(清华大学 汽车安全与节能国家重点实验室,北京 100084) 摘 要:介绍了国际汽车安全技术的最新进展。被动安全技术包括:汽车碰撞结构安全性设计关键技术、先进乘员 约束系统关键技术、车身保护行人的安全装置、碰撞安全数据库平台和安全性能评估。主动安全技术包括:汽车动 力学稳定性控制技术、 汽车底盘一体化控制技术、 智能安全辅助控制技术、 基于人-车危险状态监控的安全预警技术。 提出了 先进安全汽车技术的发展模式,探讨了车路协调控制、智能公路和基础共性技术的研究趋势。 关键词:汽车安全; 被动安全; 主动安全; 车路协调; 智能公路 中图分类号: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
汽车交通事故伤害的严重性使得汽车安全技术的 研究成为了全世界各国的重要课题。由此,汽车安全技 术也成为了当前国际汽车高新技术发展的主题之一。
交通事故伤害是最危险的。2001-2002 年间,欧盟国 家交通事故死亡率见表 1。其中:旅行里程死亡率即每 亿人公里死亡人数;旅行时间死亡率即每亿人小时死亡 人数。即: 旅行里程死亡率 = 死亡人数/(出行总人数 × 旅行里程) ; 旅行时间死亡率 = 死亡人数/(出行总人数 × 旅行时间) 。 世界卫生组织的报告指出,全世界每天有 3 000 多 人死于汽车交通事故伤害。因汽车交通事故伤害引起
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汽车安全技术发展的背景
汽车是当今社会最常用、最普通、最方便的出行
工具,同时对人和社会造成的伤害也是所有交通工具 中最严重的。据估计全世界每年约有 120 万人死于汽 车交通事故伤害,受伤者多达 5 000 万人。根据联合国 和世界卫生组织的报告,在诸多日常交通事故中,汽车
旅行里程死亡率 10 -8 km-1 公路 水运 空运 铁路 0.950 0.250 0.035 0.035 旅行时间死亡率 10 -8 h-1 28 16 8 2
99 表 3 部分国家和地区计划减少车祸死亡的目标
国家或地区 澳大利亚 奥地利 加拿大 丹麦 欧盟 芬兰 法国 希腊 爱尔兰 意大利 马来西亚 荷兰 新西兰 波兰 沙特阿拉伯 瑞典 英国 美国 日本 起始年 1997 1998-2000 目标年 2005 2010 减少车祸死亡数的目标 减少幅度/% -10 -50 -30 -40 -50 -37 -75 -50 -20 -40 -20 -40 < 3 人/万辆车 -30 -42 -43 -30 -50 -40 -20 -2 000 人 其他目标
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
的死亡人数中的 85% 以及由此导致的 90% 的伤残疾调 整寿命年 (DALYs) 发生在中等收入和低收入国家。其 中: DALY 为伤残疾调整寿命年,是一个测量健康损失 的指标,包含因早死损失的寿命年和伤残造成的健康 寿命损失年的信息。 研究表明,在 2000-2020 年期间,汽车交通事 故死亡人数在高收入国家将下降 30% 左右,而在中等 收入和低收入国家则会大幅度增加。如果不采取适当 措施,到 2020 年汽车交通事故伤害预计将成为导致全
[1] 球疾病与伤害的原因中的第 3 位 (见表 2) 。
表 2 1990 年与 2020 年全球疾病负担前十大原因的排序
序次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1990 年疾病或伤害 下呼吸道感染 腹泻病 围产期疾病 抑郁症 缺血性心脏病 脑血管疾病 结核病 麻疹 汽车交通事故伤害 先天性畸形 序次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2020 年疾病或伤害 缺血性心脏病 抑郁症 汽车交通事故伤害 脑血管疾病 慢性阻塞性肺病 下呼吸道感染 结核病 战争 腹泻病 艾滋病病毒感染
2 汽车安全技术的发展趋势
汽车安全技术由被动安全技术和主动安全技术组 成,主要包括: 1)汽车整车安全性设计与评价技术:基于整车安 全性目标分解的安全系统开发与集成技术,整车碰撞 安全性设计技术,汽车高速行驶操纵稳定性设计与匹 配技术等; 2)汽车被动安全系统及关键技术:先进的乘员约 束系统、儿童安全保护技术,高安全性的耐撞性结构 设计、高碰撞相容性的结构设计技术,以及支撑上述 技术的碰撞安全数据库等; 3)汽车主动安全系统系统及关键技术:汽车电子 稳定性控制系统,底盘一体化控制技术,智能安全辅 助系统以及人-车安全状况监控与干预技术等 [4] ; 4)支撑上述关键技术实现的关键零部件和共性技 术:动力学控制用传感器开发技术,高性能电液控制单 元开发技术,适于中国人体特征的碰撞测试用假人开
汽车交通事故伤害在给人的生命造成巨大损失同 时,还造成巨大的经济损失。根据有关报告,汽车交 通事故伤害的经济损失在低收入国家约占国民生产总值 (gross national product,GNP)的 1%,在中等收入国家 为 1.5%,在高收入国家为 2%。每年全球汽车交通事 故伤害的损失估计为 5 180 亿美元 ,其中中等收入和 低收入国家的每年损失为 650 亿美元。 因此,世界各国政府都 将治理汽车交 通事故伤 害问题列为重要的事项,而且提出了具体的目标(见 表 3) 。在此基础上,许多国家和地区还制订了具 体的政策和分解目标 [3]。这些政策的提出,大大地刺 激汽车安全技术的发展,对汽车安全性能提出了更高 的要求。
发关键技术等。 在未来的一段时期内,汽车安全技术发展的趋势 如图 1 所示。
行分析。但对汽车而言,汽车车体结构的变形特性是 影响汽车安全性能的关键因素。这是上述两种方法难 以精密分析的。 近年来, 有限 元方 法 (finite element method, FEM) 逐渐成熟,并被应用到汽车碰撞仿真的 研究当中。这种在产品设计阶段采用计算机辅助工程 (computer aided engineering,CAE) 分析技术,能够尽 早发现并解决问题,从而缩短开发周期,降低样车试 验费用 [5]。
2.1 被动安全技术的发展趋势
2.1.1 汽车碰撞安全性设计关键技术 汽车碰撞是一个十分复杂的过程,以往的研究 往往通过多刚体系统动力学和机械振动学方法来进