楊 琪，劉世達(dá)

（德州學(xué)院 汽車工程學(xué)院，山東 德州 253025）

油門防誤踩系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

楊 琪，劉世達(dá)

（德州學(xué)院 汽車工程學(xué)院，山東 德州 253025）

為了減少駕駛員在突發(fā)狀況發(fā)生時(shí)誤踩加速踏板此類交通事故的發(fā)生，文章基于突發(fā)情況下制動(dòng)時(shí)誤踩加速踏板的力比正常情況下踩加速踏板的力大很多這一事實(shí)，從而導(dǎo)致節(jié)氣門的開(kāi)度會(huì)比正常加速情況下大得多。以此可以通過(guò)節(jié)氣門位置傳感器測(cè)量得出緊急情況下誤踩油門時(shí)節(jié)氣門的開(kāi)啟時(shí)間、角加速度與角速度這三個(gè)參數(shù)的值，并與設(shè)定的各自臨界門檻值相比較，判斷是否為誤踩油門踏板的情況。若控制單元判斷為誤踩加速踏板，則由執(zhí)行單元對(duì)汽車進(jìn)行緊急制動(dòng)，有效地防止此類誤踩油門而導(dǎo)致的交通事故。

緊急制動(dòng)；誤踩油門；節(jié)氣門

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在緊急情況下由于駕駛員過(guò)度緊張等因素，將加速踏板當(dāng)作制動(dòng)踏板這類誤踩油門而引發(fā)的嚴(yán)重交通事故在重大交通事故中的比例為12.6%。由于制動(dòng)踏板與加速踏板位置緊靠并且一般駕駛員在行駛過(guò)程中會(huì)把腳放在加速踏板處，突發(fā)狀況發(fā)生時(shí)，駕駛員很容易誤把油門踏板當(dāng)作制動(dòng)踏板而猛踩油門導(dǎo)致車輛異常加速引發(fā)重大的事故。為了防止和減少此類交通事故的發(fā)生，文章設(shè)計(jì)了油門防誤踩系統(tǒng)。該裝置以緊急制動(dòng)過(guò)程中誤踩加速踏板時(shí)節(jié)氣門的開(kāi)啟時(shí)間、角加速度與角速度這三個(gè)參數(shù)為依據(jù)，各自與臨界門檻值相比較判斷是否為誤踩加速踏板，若是，則該系統(tǒng)立刻采取緊急制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行緊急制動(dòng)。

1 系統(tǒng)可行性分析

表1 踩踏加速踏板與制動(dòng)踏板的作用時(shí)間表

幾種常見(jiàn)車型踩踏油門踏板與制動(dòng)踏板的作用時(shí)間表如表1所示，踩踏加速踏板作用時(shí)間約為1.1s，踩踏制動(dòng)踏板作用時(shí)間約為0.1s。

對(duì)以上踩踏加速踏板與制動(dòng)踏板作用時(shí)間求平均值再求比值得：

式中：t2、t1分別為加速踏板與制動(dòng)踏板作用時(shí)間。

為了簡(jiǎn)化分析過(guò)程，近似將踩踏油門踏板過(guò)程看作是勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其初速度等于零。于是有：

式中：S為踩踏油門踏板的行程；a為油門踏板的加速度；t為踩踏油門踏板的時(shí)間。

從而可以得到：

踩踏加速踏板的行程小于等于100mm，而在緊急制動(dòng)誤踩油門過(guò)程中，會(huì)誤將油門當(dāng)做制動(dòng)踏板踩到最底端，所以取S=100mm。得：a1=0.176m/s2、a2=24.42m/s2。求得踩踏油門踏板和踩踏制動(dòng)踏板角加速度近似比為：

式中：a1、a2分別為油門踏板與制動(dòng)踏板的角加速度。由

可得出：ω1=0.188rad/s、ω2=2.210rad/s。求得踩踏加速踏板與制動(dòng)踏板角速度近似比為：

式中：ω1、ω2分別為踩下油門踏板與制動(dòng)踏板動(dòng)作終了時(shí)的角速度。

由式（1）、（2）、（3）式得出，誤踩油門與正常行駛時(shí)踩油門這兩種動(dòng)作在三個(gè)參數(shù)的數(shù)值上有一定的差別，所以通過(guò)判斷這三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)是否分別大于這三個(gè)參數(shù)臨界門檻值，由此來(lái)判斷駕駛員是否為緊急制動(dòng)時(shí)誤踩油門踏板。

2 工作原理及系統(tǒng)組成

2.1 工作原理

在車輛正常加速過(guò)程中，踩踏油門踏板的力是緩和的，而突發(fā)狀況下制動(dòng)時(shí)踩踏制動(dòng)踏板的力是很大的，在很短時(shí)間內(nèi)將制動(dòng)踏板踩踏到最底端的位置，所以在制動(dòng)過(guò)程中誤踩加速踏板時(shí)也會(huì)具有這個(gè)特點(diǎn)。所以三個(gè)參數(shù)值都會(huì)被比車輛正常行駛加速情況下大得多。

通過(guò)節(jié)氣門位置傳感器把測(cè)得節(jié)氣門開(kāi)啟的時(shí)間、角速度、角加速度這三個(gè)參數(shù)由信號(hào)采集單元傳輸給電子控制單元，由電子控制單元判斷這三個(gè)獨(dú)立的參數(shù)是否分別大于這三個(gè)參數(shù)臨界門檻值，由此來(lái)判斷駕駛員是否為誤踩油門踏板，若是，則再由電子控制單元將信號(hào)輸送給執(zhí)行單元，來(lái)對(duì)車輛進(jìn)行緊急制動(dòng)。

2.2 系統(tǒng)組成

汽車緊急制動(dòng)過(guò)程中防誤踩油門系統(tǒng)包括信號(hào)采集單元、電子控制單元與執(zhí)行單元三部分組成。主要由節(jié)氣門位置傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、電子控制器、LED顯示器、電磁閥、按鍵、電源等組成。信號(hào)采集單元將采集到的參數(shù)信號(hào)輸送給電子控制單元，由電子控制單元判斷是否為誤踩油門，若判斷為誤踩則最終再將信號(hào)傳輸給執(zhí)行單元，由執(zhí)行單元進(jìn)行緊急制動(dòng)。圖1為系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）信號(hào)采集單元。通過(guò)試驗(yàn)證明，汽車在正常行駛加速過(guò)程與突發(fā)狀況制動(dòng)過(guò)程相比較，駕駛員踩踏踏板的力與作用在踏板上的時(shí)間是有很大不同的，緊急制動(dòng)過(guò)程中踩踏制動(dòng)踏板具有力度大且時(shí)間短的特點(diǎn)，且一般情況下緊急制動(dòng)時(shí)駕駛員會(huì)將制動(dòng)踏板立即踩到最底端。所以會(huì)使節(jié)氣門的開(kāi)度大不相同。緊急狀況發(fā)生時(shí)，誤踩油門會(huì)導(dǎo)致節(jié)氣門的開(kāi)啟角度迅速增大。因此，根據(jù)汽車正常行駛情況下踩踏油門踏板與遇到突發(fā)狀況制動(dòng)時(shí)誤踩油門踏板這兩種動(dòng)作在節(jié)氣門開(kāi)啟角度，角速度、角加速度這三個(gè)參數(shù)上存在的巨大不同，也可通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)出這三個(gè)參數(shù)的臨界門檻值，把這三個(gè)參數(shù)的臨界門檻值儲(chǔ)存在系統(tǒng)控制器，以便將信號(hào)傳輸給電子控制單元進(jìn)行分析處理。

（2）電子控制單元。如圖2所示，節(jié)氣門傳感器的作用是將采集到的節(jié)氣門開(kāi)啟角度信號(hào)傳輸給信號(hào)調(diào)理電路，由信號(hào)調(diào)理電路將角度信號(hào)轉(zhuǎn)化成節(jié)氣門角速度與角加速度信號(hào)并傳輸給電子控制器，電子控制器將信號(hào)的瞬時(shí)模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后將這三個(gè)參數(shù)的瞬時(shí)數(shù)字量與各自的臨界門檻之相比較，若三個(gè)參數(shù)都超過(guò)各自的臨界門檻值，則判斷為誤踩油門，則執(zhí)行單元立即接到由控制器輸出的信號(hào)。

圖2 電子控制單元

（3）執(zhí)行單元。如圖3所示，執(zhí)行單元主要是利用汽車本身的執(zhí)行器即真空助力器，在汽車正常行駛加速情況下，電磁閥1打開(kāi)，電磁閥2則關(guān)閉。若控制器判斷駕駛員踩踏加速踏板動(dòng)作為誤踩油門，則立即向電磁閥傳輸信號(hào)，使電磁閥1由開(kāi)啟變?yōu)殚]合，電磁閥2由閉合變?yōu)殚_(kāi)啟，在進(jìn)氣歧管的真空作用下，真空助力器膜片動(dòng)作，使制動(dòng)踏板壓下，從而對(duì)汽車進(jìn)行緊急制動(dòng)措施。

圖3 執(zhí)行單元

3 結(jié)語(yǔ)

從交管部門了解到駕駛員在緊急制動(dòng)過(guò)程中誤踩加速踏板這種誤操作出現(xiàn)的概率約為萬(wàn)分之一，盡管概率不高但是一旦發(fā)生就會(huì)導(dǎo)致不可挽回的后果。油門防誤踩系統(tǒng)充分發(fā)揮制動(dòng)踏板的作用，能夠有效節(jié)約事故前反應(yīng)，從而降低了因?yàn)檎`操作而導(dǎo)致交通事故的發(fā)生機(jī)率。

［1］任宇立.道路交通安全現(xiàn)狀及交通事故分析方法初探［J］.道路交通與安全，2010，10（2）：4-6.

［2］張娜，陳松.基于AT89S52單片機(jī)的誤踩油門控制器的設(shè)計(jì)［J］.西昌學(xué)院學(xué)報(bào)，2009,23（3）：73-75.

［3］Taan Ngee-Hou,Tan Robert.Design Considerations of Linear Hall Sensor for Thottle Position Sensing［C］.SAE Paper 2008-28-0002.

［4］田新民.汽車加速踏板科學(xué)定位試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)機(jī)械工程雜志，2001，（12）.

［5］盧新湘，鄒向陽(yáng)，康風(fēng).防止司機(jī)誤把油門當(dāng)剎車的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究［J］.內(nèi)燃機(jī)，2007，6（3）：13-19.

Design of Throttle System

YANG Qi，LIU Shi-da
（College of Automotive Engineering，Dezhou University，Dezhou，Shandong 253025，China）

In order to reduce the occurrence of such a traffic accident in the event of a sudden increase in the occurrence of an emergency pedal，the paper is based on the fact that the force of the accelerator pedal in the case of sudden braking is much greater than that in the normal case，resulting in a throttle opening greater than normal acceleration.This can be measured by the throttle position sensor to get the throttle opening time，angular acceleration and angular velocity of under the emergency throttle, and set the respective threshold to compare so as to determine whether is the error step on the accelerator pedal.If the control unit determines that the accelerator pedal is erroneously pressed，the emergency braking is performed by the execution unit to effectively prevent the traffic accident caused by such a throttle.

emergency brake；mistakenly throttle；throttle

U463.6

A

2095-980X（2017）06-0078-02

2017-05-23

楊琪（1996-），女，山東德州人，主要研究方向：交通運(yùn)輸（汽車運(yùn)用工程）。

劉世達(dá)（1987-），男，山東單縣人，德州學(xué)院助教，主要研究方向：汽車NVH控制。