吳春江 鄧彪

（重慶交通大學(xué)）

通常，汽車的油門踏板和制動踏板并列安裝在一起，而且駕駛員在駕駛時通常將腳放在油門踏板位置處，所以在遇到緊急情況，如突然有人或動物橫穿馬路、前方突然出現(xiàn)障礙物、突然遇到急轉(zhuǎn)彎道等突發(fā)狀況時，駕駛員很容易誤把油門當(dāng)剎車使用而猛踩油門，導(dǎo)致汽車突然加速。為減少這種在緊急狀況時，因過度緊張等原因，駕駛員誤將油門踏板當(dāng)成制動踏板而引發(fā)的交通事故，學(xué)者提出了不同的控制策略[1-2]，文章設(shè)計了一種智能的防誤踩油門控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用電子控制技術(shù)結(jié)合機械裝置的方法來實現(xiàn)誤踩油門時的緊急制動控制，系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，安全可靠，具有較高的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景。

1 控制系統(tǒng)設(shè)計方案

1.1 結(jié)構(gòu)組成

本系統(tǒng)主要由信號采集單元、電子控制單元（ECU）及執(zhí)行單元組成。信號采集單元包括油門踏板加速度傳感器、油門踏板位置傳感器、車速傳感器和雷達(dá)探測器；ECU 包括單片機和電子開關(guān)；執(zhí)行機構(gòu)包括怠速控制系統(tǒng)、緊急制動系統(tǒng)和電子油門控制系統(tǒng)。

1.2 工作原理

初始狀態(tài)，ECU 輸出低電平信號，電子開關(guān)斷開，各執(zhí)行機構(gòu)電路斷開，汽車正常行駛。駕駛員踩下油門踏板時，油門踏板加速度傳感器測量踏板的加速度，位置傳感器監(jiān)測踏板的位置，雷達(dá)測算障礙物的距離，并將這些信號傳遞給ECU，ECU 對這些信號進(jìn)行分析和判斷。當(dāng)判斷駕駛員的操作屬于誤將油門當(dāng)剎車使用時，ECU 發(fā)送指令給執(zhí)行機構(gòu)，即ECU 輸出高電平信號，電子開關(guān)接通。此時，執(zhí)行機構(gòu)開始工作，執(zhí)行怠速控制和緊急制動等動作。當(dāng)駕駛員松開油門踏板時，即油門踏板位置恢復(fù)到初始位置，或者車速為0 時，ECU再次發(fā)出指令，即輸出低電平信號，執(zhí)行機構(gòu)電路斷開，這時執(zhí)行單元停止工作，汽車恢復(fù)到正常行駛狀態(tài)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 信號采集單元

油門踏板加速度傳感器采集油門踏板的加速度，雷達(dá)探測器探測并計算障礙物與汽車間的距離。油門踏板位置傳感器則是電子油門控制系統(tǒng)本身就有的，用于監(jiān)測油門踏板的位置。

2.2 怠速控制系統(tǒng)

很多防誤踩油門裝置在判斷駕駛員的操作為誤踩油門后，對發(fā)動機采取的措施是直接將供油系統(tǒng)斷開，但汽車在高速行駛時若突然斷油，則會影響汽車的平穩(wěn)性及安全性。最好的方式是令發(fā)動機處于怠速工況運轉(zhuǎn)。所以文章結(jié)合汽車原有的怠速控制系統(tǒng)來實現(xiàn)汽車怠速行駛，提高汽車的安全性。怠速控制系統(tǒng)的工作原理:ECU 輸出控制信號，怠速控制電路通電并將怠速控制閥打開，即打開空氣旁通通道，此時節(jié)氣門全關(guān)，空氣繞過節(jié)氣門，經(jīng)由旁通通道進(jìn)入進(jìn)氣歧管，發(fā)動機進(jìn)入怠速工況。斷電后，怠速控制閥關(guān)閉空氣旁通通道，發(fā)動機結(jié)束怠速運轉(zhuǎn)。

2.3 電子油門控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)發(fā)動機節(jié)氣門操縱機構(gòu)是通過拉索（軟鋼絲）或者拉桿，一端連接油門踏板，另一端連接節(jié)氣門連動板而工作。電子油門沒有拉線，它通過踏板位置傳感器測量油門踏板的深淺，并將信號傳送到ECU 中，最后，由ECU 驅(qū)動步進(jìn)電機控制節(jié)氣門的開度?，F(xiàn)在大多數(shù)汽車都使用電子油門代替了傳統(tǒng)拉線油門。文章設(shè)計的防誤踩油門控制系統(tǒng)中，電子油門控制系統(tǒng)是在當(dāng)判斷駕駛員誤踩油門時，關(guān)閉節(jié)氣門，配合怠速控制系統(tǒng)實現(xiàn)怠速控制。

2.4 緊急制動系統(tǒng)

工作原理:利用ABS 的制動壓力調(diào)節(jié)裝置來實現(xiàn)緊急制動。誤踩油門控制系統(tǒng)ECU 輸出高電平信號，直流電動機（M）通電，控制液壓泵向制動輪缸輸出制動液，從而迅速進(jìn)行制動，此時電磁閥沒有通電處于斷開狀態(tài)。當(dāng)駕駛員松開油門或汽車停止時，誤踩油門控制系統(tǒng)ECU 輸出低電平信號，M 未通電，不工作。誤踩油門控制系統(tǒng)ECU 的控制電路與ABS 的控制電路是并聯(lián)的，電路間互不影響。當(dāng)車輪抱死，汽車有滑移傾向時，ABS 開始工作，防止車輪抱死，實現(xiàn)安全制動。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 理論分析

駕駛員在緊急情況下誤踩油門時，猛踩油門踏板到底的時間大約是0.1 s，而正常踩油門到底的時間大約是1.1 s，因此2 種情況下駕駛員踩油門踏板的速率和加速度不同[3]。根據(jù)駕駛員踩油門踏板的時間及油門踏板的行程可估算得:正常踩油門時的油門踏板加速度大約為0.25 m/s2，誤踩油門時油門踏板的加速度大約為30 m/s2，這兩者之間的差值很大，文章擬以設(shè)定的油門踏板加速度a0=30 m/s2為判斷閾值。

汽車的安全車距閾值可以根據(jù)汽車的制動過程進(jìn)行估算。當(dāng)駕駛員誤踩下油門時，ECU 進(jìn)行判斷并發(fā)出控制信號，最終使汽車停止，這整個過程主要包括傳感器信號傳遞過程、ECU 分析判斷過程、制動裝置接收指令到產(chǎn)生制動力過程、制動力增長過程及持續(xù)制動至完全停車這幾個階段。忽略傳感器及ECU 的響應(yīng)時間，現(xiàn)只計算制動裝置接收到指示信號到完全停車3 個階段的制動距離。汽車的制動距離（S/m）為[4]:

式中:t2'——制動裝置接收到形成制動壓力的時間，液壓制動系一般為0.03～0.05 s；

t2''——制動力增長過程所需的時間，液壓制動系一般為0.15～0.20 s；

S2——（t2'+t2''）這段時間內(nèi)汽車的制動距離，m；

S3——持續(xù)制動至完全停車的時間內(nèi)，汽車的制動距離，m；

u0——制動初始速度，即ECU 判斷駕駛員誤踩油門時車速傳感器檢測到的車速，m/s；

abmax——最大制動減速度，m/s2；

φ——峰值附著系數(shù)，干瀝青和混凝土路面一般為0.8～0.9，濕瀝青路面一般為0.5～0.7。

因為t2''很小，故式（1）中略去項，將車速單位m/s 換算成km/h，則有:

文章給出的判斷值只是一個理論參考值，未經(jīng)實踐檢驗。在實際的應(yīng)用中，針對不同的汽車，不同的情況，需要對參考值進(jìn)行修正，以保證控制系統(tǒng)ECU 能做出正確的判斷。為了確保汽車擁有足夠的制動距離，將根據(jù)車速計算得到的S 增大大約30%左右，作為安全制動距離的閾值S0，即S0=1.3S。

現(xiàn)利用matlab 繪制S，S0與車速（u/（km/h）的關(guān)系曲線圖，取t2'=0.04 s，t2''=0.16 s，g=9.8 m/s2,φ=0.8，由公式（2）和（3）可得干瀝青或混凝土路面制動距離和車速曲線圖，如圖1 所示。

3.2 軟件設(shè)計流程

設(shè):a1為油門踏板加速度，m/s2；a0為設(shè)定的油門踏板加速度閾值，m/s2；S1為雷達(dá)測算到的障礙物與汽車的距離，m；S0為對應(yīng)當(dāng)前行駛速度的安全制動距離，m。

ECU 判斷過程如下:

當(dāng)a1＜a0時，控制系統(tǒng)ECU 判斷駕駛員行為為正常加速，汽車正常行駛；

當(dāng)a1≥a0，S1＞S0，或前方無障礙物時，汽車正常加速；

當(dāng)a1≥a0，S1≤S0時，ECU 判斷駕駛員行為為誤踩油門，執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行怠速控制和緊急制動動作；

當(dāng)駕駛員松開油門或車速u=0 時，執(zhí)行結(jié)構(gòu)控制電路斷開，汽車恢復(fù)正常狀態(tài)。

4 結(jié)論

文章分析了駕駛員正常踩油門與緊急制動誤踩油門2 種不同動作引起的油門加速度的明顯差異，可以此作為判別駕駛員操作油門動作是否為誤操作的閾值。同時分析了車速與制動距離之間的關(guān)系，以及汽車突然斷油和怠速運轉(zhuǎn)2 種不同情況下汽車的行駛狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上提出了新型智能式防誤踩油門控制系統(tǒng)的設(shè)計方案?？刂葡到y(tǒng)以油門踏板加速度的閾值及汽車與障礙物的距離作為觸發(fā)條件，通過ECU 計算并判斷是否為誤踩油門，然后控制怠速控制系統(tǒng)、緊急制動系統(tǒng)、執(zhí)行發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)及緊急制動等動作。該控制系統(tǒng)有效地結(jié)合汽車原有的電子控制系統(tǒng)，實現(xiàn)駕駛員誤踩油門后的緊急制動操作，可避免交通事故發(fā)生，提高汽車的行駛安全性。

文章的研究尚存在一些不足，后續(xù)研究還需做3 個方面的工作:1）將該系統(tǒng)安裝到汽車上，進(jìn)行實際的路面駕駛試驗，驗證系統(tǒng)的有效性；2）對于不同的汽車以及不同的駕駛者，系統(tǒng)觸發(fā)的閾值需要重新標(biāo)定，才能提高控制的精確性；3）提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，達(dá)到快速響應(yīng)的目的。