時間：2023-03-25 10:43:54
導(dǎo)語：在汽車安全性論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞：道路交通；汽車；新技術(shù)；安全性
中圖分類號：F407.471文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-9944（2013）10-0213-03
1引言
汽車在給人們帶來極大便利的同時，也帶來了安全隱患、環(huán)境污染及能源危機等方面的問題。因車而產(chǎn)生的交通事故對人們的生命財產(chǎn)安全造成嚴重威脅。
而據(jù)相關(guān)專家統(tǒng)計[1]，我國歷年的交通事故起數(shù)數(shù)據(jù)如圖1、圖2，由此圖中數(shù)據(jù)分析可知，隨著汽車安全新技術(shù)的發(fā)展交通事故起數(shù)自2002年起開始成呈現(xiàn)下降趨勢，事故死亡人數(shù)自2005年也呈現(xiàn)明顯下降趨勢。分析其原因，除了相應(yīng)有效的管理制度及相應(yīng)法規(guī)等因素，其主要原因應(yīng)該是汽車的安全技術(shù)有了明顯進步，汽車安全新技術(shù)對于道路安全性起到極大的推進作用。
2車輛的安全性能
車輛可以說是道路交通事故發(fā)生的主要直接因素，因此提高車輛的安全性能對于減少和預(yù)防交通事故的發(fā)生也是極有效的措施。車輛指機動車，主要包括小車、公共汽車、貨車與大卡車以及摩托車。摩托車及卡車的安全性能很難在短時間內(nèi)改進，可摩托車、卡車的安全及由其給道路交通帶來的安全隱患是不可忽視的，由相關(guān)研究可知，目前交通安全計劃相關(guān)部分正在著重解決摩托車及卡車的安全隱患，汽車設(shè)計師和生產(chǎn)制造商正努力地提高小車、客車車輛的安全性能。
汽車安全性主要包括了汽車主動安全性、被動安全性、事后安全性和車外安全性等幾個方面。顧名思義，主動安全性指的是汽車預(yù)防和回避事故的性能，主要包括制動性能、操縱性能、燈光和視野等；被動安全性指的是汽車減輕事故過程中對乘員傷害的性能，主要包括車身結(jié)構(gòu)、座椅、安全帶、安全氣囊、安全玻璃、方向柱、車頂和車門強度內(nèi)飾緩沖性能等；事后安全性主要是指防止火災(zāi)和緊急脫出性能；車外安全性主要是指汽車對車外行人的保護性能[2]。自各國制訂了用于指導(dǎo)汽車安全性設(shè)計的一系列汽車安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)以來，主要的汽車生產(chǎn)制造廠家成立了相應(yīng)的安全研究機構(gòu)，以提高安全性技術(shù)水平。隨著電子科技的發(fā)展和整車結(jié)構(gòu)的不斷完善，世界范圍內(nèi)的汽車安全性研究已取得巨大成果[3]。如今，汽車安全性在新技術(shù)的應(yīng)用已達到了新的水平，給人們的安全提供了更有力地保障。
2.1汽車主動安全性的新技術(shù)現(xiàn)狀
汽車的安全性新技術(shù)給道路安全提供了極大的保障。目前出現(xiàn)在汽車主動安全性技術(shù)方面的配置主要包括車輛上配備的ABS、EBD、ASR、ESP、防碰撞系統(tǒng)、倒車雷達和倒車影像系統(tǒng)、盲點和車道偏離警告系統(tǒng)、智能巡航系統(tǒng)、防側(cè)翻系統(tǒng)輪、胎壓力報警系統(tǒng)及主動頭部約束系統(tǒng)[4]。這些都是較先進的汽車安全新技術(shù)，它們都在安全性方面起著重要地作用。
（1）ABS（ 防抱死制動系統(tǒng)）。ABS是剎車防抱死系統(tǒng)的其英文意思第一個字母的縮寫。現(xiàn)在，ABS都是生產(chǎn)出的新車的標(biāo)準(zhǔn)配置，它可以防止因汽車制動抱死而產(chǎn)生的側(cè)翻、甩尾或方向失控的事故發(fā)生。它的基本工作原理就是“抱死、松開、抱死、松開的循環(huán)工作過程，防止車輪全部抱死，從而達到最佳的制動效果。
（2）EBD（電子制動力分配系統(tǒng)）。EBD就是電子制動力分配系統(tǒng)的英文單詞首個字母的縮寫。它可根據(jù)車重和路況的變化來控制制動過程，它也是世界上最先進的技術(shù)。有了這個制動輔助配備，汽車制動效果會更好。當(dāng)前僅有少量車輛配備有。
（3）ASR（驅(qū)動防滑系統(tǒng)）。ASR就是驅(qū)動防滑系統(tǒng)或稱牽引力控制系統(tǒng)。其作用就是當(dāng)汽車加速時將嘗率控制在一定的范圍內(nèi)，從而防止滑動輪快速滑動。它的兩個功能主要是提高牽引力和保持汽車的行駛穩(wěn)定性。汽車行駛在易打滑的路面上時，會使車輛出現(xiàn)甩尾或方向失控的現(xiàn)象而導(dǎo)致事故。裝有ASR系統(tǒng)的車在此類路面上加速行駛時就不會出現(xiàn)或能夠減輕這種現(xiàn)象，而且在轉(zhuǎn)彎時也可防止車輛驅(qū)動輪打滑使車向一側(cè)偏移現(xiàn)象而能車輛沿正確路線轉(zhuǎn)向。
（4）ESP（車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)）。ESP就是車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)，是博世公司的專利。在其之后生產(chǎn)的日產(chǎn)車的車輛行駛動力學(xué)調(diào)整（簡稱VDC）、豐田車輛的車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（簡稱VSC）、本田車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（稱為VSA）及寶馬的動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)（簡稱DSC）都是其類似的系統(tǒng)[5]。其實，電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)可看成是防抱死制動、牽引力控制系統(tǒng)、制動及節(jié)氣門動作結(jié)合的控制系統(tǒng)這幾項基本功能的有機結(jié)合。而且，每年都會有關(guān)于它更強大功能的創(chuàng)新系統(tǒng)的出現(xiàn)。
（5）防碰撞系統(tǒng)。此系統(tǒng)可通過一套智能系統(tǒng)感知駕駛員有可能采取緊急制動動作，并在制動開始的瞬間，幫助駕駛員將制動力加到最大，從而縮短剎車距離，避免碰撞。它現(xiàn)在只出現(xiàn)在一些豪華品牌的車輛上。
（6）倒車雷達和倒車影像系統(tǒng)。此系統(tǒng)能很好的幫助駕駛員停車入位或倒車調(diào)頭。裝有攝像頭的可視倒車影像系統(tǒng)，可讓駕駛員通過車內(nèi)屏幕直觀地獲得車尾的視覺信息。這就可以避免倒車時撞到行人、矮樁等倒車雷達不能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)物體，對車尾窗很高的車來說效果是非常明顯的。
（7）盲點和車道偏離警告系統(tǒng)。盲點警告系統(tǒng)能夠在車身側(cè)面駕駛員視線盲區(qū)內(nèi)出現(xiàn)障礙物或車輛時提醒駕駛，沃爾沃的新S80轎車就有此配置。車道偏離警告系統(tǒng)可在行駛中監(jiān)測車輛是否逐漸偏出它所在的車道，并可通過蜂鳴器或警告燈及時提醒駕駛員，幫助走神的駕駛員保持航線，如雷克薩斯車就有配置此系統(tǒng)。
（8）防側(cè)翻系統(tǒng)。此系統(tǒng)大多數(shù)用陀螺儀來監(jiān)測轉(zhuǎn)彎是否太快或由于緊急躲避而使車身出現(xiàn)突然的側(cè)傾。如果傳感器判斷會發(fā)生側(cè)翻，電腦就會通過牽引力控制系統(tǒng)或車身穩(wěn)定系統(tǒng)關(guān)閉節(jié)氣門并施加適當(dāng)制動，以修正車輛行駛軌跡。
2.2汽車被動安全性的新技術(shù)現(xiàn)狀
據(jù)研究，大量數(shù)據(jù)表明，95%的事故是由于人和環(huán)境因素共同造成的，所以被動安全性研究一直是人們研究的熱點[6]。車輛被動在車輛發(fā)生意外時，就是被動安全系統(tǒng)發(fā)揮作用，將損害降到最低。關(guān)于車輛的被動安全性能也不斷地在升級，目前出現(xiàn)于汽車主動安全性技術(shù)方面的配置主要包括安全帶、SRS（安全氣囊系統(tǒng)）及事故輔助上傳系統(tǒng)。
（1）汽車安全帶。安全帶是一種發(fā)生在交通時能防止或減輕乘員受二次碰撞所造成傷害的安全裝置。我國規(guī)定從1999年7月1日起，所以小型客車在行駛時，駕駛員和前排乘員都必須系好安全帶。實踐證明，這對減輕事故的傷害起到了極大的作用。如今，安全帶的設(shè)計也更加智能化、科學(xué)化。
（2）安全氣囊系統(tǒng)。安全氣囊也稱為輔助保護系統(tǒng)（英文縮寫為）SRS，其作用是在碰撞過程中彌補系安全帶仍不能保護乘員頭部、臉部、胸部和膝部的缺陷。安全帶與安全氣囊是配套使用的，不系安全帶，安全氣囊的安全效果將大打折扣。據(jù)有關(guān)調(diào)查，單獨使用安全氣囊時可使事故死亡率降低18%左右，而當(dāng)安全氣囊與安全帶配合使用時可使事故死亡率降低47%左右。所以需要兩者配合使用，才能更安全。如今，高檔的車已在車內(nèi)幾乎全方面配置了安全氣囊系統(tǒng)，能更好地保護車內(nèi)乘員。
現(xiàn)在的氣囊已越來越智能化，雙級氣囊系統(tǒng)能夠判斷座位上是否有乘客，并且和車身上的碰撞力度傳感器一起聯(lián)合判斷，決定氣囊是否彈出。
（3）事故輔助上傳系統(tǒng)。事故發(fā)生時，如果車上裝有在線緊急通信系統(tǒng)，就能夠為搶救傷者提供更好的幫助。如寶馬的Assist系統(tǒng)、通用的Onstar系統(tǒng)和其他制造商的支援網(wǎng)絡(luò)呼叫系統(tǒng)就能做到。而且，寶馬和大眾的智能系統(tǒng)可在發(fā)生事故時，能夠在上傳報告之后自動斷開車上的電源；奔馳的安全系統(tǒng)還能斷開燃油泵并自動打開門鎖[4]。
關(guān)于被動安全性研究，人們還在車身抗撞性研究、碰撞生物力學(xué)研究、乘員約束系統(tǒng)和內(nèi)飾件的研究、碰撞安全性試驗這4個方面進行大量的研究探索[6]。如為了提高汽車的安全性，不少汽車公司就在汽車兩側(cè)門夾層中間放置了一兩根非常堅固的鋼梁，這就是常說的側(cè)門防撞桿。這種車身變形吸能區(qū)的設(shè)計能起到很好的作用，能有效的減少汽車撞擊對車內(nèi)人員的傷害。
2.3提高車外安全性的新技術(shù)
有的車已在車外前部為預(yù)防碰撞行人而設(shè)置了安全氣囊系統(tǒng)，許多車也在車外進行了專為保護行人考慮的結(jié)構(gòu)設(shè)置。
這些新的高端技術(shù)，由于成本問題等原因至今還沒有普及，只有一些豪華品牌車輛上配置較全。當(dāng)然，隨著現(xiàn)在經(jīng)濟和科技發(fā)展的快速發(fā)展，這些新技術(shù)離普及推廣的距離也應(yīng)不遠。不過我國也可學(xué)習(xí)美國關(guān)于這方面的一些做法，目前，對于普通車輛，國家也應(yīng)該有相應(yīng)的專項來提高車輛的安全性要求[7]。
4結(jié)語
在汽車多年的發(fā)展歷程中，汽車安全性能方面的研究及相應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用已發(fā)生了日新月異的變化，尤其是這幾年來，越來越多的先進汽車安全技術(shù)，如現(xiàn)在的聲學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)及軍事領(lǐng)域常用的雷達、紅外線和衛(wèi)星定位系統(tǒng)等領(lǐng)域的新技術(shù)廣泛地應(yīng)用到汽車上。保證了汽車在惡劣行駛條件下的安全可靠性，讓人們更有“安全感”。
其實，有效減少道路交通安全事故的發(fā)生，提高人們的安全感，最有效和最人性化的方法應(yīng)該預(yù)防，在人、車、路及綜合管理因素方面做好有效的預(yù)防工作。人在道路交通安全方面是起決定性作用的，關(guān)鍵的是提高人們參與交通的安全意識和覺悟，人人都是參與者。也非常有必要建立起以政府為主導(dǎo)、多部門配合、全社會參與的道路交通傷害防治工作機制，把道路交通傷害作為一項主要和優(yōu)先的公共政策，對環(huán)境、車輛和道路使用者采取綜合措施，建設(shè)一個道路交通安全體系，預(yù)防道路碰撞事故的發(fā)生，最大限度降低道路交通傷害的損失。一旦有交通事故的發(fā)生，就要有效地做好就地急救和院前救護工作，以減少車禍重度創(chuàng)傷和死亡。
參考文獻：
[1] 胡啟洲.基于支持向量機的道路交通事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計模型研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2013（6）：23～24.
[2] 趙高暉，朱文寧，何稚樺.汽車安全性分析[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2001，15（3）.
[3] 姚明.淺談未來汽車安全性能及其技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].論述，2011（11）.
[4] 毛彩云，陳學(xué)深.汽車新技術(shù)及典型故障診斷維修[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.
[5] 章劍兵.汽車安全性的電子技術(shù)發(fā)展[C]//.安徽省科協(xié)年會機械工程分年會論文集，合肥：安徽機械工業(yè)出版社，2008.
論文摘要： 實時操作系統(tǒng)(RTOS)是復(fù)雜控制系統(tǒng)中必不可少的一部分，它能按照任務(wù)的優(yōu)先級實現(xiàn)多任務(wù)調(diào)度，通過信號量、事件標(biāo)志來實現(xiàn)任務(wù)的同步，消息隊列和郵箱機制來實現(xiàn)任務(wù)之間的通訊，中斷機制來實現(xiàn)突發(fā)事件的管理。較傳統(tǒng)的前后臺系統(tǒng)，它具有更高的實時性、穩(wěn)定性。介紹了當(dāng)前在國際汽車工業(yè)界日益占據(jù)主導(dǎo)地位的汽車電子開放式平臺系統(tǒng)(OSEK/VDX)規(guī)范。介紹了NEC汽車電子專用實時操作系統(tǒng)RX850， 列舉了其他RTOS并分析了其優(yōu)缺點，建立了基于RX850的RTOS軟件開發(fā)平臺，實現(xiàn)了汽車發(fā)動機控制模塊任務(wù)的調(diào)度，并對RTOS的多任務(wù)進行了軟仿，這對于復(fù)雜軟件系統(tǒng)開發(fā)是非常有實際意義的。
引 言
隨著國內(nèi)汽車電子產(chǎn)業(yè)的不斷升級和研發(fā)投入不斷加大，國內(nèi)生產(chǎn)的汽車電子簡單的ECU已經(jīng)越來越普及，例如車載音響，儀表，車身控制BCM，動力轉(zhuǎn)向EPS等等。越來越多的企業(yè)將精力投入到比較復(fù)雜的控制領(lǐng)域，比如發(fā)動機控制，防抱死系統(tǒng)(ABS)等，對于這些邏輯復(fù)雜、實時性和安全性高的控制任務(wù)，傳統(tǒng)的前后臺系統(tǒng)模式非實時處理的弊端越來越呈現(xiàn)，這就勢必需要用到實時操作系統(tǒng)來管理這些任務(wù)。
OSEK標(biāo)準(zhǔn)是1993年德國汽車工業(yè)界聯(lián)合推出了“汽車電子的開放式系統(tǒng)及接口軟件規(guī)范”，即OSEK(open system and the corresponding interfaces for automotive electronics)。1994年法國汽車工業(yè)界的相似規(guī)范VDX(vehicle distributed executive)和OSEK規(guī)范合并，從而形成OSEK/VDX規(guī)范體系。當(dāng)前OSEK標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為汽車電子軟件開發(fā)領(lǐng)域中的通用標(biāo)準(zhǔn)，旨在增強軟件代碼安全性、移植性，減少軟件開發(fā)周期。
目前，市場上通用的開源RTOS有很多，比如μC/OS-Ⅱ，F(xiàn)reeRTOS，Linux-2.6等，但是這些核多半是用于通用領(lǐng)域或者安全性要求不太高的領(lǐng)域，如果將這些移植到汽車電子動力安全控制領(lǐng)域，是不太合時宜的；而且，這些核本身不是基于OSEK標(biāo)準(zhǔn)，如果引入OSEK標(biāo)準(zhǔn)，無疑加大了內(nèi)核移植的難度。NEC電子的實時操作系統(tǒng)RX850是一款基于OSEK標(biāo)準(zhǔn)的汽車級專用RTOS，其內(nèi)核的實時性已經(jīng)得到第三方的專業(yè)測試。它已經(jīng)被移植到了NEC芯片的集成開發(fā)環(huán)境PM Plus和Green Hills，客戶只需要在IDE(Integrated Develop Environment)中編寫腳本文件來配置RTOS即可通過編譯，使得客戶從底層驅(qū)動編寫到RTOS任務(wù)調(diào)度輕松實現(xiàn)“無縫結(jié)合”，大大縮短了RTOS移植的開發(fā)周期。本文建立了基于NEC電子32位車身專用芯片V850/Fx3的軟件平臺，并介紹了如何實現(xiàn)RX850操作系統(tǒng)的配置，以發(fā)動機控制模塊為控制模型來實現(xiàn)多任務(wù)的實時調(diào)度，最后通過軟仿工具來分析該內(nèi)核的效率和任務(wù)調(diào)度的實時性。
1 系統(tǒng)平臺介紹
本系統(tǒng)采用NEC電子的32位車身專用芯片V850/Fx3系列，V850是NEC電子的32位微處理器核，5級流水線控制，內(nèi)部32個32位寄存器，乘法/除法指令，數(shù)據(jù)空間支持最大4GB線性尋址能力，代碼空間支持64M線性尋址能力，內(nèi)部1MB的code flash，60KB的RAM空間，32KB的data flash用作EEPROM模擬。
基于OSEK標(biāo)準(zhǔn)的RX850實時操作系統(tǒng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)：操作系統(tǒng)規(guī)范(OSEKOS)、通信規(guī)范(OSEKCOM)、網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范(OSEKNM)和OSEK實現(xiàn)語言(OSEKOIL)。其中OSEKOS是針對汽車應(yīng)用特點而專門制定的一個小型RTOS規(guī)范，著重以下幾個方面：(1)可移植性，所有API都是標(biāo)準(zhǔn)化的并且在功能上都有明確的定義；(2)可擴展性，OSEKOS旨在通用于任何類型的 ECU，因此一方面系統(tǒng)要高度的模塊化，另一方面又要能進行靈活的配置；(3)汽車應(yīng)用的特定需求，諸如可靠性、實用性和代價敏感性等。相應(yīng)的，OSEKOS 靜態(tài)配置可以通過OS2EKOIL語言實現(xiàn)，用戶在系統(tǒng)生成時靜態(tài)制定任務(wù)的個數(shù)、需要的資源和系統(tǒng)服務(wù)。OSEKCOM為通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口和協(xié)議。OSEKNM為監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的流量提供了一組標(biāo)準(zhǔn)的功能函數(shù)，以保證網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。
2 RX850內(nèi)核配置
由于RX850已經(jīng)被嵌入到IDE，因此用戶直接編寫內(nèi)核腳本文件即可，下面介紹如何來配置內(nèi)核。
1．系統(tǒng)時鐘設(shè)置
clkhdr
INTTM0EQ0 //選定TimerM為時間片中斷源
2．堆棧設(shè)置
RX850的堆棧分為系統(tǒng)堆棧和任務(wù)堆棧，
POOL0功能: 系統(tǒng)基本表信息、準(zhǔn)備隊列、每個管理塊、任務(wù)堆棧、中斷句柄堆棧（系統(tǒng)堆棧）、可變長度內(nèi)存、不變長度內(nèi)存。
POOL1功能: 任務(wù)堆棧、中斷句柄堆棧（系統(tǒng)堆棧）、可變長度內(nèi)存、不變長度內(nèi)存。
POOL0和POOL1都可以作為任務(wù)堆棧，即使沒有POOL1也可以。配置如下：
intstk 0x400: pool0 //系統(tǒng)堆棧大小為0x400
tsk TSK1 _TSK1 0x050 : pool1 0x06
TTS_DMT 0x00 ei // TSK_ID_1ms任務(wù)堆棧大小0x50
3．允許最大優(yōu)先級任務(wù)數(shù)
maxpri 0x1f //允許最大優(yōu)先級任務(wù)數(shù)為0x1f
4. 信號量設(shè)置
sem Sem_Task1 0x00 //設(shè)置了信號量Sem_Task1為0
sem Sem_Task2 0x00//設(shè)置了信號量Sem_Task2為0
5．事件標(biāo)志設(shè)置
flg
flg_Task1 //設(shè)置了事件標(biāo)志flg_Task1
flg
flg_Task2 //設(shè)置了事件標(biāo)志flg_Task2
5．郵箱設(shè)置
mbx ID_Task1 TA_MPRI //設(shè)置Task1的郵箱
mbx ID_Task2 TA_MPRI //設(shè)置Task2的郵箱
6．中斷設(shè)置
RX850的中斷分為直接中斷和間接中斷兩種，直接中斷不受RX850制約的中斷句柄，理論上接近硬件中斷的速度，其缺點是需要用戶自己寫中斷處理句柄，包括：(1). 寄存器壓棧；(2). 換向，跳轉(zhuǎn)到中斷句柄的開始；(3). 調(diào)用系統(tǒng)命令；(4). 返回到調(diào)度；間接中斷的中斷句柄在RX850的中斷預(yù)處理后才被啟動，優(yōu)點是簡化了句柄處理過程，缺點是由于RX850的預(yù)處理降低了速度，其處理過程如下：
圖1 直接中斷調(diào)度圖
間接中斷配置如下：
inthdr INTAD _AD_Interrupt //AD間接中斷句柄配置
inthdr INTC1REC _CAN_Ch1RxInt //CAN間接中斷句柄配置
圖2 間接中斷調(diào)度圖
7．固定/可變內(nèi)存池設(shè)置
當(dāng)系統(tǒng)需要交換較大的數(shù)據(jù)時，此時任務(wù)堆棧是不夠用的，需要開辟一段內(nèi)存來使用。RX850支持兩種方式的內(nèi)存配置，固定內(nèi)存池和可變內(nèi)存池。固定內(nèi)存池由用戶自定義內(nèi)存池的大小，可變內(nèi)存池根據(jù)實際應(yīng)用系統(tǒng)動態(tài)的定義所需內(nèi)存大小，配置如下：
mpf MPF_ID_MBX 0x08 : pool1 50
//固定內(nèi)存以0x08字節(jié)為單位排列，大小為50*0x08;
mpl MPL_ID_Task1 0x08 : pool1
//可變內(nèi)存0x08字節(jié)為單位排列
8．系統(tǒng)周期循環(huán)中斷設(shè)置
cyc CYC_INT_TIMER _CYC_IntTimer TCY_OFF 10
//系統(tǒng)周期循環(huán)中斷時間為10個時間片
以上完成了操作系統(tǒng)的配置，然后通過NEC的IDE即可生成操作系統(tǒng)的.s和.h文件，將此兩個文件包含在工程文件中即可。
3 RX850軟仿及結(jié)論
通過以上配置，選擇發(fā)動機控制模塊為對象，下面對RX850進行軟仿。NEC電子提供專門的軟仿工具AZ，在IDE中打開AZ，運行程序后可以看到如下：
圖3 任務(wù)調(diào)度仿真圖
圖4 任務(wù)對CPU的占用率
也可以通過RD850來實時檢測各任務(wù)的狀態(tài)如下：
圖5 任務(wù)運行狀態(tài)
通過上圖可以很方便的看到每個任務(wù)的實時調(diào)度情況和CPU內(nèi)核的使用效率。目前CPU的空閑率為94%，很多任務(wù)實際上沒有被調(diào)用，用戶可以根據(jù)實際情況將更多的功能模塊放在API任務(wù)中來運行。軟仿只能提供模擬的仿真，如果用戶需要更精確的trace工具，則需要用硬仿來實現(xiàn)。
Sun Qiuyun
（山東交通職業(yè)學(xué)院，濰坊 261206）
（Shandong Transport Vocational College，Weifang 261206，China）
摘要： 擴展卡爾曼濾波在行駛車輛狀態(tài)估計中有著廣泛的應(yīng)用，并取得良好的效果；本文就擴展卡爾曼濾波算法及其改進方法的應(yīng)用等進行了綜合性闡述。
Abstract: Extended Kalman Filter have been widely used in moving vehicle state estimation, and have obtained good result. The Extended Kalman Filter algorithm, and its improved methods have been reviewed in this paper.
關(guān)鍵詞： 擴展卡爾曼濾波 狀態(tài)估計 車輛 現(xiàn)狀
Key words: Extended Kalman Filter；state estimation；automobile；status
中圖分類號：U461.1文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2011）20-0155-01
0引言
1960年，Kalman R.E.提出了線性離散系統(tǒng)的無偏、最小方差遞推濾波方法，即卡爾曼濾波算法（Kalman Filter，KF）[1]。卡爾曼濾波算法表示系統(tǒng)的狀態(tài)空間結(jié)構(gòu)以及隨時間變化濾除隨機干擾后的狀態(tài)變化；它以線性隨機差分方程為基本依托，對線性系統(tǒng)進行信號估計。為了獲取更加精確的車輛運動狀態(tài)參數(shù)，人們建立非線性的車輛模型，這樣就需要對卡爾曼濾波算法進行擴展進行非線性分析。
1擴展卡爾曼濾波基本原理
由于KF以線性隨機差分方程為基本依托，僅適用于線性系統(tǒng)的狀態(tài)估計。為了能夠有效分析非線性系統(tǒng)模型，人們提出擴展卡爾曼濾波技術(shù)（Extended Kalman Filter，EKF）。擴展卡爾曼濾波的工作原理與卡爾曼濾波基本一致，即以線性最小方差估計理論為依據(jù)，通過遞推算法，從與被提取信號有關(guān)的測量中估算出所需的信號[2]。在整個工作過程中，EKF算法主要利用系統(tǒng)的四類信息[3]：狀態(tài)方程、量測方程、白噪聲激勵的統(tǒng)計特性和量測誤差的統(tǒng)計特性。其與KF不同之處在于EKF算法在線將非線性函數(shù)在最佳估計點附近進行一階或二階泰勒展開，舍棄高階分量，從而將非線性模型簡單線性化[2、4、5]。
2EKF在汽車狀態(tài)估計中的應(yīng)用
人們利用擴展卡爾曼濾波方法對汽車狀態(tài)估計進行大量的研究。早期應(yīng)用EKF進行狀態(tài)估計時常引入較復(fù)雜的輪胎模型，使得算法的求解繁瑣；針對這種情況，宗長富等人[3]以簡單的三自由度車輛模型為依托，以較易測量的方向盤轉(zhuǎn)角和車輛縱、側(cè)向加速度作為濾波器的輸入信號，通過EKF算法對汽車的橫擺角速度、縱向車速和質(zhì)心側(cè)偏角分別進行估計；經(jīng)與實車場地試驗數(shù)據(jù)相比較表明其估計結(jié)果較為理想，與試驗測量值保持較好的一致性。文獻[4、6]利用擴展卡爾曼濾波理論建立信息融合算法，給出車輛狀態(tài)變量最小方差意義下的融合結(jié)果，利用少量的易測車輛狀態(tài)信息融合得出所需的難測車輛狀態(tài)（橫擺角速度、質(zhì)心側(cè)偏角）。并在Matlab/Simulink環(huán)境下利用實車場地試驗數(shù)據(jù)進行了離線仿真。文獻[5]采用信息融合技術(shù)利用卡爾曼濾波原理對線控汽車轉(zhuǎn)向控制策略中需要的車輛、路面狀態(tài)參數(shù)進行仿真與估算；在不同的車輛模型和輪胎模型下，對經(jīng)典卡爾曼濾波、擴展卡爾曼濾波、雙重擴展卡爾曼濾波分別建立了遞推估算模型。該文獻對應(yīng)用卡爾曼濾波原理進行汽車狀態(tài)參數(shù)估計的可行性進行了論證，對卡爾曼濾波算法的應(yīng)用和研究工作有一定的參考意義。文獻[7]基于擴展卡爾曼濾波對汽車運動狀態(tài)變量進行在線估計，并設(shè)計了路面附著系數(shù)估計算法，對提高穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的精度提供了方法。文獻[8]基于四自由度車輛模型，應(yīng)用擴展卡爾曼濾波理論，估計車輛狀態(tài)，然后在此基礎(chǔ)上通過擴展卡爾曼濾波對路面峰值附著系數(shù)進行估算。為更接近于實際路況，將路面附著系數(shù)的估算過程與估計車輛狀態(tài)過程聯(lián)系起來形成閉環(huán)反饋，經(jīng)仿真顯示估算值能很好地與仿真值保持一致。文獻[9]根據(jù)參數(shù)軟測量理論，采用卡爾曼濾波并結(jié)合汽車兩自由度動力學(xué)模型，建立了汽車橫擺角速度的線性最小均方誤差估計算法。經(jīng)實驗驗證，對于汽車參數(shù)的測量該算法是一種可行、準(zhǔn)確且低成本的方法和行之有效的研究思路，對解決汽車主動安全控制系統(tǒng)中不完全性信息有一定的幫助。文獻[10]提出采用多維組合慣性測量元件進行汽車運動參數(shù)測試的方法，并通過擴展卡爾曼濾波算法提高測試系統(tǒng)的精度。文獻[11]基于四輪兩自由度汽車模型動力學(xué)方程，利用擴展卡爾曼濾波方法建立汽車質(zhì)心側(cè)向速度的估計算法。該估計結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性和運算效率，為改善汽車的操縱穩(wěn)定性和主動安全性提供了有效方法。文獻[12]基于JLUIV-Ⅳ型智能車輛狀態(tài)變量vy（車輛側(cè)向速度）的不可測性，采用二自由度轉(zhuǎn)向動力學(xué)模型和預(yù)瞄運動學(xué)模型建立卡爾曼濾波模型，運用卡爾曼濾波理論設(shè)計適應(yīng)不確定參數(shù)和時變參數(shù)的狀態(tài)觀測器，以滿足車輛導(dǎo)航控制的要求。
3結(jié)論
本文僅對目前卡爾曼濾波中常用的擴展卡爾曼濾波算法及改進方法進行了總結(jié)。卡爾曼濾波算法擴展方法還有自適應(yīng)卡爾曼濾波算法、無軌跡卡爾曼濾波等等。這些方法的出現(xiàn)都是為了更好地幫助人們解決生活中出現(xiàn)的問題。人們根據(jù)現(xiàn)實需要不斷地發(fā)現(xiàn)和改善解決問題的方法和途徑，從而實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。
參考文獻：
[1]R. Kalman. A new approach to linear filtering and prediction problems[C]. Trans. ASME-J. Basic. Eng. 82（Series D），1960:35-45.
[2]秦永元，張洪鉞，汪叔華.卡爾曼濾波與組合導(dǎo)航原理[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1998.
[3]宗長富，胡丹等人.基于擴展Kalman濾波的汽車行駛狀態(tài)估計[J].吉林大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版）2009，39（1）：7-11.
[4]宗長富，潘釗等人.基于擴展卡爾曼濾波的信息融合技術(shù)在車輛狀態(tài)估計中的應(yīng)用[J].機械工程學(xué)報，2009，45（10）：272-277.
[5]徐穎.基于信息融合技術(shù)的線控汽車狀態(tài)和路面參數(shù)的仿真估算與實驗研究[D].長春：吉林大學(xué)博士學(xué)位論文，2009.
[6]宗長富，鄭宏宇等人.基于信息融合技術(shù)的汽車狀態(tài)估計算法[J].吉林大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2008，38（增2）：1-4.
[7]武鐘財.基于擴展卡爾曼濾波的路面附著系數(shù)估計算法研究[D].長春：吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.
[8]胡丹.基于雙擴展卡爾曼濾波的汽車狀態(tài)及路面附著系數(shù)估計算法研究[D].長春：吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.
[9]高振海，鄭南寧，程洪.基于車輛動力學(xué)和Kalman濾波的汽車狀態(tài)軟測量[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，Vol.16 No.1 Jan.2004 22-24.
[10]倪江生.基于卡爾曼濾波算法的汽車運動參數(shù)測試方法研究[J].中國慣性技術(shù)學(xué)報，2001，9（3）：19-23.
關(guān)鍵詞：公路；線形設(shè)計；運行速度；安全性評價
中圖分類號： F540.3 文獻標(biāo)識碼： A
引言
近年來我國公路建設(shè)取得了巨大的成就，但交通安全問題在我國尤為突出，交通事故率和交通事故死亡率居高不下。造成交通事故的原因是多方面的，其中道路本身線形設(shè)計上的缺陷是引發(fā)交通事故的原因之一。因此，在道路線形設(shè)計初期就要樹立安全設(shè)計理念，制定和采取相對應(yīng)的安全設(shè)計策略尤為重要。
1．公路線形安全性設(shè)計
1.1平面線形的安全設(shè)計
(1)直線
直線的長度過長或過短都不好，應(yīng)對直線的長度加以限制。我國現(xiàn)行規(guī)范對直線的最大長度也沒有明確的限制，只是讓設(shè)計人員根據(jù)實際情況靈活掌握。但是對于設(shè)計車速較高的高速公路或作為干線公路的高等級公路，設(shè)計時盡量避免采用長直線。
(2)平曲線
構(gòu)成平曲線的要素有圓曲線和緩和曲線，圓曲線半徑相關(guān)的基本計算公式為：
（1）
其中，R為圓曲線半徑，m；v為汽車運行速度，km/h；μ為橫向力系數(shù)；i為超高橫坡值。
從式(1)中可以看出其他幾個參數(shù)比較明確，只有橫向穩(wěn)定力系數(shù)μ是可變的。對于μ的取值如考慮汽車的橫向穩(wěn)定，一般μ≤0.15，如果要考慮乘客的舒適程度，μ≤0.1，因此對于高等級公路在計算一般半徑時0.05≤μ≤0.07；對于低等級公路μ最大不應(yīng)超過0.15，這樣就可以結(jié)合實際的地形選擇合適的曲線半徑。
根據(jù)回旋線特點，當(dāng)參數(shù)C較大時緩和曲線曲率變化比較緩慢，駕駛員容易感到線形的連續(xù)，易于操作方向盤。反之，C較小時駕駛員不易操作，容易產(chǎn)生事故。因此應(yīng)盡可能讓參數(shù)C取較大的值。
L≥3.6vt(2)
其中，L為緩和曲線長，m；v為行車速度，km/h；t為最短行程時間。
C=r·l=R·Ls (3)
其中，C為回旋線參數(shù)，m2，表示緩和曲線曲率變化的緩急程度；r為緩和曲線任意點的曲率半徑，m；l為由緩和曲線起點到任意點的弧長，m；Ls為回旋線形的緩和曲線長度，m；R為緩和曲線所連接的圓曲線半徑。
1.2縱斷面線形的安全設(shè)計
縱坡與豎曲線構(gòu)成縱面線形，是公路線形的重要組成部分。縱坡與豎曲線的設(shè)計，既要滿足汽車行駛力學(xué)和安全的需要，又要滿足視覺上的舒適性。在縱坡與豎曲線的設(shè)計中，安全是第一要素，其次道路的縱向視覺容易影響駕駛員心理安全感，因此縱斷面線形的連續(xù)性也很重要。
1.3平縱線形組合的安全設(shè)計
常見的不良組合有：1)小半徑曲線與長縱坡的組合即彎坡路段。2)平曲線組合的線形突變。3)在凸曲線頂部或凹曲線底部插入小半徑平曲線。4)斷背曲線。短直線介于兩個同向曲線之間形成所謂的斷背曲線，駛?cè)脒@種線形的路段時容易使駕駛員產(chǎn)生錯覺，把線形看成反向線，從而產(chǎn)生操作錯誤，甚至釀成車禍。5)在一長平曲線內(nèi)如出現(xiàn)縱斷面反復(fù)凹凸的現(xiàn)象，則可能造成駕駛員只能看見腳下和前方而看不到中間凹凸的線形，這樣容易發(fā)生事故。因此設(shè)計時要控制曲線長度，同時在一個平曲線內(nèi)的豎曲線個數(shù)不宜超過3個。
1.4采用運行速度對線形的安全性檢驗
(1)評價同一路段上設(shè)計速度與運行速度的一致性
(2)對于整個路線評價不同路段運行速度之間的協(xié)調(diào)性
2．公路項目安全性評價
2.1 公路線形的安全性評價
為保證汽車的行駛安全，路線的線形指標(biāo)采用應(yīng)嚴格執(zhí)行公路線形規(guī)范，不能突破強制性條文要求，在公路的工可階段應(yīng)完成防洪安全性評價、地震安全性評價、地質(zhì)災(zāi)害安全性評價，然后才進行初步設(shè)計及施工圖設(shè)計。
出于行車安全的考慮，平面設(shè)計應(yīng)盡可能采用曲線選線法、避免長直線與小半徑曲線的結(jié)合，曲線段長占總路線的百分率最好能大于50%；全線平曲線半徑的取值要均衡，(R平均-R最小)/R最小最好大于0.5；路線最小轉(zhuǎn)角宜大于7°；平曲線的長度、緩和曲線的長度、停車視距及超車視距的長度均從安全的角度考慮采用大值；對于設(shè)計速度小于80 km/h(含80 km/h)的高等級公路，或設(shè)計速度小于40 km/h(含40km/h)的低等級公路，從安全的角度建議平曲線的超高值采用提高一級的指標(biāo)控制。
2.2 路基路面的安全性評價
（1）路基的安全性評價
路基的安全評價包含：路基強度評價、邊坡穩(wěn)定評價、排水結(jié)構(gòu)物評價與支檔結(jié)構(gòu)評價。路基強度影響路基的穩(wěn)定性、承載力、路面使用功能，進而影響行車安全。路基的原始地面承載力強度小于150 kPa要進行處理，存在軟基、巖溶等不良地質(zhì)要采用換填、袋裝砂井、碎石樁、灌漿等方法進行處治。路基填料要通過試驗后選用，不能土石混填以保證路基的壓實度。對于膨脹土作為路基填料應(yīng)進行摻石灰、固化材料處理，同時進行防水處治。
（2）公路路面的安全性評價
公路路面的安全應(yīng)從路面的強度、路面的抗滑、路面的排水、路面的平整度等方面進行評價。
2.3 橋隧結(jié)構(gòu)的安全性評價
（1）橋梁的安全性評價
橋梁是公路十分重要的組成部分，它的安全影響整個公路的安全。橋位安全的選擇應(yīng)從地質(zhì)、水文、通航的角度來考慮，同時兼顧橋位處高壓電鐵塔、建筑物的安全。地質(zhì)、水文條件考慮不足將會導(dǎo)致橋梁墩臺的失穩(wěn)，帶來安全問題。橋位與水流軸線交角太大容易產(chǎn)生船撞墩的現(xiàn)象。橋位處鐵塔、建筑物因地震或本身的失穩(wěn)倒塌可能損壞橋梁。
橋梁附屬構(gòu)造應(yīng)考慮防撞欄桿的側(cè)向余寬和自身強度的安全；考慮伸縮縫處的跳車和臺背回填剛?cè)徇^渡的跳車安全問題。
（2）隧道的安全性評價
隧道的設(shè)計要考慮通風(fēng)、照明、排水、防火、搶險等問題，施工組織設(shè)計要考慮施工時可能的垮塌、涌水等不良地質(zhì)問題所帶來的安全隱患。要對隧道的棄渣妥善處置，防止誘發(fā)泥石流災(zāi)害。做好隧道洞口光線明暗過渡的設(shè)計，防止司機眩目導(dǎo)致交通事故。
2.4 交叉工程的安全性評價
公路與公路平面交叉(含互通立交中T形平面交叉)：為確保交通安全，交叉位置應(yīng)選在視距條件良好處，交角大于45°；兩條被相交道路的縱坡不大于3%；交叉口應(yīng)進行渠化設(shè)計，減少不必要的交織；為了保證視距安全，兩條道路中心靠近交叉口處不能植樹。
2.5 交通工程設(shè)施的安全性評價
為保障行車安全，公路應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)置必要的標(biāo)志標(biāo)牌。對于險要地段沿溪線的路側(cè)陡崖、深溝路段以及高填土、高擋墻路段，擋墻、邊坡高度h≥4 m、路側(cè)距離土路肩邊緣3.0 m內(nèi)有江河、湖泊、溝渠、沼澤等均視情況增設(shè)防撞護欄，加設(shè)反光鏡、增設(shè)標(biāo)志牌、劃設(shè)反光標(biāo)線、設(shè)置公路線形誘導(dǎo)標(biāo)志等，或者綜合運用以上技術(shù)措施進行處理。對于線形指標(biāo)高、通視條件好、人群密集的不封閉公路，要適當(dāng)增加標(biāo)志標(biāo)牌的數(shù)量，以減少安全事故的發(fā)生。
不在同一平面的分離式路基的上幅路基波形護欄及臨河、臨谷、長下坡路段彎道外側(cè)波形護欄均應(yīng)改為墻式護欄，防止汽車失控翻入下幅路基、河谷，導(dǎo)致更大的安全事故。
3．結(jié)語
安全設(shè)計應(yīng)該貫穿整個道路設(shè)計過程，線形設(shè)計是道路設(shè)計中最基本的內(nèi)容，不要因為道路線形設(shè)計上的疏忽而給后期運營埋下安全隱患。為降低交通事故的發(fā)生率，首先應(yīng)該從道路線形設(shè)計上注重安全設(shè)計。一般設(shè)計人員在線形設(shè)計時所選用的平縱線形指標(biāo)很容易滿足規(guī)范要求，但不是所有滿足規(guī)范要求的線形設(shè)計就是安全的，應(yīng)該從“以人為本”的設(shè)計新理念出發(fā)采取主動預(yù)防措施，靈活地選用平縱線形指標(biāo)，對安全影響較大的指標(biāo)(曲線半徑、縱坡、坡長、超高、視距等)尤其要慎重，不刻意追求高指標(biāo)，著重從線形指標(biāo)的連續(xù)性、均衡性方面優(yōu)化公路線形設(shè)計，減輕駕駛員的工作強度，減少因失誤和錯誤而發(fā)生交通事故的可能性。
參考文獻：
[1]交通部公路司。新理念公路設(shè)計指南[M]。北京：人民交通出版社，2005.10。
[2]中華人民共和國交通部。公路項目安全性評價指南[M]。北京：人民交通出版社，2004.10。
[3]張廷揩，張金水。道路勘測設(shè)計[M]。上海：同濟大學(xué)出版社，2002.4。
[4]JTG D20-2006，公路路線設(shè)計規(guī)范[S]。
[5]王喜剛。公路線形的安全與美學(xué)設(shè)計[J]。山西建筑，2006，32(16)：316-317。
[6]胡學(xué)忠，李云鵬，孫一揮。公路線形的安全設(shè)計[J]。山西建筑，2008
[7]許第慧.公路設(shè)計的安全評價[J]。中外公路，2007.6。
【關(guān)鍵詞】人機工程學(xué) 汽車座椅 設(shè)計
一、汽車座椅的設(shè)計要求
在汽車行駛過程中，駕駛員采用坐姿駕駛，這樣腰椎就會偏離正常狀態(tài)，如果長時間駕駛就會引起要不疲勞。這就要求設(shè)計合理的座椅，以減少駕駛過程中的疲勞。對于汽車來說其座椅的設(shè)計要滿足以下兩個方面的內(nèi)容：
（一）良好的靜態(tài)特性
1.座椅的尺寸和形狀要根據(jù)人才測量學(xué)給出的相關(guān)資料來確定，以保證駕駛員能夠選擇合適的坐姿。即能夠使其肌肉放松，血液通暢，身體穩(wěn)定并處在舒適的活動范圍內(nèi)。
2.臀部和坐骨結(jié)節(jié)應(yīng)該能夠承受人體大部分的重量，使座椅前緣大腿處與座椅間的壓力盡可能的小。
3.靠背的支撐方式要合理，以保證駕駛員的腰椎、椎間盤及軟組織能夠承受上半身大部分的負荷。
4.駕駛員在保證不滑脫的情況下能夠方便的更換坐姿。
（二）良好的動態(tài)特性
1.在合理的范圍內(nèi)座椅要能夠?qū)崿F(xiàn)尺寸和位置的調(diào)整，以保證駕駛員能夠根據(jù)自身條件選擇合適的位置，但是考慮到空間的限制，應(yīng)盡量減小需要調(diào)節(jié)的尺寸和位置。
2.座椅要能夠起到緩沖的作用，以減少路面不平帶來的影響，避免駕駛疲勞。
3.座椅還要具有較好的軟硬度和溫濕度，既能夠讓駕駛員保持在一種穩(wěn)定的坐姿狀態(tài)不產(chǎn)生疲勞，又能夠起到透氣增加舒適度的作用。
4.要有足夠的強度、剛度和合適的使用壽命，以保證駕駛過程中的安全性。
二、汽車座椅的參數(shù)選取原則
對于汽車座椅來說其尺寸的基準(zhǔn)是人才尺寸，下面是人機工程學(xué)中座椅參數(shù)的選擇方法：
高度：對于座椅來說其高度要跟駕駛員大腿在同一水平線上，既要保證大腿肌肉不會受到擠壓，又要保證駕駛員背部肌肉不受增加的負荷作用。
座寬：對于不同體型的人要能夠適應(yīng)，一般情況下是參考女性群體臀寬尺寸的上限。座寬也不宜太大，否則肘部就會失去支撐，引起駕駛疲勞。
座深：它是指座椅前端到靠背之間的距離的大小，一般情況下應(yīng)使靠背能夠方便的支撐腰椎。如果座深過大腰椎得不到有效的支撐就會改變腰部曲線[1]，或者駕駛員不得不向前移動，這樣又會壓迫膝窩。所以在設(shè)計座深時要按照大多數(shù)的人群來設(shè)計，這樣既能保證身材矮小者能夠駕駛舒適，又能夠保證身材高大人的小腿得到有效的支撐，避免大腿疲勞。
座面傾角：座面與水平面之間的角度。一般情況下座面后傾，這樣能夠使背部獲得有效的支撐，還能夠防止駕駛過程中由于震動等滑出座椅。通常座面傾角的大小為5°～15°，太大的話就會在駕駛過程中壓迫腹部，破壞腰椎曲線，造成駕駛員生理上的傷害。
椅墊：在駕駛過程中，駕駛員與座面接觸的只有其臀部的兩塊坐骨結(jié)節(jié)，大約承受了人體75%的重量，長時間的駕駛就會造成壓力疲勞，產(chǎn)生臀部麻木感。如果在座椅上加上坐墊，那么駕駛員臀部與座椅的接觸面積就會大大增加，壓力大大減小。另外坐墊還可以起到穩(wěn)定坐姿的作用，坐墊選擇時不宜選用過硬或者過軟的。
三、汽車座椅的人機工程學(xué)設(shè)計
為了保證駕駛員駕駛過程中不會產(chǎn)生疲勞，在設(shè)計過程中就要根據(jù)人機工程原理，在座椅面高度，深度和傾角等方面做好設(shè)計工作。汽車座椅各參數(shù)如下：
（一）椅面高度
椅面高度要能夠保證駕駛員在駕駛過程中能夠方便的操作方向盤，雙腳平放在地板面，同時還要保證其大腿能夠水平放置。座椅椅面的高度一般在350～450mm之間，根據(jù)實際需要可以進行適當(dāng)調(diào)整，但是最低不得低于300mm。
（二）寬度
在上一節(jié)中我們知道座椅的寬度是根據(jù)人體臀部的寬度進行設(shè)計的，但是由于人性別和體型等方面的差異較大，在座椅寬度選擇時非常困難。采用寬度可調(diào)節(jié)的座椅，在設(shè)計時非常困難，增加了汽車的成本。綜合各方面的因素考慮我們將座面的寬度定在450～500mm之間，這樣既能保證駕駛員小臂能夠得到有效支撐又能夠便于駕駛員進行坐姿調(diào)整，從而保證駕駛的操縱方便性。
（三）傾角
根據(jù)人機工程學(xué)原理[3]，座椅的椅面是前高后低，對于轎車來說其椅面的傾角用A40來表示，單位是度。對于A型車騎椅面傾角一般在15～40°之間，B型車載11～18°之間，這樣駕駛員在駕駛過程中能夠?qū)崿F(xiàn)坐姿穩(wěn)定，在剎車震動等情況下不會過度前傾或者滑出椅面，在加速或者啟動時也不會過度后仰，影響操作安全性[2]。另外座椅的深度要小于駕駛員大腿的長度，否則就會降低其乘坐舒適性和穩(wěn)定性。
（四）靠背高度和靠背的傾角
座椅靠背的高度和寬度要根據(jù)人體的參數(shù)來決定，不同的駕駛員其身形來決定，一般情況下座椅靠背的高度和寬度都不能對駕駛操作產(chǎn)生妨礙。靠背傾角是汽車座椅人機工程學(xué)設(shè)計中非常重要的參數(shù)，它是座椅靠背直線與椅面之間的夾角，一般情況下取117°為宜，這樣能夠保證坐姿下脊椎的舒適性[4]。
四、結(jié)論
駕駛舒適性與汽車座椅的設(shè)計密切相關(guān)，它的設(shè)計比一般工作座椅的設(shè)計有很大的區(qū)別。雖然人們對汽車座椅的研究已經(jīng)有很長的歷史，但是其舒適性還有待進一步提高。論文從人機工程學(xué)的原理出發(fā)，通過對人體模型的研究，對汽車座椅進行了設(shè)計，保證了駕駛員在駕駛過程中的坐姿舒適性和操作舒適性。
參考文獻：
[1]李莉.座位作業(yè)腰背痛生物力學(xué)分析機工效學(xué)評價.北京醫(yī)科大學(xué)碩士學(xué)位論文，1993，5
[2]李增勇，王成熹.駕駛疲勞與汽車人機工程學(xué)初探[J].機械設(shè)計與制造工程，2001（4）
1 電池管理系統(tǒng)以及LTC6803-4的應(yīng)用概述
一般說來，超級電容電池具備很多優(yōu)點：容量大、充電快、比功率大、重復(fù)深度放電次數(shù)可超50萬次、低溫lunwen. 1KEJI AN. COMlunwen. 1KEJI AN. COM提供寫作論文和發(fā)表服務(wù),歡迎您的光臨性能良好、安全系數(shù)高、免維護時間長等。
LTC6803-4的應(yīng)用是比較便捷、靈活的，同時又具備高測量精度和高穩(wěn)定性的芯片，特別適合在超級電容電池組管理上的應(yīng)用。
2 LTC6803-4并聯(lián)級聯(lián)獨立尋址技術(shù)的應(yīng)用
2.1 LTC6803-4的特性及工作原理
LTC6803-4主要包括參考電壓、12位ADC、串行SPI接口的電池監(jiān)測專用芯片、還有高電壓輸入的多路復(fù)用器。每一個LTC6803-4都能夠監(jiān)測電池，最多12串。如果是一個具有多片的LTC6803-4，是能夠通過利用并聯(lián)級聯(lián)的測量方式及方法來測量超過12串的串聯(lián)電池組的。還有，每一個LTC6803-4，都具備一個串行接口，能夠獨立尋址，這樣的方式能夠方便主控器、LTC6803-4進行同步的通信、操作環(huán)節(jié)，LTC6803-4最多是16片。LTC6803-4的全局測量精度比0.25%小的時候，一般都能達到大多數(shù)工程項目對電池電壓測量精度的標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 LTC6803-4主要引腳功能
LTC6803-4主要有44個引腳，比如有C0～C12：電池電壓輸入引腳。VREG：線性電壓整流輸出。V-：LTC6803-4最低電勢端。A0～A3：地址輸入。SCKI，SDI，SDO，CSBI：SPI數(shù)據(jù)通信接口。
3 系統(tǒng)設(shè)計
3.1 采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
測量方法是用2片LTC6803-4并聯(lián)級聯(lián)實現(xiàn)24節(jié)超級電容電池的單體測量級管理。
3.2 LTClunwen. 1KEJI AN. COMlunwen. 1KEJI AN. COM提供寫作論文和發(fā)表服務(wù),歡迎您的光臨6803-4并聯(lián)式級聯(lián)的工作方式
LTC6803-4在SPI上的地址用戶是能夠自行配置的。本文中只有2片，LTC6803-4是在同一SPI總線與主控器進行通信，所以只要獨立地址數(shù)比2大或是同2等同，那么便能利用地址將不同的LTC6803-4劃分。
3.3 SAF-XC886C-8FF5V芯片
3.3.1 MCU的選擇
MCU作為超級電容管理器的主要部件，是通過XC886C汽車級芯片來完成的。
SAF-XC886C工作頻率為24 MHz，以八位的市場價格，提供16位產(chǎn)品的性能。擁有8通道10位的精度，三個獨立定時器，4個PWM通道，以及后臺E2PROM模擬。
3.3.2 單體電容電壓檢測芯片的挑選
每個LTC6803可以同時測量十二個超級電容器或串接電池的電壓，并且擁有單獨尋址的串行接口，能夠把16個LTC6803-4元件接入同一個控制處理器中運行。LTC6803-4把電池組的底端與V分開，因此，可以改變第一節(jié)電池的測量精準(zhǔn)度。
3.3.3 信號隔離器的選擇
通過分析信號的可靠性，以及電氣的安全性。挑選出滿足需要的ADUM1411及ADUM1201這兩種芯片。傳輸速率為10Mbps，隔離電壓為2500 V。
3.3.4 隔離電源的選擇
為了保證安全，選用多規(guī)格的雙列直插的隔離電源模塊。
3.4 系統(tǒng)軟件配置
本文所概述的2個芯片通過0Ω電阻將地址主要是分別配置為80和81，所以1#LTC6803-4芯片地址為0B10000000，2#LTC6803-4芯片地址為0B10000001。
4 實驗結(jié)果與誤差
根據(jù)實驗驗證的結(jié)果，來驗證電池單體電壓能不能達到電池管理系統(tǒng)對單體電池電壓監(jiān)測的實際測量目標(biāo)的。實驗的目標(biāo)用超級電容電池電壓為1.60 V，容量為20 Ah、24只，為了驗證該系統(tǒng)電壓測量的精度是lunwen. 1KEJI AN. COMlunwen. 1KEJI AN. COM提供寫作論文和發(fā)表服務(wù),歡迎您的光臨多少，使用萬用表測量得到電池電壓的真實數(shù)值。在實驗還沒有開始的時候，通常主要是通過放電的方法，將電池的電壓改為不均衡的狀況，通過這樣的方法，能夠檢驗系統(tǒng)電壓檢測精度是否正確。實驗的結(jié)果證明，所有電池單體電壓測量誤差都在0.19%內(nèi)，能夠達到對單體電池電壓監(jiān)測的實際測量目標(biāo)。
5 結(jié)語
綜上所述，超級電容電池具有很多的優(yōu)點，LTC6803具一個精準(zhǔn)參考電壓、一個高電壓輸入的多路復(fù)用器以及一個串行SPI接口的超級電容監(jiān)測專用芯片同時，可以允許主控器與至多16片同時進行通信和操作。為了能夠保護好超級電容動力電池，并逐漸的延長電池的使用時間，同時又能增加行駛的距離，那么便要求建立一個有效的電池管理系統(tǒng)，所以說電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及推廣是一項非常關(guān)重要的系統(tǒng)工程。
參考文獻
[1] 呂杰，宋文吉，林仕立，等.基于LTC6803-4的超級電容電池管理系統(tǒng)信號采集技術(shù)研究[J].測控技術(shù)，2013（1）.
關(guān)鍵詞：汽車零部件；失效模式；磨損
1.汽車零部件失效的概述
1.1汽車零部件失效的概念
所謂失效是指汽車零部件失去原設(shè)計所規(guī)定的功能，導(dǎo)致汽車技術(shù)狀況變差，包括完全喪失原定功能，功能降低和嚴重損傷等，如果繼續(xù)使用將會失去安全性和可靠性。因為汽車零部件的技術(shù)狀況會隨著零部件的使用過程逐漸發(fā)生變化，因此通過分析汽車零部件的性能惡化過程，然后有針對性的采取改進措施，對于維持汽車的技術(shù)水平具有非常重要的作用。
1.2汽車零部件失效的分類
汽車零部件按失效模式分類可以分為：一是磨損，包括粘著磨損、表面疲勞磨損、磨料磨損、微動磨損、腐蝕磨損，如齒輪表面和滾動軸承便面的麻點、曲軸“抱軸”等。二是疲勞斷裂，包括低應(yīng)力高周疲勞、高應(yīng)力低疲勞周疲勞、熱疲勞、腐蝕疲勞，如齒輪輪齒折斷、曲軸斷裂等。三是腐蝕，包括化學(xué)腐蝕、穴蝕、電化學(xué)腐蝕，如濕式汽缸套外壁麻點。四是變形，包括過量彈性變形、過量塑性變形和蠕變，如曲軸彎曲、基礎(chǔ)件變形等。五是老化，如橡膠輪胎、塑料器件龜裂、變硬等。 失效模式是研究汽車零部件失效的關(guān)鍵，同一個零件可能同時存在集中失效模式。
2.汽車零部件失效的原因
2.1設(shè)計制造方面的原因
汽車零部件的設(shè)計制造不合理是造車汽車零部件早期失效的主要原因之一。如汽車零部件的材料選擇方面，我國GB5216標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的齒輪鋼淬透性帶寬為12HRC，而美國休斯通用公司為8HRC，日本小松為5HRC，遠遠不及國外汽車生產(chǎn)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求。如汽車零部件的設(shè)計方面，軸的臺階處直角過渡、過小的圓角半徑、尖銳的棱邊等造成的應(yīng)力集中處，都會成為汽車零部件破壞的成因。
2.2工作條件方面的原因
汽車零部件失效工作條件方面的原因主要包括：一是工作環(huán)境，由于汽車零件所在環(huán)境介質(zhì)、工作溫度、情況、使用狀況等因素的影響，極可能會產(chǎn)生磨損或熱應(yīng)力引起的熱變形、熱膨脹等失效。二是零件受力狀況，如齒輪輪齒根部所受的彎曲載荷及表面承受的接觸載荷等。
2.3使用維修方面的原因
一是使用方面，如果汽車不重視維修，不能按照規(guī)定定期進行檢修，汽車長期處于超載、不良，頻繁低溫冷啟動等狀態(tài)，都會造成汽車零件失效。二是維修方面，主要包括配合情況、汽車維護狀況以及零件修理過程中是否出現(xiàn)損傷或缺陷等問題。
3.汽車零部件磨損失效模式
汽車零部件磨損是指汽車在運行過程中，零件與零件之間、周圍液體或汽車之間的接觸，生產(chǎn)的阻礙運動的效應(yīng)，它是摩擦效應(yīng)的一種表現(xiàn)和結(jié)果，與零部件所受的應(yīng)力狀態(tài)、材料的組織結(jié)構(gòu)、使用與條件等因素相關(guān)。磨損的發(fā)生往往會使得零件的形狀、尺寸以及表面性質(zhì)等發(fā)生變化，從而降低汽車零件的工作性能，但是磨損也有有益的一面，如汽車新零件的磨合，將會增加汽車零件的使用性能。
汽車零部件磨損按表面破壞激勵和特征，可以將其分為粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損等類型。其中，粘著磨損和磨料磨損是汽車零部件磨損的主要形式，其他則是只會出現(xiàn)在某種特定條件下。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計有超過3/4的汽車零部件失效或報廢都源于磨損，因此論文中將重點闡述汽車零部件的磨損失效模式。
3.1粘著磨損
粘著磨損主要是由于金屬表面符合過大、溫度過高，破壞了金屬表面的油膜而導(dǎo)致的零部件的摩擦表面直接接觸而發(fā)生的粘著，使得零部件表面的金屬轉(zhuǎn)移到另一個零件表面引起的磨損。造成粘著磨損的原因主要在于材料特性、零部件表面粗糙度、油、運動速度和單位面積上升壓力等因素，如油的使用方面，如果能夠保證足夠的油，以及油的粘度、工作溫度，則會有效保護零部件表面的氧化膜，延長零部件的使用壽命。
由于摩擦區(qū)形成的熱是引起粘著磨損的根本原因，因此一方面可以將摩擦區(qū)的溫度降低到油熱穩(wěn)定性的臨街溫度和金屬熱穩(wěn)定性的臨界點，通過減少摩擦區(qū)的溫度降低粘著磨損或是在材料的選擇上采用熱穩(wěn)定性較高的合金鋼；另一方面可以通過改善摩擦區(qū)的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸等，減少粘著磨損引起的汽車零部件失效。
3.2磨料磨損
磨料磨損是指魔草表面間存在的硬質(zhì)顆粒引起的磨損，通常將這些空氣中的灰塵、運動過程中零部件自身脫落的金屬顆粒以及油中的雜質(zhì)等稱之為磨料。在各類磨損形式中大約占磨損總消耗的50%，是危害最為嚴重的磨損形式。磨料磨損主要包括：擦痕，如柴油機配油漆的針閥偶件；磨料進入齒面間的疲勞剝落或磨料進入軸承間極易發(fā)生的塑性擠壓。
空氣中的塵沙和沙粒是造成汽車磨損，尤其是汽車發(fā)動機磨損的主要原因，因此可以采用油濾清，經(jīng)常清洗機油濾清器等方面提高零部件表面的硬度，從而增強零部件的耐磨性。同時，當(dāng)材料表面的硬度是磨料硬度的1.3倍時時磨料磨損的最小值，磨料尺寸越大，磨損量就會增加，直至達到最大值，所以材料的優(yōu)選對于減少磨料磨損引起的汽車零部件失效具有顯著的作用。
3.3疲勞磨損
所謂疲勞磨損是指在交變載荷作用下，發(fā)生在滾動及滾動與滑動并存的零部件表層產(chǎn)生的剝落現(xiàn)象，如齒輪齒面，一般疲勞磨損可以分為非擴展性疲勞磨損和擴展性疲勞磨損。非擴展型疲勞磨損主要是由于周期性的接觸壓力作用，在摩擦便面產(chǎn)生的麻點，且麻點會隨著單位接觸面積的降低而停止。而擴展性疲勞磨損主要是材料塑性較差是，接觸表面面對較大的壓應(yīng)力而產(chǎn)生的裂紋，并隨著金屬脫落形成凹坑和小麻點，致使汽車零部件停止工作。疲勞磨損通常是摩擦和疲勞的共同作用的結(jié)果，失效過程可以分為疲勞核心裂紋的形成以及疲勞裂紋的發(fā)展直至材料微粒的托等兩個階段。
參考文獻：
汽車底盤四輪驅(qū)動新技術(shù)
越來越多的新電子控制設(shè)備被應(yīng)用于汽車上。其中許多新的底盤控制技術(shù)設(shè)備在汽車的安全性、動力性、操作穩(wěn)定性等方面起著重要的作用。它包括全電路制動系統(tǒng)（BBW，Brake-by-Wire）、汽車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)（RWS、ESP等）、汽車懸架控制系統(tǒng)（ADC、ARC等）以及現(xiàn)在發(fā)展起來的汽車底盤線控技術(shù)（線控換檔系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、油門系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等）。再加上汽車CAN總線的應(yīng)用，42V電壓技術(shù)的研究，電動汽車的研究都會帶動汽車底盤控制技術(shù)向更高層次的發(fā)展。如今汽車底盤控制技術(shù)正向電子化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化方向發(fā)展。下面該論文就分別對汽車底盤的構(gòu)造技術(shù)以及這些新技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r及應(yīng)用作一一分析
汽車底盤的構(gòu)造介紹
底盤：底盤作用是支承、安裝汽車發(fā)動機及其各部件、總成，形成汽車的整體造型，并接受發(fā)動機的動力，使汽車產(chǎn)生運動，保證正常行駛。底盤由傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動系四部分組成。
（1）傳動系。傳動系一般由離合器、變速器、萬向傳動裝置、主減速器、差速器和半軸等組成。傳動系可按能量傳遞方式的不同，劃分為機械傳動、液力傳動、液壓傳動、電傳動等。
（2）制動系。汽車上用以使外界（主要是路面）在汽車某些部分（主要是車輪）施加一定的力，從而對其進行一定程度的強制制動的一系列專門裝置統(tǒng)稱為制動系統(tǒng)。其作用是：使行駛中的汽車按照駕駛員的要求進行強制減速甚至停車；使已停駛的汽車在各種道路條件下（包括在坡道上）穩(wěn)定駐車；使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定。
（3）轉(zhuǎn)向系
汽車上用來改變或恢復(fù)其行駛方向的專設(shè)機構(gòu)稱為汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基本組成：轉(zhuǎn)向操縱機構(gòu)、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)
（4）行駛系
行駛系由汽車的車架、車橋、車輪（注意）和懸架等組成。
汽車底盤最新技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
（1）汽車底盤的電子化技術(shù)。主要包括全電路制動系統(tǒng)（BBW）、汽車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)和汽車懸架控制系統(tǒng)。
（2）汽車底盤的線控技術(shù)
所謂線控就是用電子信號的傳送取代過去由機械、液壓或氣動的系統(tǒng)連接的部分，如換檔連桿、油門拉線、轉(zhuǎn)向器傳動機構(gòu)、剎車油路等。它不僅是取代連接，而且包括操縱機構(gòu)和操縱方式的變化，以及執(zhí)行機構(gòu)的電氣化。這將改變汽車的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
（3）汽車底盤集成化技術(shù)
現(xiàn)代汽車底盤電子控制系統(tǒng)正從最初單一控制發(fā)展到如今的多變量多目標(biāo)綜合協(xié)調(diào)控制，這樣可以在硬件上共用傳感器、控制器件、線路，使零件數(shù)量減少，從而減少連接點，提高可靠性，在軟件上實現(xiàn)信息融合、集中控制，提高和擴展各自的單獨控制功能。
（4）汽車底盤的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)
目前汽車上每個總成幾乎是機械、電子和信息一體化裝置。在系統(tǒng)中電子和信息部分所起的作用也越來越重要，汽車工電子裝置的增加使連接的電子線路迅速膨脹，線束越來越復(fù)雜。在汽車設(shè)計、裝配、維護中的負擔(dān)甚至到了無法承受的程度。而且線路接頭的增加引起安全隱患。另外線的重量和占用空間也是值得考慮的問題，重量的增加意味著降低效率。線路體積（直徑）太大在相對運動的部分之間過線非常困難，所以在電子裝置不斷增加的情況下，減少線束成為一個必須解決的問題，而使用傳統(tǒng)的點到點平行連接方式顯然無法擺脫這種困境，因而基于串行通信傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成為一種必然的選擇。基于汽車底盤的電子化技術(shù)、線控技術(shù)的應(yīng)用、汽車底盤的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)成為必然。如何建立局域網(wǎng)將汽車底盤的各種電子設(shè)備的傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、ECU的數(shù)據(jù)和信息通過一個總的ECU進行集中控制成為急需解決的問題。
目前汽車底盤中采用的新技術(shù)
（1）主動懸架系統(tǒng)
在汽車上使用的統(tǒng)懸架是由彈簧、減震器、導(dǎo)向機構(gòu)和推力桿等組成的，懸架的功能是減弱由不平路面?zhèn)鹘o車架的沖擊載荷，衰減由沖擊載荷引起的承載系統(tǒng)振動.由于這種懸架作用是外力引起的，所以稱為從動懸架。
所謂主動式懸架系統(tǒng)，是控制環(huán)節(jié)中的執(zhí)行元件能針對外力的作用，產(chǎn)生一個力來主動控制車身的移動和車輪受到的載荷（路面的作用力）。當(dāng)汽車行駛在凹凸不平的路面時，執(zhí)行元件抑制了輸入方向的力，使懸架產(chǎn)生抽動。因此，主動懸架能夠有效地抑制車身的側(cè)傾，并使高度一致。
（2）四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（4WS）
目前，世界上各汽車廠商都在積極開發(fā)4Ws車，主要出于兩點考慮：一是可以提高車輛高速穩(wěn)定性。尤其是在緊急換道行駛時；二是可以提高車輛在密集排放的停車場上進出的靈活性。但不管在哪種場合，都依靠高速時同相位轉(zhuǎn)向來提高操縱穩(wěn)定性.低速時采用逆相位轉(zhuǎn)向提高操縱性。
（3）四輪驅(qū)動系統(tǒng)（4WD）
四輪驅(qū)動能夠根據(jù)前后軸的轉(zhuǎn)速，控制并分配其驅(qū)動力，使汽車具有防滑能力及良好的加速性和行駛穩(wěn)定性，基于這些優(yōu)點，四輪驅(qū)動已由7O年代以前主要用于“吉普車”發(fā)展到目前以轎車為中心迅速普及開來。
（4）防抱死制動系統(tǒng)（ABS）
防抱死制動系統(tǒng)（ABS）是一種開發(fā)時問最長、推廣應(yīng)用最為迅速的部件.也是目前最有效的安全部件，并已經(jīng)成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)裝備。
（5）牽引控制系統(tǒng)（ASR）
1987年，寶馬公司在其系列豪華車上用了一種牽引控制裝置，由于效果不錯.到了90年代，銷往美國的寶馬車也裝上了這一系統(tǒng)，幾乎同時，卡迪拉克也在90款聯(lián)盟牌轎車上應(yīng)用了這一系統(tǒng)，并且是標(biāo)準(zhǔn)裝備。從那時起，牽引控制系統(tǒng)獲得了廣泛的應(yīng)用，總計有23個廠家50余種車型應(yīng)用了這一裝置。
在奧運這個大平臺上，以“科技、綠色、人文”為發(fā)展趨勢，各種新材料產(chǎn)品爭奇斗艷。不必說巧奪天工的“鳥巢”鋼結(jié)構(gòu)、晶瑩剔透的“水立方”、韻味十足的“祥云”火炬，不必說可降解餐盒、購物袋中的綠色材料、自清潔玻璃中納米材料以及國家體育館太陽能發(fā)電系統(tǒng)的能源材料，也不必說令人耳目一新的“鯊皮泳衣”、“聰明”球衣和“神奇”跑鞋，單是全球首次將磷酸鐵鋰正極材料的動力電池應(yīng)用于純電動大巴就絕對地可圈可點。
至今，在以奧運場館為特色的觀光2號線和以長安街沿線風(fēng)景為特色的5號線上，依然行駛著這樣的電動客車，其動力電池組亦正在北京純電動環(huán)衛(wèi)車中得到批量應(yīng)用。“磷酸鐵鋰電池”、“北大先行制造”，一時之間洛陽紙貴。可是，究竟什么是磷酸鐵鋰電池?以它作為電池的動力材料具有怎樣的優(yōu)勢?為此，記者走訪了北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院博士生導(dǎo)師、北大先行科技產(chǎn)業(yè)有限公司副總經(jīng)理周恒輝博士。
鋰離子為動力的電池的性能主要取決于正負極材料，近幾年，磷酸鐵鋰作為鋰動力電池材料的一顆新星而出現(xiàn)。相對于傳統(tǒng)的動力電池，磷酸鐵鋰電池具有諸多的優(yōu)勢。首先磷酸鐵鋰電池壽命超長，而且使用起來更加安全，一般的錳酸鋰和鈷酸鋰耐熱溫度只在200℃左右，而磷酸鐵鋰的放熱峰值可達350℃～500℃，故鈷酸鋰或錳酸鋰電池在濫用條件下存在爆炸隱患可能對消費者的生命安全構(gòu)成威脅，而磷酸鐵鋰電池的出現(xiàn)解決了這類安全隱患問題，經(jīng)過嚴格的安全測試即使在最惡劣的交通事故中也不會產(chǎn)生爆炸。該類電池可大電流快速充放電，在專用充電條件下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿，最高放電倍率可達20c以上，而鉛酸電池現(xiàn)在則無此性能。無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜、壽命長，磷酸鐵鋰以其一系列的優(yōu)點成為新一代鋰離子電池的理想正極材料，也成為國家“863”計劃、“973”計劃和“十一五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃重點支持的領(lǐng)域。
正是在“863”計劃新材料領(lǐng)域的支持下，北大先行科技產(chǎn)業(yè)有限公司與北京大學(xué)攜手研發(fā)了400V／360Ah應(yīng)用于純電動大巴的磷酸鐵鋰動力電池組。該電池組每次充電可運行150公里以上，截至2008年2月底，應(yīng)用該電池組的純電動大巴已運行一萬多公里，通過了汽車產(chǎn)品主管部門所需的所有測試，并被列入4月份的“車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告(第165批)”目前，這類電池組已經(jīng)成功應(yīng)用于奧運純電動大巴。
獨具慧眼識真“金”
以周恒輝為首的科研團隊獨具慧眼地在磷酸鐵鋰材料上找到了新的突破，然而，他們并不是第一個注意到磷酸鐵鋰材料的人。磷酸鐵鋰在電池領(lǐng)域的應(yīng)用最早起源于國際鋰電池材料巨擘――J.B.Goodenough及其合作者在1997年的一次發(fā)現(xiàn)。其后。逐漸成為電池領(lǐng)域公認的理想正極材料，但因其導(dǎo)電性差，不適合大電流充放電，距實際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用尚有較長的一段距離，只局限于實驗室的基礎(chǔ)研究。
1995年，周恒輝開始在北京大學(xué)攻讀博士學(xué)位，師從慈云祥教授。準(zhǔn)備論文之際，僅過而立之年的他把目光瞄向了剛興起不久的鋰離子電池及其材料研究。1998年，周恒輝以優(yōu)異的成績拿下了理學(xué)博士學(xué)位。在其項目團隊有關(guān)鋰離子電池及其關(guān)鍵材料研究成果的基礎(chǔ)上，1999年12月10日，東圣投資有限公司與北京大學(xué)合作創(chuàng)建了北大先行科技產(chǎn)業(yè)有限公司。
2001年，周恒輝指導(dǎo)的一個本科學(xué)生在做畢業(yè)論文時，選擇了當(dāng)時并不算是熱點的磷酸鐵鋰，通過對學(xué)生畢業(yè)論文的輔導(dǎo)。周恒輝對這一“冷門”材料有了初步的認識，對其低成本、高安全的特性發(fā)生了極大的興趣。而此時，正值中國電池產(chǎn)業(yè)流光溢彩之際，經(jīng)過一番市場調(diào)查，周恒輝發(fā)現(xiàn)一家位于美國的原本生產(chǎn)鈷酸鋰電池的客戶轉(zhuǎn)向磷酸鐵鋰電池，在分析了客戶需求導(dǎo)向之后，北大先行也啟動了磷酸鐵鋰研究。“1996年，業(yè)界對于磷酸鐵鋰電池還只是基于一個可能性的認識上”，周恒輝介紹說，“2002年以后，磷酸鐵鋰才真正為人們所熟悉，而真正形成規(guī)模效益則已經(jīng)到了2006年之后。”他相信隨著磷酸鐵鋰材料和電池性能的逐步提高，其應(yīng)用領(lǐng)域必將不斷擴大，從而產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟效益。
2002年底，北大先行的一家臺灣客戶需要用于藍牙耳機的3伏扣式電池，基于成本考慮，他們向客戶推薦了磷酸鐵鋰電池。盡管只有3萬枚扣式電池，但畢竟是他們拿到的第一個磷酸鐵鋰單子，就是這筆單子使他們邁出了磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)化的第一步。而這種以最快的速度接近終端市場的方法也成為北大先行一直遵循的技術(shù)路線，“這種快速的成果轉(zhuǎn)化通道能讓每個人更加便捷地感受到技術(shù)的進步”，周恒輝如是說。一分耕耘一分收獲
2003年。北大先行以他們獨特的眼光和勇氣，在一片質(zhì)疑聲中，承擔(dān)了北京市科學(xué)技術(shù)委員會的“新一代正極材料磷酸鐵鋰中試研究”項目。磷酸鐵鋰一向以技術(shù)難度大、門檻高、產(chǎn)業(yè)化方向不明晰等原因而存在著諸多的風(fēng)險。成為業(yè)界一塊難啃的骨頭。然而困難退縮絕不是北大先行的品格，也不是周恒輝的個性。在北京市科委和國家“863”計劃的支持下，他們開始了新的科研征程。經(jīng)過幾年的努力，他們形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的磷酸鐵鋰中試生產(chǎn)技術(shù)，建成了年產(chǎn)100噸的示范生產(chǎn)線，成功解決了磷酸鐵鋰材料改性和規(guī)模生產(chǎn)方面的難題，在國內(nèi)率先實現(xiàn)了磷酸鐵鋰的規(guī)模生產(chǎn)，其磷酸鐵鋰電池正極材料各項性能指標(biāo)均達到或是超過了項目任務(wù)書上的要求，產(chǎn)品性能得到國內(nèi)外客戶的廣泛認可和好評，并有多項發(fā)明專利獲得授權(quán)。
一分耕耘一分收獲，周恒輝他們的努力終于迎來了曙光，2007年3月28日，“新一代正極材料磷酸鐵鋰中試研究”項目順利通過了北京市科委組織的項目驗收。他們的成就有目共睹，在這個項目中，不僅解決了從實驗室技術(shù)至批量生產(chǎn)技術(shù)中的一系列工程問題，而且形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中試生產(chǎn)技術(shù)，推動了上下游產(chǎn)業(yè)鏈的形成。在此基礎(chǔ)上，他們與合作企業(yè)研制的55Ah及120Ah磷酸鐵鋰電池及其電池組通過了國家“863”動力電池測試中心的QC／T743-2006《電動道路車輛用鋰離子蓄電池》國家標(biāo)準(zhǔn)的所有32個項目的測試，鑒定結(jié)果顯示：磷酸鐵鋰電池在過充、針刺、擠壓等試驗中體現(xiàn)了良好的安全性能。國家“863”電動車重大專項動力電池測試中心主任王子冬給予了該產(chǎn)品高度的評價，他表示，“利用磷酸鐵鋰制備的高容量動力電池在檢測過程中，顯示出良好的安全性與壽命，加之原料豐富，從這一點說，作為電動車用動力電池，磷酸鐵鋰具備良好的商業(yè)價值。”
守得云開見月明
一項新技術(shù)的發(fā)展勢必要經(jīng)歷一個從被質(zhì)疑到被接受的過程，2007年的中國，磷酸鐵鋰材料也是守得云開見月明。在這一年里，磷酸鐵鋰成果得到了前所未有的發(fā)展，其技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用進程以及它所呈現(xiàn)出的規(guī)模成長性超乎了所有人的想象。國內(nèi)不少公司都在積極試制應(yīng)用于電動車、電動自行車、電動工具等領(lǐng)域的磷酸鐵鋰電池，部分企業(yè)已經(jīng)儲備
了四五個不同應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)產(chǎn)品，我國的磷酸鐵鋰發(fā)展正式步入了產(chǎn)業(yè)化階段。正因為其優(yōu)于以往鋰動力電池正極材料的這些特性，不少企業(yè)已開始強力介入電動車用磷酸鐵鋰電池的研發(fā)。以國內(nèi)知名電池生產(chǎn)企業(yè)――天津力神、比亞迪為代表的中國電池界，紛紛投入巨資啟動了磷酸鐵鋰動力電池研究，并建設(shè)了相關(guān)生產(chǎn)線。比亞迪公司更在2007年的深圳高交會上，高調(diào)了名為“ET―POWER”的鐵電池，并表示隨著以鐵電池為動力之一的雙模混合電動汽車F6預(yù)計于2008年推向市場，鐵電池將實現(xiàn)成熟商用，而比亞迪鐵電池正是磷酸鐵鋰電池。可以說，繼錳酸鋰產(chǎn)業(yè)化之后，磷酸鐵鋰批量生產(chǎn)技術(shù)的突破使得中國動力鋰電池行業(yè)呈現(xiàn)出多元化的態(tài)勢。
應(yīng)時、應(yīng)勢，對于周恒輝及其團隊來說，他們是生得其時，鋰鐵電池高速發(fā)展的今天無疑是給了他們一個穩(wěn)定發(fā)展的平臺。這位自稱為“土生土長”的北大人，談起磷酸鐵鋰，談起北大先行，語氣中總是有著難以掩抑的自豪。九年，對于一個處在競爭白熱化的高科技企業(yè)來說，能夠贏得一席之地已是不易。更何況是像他們一樣走在行業(yè)的前列!這其中，該深埋著如周恒輝一樣的北大人多少的汗水呢!
2007年3月，北京大學(xué)與北大先行科技產(chǎn)業(yè)有限公司聯(lián)合申報的“磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”經(jīng)北京市政府批準(zhǔn)進入“北京新材料工程中心”首批入選項目。同年10月，北京市副市長趙鳳桐親自為“磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)化基地”授牌。
“磷酸鐵鋰產(chǎn)業(yè)化基地”的建設(shè)，為周恒輝找到了一個新的起點。或許，在他心中，基礎(chǔ)科研本來就只是一個過程，他所追求的終極始終是規(guī)模化的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。“形成具自主知識產(chǎn)權(quán)的‘能量型’和‘功率型’兩大產(chǎn)品規(guī)格系列以及一條300噸／年的生產(chǎn)線”，這似乎已經(jīng)不僅僅只是一個單純的夢想。那些曾經(jīng)廢寢忘食的日夜，那些曾經(jīng)行色匆匆的過往，都是他們努力的明證。北京奧運期間，純電動奧運大巴的出色表現(xiàn)，也將成為他們繼續(xù)奮斗下去的動力。