羅欽 李沁逸 李有通

摘 ?要：汽車行駛過程中若遇突發(fā)狀況，駕駛員常因緊張誤把油門踏板當(dāng)做剎車快速踩下，從而引發(fā)交通事故。系統(tǒng)設(shè)計了一款以雙微分檢測電路、電壓比較器和CD4013觸發(fā)器為核心的檢查與識別電路，用以檢測汽車油門踏板快速踩下時的電壓信號與正常踩油門時信號的區(qū)別進行比較，從而對誤踩進行識別，啟動ABS主動剎車和抑制加速等措施，盡量避免引發(fā)交通事故。此系統(tǒng)可直接加裝在汽車上，不需改動汽車，簡單便捷，實用性廣，成本低廉。

關(guān)鍵詞：汽車;油門誤踩;自動剎車

中圖分類號：U463.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）19-0090-02

Abstract： If there is an emergency in the process of driving， the driver often missteps the accelerator pedal as a brake， which leads to traffic accidents. The system designs an inspection and identification circuit with double differential detection circuit， voltage comparator and CD4013 trigger as the core， which is used to detect the difference between the voltage signal of automobile throttle pedal quickly and the signal of normal throttle pedal， so as to identify misstep， start ABS active brake and restrain acceleration， so as to avoid traffic accidents as far as possible. This system can be directly installed on the car， without changing the car， therefore it is simple， convenient，widely practical and of low cost.

Keywords： car; wrong throttle; automatic brake

1 系統(tǒng)主體

如今汽車主動安全系統(tǒng)已經(jīng)大量應(yīng)用，如主動剎車、制動輔助、ABS防抱死等，這些系統(tǒng)實時監(jiān)測汽車與前方障礙物距離和相對速度、剎車制動力、輪速等，在預(yù)判駕駛危險時進行主動制動、加強制動力等反應(yīng)保障駕駛安全。但現(xiàn)今汽車主動安全技術(shù)依然有許多不足之處，如常出現(xiàn)“駕駛員遭遇突發(fā)狀況時誤把油門踏板當(dāng)做剎車踩下”的案例發(fā)生，引發(fā)嚴(yán)重交通事故，而現(xiàn)今缺乏對這一情況進行保護處理的安全系統(tǒng)[1]。

結(jié)合汽車ABS剎車和節(jié)氣門的控制機制，本系統(tǒng)設(shè)計了一種以檢測分析油門角度位置傳感器輸出電壓信號為基礎(chǔ)的油門防誤踩自動剎車加裝系統(tǒng)，當(dāng)油門踏板被踩下的速度達(dá)到一定值后，便啟動誤踩保護措施，系統(tǒng)總體框架如圖1所示：

1.1 信號采集——1/2號引腳

1號、2號引腳采用夾持刺入式破線探測鉤，直接通過頂部探針刺破信號線束表皮對信號進行采集，通過探測頭頂部彎鉤結(jié)構(gòu)進行緊固固定，保持長期數(shù)據(jù)監(jiān)測。1號引腳接油門踏板角度傳感器獲得踩下油門踏板的電壓信號數(shù)據(jù);2號引腳檢測轉(zhuǎn)向燈開關(guān)，在超車開啟轉(zhuǎn)向燈時抑制防誤踩保護機制，防止誤觸發(fā)防誤踩功能。

1.2 供電及策略應(yīng)對——3/4/5/6號引腳

3號引腳直接使用市面常見的保險盒取電器取電。4號引腳直接采用市面常見的半圓扁狀導(dǎo)電片搭接線，可在任一搭鐵處用螺絲壓緊完成搭鐵。5號引腳采用免剝線并線扣結(jié)構(gòu)，將其和ABS泵正轉(zhuǎn)信號線輸入線通過銅鍍錫破線刀并接在一起，當(dāng)系統(tǒng)判定需要防誤踩緊急制動時，直接發(fā)出帶有一定功率的高電平驅(qū)動信號通過ABS泵驅(qū)動制動輪缸制動。6號引腳也通過并線扣接至節(jié)氣門電機正轉(zhuǎn)輸入線，當(dāng)判定為誤踩油門時，該線路將其對地短接，以屏蔽汽車本身的節(jié)氣門片正轉(zhuǎn)信號，抑制節(jié)氣門片的轉(zhuǎn)動，阻止汽車加速，保護安全。

1.3 靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕

殼體外部設(shè)置靈敏度調(diào)整旋鈕，該旋鈕通過內(nèi)部電路的滑動變阻器調(diào)節(jié)誤踩識別靈敏度。踩油門較激烈的駕駛員可把誤踩識別靈敏度調(diào)低，避免激烈駕駛時錯誤識別為誤踩油門。而較溫柔的駕駛員可把靈敏度調(diào)高，方便系統(tǒng)更易識別出誤踩油門。駕駛員只需安裝后通過汽車原地空檔怠速猛踩一下油門，觀察節(jié)氣門片是否轉(zhuǎn)動即可判斷系統(tǒng)是否識別，以此調(diào)整靈敏度，簡單安全，適用不同人群。

2 電路設(shè)計

系統(tǒng)采集踏板位置傳感器輸出的電壓信號，根據(jù)電壓的大小和變化速率可以得到踏板的行程位置、踩踏速度和加速度等信息，經(jīng)主控模塊綜合判斷駕駛員是否為緊急情況下發(fā)生了誤油門，決定是否啟動保護措施，保障行車安全[2]。主要由油門狀態(tài)采集、比較識別與驅(qū)動執(zhí)行、轉(zhuǎn)向燈信號采集等四大部分電路組成。

2.1 油門狀態(tài)采集模塊

踏板位置傳感器4、6號引腳發(fā)出的電壓大小范圍為0.5～4.5V，其信號與油門被踩下的行程和角度成正比關(guān)系。采用兩級微分電路對踏板位置傳感器輸出的電壓信號進行微分，一階微分電路輸出信號表征了踏板的速度，發(fā)送給比較識別電路的U1A;二階微分電路輸出信號表征了踏板的加速度，發(fā)送給比較識別電路的U1B[3]。由于踏板位置傳感器的輸出信號是隨著行程逐漸上升，而微分電路具有反向效果，故兩個運放器同相端加4V電壓抬升輸出信號，油門踩得越快，輸出信號便會由高向低的變化率越大。如圖2所示。

2.2 信號比較識別模塊

該部分主要由2個電壓比較器、與門、2個CD4013觸發(fā)器組成，采集電路通過2個端口將駕駛員踏下油門的速度、加速器情況發(fā)動給比較識別電路。經(jīng)驗證當(dāng)緊急剎車誤踩到油門時，踏板的行程量會在0.2s內(nèi)被踩下至少10cm，踩踏速度可達(dá)5m/s、加速度可達(dá)到10m/s2。本電路可調(diào)整識別的閾值，只有當(dāng)油門踩下的行程、速度與加速度均達(dá)到閾值后才進行識別動作，邏輯如下：

U1A與U1B參考電壓從比較器同相端輸入，比較電壓從反向端輸入，當(dāng)油門踩下的速度與加速度越大，比較電壓就越低，低于參考電壓時比較器輸出高電平?；瑒幼冏杵鱎45、R46調(diào)整參考電壓大小，其滑動觸點通過產(chǎn)品外殼設(shè)置的靈敏度調(diào)整旋鈕聯(lián)動調(diào)整。僅當(dāng)2個比較器均輸出高電平時，與門才輸出高電平，觸發(fā)2個CD4013觸發(fā)器。觸發(fā)器的S端與R段均置0，D端置1，當(dāng)CLK端接收到與門發(fā)出的上升沿信號時，引腳Q輸出高電平給后面的驅(qū)動執(zhí)行電路，進行誤踩保護動作。如圖3所示。

2.3 驅(qū)動執(zhí)行模塊

在需要進行保護性制動時，該模塊可實現(xiàn)利用汽車現(xiàn)有的ABS泵進行自動剎車，以及抑制節(jié)氣門片的轉(zhuǎn)動來阻止汽車加速這兩大功能。ABS motor端口連接三極管基極，可直接控制制動ABS系統(tǒng)制動液蓄能器驅(qū)動電機，當(dāng)系統(tǒng)判斷為誤踩油門時，該端口接收到高電平導(dǎo)通各級放大電路，通過并線扣接線使ABS泵電機導(dǎo)通，液壓推動制動輪缸進行制動，使汽車剎車。同時Throttle motor端口也導(dǎo)通繼電器K1，從而使節(jié)氣門片電機供電線與地短接，直接屏蔽原線路中驅(qū)動節(jié)氣門片轉(zhuǎn)動的高電平信號，抑制節(jié)氣門片轉(zhuǎn)動，阻止發(fā)動機加速。如圖4所示：

3 結(jié)束語

本設(shè)計最大的特點就是實現(xiàn)了根據(jù)油門踏板踩下的情況，進行硬件電路自動識別和誤踩保護功能的加裝系統(tǒng)，且可以根據(jù)不同風(fēng)格駕駛員進行識別靈敏度調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單、安裝簡易、使用方便、適用各類型款式的汽車，不需對汽車進行改動。當(dāng)然也有不足之處，如不同情況踩下油門時輸出電壓信號還可進一步分析，以在誤踩識別時調(diào)整識別閾值，從而提高識別準(zhǔn)確度。同時還可以根據(jù)前方障礙物距離、汽車車速等多種狀態(tài)參數(shù)來提供更加智能的保護措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]張永超，趙錄懷，賈晨，等.基于駕駛員特性的油門誤踩檢測策略與實車驗證[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2019（12）：40-42.

[2]崔亞楠.汽車緊急制動防誤踩油門智能系統(tǒng)的研究[J].時代汽車，2019（5）：143-144.

[3]羅欽.智能電子節(jié)氣門控制策略研究[D].重慶交通大學(xué)，2016.

[4]邱亞楠.汽車防誤踩油門的自動剎車系統(tǒng)的研究[D].中國計量學(xué)院，2012.