扬声器发生讯响，甚至鸣响喇叭；b)安装在后保险杠中监测后面车流情况的传感器由计算机程序控制确定有无撞车的可能；c)在马上要发生后端碰撞时，后端警示系统启动安全带电动预紧器，自动拉紧安全带，最大限度地减少系安全带乘员伤害的危险。该系统还会点亮仪表板上的一个警示图标，同时通过后扬声器发出警报讯响。131.3.1 行人安全行人被撞事故在交通事故中占很大比例。例如在印度，行人死亡占交通死亡人数的40%以上，另外的40%为其它非汽车(如自行车或轻骑)驾乘者的死亡。在日本，行人死亡占交通事故死亡人数的28%，自行车与摩托车驾乘者的死亡占另外的31%。事故分析表明，人-车相撞事故的一个主要原因是驾驶员没有看到行驶方向上的行人，或看见时制动已为时已晚了。SensorCar采取的设计思想是向驾驶员提供预警，从而避免碰撞的发生。马自达的SensOECar采用主动传感器监测汽车前方的行人交通，当测出有人进入汽车的行驶路线时便发出警示，提醒驾驶员采取必要的措施。SensorCar采用一个装在格棚上的激光雷达装置来扫描汽车前方的行人，它发出一道波束，碰到行人后波束被反射回传感器，然后对反射波进行分析。14该系统可以探测到距车45m远穿黑色衣服的行人，穿白色衣服的行人反射率高一些，探测距离可达60m。它还可以区分人和外形类似的无生命静止物体，如树木或电线杆。如果该系统确认行人将进入2m宽的汽车行进通道，并有发生事故的可能性时，便鸣响车内的警报讯响器，同时接通仪表板上的警示灯。如果车速和行人的距离表明需要紧急制动才能避免碰撞时，SensorCar还会鸣响汽车的喇叭。151.3.2 预防追撞在SensorCar的后保险杠上，相隔60mm装有两个传感器，对周围车流进行不间断的监测。与行人传感器一样，这个传感器也将其数据送到一台专用计算机进行分析。计算机比较其它汽车的距离和速度以确定有无与之相撞的可能。如果系统确认有可能发生重大的追撞，便可通过后扬声器发出警报讯响，同时点亮警示图标，提请驾驶员注意危险。如果接近汽车的速度大到需要进行紧急制动的地步，SensorCar便判定碰撞马上就要发生，此时，电动卷收器会立刻拉紧前座腰肩式安全带，使驾驶员和前排乘客贴紧座椅靠背和头枕，减少受到追撞时向后移动的距离。事故研究表明，当乘员头部离头枕的距离在10mm以内时，颈部受伤的可能性会大大减小。由于预紧器是电动的，可以自动复位供再次使用。16此外，SensorCar还装备了头枕自动调整系统，利用乘员的体重将头枕调升到最佳位置。行人报警器通过汽车的后扬声器单独发出一种警示讯响，为驾驶员显示危险来自的方向。只要发动机运转，不管汽车是静止还是行驶，该系统都能起作用。交通拥挤时，汽车往往是头尾相接，因此，消除虚假警报非常重要。例如，汽车从旁边车道赶上来不会发生追尾。尽管系统对这种情况会密切监测，但不会启动安全响应，除非认为肯定要发生事故。如果后面赶上来的车辆采取尾随的方法，准备一有机会就突然加速挤进来。在这种情况下就有可能发生事故，此时SensorCar安全系统会起动追撞报警并接通肩带拉紧电机。172 被动安全技术据美国公路交通安全署的估计，安全气囊自29世纪80年代应用以来，在美国已经挽救了数以万计的生命。福特汽车公司进一步扩展了被动安全性的思想。a)正在探索的发动机罩安全气囊是在初始碰撞中为行人提供保护的一种方式。这种气囊可为中等以上身材的成年人提供腿部和臀部保护，为矮小身材的成年人及儿童提供胸部和头部保护；b)前围安全气囊可在风窗底部提供二次保护，有助于减少在初始碰撞中被甩到车内壁上的行人头部受伤的危险；c)研究人员发现，尽管铝与钢具有不同的性质，但通过采用恰当的设计和工艺，可以达到与钢相同的抗撞性能，包括变形和参量吸收的程度。大型车辆减轻质量之后，在与较小型的汽车相撞时就会具有更好的相容性。18外部安全气囊福特汽车公司的行人安全车采用了两种可在碰撞中对行人进行保护的新颖的安全气囊。这两种气囊一个是发动机罩气囊；一个是前围安全气囊。两者配合使用可减少最常见的行人伤亡事故。发动机罩气囊在保险杠上方紧靠保险杠处开始展开。碰撞前由一个碰撞预警传感器激发，50-75ms内完成充气。充气后的安全气囊约有1371mm宽、558mm高、127mm厚。在前照灯之间的部位展开，由保险杠顶面向上伸展到发动机罩表面以上。气囊的折叠模式和断面设计保证了气囊展开时能与汽车前端的轮廓相合。格棚与发动机罩下部区域在没有气囊覆盖的情况下可能造成中等以上身材的成人和儿童胸部和头部受伤。19发动机罩气囊保持充气状态时间可达数秒钟，而车内气囊保持充气状态的时间不超过100ms。发动机罩气囊还可在一种特殊形式的车与车碰撞中可为乘员提供保护。当汽车侧面受到另一部件撞击时，车内乘员的头部可能会被撞过来的汽车发动机罩碰伤。此时，发动机罩气囊就可以为这个危险的部位提供一个缓冲。前围气囊系统的作用是提供二次碰撞保护，防止乘员被甩到发动机罩上后头部被风窗底部碰伤。该系统包括两个气囊，各由汽车中心线向一侧的A立柱延伸，每个前围气囊宽约686mm，高约305mm，厚约127mm。气囊由传感器探测到行人与保险杠发生初始碰撞后触发。20在行人翻到发动机罩上滚向风窗这段时间内，大约是100ms的时间，气囊将完成充气，充气之后，两个气囊沿风窗低部将左右A立柱之间的汽车整个宽度完全覆盖，不仅盖住了风窗玻璃底部，还盖住了刮水器摆轴与发动机罩支座等致命的“硬点”。不过，气囊不会完全封住驾驶员的视线。由于前围气囊所用的碰撞传感器比较简单，有望比发动机罩气囊更早投产。发动机罩气囊的碰撞预警探测相当复杂，正在进行广泛的研究，以确定启动两种气囊系统的最佳方式。21美洲豹ARTS美洲豹全新的自适应约束技术系统(ARTS)利用一系列传感器来监测驾驶员座椅位置、安全带使用情况、前排乘员乘坐质量和位置以及发生碰撞时的碰撞烈度和碰撞力的方向等信息，再根据具体的碰撞特点对每个前排乘员气囊的展开进行调节。该系统可进一步减少由于气囊展开不当对乘员造成的伤害，特别是对于身材较小的前排乘员。22其主要技术包括：a)座椅滑轨内的一个电子传感器负责测量驾驶员座椅的前后位置；驾驶员和前排乘员安全带带扣中的传感器负责监测乘员是否佩系了安全带；位于汽车前横梁和汽车侧面的碰撞传感器测量碰撞的烈度。对于前排乘客座椅，还设有一个质量传感器监测座位上是否有人；b)各传感器将信息传给系统的中央处理器，中央处理器控制安全带预紧的动作和双级前气囊的展开。可以在10ms之内做出反应；c)根据碰撞烈度和乘员数据，前气囊可以按高或低能量能展开；d)当乘客座椅上没有坐人时，乘客气囊将不展开，以节省修理费用；e)驾驶员气囊采用星形折叠方式折收以便径向展开，进一步减小距离转向盘较近的驾驶员的伤害；f)超声波传感器用于探测前排乘员准确的乘坐位置。如果前排乘员未处于正常的乘坐位置，将禁止相应气囊的展开，从而减少气囊造成的伤害。233.1 RescueCar技术经统计，发生事故后，一般要过5min以上有关部门才能收到事故报告。研究表明，在碰撞发生后的lmin之内，由碰撞自动通知系统向有关部门发出报告，每年就可以挽救多达3000人的生命。福特汽车公司的RescueCar技术可在碰撞事故发生后立刻向有关部门报告，并在救援人员赶赴现场的途中转发伤员身体方面的重要信息。24其主要技术包括：a)RescueCar系统在发生严重碰撞事故后可自动向事故救援调整度中心发出呼叫，报告汽车基于全球卫星定位(GPS)数据的准确位置；b)救援人员在抵达事故现场之前便获得了有关汽车乘员数量、乘座位置、安全带使用情况和气囊展开情况的信息，从而可进行相应的准备；c)汽车姿态(是倾覆还是侧翻)数据也报送给救援人员，为解救工作做好准备；d)有关碰撞力的数据以及车内现场的照片可以使医务救护人员对可能的伤情类型做好准备；e)医院方面由于获得有关事故情况的报告，掌握了伤员人数，可以提前准备好适当的急救室，也为尽快开始恰当的救治，争取时间，从而挽救了生命。RescueCar的事故分析和通讯装置如能达到与安全气囊相同的普及率，就可大幅度改进对事故伤员救护的速度和质量，每年挽救数以万计的生命。同时，它所自动提供的碰撞数据还能帮助设计人员设计出在现实条件下更加安全的汽车。253.1.1 数据记录当RescueCar测知发生碰撞时，一系列的数据记录器便开始收集有关碰撞位置和程度的重要信息。然后将关键的信息通过移动电话网发送到紧急救援中心。RescueCar是利用一辆福特金牛座汽车改装的，金牛座汽车上装备有福特汽车公司的个人安全系统。它含一个可测量碰撞能量和方向的传感器，比如是正面、后面还是侧面碰撞，这些在确定伤害情况方面都是重要的因素。它可以记录力的方向，以获得对事故的准确描述。乘客的伤情与碰撞力的大小和方向有密切关系。即使是修复撞损车的专家，如要仅凭汽车结构上的损伤，常常也很难判定碰撞的方向。但这一传感器系统可以及时向救援授中心提供这一关键性的信息。26RescueCar装备了一个微型摄像机负责拍下车内的事故现场，发送给救援中心。这张黑白照片可以填补信息空缺，向救援人员提供有关车内乘员数量、安全带使用情况及其在车内的准确位置等精确数据。在救援人员为了解救伤者不得不切割汽车时，能知道伤员的准确位置具有极其重要的意义。包括全球卫星定位(GPS)接收器在内的一组传感器可帮助引导救援人员赶到事故现场。RescueCar可以广播汽车的准确位置、行驶方向、甚至出事后的姿态等，使救援人员在抵达现场前便可以进行相应的准备。273.1.2 呼唤求援RescueCar可将碰撞的全部有关数据自动发送给事故救援中心和当地的外伤医疗中心，并在救援者和伤员之间建立语言联系，从而能够使救援人员快速反应并有时间在抵达现场前做好准备。还有助于使医院的救护人员针对特定事故的典型伤情更快速地做出诊断和处理。自动呼救功能要优于现有的远程通讯系统，可以保证伤员不必再等到有人发现事故后才能获救，这在农村地区或夜间尤其有用，有近半数的交通事故死亡是在这种情况下发生的。现有的系统在一个气囊展开时才会激活，RescueCar系统可在严重的事故中激活。RescueCar系统可以通过车主的普通移动电话发送碰撞数据。医院和救援中心将通过Modem由普通电话线收到信息，然后可在一台PC机上调出事故有关情况的显示。RescueCar还可以根据个人喜好设置，车主可以禁用他所不喜欢的功能。例如，如果对隐私问题有所顾虑，可以将车内摄像机关掉。28RescueCar的事故详情报告系统的优点之一是不仅有助于进一步改进对事故伤员的医疗救护，还有助于改进汽车设计以提高生存能力。尽管目前碰撞试验的内容己十分广泛，但仍难以涵盖现实碰撞中碰到的所有因素。RescueCar可以向安全研究人员提供有关特殊角度碰撞效应，以及包括多车碰撞的无穷多碰撞速度、乘客位置和安全带使用情况等重要信息。由于RescueCar是从各种型式的严重碰撞中自动收集信息，因而能帮助研究人员迅速建立一个碰撞信息的大型数据库。293.2 SecurCar技术沃尔沃S80中所代表的SecurCar技术从设计上保证，即使在停车状态下也有很多新增的安全防护功能。例如，它可以防止因疏忽大意将儿童或宠物锁在车内，并为锁在行李箱中的成人或儿童提供了逃离的安全设施，还能检测出车内是否埋伏有非法侵入者。30其主要技术包括：a)一个可以测出车内极微振动的超灵敏微量加速度计用来探测人的心跳。如停车后有人仍留在车内，便会发出警报讯响；b)设有一个CO2传感器可以测出行李箱中人的呼吸，随后打开行李箱盖或是鸣响警报。这一系统将防止人被锁在行李箱中的悲剧发生，即使是失去知觉的人；c)如果大人或儿童被锁在行李箱中，只要触按行李箱中一个带有照明的触垫便可打开行李箱盖(该触垫能够识别有生命体和无生命体之间的差别)。31装在沃尔沃S80中的SecureCar技术，使用了一个微型电子加速度计、一个小型微处理器以及一套复杂的软件来探测车内任一角落有无心跳的微弱振动。车上还包括有两个附加系统，可以为锁在行李箱中的人提供帮助。CO2传感器用来检测行李箱中是否有人，设在行李箱内的一个触敏垫受到有生命物体的触碰后可将行李箱盖打开。323.2.1 心跳传感器SecureCar的心跳传感器技术原是某国家试验室开发的一项保护核电厂的防护技术。福特汽车公司的科技人员对这项技术进行了改造，用两个超灵敏的微型加速度计测量汽车结构中的微小振动，然后与已知的人心跳的声音模式进行比较。它能够将其它常见的振动，比如载货汽车行驶引起的振动，道路施工的气锤或阵风引起的振动等排除掉。33它的灵敏度极高，不管车内什么地方有人均能测出，甚至只是触到车身外壳的人也能测出来。由于它不是通过视线检测，因此不会漏测。如测出车内有人，经一般短暂的延时，系统将鸣响警报。系统由钥匙坠上的锁止键启动。该系统还提供了一个具有新意的防护功能。当车主在超市买完东西返回汽车停放处时，可在安全的距离内通过钥匙坠对汽车进行探查。经过数秒钟的振动扫描，系统可以告知车内是否有人隐伏。如发现有危险，车主不用进车就可以立刻求助。34