当前,汽车产业技术发展无论是从整车的驾驶性能和舒适度方面,还是从安全的角度考量都有着相当大的提升。目前汽车安全技术主要分为两类:主动安全和被动安全。在整车安全的角度上,增加了对乘员和行人的保护,整体保护程度有大幅度提升,主动安全起到与被动安全互相激励、促进的作用。
主动安全技术
汽车主动安全技术是指能够独立操纵控制汽车的安全系统措施,包括在直线行驶时的制动与加速,以及左右转向都应该以最大安全程度保证车辆平稳,不至于偏离既定的行进路线,而且不影响驾驶人的视野与舒适性。具有主动安全技术的汽车,有着比较高的避免事故能力,在面对突发情况的条件下能更好地保证汽车安全,减少事故的发生率。
目前,主动安全主要是在发生碰撞等安全事故的前几秒内对驾驶人提醒或采取相应的措施进行制动。目前主动安全技术主要是在汽车正常驾驶、出现危险、危险加剧、碰撞事故以及事故后救援方面发挥作用。现有主动安全技术主要研究方向包括制动防抱死系统(ABS)、车身电子稳定性控制系统(ESC)、自动制动系统(AEB)、前方碰撞预警系统(FCW)、车道偏离预警系统(LDW)等。
在主动安全技术不断发展的过程中,其主要存在的问题是关于核心控制系统的算法控制。在目前官方的试验数据中发现,安装AEB、FCW等装置的车辆在一定速度条件下发现前方危险时,部分车辆可以在碰撞前夕将车辆紧急制动后停住。在实际的试验中我们发现装有FCW和AEB的车辆在一定速度下才能够进行紧急制动顺利将车辆停住,一旦将速度提升至高速状态下,部分车辆的装置不能在发生碰撞前起到作用将车辆提前制动,在绝大多数的车辆高速行驶状态下只能起到减小伤害的作用。
被动安全技术
现阶段汽车被动安全技术是指一旦发生事故时,保护车辆内部乘员以及其他人员,使其损失降到最低的安全技术,被动安全技术现阶段汽车被动安全技术是指一旦发生事故时,保护车辆内部乘员以及其他人员,使其损失降到最低的安全技术,被动安全技术主要包含了碰撞安全技术、碰撞后伤害减轻与防护技术。目前,国内汽车被动安全技术主要有安全带、安全气囊以及防碰撞车身结构等。
这些技术主要是在碰撞发生后对乘员等起到一定的保护作用。我们主要的目的是通过车身结构以及相应的保护装置,能够起到对乘员以及行人的保护作用。在被动安全的技术发展中,多数车企以碰撞、行人保护及台车等试验方式提高乘员和行人保护能力,以最大限度保护人身安全。虽然在整个被动安全技术中,碰撞试验起到了至关重要的作用,但是我们在生产设计中发现,如果相应的装置在发生碰撞时不能够起到相应作用(例如,吸能车身、安全带预紧、安全气囊误爆、车门解锁等),这不仅会造成乘员的二次伤害,而且还会延长救援时间。在生产研发中我们会通过一定的试验对车身等相应的结构进行验证,以此提供可靠数据进行改进来降低乘员等伤害度。
汽车被动安全技术的开发,在多数情况下是基于整车模拟碰撞进而对车辆的被动安全技术等进行验证以及提升。总体而言,被动安全技术相对于主动安全发展得较为领先,技术相对成熟。
预碰撞下主被动安全技术的融合发展
清华大学曾对中国AEB使用的有效性进行了完整预测,并分析了气候、光照、速度及激活率等因素对AEB制动性能的影响。结果表明,AEB能有效提高我国道路交通安全水平。在伤亡情况下分析,中国2030年潜在死亡和伤害的实际减少百分比分别为3.12%和2.72%,这意味着2030年中国可避免1483人死亡和3895人受伤。同时C-NCAP、EuroNCAP针对AEB评价的增加,也加速了AEB装置在车辆上的应用。
主动安全中AEB的功能是避免碰撞的主要措施之一,也是与被动安全技术融合度最大的技术手段。针对正面碰撞在AEB作用下,由于人体的运动姿态与常规碰撞时不同,需在安全气囊形态、安全带类型、安全气囊点火时刻和主动安全座椅等方面进行综合优化,提升乘员的保护效果,避免发生二次伤害。结合目前中国汽车的发展形势和事故的发生率来分析,发展主被动安全的技术融合是势在必行的发展模式。汽车安全装备装配率预测如图1所示。
图 1 汽车安全装备装配率预测
基于目前汽车安全技术的发展,主被动安全技术的最终目标是保护人身安全的问题,无论是行人还是乘员安全,在实际的研究中我们所要讨论的是安全技术发展,现阶段在AEB的作用下虽无法避免发生事故,但是将被动安全技术与主动安全技术结合却可以大大提高汽车安全。以行人保护为例,在AEB的作用下汽车以减速的状态对行人以及乘员产生较正常行驶状态下更小的伤害值,但是对人身产生的伤害依旧是严重的。结合目前的发展趋势,在主动安全技术的基础上发展被动安全技术是目前的一个趋势。
主被动安全技术的关联性分析
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,完善对行人的保护和乘员保护技术是当今汽车安全的发展趋势。对于主被动安全技术的发展而言,如何正确定义和区分二者的关联性显得格外重要。汽车的被动安全技术的发展过程中,国外发展早于我国而且技术较为成熟。受到国外技术发展所带来的影响,2000年后我国开始发展自己的被动安全技术体系,而开始发展C-NCAP星级安全评价是在2006年。从2006年开始C-NCAP2006版法规发布到C-NCAP2021几乎每隔几年都会有新的变化,特别是在近几年主动安全技术的发展影响下,C-NCAP从原有的被动安全技术评价和试验的标准到现在的主动安全技术的加入,这对发展主被动安全技术融合提供了更可靠的依据。
结合目前发展的趋势,主被动安全的技术融合将使安全技术一体化,从而在汽车发生事故的前、中、后期均可起到相应的作用。主被动安全技术发展至今,主被动安全已经呈现出趋于统一性的融合发展的新模式,结合主动安全技术AEB自动制动系统的应用,虽然在人员保护的程度上起到了一定的效果,但是在与被动安全技术领域结合的情况下可能更大程度上发挥主被动安全作用。
1.主被动安全技术与材料轻量化分析
目前在研究中发现,主动安全技术是基于碰撞前的技术要求,使其真正地起作用后避免或减轻碰撞所带来的伤害;对于被动安全技术而言,主要是在安全气囊、车身结构等在碰撞时,对乘员的保护程度以及相应的吸能效果是否能够达到预期值等,其基于目前主动安全的应用率以及预碰撞的效果。在现阶段的轻量化技术中我们仍需要去保证车身结构的吸能效果,对于轻量化技术在材料和一些工艺选择上会增加相应的成本,选择的材料多为碳纤维、合金等。
以实际的企业产品研发为例,现阶段多数车企在保证生产成本相对平衡的状态下在保险杠总成的轻量化材料开发中,多选择铝合金作为内置的保险杠总成材料,一方面在碰撞中主要是对保险杠总成的吸能效果和压溃程度以及所采集的加速度曲线作为参考依据进行安全性判断(图2),另一方面在碰撞后保险杠的吸能和压溃过程通过仿真分析进行对比试验结果来对保险杠进行优化设计再结合材料此达到最优。
在下一阶段主被动安全融合后我们可以考虑从安全手段去进行车辆轻量化的研究,基于主动安全技术的提升在未来很有可能出现零事故、零伤亡的情况。基于此种情况我们后续的研发与发展中对于可以降低车身结构的吸能效果对被动安全的整体评价可以有所借鉴。轻量化技术在基于被动安全技术基础上进行开发应用,结合法规的一个整体的变动这不仅仅证实主被动安全发展的一个可能性,更能说明这是一个必然趋势。主动安全开发实际上整车轻量化和相关车身安全结构的设计都会产生更深刻的影响。随着主被动安全技术融合的逐渐深入,未来在很大程度上主动安全将取代被动安全,但是被动安全技术始终不会被淘汰出汽车市场。
图 2 保险杠总成试验后效果
2.主被动安全技术融合发展的方向性分析
汽车电子设备等新型汽车技术的不断应用及发展,汽车的智能化、网联化的速度也在不断加快,在汽车安全技术方面预碰撞系统结合AEB技术应用使其在预碰撞的基础上增加相应的安全保护效果。主动式安全带、主动式安全气囊、主动式发动机舱盖等相关性的技术都在向着主动安全的方向发展,其主要目的是为能够有效地增加乘员等有效安全保护措施,以主动式发动机舱盖为例,车辆在有效速度范围内行驶时,如果发生碰撞发动机盖后部会在瞬间自动弹起一定高度,在行人与发动机舱盖发生接触时,起到一定的缓冲作用,降低对人的伤害。
如果电脑判断车辆发生碰撞,发动机舱盖会在0.1s内进行弹升。主动式发动机舱盖技术需要车辆行驶达到一定速度才会启动,在发生碰撞的0.1s内迅速自动弹起。从整体上可以说主动式发动机舱盖的应用可以有效地减小撞击的速度和距离,增加了相应性的保护措施。但是由于现阶段应用该技术企业较少,主动式发动机舱盖在一定程度上也会有自动弹起的风险。所以增加主被动安全融合是发展被动全技术的必然趋势。
2024-10-29
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