??? (清華大學(xué) 汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100084) 摘 要:介紹了國(guó)際汽車安全技術(shù)的最新進(jìn)展。被動(dòng)安全技術(shù)包括:汽車碰撞結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)、先進(jìn)乘員 約束系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)、車身保護(hù)行人的安全裝置、碰撞安全數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)和安全性能評(píng)估。主動(dòng)安全技術(shù)包括:汽車動(dòng) 力學(xué)穩(wěn)定性控制技術(shù)、 汽車底盤一體化控制技術(shù)、 智能安全輔助控制技術(shù)、 基于人-車危險(xiǎn)狀態(tài)監(jiān)控的安全預(yù)警技術(shù)。 提出了 先進(jìn)安全汽車技術(shù)的發(fā)展模式,探討了車路協(xié)調(diào)控制、智能公路和基礎(chǔ)共性技術(shù)的研究趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞:汽車安全; 被動(dòng)安全; 主動(dòng)安全; 車路協(xié)調(diào); 智能公路 中圖分類號(hào):U27
??????? Research status and prospects of automotive safety technology
??????? SONG Jian, WANG Weiwei, LI Liang (State Key Lab of Automotive and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084, China) Abstract: The current international vehicle technology was introduced. This article described the passive safety technology: automotive collision safety design and vehicle structure design technology, key technology of advanced passenger restraint systems, vehicle safety devices to protect pedestrians, collision safety and security performance evaluation database platform; and the active safety technology: vehicle dynamics stability control technology, integrated chassis control technology, intelligent security auxiliary control technology, pre-warning technology based on people - Vehicle dangerous condition monitoring. A development mode of the advanced automotive security technology, was proposed. The trends of the car-road coordinate control, intelligent highway and basic research of common technology were also preseuted. Key words: aotumotive safety; passive safety; active safety; car-road coordinate; intelligent highway
??????? 汽車交通事故傷害的嚴(yán)重性使得汽車安全技術(shù)的 研究成為了全世界各國(guó)的重要課題。由此,汽車安全技 術(shù)也成為了當(dāng)前國(guó)際汽車高新技術(shù)發(fā)展的主題之一。
??????? 交通事故傷害是最危險(xiǎn)的。2001-2002 年間,歐盟國(guó) 家交通事故死亡率見表 1。其中:旅行里程死亡率即每 億人公里死亡人數(shù);旅行時(shí)間死亡率即每?jī)|人小時(shí)死亡 人數(shù)。即: 旅行里程死亡率 = 死亡人數(shù)/(出行總?cè)藬?shù) × 旅行里程) ; 旅行時(shí)間死亡率 = 死亡人數(shù)/(出行總?cè)藬?shù) × 旅行時(shí)間) 。 世界衛(wèi)生組織的報(bào)告指出,全世界每天有 3 000 多 人死于汽車交通事故傷害。因汽車交通事故傷害引起
??????? 1
??????? 汽車安全技術(shù)發(fā)展的背景
??????? 汽車是當(dāng)今社會(huì)最常用、最普通、最方便的出行
??????? 工具,同時(shí)對(duì)人和社會(huì)造成的傷害也是所有交通工具 中最嚴(yán)重的。據(jù)估計(jì)全世界每年約有 120 萬人死于汽 車交通事故傷害,受傷者多達(dá) 5 000 萬人。根據(jù)聯(lián)合國(guó) 和世界衛(wèi)生組織的報(bào)告,在諸多日常交通事故中,汽車
? 旅行里程死亡率 10 -8 km-1 公路 水運(yùn) 空運(yùn) 鐵路 0.950 0.250 0.035 0.035 旅行時(shí)間死亡率 10 -8 h-1 28 16 8 2
??????? 99 表 3 部分國(guó)家和地區(qū)計(jì)劃減少車禍死亡的目標(biāo)
??????? 國(guó)家或地區(qū) 澳大利亞 奧地利 加拿大 丹麥 歐盟 芬蘭 法國(guó) 希臘 愛爾蘭 意大利 馬來西亞 荷蘭 新西蘭 波蘭 沙特阿拉伯 瑞典 英國(guó) 美國(guó) 日本 起始年 1997 1998-2000 目標(biāo)年 2005 2010 減少車禍死亡數(shù)的目標(biāo) 減少幅度/% -10 -50 -30 -40 -50 -37 -75 -50 -20 -40 -20 -40 < 3 人/萬輛車 -30 -42 -43 -30 -50 -40 -20 -2 000 人 其他目標(biāo)
??????? 1991-1996 2008-2010 1998 2000 2000 1997 2000 1997 1998-2000 2001 1998 1999 1997-1999 2000 1996 1994-1998 1996 1999 2012 2010 2010 2025 2002 2005 2015 2002 2010 2010 2010 2010 2010 2015 2007 2010 2008 2010
??????? 的死亡人數(shù)中的 85% 以及由此導(dǎo)致的 90% 的傷殘疾調(diào) 整壽命年 (DALYs) 發(fā)生在中等收入和低收入國(guó)家。其 中: DALY 為傷殘疾調(diào)整壽命年,是一個(gè)測(cè)量健康損失 的指標(biāo),包含因早死損失的壽命年和傷殘?jiān)斐傻慕】?壽命損失年的信息。 研究表明,在 2000-2020 年期間,汽車交通事 故死亡人數(shù)在高收入國(guó)家將下降 30% 左右,而在中等 收入和低收入國(guó)家則會(huì)大幅度增加。如果不采取適當(dāng) 措施,到 2020 年汽車交通事故傷害預(yù)計(jì)將成為導(dǎo)致全
??????? [1] 球疾病與傷害的原因中的第 3 位 (見表 2) 。
??????? 表 2 1990 年與 2020 年全球疾病負(fù)擔(dān)前十大原因的排序
??????? 序次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1990 年疾病或傷害 下呼吸道感染 腹瀉病 圍產(chǎn)期疾病 抑郁癥 缺血性心臟病 腦血管疾病 結(jié)核病 麻疹 汽車交通事故傷害 先天性畸形 序次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2020 年疾病或傷害 缺血性心臟病 抑郁癥 汽車交通事故傷害 腦血管疾病 慢性阻塞性肺病 下呼吸道感染 結(jié)核病 戰(zhàn)爭(zhēng) 腹瀉病 艾滋病病毒感染
??????? 2 汽車安全技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
??????? 汽車安全技術(shù)由被動(dòng)安全技術(shù)和主動(dòng)安全技術(shù)組 成,主要包括: 1)汽車整車安全性設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)技術(shù):基于整車安 全性目標(biāo)分解的安全系統(tǒng)開發(fā)與集成技術(shù),整車碰撞 安全性設(shè)計(jì)技術(shù),汽車高速行駛操縱穩(wěn)定性設(shè)計(jì)與匹 配技術(shù)等; 2)汽車被動(dòng)安全系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù):先進(jìn)的乘員約 束系統(tǒng)、兒童安全保護(hù)技術(shù),高安全性的耐撞性結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)、高碰撞相容性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù),以及支撐上述 技術(shù)的碰撞安全數(shù)據(jù)庫(kù)等; 3)汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù):汽車電子 穩(wěn)定性控制系統(tǒng),底盤一體化控制技術(shù),智能安全輔 助系統(tǒng)以及人-車安全狀況監(jiān)控與干預(yù)技術(shù)等 [4] ; 4)支撐上述關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵零部件和共性技 術(shù):動(dòng)力學(xué)控制用傳感器開發(fā)技術(shù),高性能電液控制單 元開發(fā)技術(shù),適于中國(guó)人體特征的碰撞測(cè)試用假人開
??????? 汽車交通事故傷害在給人的生命造成巨大損失同 時(shí),還造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)有關(guān)報(bào)告,汽車交 通事故傷害的經(jīng)濟(jì)損失在低收入國(guó)家約占國(guó)民生產(chǎn)總值 (gross national product,GNP)的 1%,在中等收入國(guó)家 為 1.5%,在高收入國(guó)家為 2%。每年全球汽車交通事 故傷害的損失估計(jì)為 5 180 億美元 ,其中中等收入和 低收入國(guó)家的每年損失為 650 億美元。 因此,世界各國(guó)政府都 將治理汽車交 通事故傷 害問題列為重要的事項(xiàng),而且提出了具體的目標(biāo)(見 表 3) 。在此基礎(chǔ)上,許多國(guó)家和地區(qū)還制訂了具 體的政策和分解目標(biāo) [3]。這些政策的提出,大大地刺 激汽車安全技術(shù)的發(fā)展,對(duì)汽車安全性能提出了更高 的要求。
??????? 發(fā)關(guān)鍵技術(shù)等。 在未來的一段時(shí)期內(nèi),汽車安全技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì) 如圖 1 所示。
??????? 行分析。但對(duì)汽車而言,汽車車體結(jié)構(gòu)的變形特性是 影響汽車安全性能的關(guān)鍵因素。這是上述兩種方法難 以精密分析的。 近年來, 有限 元方 法 (finite element method, FEM) 逐漸成熟,并被應(yīng)用到汽車碰撞仿真的 研究當(dāng)中。這種在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段采用計(jì)算機(jī)輔助工程 (computer aided engineering,CAE) 分析技術(shù),能夠盡 早發(fā)現(xiàn)并解決問題,從而縮短開發(fā)周期,降低樣車試 驗(yàn)費(fèi)用 [5]。
??????? 2.1 被動(dòng)安全技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
??????? 2.1.1 汽車碰撞安全性設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù) 汽車碰撞是一個(gè)十分復(fù)雜的過程,以往的研究 往往通過多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和機(jī)械振動(dòng)學(xué)方法來進(jìn)