安全一点,再安全一点, 汽车安全技术的进化

2014-02-11 17:41:43来源: 互联网
    在汽车最初发明的一段时间,汽车本身的安全性是不太重要的。因为早期汽车的马力很小,速度也很慢,奔驰的第一辆汽油发动机汽车,只有0.85马力,和现在的电动自行车差不多,而汽车的重量比自行车重多了,速度当然快不起来,时速只有16公里,而马拉松选手时速是20公里,博尔特跑百米的时候时速36公里,冲刺时能达到41公里。

    所以早期的汽车也就不需要太多的安全技术,甚至连风挡玻璃都没有。

    但是随着技术的发展,汽车的马力越来越大,时速越来越快,到了福特T型车,汽车马力已经到了20马力,时速也达到72公里,汽车的普及率大大提升,交通事故和车祸也随之普及,汽车安全问题被提了出来。

被动保护

    最初的汽车安全,人们总是想办法把车造得结实一点,骨架强一点,钢板厚实一点,风挡玻璃做成夹胶钢化,局部钢化。用硬碰硬来解决汽车安全问题。

    但是随着技术的发展和对车祸研究的增多,人们发现硬碰硬并不是最安全的,因为硬碰硬即使车本身没有被撞毁,车内的人因为承载过高的冲击力(G值),也会收到严重的伤害。

    学过初中物理的都知道速度和加速度的概念,汽车在碰撞后速度从高速变成零,这个时间越短,加速度就越大,人受到的冲击力就越大,无论车做得如何结实,人体能承受的过载是有限的,要让人安全,就要减少人体所承受的冲击力。

    于是Volvo在1944年提出了安全车厢的概念,提出了乘客部分的车厢做单独强化。(Volvo在1936年就把安全定义为自己的核心品牌价值,在安全方面投入较多,所以一些概念就提出的比较早,我们后面还会提到)

    奔驰在1951也提出了类似的概念,将整个车体分为三部分,前后做的相对比较软,在车祸时能够吸收撞击的动能,降低对车厢的冲击力,保证乘客的安全。

    简单说,就是通过前后车厢变形延长撞击后速度从高速降低为零的时间,根据物理公理,速度变化一样,时间越长加速度越小,人体所受到的冲击就越小,人就越安全。

    这种概念被广泛接收,现在所有的汽车车体都是这种结构。无论叫笼式车身也好,叫3H车身也好,叫3R车身也好,道理都是一样的,只是宣传不同。

    保护完了乘客乘坐的车厢并不是就高枕无忧了,车厢无恙,人可能被甩出去摔死,被挡风玻璃撞死,被方向盘挤死。

    于是,Volvo的工程师尼尔斯·博林发明汽车三点式安全带,并将这项专利无偿开放给整个汽车工业。事故时三点式安全带可以有效地拉住人体,减少事故造成的损害。这一项也成为今天汽车标配。

    安全带可以解决身体的问题,但是车祸时头还是一样要往前甩出去的,并且可能会撞击到方向盘造成严重伤害,侧面碰撞中,玻璃和车门也会造成严重伤害。

    于是,在1952年的一次事故中,美国工程师John W. Hetrick受到启发,发明了安全气囊,并且以取得“辅助乘员保护系统”(Supplementary Restraint System;SRS)的名字获得了专利(现在知道为什么你的安全气囊上面的英文不是Safe Air而是SRS了吧),这一发明因为技术不完善和汽车行业的广泛反对没有立即应用,直到1980年,奔驰才在自己的顶级车S系中采用了安全气囊,之后才普及来开,成为汽车的标配。

    至此,汽车的被动安全大框架基本已经建设完毕,诸如儿童座椅,行人保护的小修补依然在进行。

    需要特别一提的是,前几个月,美国某机构在测试汽车安全时,使用了25度偏置碰撞,结果大量被认为安全性好的车落马。

    因为以前的安全措施大多是针对正面碰撞的,而对小角度碰撞研究不多,而实际车祸中,因为车主遇到紧急情况往往会打本能的打方向盘躲避,而不是直直的撞上去,小角度碰撞的情况很多。这个时候大多数车的安全措施会失效造成伤亡。在测试中只有Volvo和斯巴鲁的两款车成绩不错,斯巴鲁是A柱做得确实结实,而拆车发现Volvo的车型是针对小角度碰撞专门做了设计,注重安全的传统在测试中帮了Volvo。

主动出击

    被动安全再好,也是撞了之后才能发挥作用。比被动安全好的当然是主动安全,就是尽量避免车祸,防患于未然。

    汽车的主动安全系统,要得益于电子计算机技术的发展,随着计算机技术的发展,汽车逐渐从一台人操控的机械设备,变成一台电脑控制行走机器。人并不直接与机器对话,而是通过电脑执行人的指令。

    以前,我们踩油门就是直接通过钢丝或者拉杆去拉气门联动板,而现在,是我们踩油门是给车载计算机发加油门的指令,然后计算机去分析,然后计算机通过电机去控制气门的开合。

    如果计算机挂了,你怎么踩都没用。(顺便说一句,前几年沸沸扬扬的丰田刹不住,就是电子控制系统的软件设计和硬件设计的可靠性有问题,造成小小的BUG就会车毁人亡。)

    同样刹车也是如此,未来方向盘恐怕也是逃不过。自动泊车就是电脑操控方向盘。

    因为电脑直接控制机械部分,而电脑是可以自己做出判断,自己决定的的,所以主动安全就成为可能,首先出现是ABS。

    ABS(Anti-lock Braking System)防抱死制动系统,通过安装在车轮上的传感器发出车轮将被抱死的信号,控制器指令调节器降低该车轮制动缸的油压,减小制动力矩,经一定时间后,再恢复原有的油压,不断的这样循环(每秒可达5~10次),始终使车轮处于转动状态而又有最大的制动力矩。

    传感器,相当于行车电脑的感觉器官,控制器是大脑,最后通过传动系统完成工作。这是ABS的原理,也是后来所有汽车主动安全系统的原理。

    在ABS之后,有了现在很热门的车身电子稳定系统(Electronic Stability Program,简称ESP),ESP无非是传感器增加了功能,不仅仅是你刹车的时候起作用,在你高速过弯的时候,轮子失去附着力,传感器也能感觉到并且给控制器发信号,控制器根据程序做出判断,然后让传动系统做出反应。

    虽然ESP很热门,不过我们依然可以认为是比较低档的主动安全系统。因为只是控制个刹车嘛。

    类似档次的主动安全系统,还有什么车道告警、盲点告警、碰撞告警。无非是传感器发现问题,控制器做出反应,然后给警报器报警。问题是报警也要人反应才有用。人反应不及,车祸该出还是出。电脑要多干点活才算是主动安全做到了家。

自动驾驶时代

    前面说过,Volvo公司1936年开始就把安全作为品牌核心价值,一直在强调安全。(多说一句,我个人认为强调的有些过分了,譬如Volvo S80为了安全做成前驱车,横置发动机,为了碰撞时的安全放弃了高档后驱车的性能,其他家的高档车都是纵置发动机的后驱车)所以对主动安全也是非常重视的。他们认为未来自动驾驶会解决主动安全的问题,并且把自动驾驶分成四个阶段:

    第一阶段:驾驶员辅助,驾驶员辅助系统能为驾驶员在驾驶时提供必要的信息采集,在关键时候,给予清晰的、精确的警告,相关技术有:车道偏离警告(LDW),正面碰撞警告(FCW)和盲点信息系统

    第二阶段:半自动驾驶,驾驶员在得到警告后,仍然没能做出相应措施时,半自动系统能让在汽车自动做出相应反应,相关技术有:紧急自动刹车(AEB),紧急车道辅助(ELA);

    第三阶段:高度自动驾驶。该系统能在驾驶员监控的情况下,让汽车提供长时间或短时间的自动控制行驶;

    第四阶段:完全自动驾驶,在无需驾驶员监控的情况下,汽车可以完全实现自动驾驶,意味着驾驶员可以在车上从事其他活动,如上网工作、休息睡觉或娱乐。

    按照这个分类,第一阶段已经基本普及,10万的比亚迪思锐上面就都带了。第二个阶段正在普及,欧盟就立法要求2013年11月前的车都必须装上紧急自动刹车(AEB)。Volvo的城市安全系统、本田的CMBS、奔驰的Pre-Safe都是这个层次东西。

    下一步的发展主要是第三和第四个阶段。

    在2013年奔驰新款S系的广告片中,我们看到演示了一项自动跟车的功能,堵车的情况下,电脑自己跟车。车主可以干点别的,这个已经是第三阶段的水平了,汽车长时间或者短时间的自动控制行驶。在2012年Volvo已经发布了同类技术,并且会在2014年也会用到量产车型。

    至于第四阶段,目前我们看到的是谷歌的自动驾驶汽车已经试验了很久了,不过这个车顶带一个激光头,像红色警戒2游戏里面光棱坦克的东西看起来有点怪怪的。

    除了谷歌其他厂家也没闲着,2012年Volvo完成西班牙的列队行驶,2013年博世宣布完成测试,奔驰要在2021年在S系上用上自动驾驶(这个有点远)。保守点估计,再有10年,自动驾驶汽车就会进入我们的生活,主动安全也就发展到了极致。

    也许,未来我们的孩子会生活在一个没有车祸的时代。

关键字:汽车安全  进化

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2014/0211/article_8620.html
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