李澤文 王好雨 鄭健林 李祥亞 張明貴

摘 要 因駕駛員誤踩油門(mén)而釀成交通事故在汽車(chē)技術(shù)高速發(fā)展的今天還沒(méi)有一種完善的解決方法。為此，筆者設(shè)計(jì)了一款油門(mén)安全控制裝置來(lái)解決這一方面的技術(shù)缺陷。本文主要闡述了該控制裝置的設(shè)計(jì)方案與制作實(shí)施過(guò)程，并提出了該技術(shù)的創(chuàng)新之處。

關(guān)鍵詞 汽車(chē)安全 系統(tǒng)控制 油門(mén)安全裝置 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U463.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1研究目標(biāo)

早在多年之前，鑒于汽車(chē)安全性能愈來(lái)愈受到人們的重視，汽車(chē)防誤踩加速踏板系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)都有很多研究案例，但是實(shí)際能夠量產(chǎn)裝車(chē)的設(shè)計(jì)十分罕見(jiàn)，只有極為少量的高檔車(chē)配備了加速踏板防誤踩裝置，而且配備成本高沒(méi)有得到推廣。目前國(guó)內(nèi)外車(chē)的汽車(chē)油門(mén)安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)已有多年的發(fā)展變化，現(xiàn)在汽車(chē)油門(mén)安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)日趨成熟。國(guó)內(nèi)在進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)內(nèi)汽車(chē)安全控制也出現(xiàn)了比較好的發(fā)展勢(shì)頭。早在20世紀(jì)70年代，國(guó)外就有相關(guān)學(xué)者對(duì)司機(jī)在加速與剎車(chē)時(shí)腳部不同的動(dòng)作特征而對(duì)傳統(tǒng)的汽車(chē)油門(mén)和制動(dòng)踏板結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造內(nèi)，設(shè)計(jì)出機(jī)械式油門(mén)與剎車(chē)合成裝置，下面是幾個(gè)比較有代表性的純機(jī)械式油門(mén)與剎車(chē)合成裝置。對(duì)于國(guó)內(nèi)的純機(jī)械式安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（防誤踩油門(mén)裝置），其中國(guó)內(nèi)的油門(mén)與剎車(chē)合成裝置主要以專利的形式存在，尚沒(méi)有成熟性的產(chǎn)品，除了油門(mén)與剎車(chē)合成裝置以外，國(guó)內(nèi)還存在一類以油門(mén)踏板的作用力或油門(mén)踏板角速度的大小為判別依據(jù)的機(jī)械聯(lián)動(dòng)補(bǔ)救裝置。日產(chǎn)汽車(chē)新開(kāi)發(fā)的誤踩踏板緊急輔助系統(tǒng)（帶有停車(chē)檢測(cè)功能）配備在Nissan改款車(chē)型上。誤踩踏板緊急輔助技術(shù)旨在減少車(chē)輛在停車(chē)場(chǎng)等場(chǎng)所發(fā)生碰撞事故，包括因駕駛員誤踩踏板可能造成的與墻體的撞擊事故。通過(guò)使用全景式監(jiān)控影像系統(tǒng)的四個(gè)攝像頭以及超聲聲吶，系統(tǒng)可以檢測(cè)車(chē)輛是否處于停車(chē)場(chǎng)中，以及在車(chē)輛行進(jìn)方向上是否存在墻體等障礙物。在必要的情況下，誤踩踏板緊急輔助系統(tǒng)將自動(dòng)控制加速功能，并在存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)的情況下進(jìn)行緊急制動(dòng)。瑞典兩大汽車(chē)生產(chǎn)商沃爾沃和紳寶均對(duì)單踏板裝置的汽車(chē)安全性能也做過(guò)一些測(cè)試，但兩家公司在進(jìn)行測(cè)試后均表示，沒(méi)有馬上開(kāi)發(fā)生產(chǎn)這種汽車(chē)的計(jì)劃。雖然純機(jī)械式的油門(mén)與剎車(chē)合成裝置能夠獲得較為可靠的制動(dòng)效果，但是此類裝置改變了司機(jī)正常踩油門(mén)和剎車(chē)的習(xí)慣，對(duì)傳統(tǒng)油門(mén)和制動(dòng)結(jié)構(gòu)改動(dòng)較大，難以在車(chē)輛中進(jìn)行普及應(yīng)用。

2研究過(guò)程

這個(gè)研究過(guò)程開(kāi)展的一開(kāi)始是比較困難的，因?yàn)槲覀儗?duì)于相關(guān)汽車(chē)知識(shí)還是比較薄弱，我們的研究成員一邊去圖書(shū)館去惡補(bǔ)汽車(chē)知識(shí)，一邊去網(wǎng)上去搜類似的產(chǎn)品，然后我們就發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的產(chǎn)品都是比較單一的，我們便決定將目前相對(duì)成熟的產(chǎn)品技術(shù)加上我們自身研究成果使這個(gè)產(chǎn)品更加的全面和成熟。我們首先對(duì)市場(chǎng)上的產(chǎn)品進(jìn)行比較，取其精華將其不足的地方進(jìn)行改進(jìn)，我們發(fā)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了誤踩油門(mén)裝置的專利，如有的裝置是在秒踩油門(mén)置底發(fā)出警報(bào)，但是人的反應(yīng)需要時(shí)間，死神就在那一秒與你擦肩而過(guò);有的電子控制系統(tǒng)是在誤踩油門(mén)之后，將信號(hào)發(fā)給ASR，ASR將供油系統(tǒng)關(guān)閉，但汽車(chē)仍殘余的壓力，不可以及時(shí)的切斷動(dòng)力，因而發(fā)生交通事故事故。所以說(shuō)我們的系統(tǒng)要更加科學(xué)性，先進(jìn)性。

3研究成果

在我們專業(yè)老師的指導(dǎo)下和對(duì)幾位學(xué)長(zhǎng)的請(qǐng)教，我們的項(xiàng)目的總體思路已經(jīng)確定，當(dāng)前電子控制系統(tǒng)先進(jìn)，該系統(tǒng)是基于原車(chē)有牽引力控制系統(tǒng)及電子剎車(chē)系統(tǒng)并且不改動(dòng)原車(chē)系統(tǒng)的情況下進(jìn)行開(kāi)發(fā)。該裝置將牽引力控制系統(tǒng)和電子剎車(chē)系統(tǒng)緊密集合，在時(shí)速為5km/h路況復(fù)雜時(shí)，當(dāng)駕駛員遇到緊急情況在油門(mén)和剎車(chē)之間頻繁轉(zhuǎn)換，油門(mén)踏板位置傳感器和位移速率傳感器檢測(cè)出油門(mén)踏板位移和位移速率過(guò)大時(shí)，將此信號(hào)發(fā)送給控制單元，然后控制單元進(jìn)行綜合判斷，將信號(hào)傳遞給牽引力控制系統(tǒng)和電子剎車(chē)系統(tǒng)，牽引力控制系統(tǒng)將節(jié)氣門(mén)開(kāi)度關(guān)閉，切斷動(dòng)力輸出，使汽車(chē)保持怠速，在牽引力控制系統(tǒng)信號(hào)的同時(shí)，還會(huì)將此信號(hào)傳遞給電子剎車(chē)系統(tǒng)，電子剎車(chē)系統(tǒng)將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)給剎車(chē)分泵電機(jī)，從而增大制動(dòng)力，使車(chē)輛自動(dòng)剎車(chē)。 經(jīng)過(guò)我們幾個(gè)不斷地努力，終于使我們得項(xiàng)目初具雛形。汽車(chē)油門(mén)安全控制系統(tǒng)包括：傳感器、控制單元和執(zhí)行器三個(gè)部分。

4主要控制器工作原理

工作原理根據(jù)汽車(chē)所突發(fā)的緊急情況，利用原車(chē)油門(mén)踏板位置傳感器APP，可以讀出APP電壓信號(hào)變化情況（0v-5v變化，不踩油門(mén)踏板信號(hào)電壓為0v，到底信號(hào)電壓為5v）;同時(shí)可以讀出油門(mén)位移速率（油門(mén)猛踩到底，油門(mén)踏板位移時(shí)間為t，油門(mén)踏板最大位移量L，計(jì)算出位移速度v=L/t）;再利用發(fā)動(dòng)機(jī)/自動(dòng)變速器控制ECU讀取車(chē)速信號(hào)。

當(dāng)油門(mén)踏板安全控制ECU接收到車(chē)速信號(hào)V≦5km/h，油門(mén)踏板位移量變化范圍0v-5v，油門(mén)踏板位移加速率超過(guò)一定值（油門(mén)踏板加速率p=100 m/s2）時(shí)，油門(mén)踏板安全控制ECU此時(shí)判斷駕駛員為誤踩油門(mén)。此時(shí)油門(mén)踏板安全控制ECU發(fā)出指令：將信號(hào)傳遞給牽引力控制系統(tǒng)和電子剎車(chē)系統(tǒng)。牽引力控制系統(tǒng)將節(jié)氣門(mén)關(guān)閉，切斷動(dòng)力輸出，使汽車(chē)保持怠速。在牽引力控制系統(tǒng)信號(hào)的同時(shí)，還會(huì)將此信號(hào)傳遞給電子剎車(chē)系統(tǒng)，電子剎車(chē)系統(tǒng)控制輪邊剎車(chē)電機(jī)進(jìn)行剎車(chē)，增大制動(dòng)力，使車(chē)輛停駛，保證車(chē)輛在盡可能短的時(shí)間里停車(chē)（通常要求為秒級(jí)）。

5研究心得

為了保證這個(gè)項(xiàng)目的安全性，我們特意通過(guò)對(duì)該裝置進(jìn)行實(shí)車(chē)測(cè)試，證明該系統(tǒng)能夠正確工作，出現(xiàn)如誤踩剎車(chē)狀況時(shí)該裝置開(kāi)啟工作，并及時(shí)剎車(chē)保證人車(chē)安全，它相比于市場(chǎng)上其它的油門(mén)安全裝置更加全面，性能穩(wěn)定，判斷準(zhǔn)確，剎車(chē)效果明顯。

6存在問(wèn)題

后期存在的問(wèn)題就是解決技術(shù)路線問(wèn)題，之前我們提到過(guò)油門(mén)誤踩都是按秒來(lái)計(jì)算的，我們必須做到精準(zhǔn)，不能有毫厘之差。利用原車(chē)油門(mén)位置傳感器，計(jì)算出油門(mén)位移速率油門(mén)踏板位置傳感器和位移速率傳感器檢測(cè)出油門(mén)踏板位移和位移速率過(guò)大時(shí)，將此信號(hào)發(fā)送給控制單元，然后控制單元進(jìn)行綜合判斷，將信號(hào)傳遞給牽引力控制系統(tǒng)和電子剎車(chē)系統(tǒng)，牽引力控制系統(tǒng)將節(jié)氣門(mén)開(kāi)度關(guān)閉，切斷動(dòng)力輸出，使汽車(chē)保持怠速，在牽引力控制系統(tǒng)信號(hào)的同時(shí)，還會(huì)將此信號(hào)傳遞給電子剎車(chē)系統(tǒng)，電子剎車(chē)系統(tǒng)將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)給剎車(chē)分泵電機(jī)，從而增大制動(dòng)力，使車(chē)輛自動(dòng)剎車(chē)。同時(shí)，還應(yīng)該保證車(chē)輛在盡可能短的時(shí)間里停車(chē)（通常要求為秒級(jí)）。

7創(chuàng)新點(diǎn)

（1）整體結(jié)構(gòu)小，便于在現(xiàn)有汽車(chē)上的改裝。

（2）自動(dòng)化程度高，能夠自動(dòng)完成裝置的啟動(dòng)，人只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的復(fù)位操作。

（3）不改變汽車(chē)的原有的行駛操作習(xí)慣，可以實(shí)現(xiàn)即裝即用。

（4）當(dāng)前電子控制系統(tǒng)先進(jìn)，該系統(tǒng)是基于原車(chē)有牽引力控制系統(tǒng)及電子剎車(chē)系統(tǒng)并且不改動(dòng)原車(chē)系統(tǒng)的情況下進(jìn)行開(kāi)發(fā)。