文｜文俊杰 李丹 張淏鑫 李新琦

為了避免司機在緊急制動情況下誤踩油門而引發(fā)交通事故，本文提出了一種基于Delphi ESR雷達(dá)的智能防誤踩油門系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計。本系統(tǒng)優(yōu)勢是其制作成本較低，且可根據(jù)油門踩踏板的加速度以及所受壓力，區(qū)別司機是在正常情況下踩油門還是緊急情況下誤踩油門。本系統(tǒng)經(jīng)過傳感器采集壓力及加速度數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信號傳輸至控制中心，ECU控制中心迅速計算，在確定誤踩油門后，發(fā)出信號使車輛進(jìn)行緊急制動，以免事故發(fā)生。該系統(tǒng)能夠在判定駕駛員準(zhǔn)備剎車卻誤踩油門的情況下，實現(xiàn)緊急制動。

一、引言

近年來由于司機誤踩油門導(dǎo)致的交通事故數(shù)量日益增加。對于汽車而言，制動踏板和油門踏板相距很近，當(dāng)遇到突發(fā)狀況需緊急制動時，駕駛員可能將剎車與油門混淆，在需要緊急制動時誤踩到了油門。為了減少因司機過度緊張或反應(yīng)不及時等原因?qū)е逻@種誤踩油門的情況，引發(fā)嚴(yán)重的交通事故從而造成了生命財產(chǎn)的損失，本文設(shè)計了一種簡潔高效的控制系統(tǒng)——智能控制防誤踩油門系統(tǒng)。該系統(tǒng)無須手動操作，經(jīng)濟環(huán)保，安裝調(diào)試方便。該系統(tǒng)涉及的控制算法簡單易懂，易于實現(xiàn)，該系統(tǒng)制造成本較低，易于推廣安裝，可實現(xiàn)量產(chǎn)。

二、防誤踩油門系統(tǒng)介紹

（一）系統(tǒng)概述

目前市場主流的防誤踩油門控制系統(tǒng)，會在司機快速踩下油門時發(fā)出蜂鳴聲進(jìn)行提醒。本文設(shè)計的防誤踩油門系統(tǒng)優(yōu)于現(xiàn)行裝置，除報警提示外，會在判定司機誤踩油門后進(jìn)行緊急制動剎車。該系統(tǒng)由信號接收單元、電子控制單元（ECU）、執(zhí)行單元組成。信號接收單元包括毫米波雷達(dá)、壓阻式傳感器和壓力傳感器。執(zhí)行單元包括緊急制動系統(tǒng)、油門怠速系統(tǒng)以及安全保護系統(tǒng)。

（二）工作原理

本系統(tǒng)啟動剎車信號由ECU控制中心基于信號接收單元采集數(shù)據(jù)進(jìn)行運算判定發(fā)送。駕駛員踩下油門踏板時，油門踏板中的壓阻式傳感器測量踏板的加速度，覆膜電阻型感應(yīng)器測量踏板所受壓力，雷達(dá)測算車輛與周圍障礙物之間的距離，通過傳輸電路將信數(shù)據(jù)傳遞給ECU進(jìn)行分析。當(dāng)ECU判斷駕駛員為誤踩油門動作，會即刻啟動制動保護，停止節(jié)氣門轉(zhuǎn)動，阻止汽車加速，同時啟動電動油泵，使汽車剎車制動。當(dāng)駕駛員松開油門踏板后，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為零時，ECU發(fā)出指令，使油門腳踏板和剎車踏板恢復(fù)正常，汽車回歸到正常行駛狀態(tài)。

（三）系統(tǒng)硬件構(gòu)成

1.檢測信號的接收與處理

在本系統(tǒng)中，雷達(dá)的性能在很大程度上影響了系統(tǒng)的運行精度。雷達(dá)傳感器主要作用為收集汽車位置信息，因此雷達(dá)測距必須滿足安全行車閾值的大小，其工作穩(wěn)定性尤為重要。本系統(tǒng)選擇采用毫米波雷達(dá)傳感器，可智能獲取與附近車輛的相對位置和車輛的狀態(tài)信息。與其他雷達(dá)相比，毫米波雷達(dá)導(dǎo)頭穿過固態(tài)的能力和抗干擾能力更強，適應(yīng)各種天氣環(huán)境。

2.ECU控制芯片

ECU主控板的芯片采用ARM公司的STM32F103R8T6。它是一款32位中等密度性能微控制器，其工作頻率為72MHz，有20K字節(jié)的SRAM。功耗低，可在汽車未啟動時進(jìn)行睡眠模式或者待機模式。該款芯片也是ST公司一款常用的增強型系列微控制器。

3.加速度與壓力傳感器

本系統(tǒng)判定司機誤踩油門的依據(jù)主要通過壓阻式加速度傳感器與壓力傳感器傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。加速度傳感器使用3022硅壓阻加速度傳感器，其靈敏度較高，可以更快速地獲取信息與傳遞信息，該傳感器還擁有體積小，不易破壞，性價比高等優(yōu)點。壓力感應(yīng)器采用FSR電阻型或覆膜電阻型感應(yīng)器，其特點為非線性、輸出功率訊號較弱，電阻應(yīng)變式傳感器運用了金屬材質(zhì)的應(yīng)變效果。

三、系統(tǒng)的執(zhí)行流程與設(shè)計

（一）信號采集單元

該系統(tǒng)的信號采集單元為Delphi ESR毫米波雷達(dá)。Delphi ESR毫米波雷達(dá)能識別很小的目標(biāo)，而且能夠同時識別多個目標(biāo)。該雷達(dá)的優(yōu)點使得系統(tǒng)可以在80m內(nèi)迅速收集到周圍車輛的運動情況。在較遠(yuǎn)距離時，還可以提供前后車輛間的距離以及速度數(shù)據(jù)。Delphi ESR毫米波雷達(dá)的最大探測距離為174m，在高速行車時，安全行車距離是在100m以上，所收集的信息有足夠時間得到反饋。

（二）加速度與壓力傳感器的閾值取值

加速度與壓力傳感器的閾值設(shè)定會根據(jù)實際路況在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)設(shè)定下有所差別。在緊急情況下駕駛員誤踩油門時，油門腳踏板轉(zhuǎn)動的加速度要比正常情況下快得多，所受壓力也比正常情況下大很多。根據(jù)青、中、老年在正常踩油門腳踏板時平均加速度（m/s2）分別為10、10、5，壓力（N）分別為30、30、15。同時超車時，油門腳踏板轉(zhuǎn)動的普遍加速度為40、35、25，壓力為110、90、50。在緊急情況下誤踩油門時，油門腳踏板加速度為150、135、119，壓力都在200以上。為了防止在超車時系統(tǒng)被誤啟動，油門腳踏板加速度閾值a0應(yīng)大于40 m/s2，壓力閾值a1也應(yīng)大于最大值110N。在緊急情況下，誤踩油門時油門腳踏板加速度最小為100 m/s2，壓力最小為200N。為了保證系統(tǒng)啟動的成功率，加速度閾值a0應(yīng)小于100 m/s2，壓力閾值a1應(yīng)小于200N。為了保證系統(tǒng)運行的可靠程度，本系統(tǒng)取a0=60 m/s2，a1=160N。同時在系統(tǒng)上安裝轉(zhuǎn)向燈信號探測器，它將會收集左轉(zhuǎn)向燈狀態(tài)，如果探測到車輛左轉(zhuǎn)向燈開啟，則將系統(tǒng)的閾值提高。在高速上行駛時，將閾值提高百分之十，在其他情況下，將閾值提高百分之五。

（三）系統(tǒng)運行流程

該系統(tǒng)運行流程包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理以及信號發(fā)送。剎車啟動信號取決于兩種傳感器在油門腳踏板內(nèi)部記錄油門腳踏板的轉(zhuǎn)動的加速度以及所受壓力的大小。當(dāng)ECU檢測數(shù)據(jù)發(fā)生超過閾值變化，并判斷其為誤踩油門后，控制電動油泵以及節(jié)氣門使得汽車進(jìn)行剎車制動以及油門怠速，同時立即開啟ABS系統(tǒng)，以此來保護駕駛?cè)?。?dāng)車停止且油門松開后，系統(tǒng)停止工作，汽車恢復(fù)正常制動功能。

四、結(jié)論

本文設(shè)計裝置擁有實用性強、成本低、通用性強等特點。本文主要論述了根據(jù)駕駛?cè)嗽谡Ｐ熊嚭途o急制動行車時對油門的踩踏力以及腳踏板轉(zhuǎn)動加速度數(shù)值不同來判斷駕駛?cè)瞬忍び烷T動作是否為操作不當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。本文還分析了在不同的距離下，車速和制動對車輛控制的關(guān)系，以及汽車在突然沒油和怠速運作兩種情況下車輛的行駛情況，以此為基礎(chǔ)設(shè)計出一種更高效更有說服力的方案，即設(shè)計了一款全新的智能雷達(dá)測速與防誤踩油門系統(tǒng)。

本系統(tǒng)的未來研究方向?qū)⒅攸c放在以下三個方面：

（1） 用戶使用體驗收集，通過安裝本系統(tǒng)的車輛用戶行駛體驗的反饋，更新檢查該裝置的實用性和持續(xù)性。

（2） 系統(tǒng)控制精度仍需提高，由于系統(tǒng)應(yīng)用車型各異，駕駛?cè)藛T情況不同，本系統(tǒng)設(shè)置的觸發(fā)閾值需要更精確地實時設(shè)定，以提高安全性能。

（3）系統(tǒng)自身的運算速度需要提升，縮短延遲時間，以達(dá)到快速啟動運行的目的。