汽車駕駛員誤踏加速踏板保護系統的探究

鄒文峰

摘要：本文針對汽車駕駛員在駕駛汽車的過程中誤將加速踏板當剎車踩現象的原因和后果進行分析，設計一種駕駛員誤踏汽車加速踏板保護系統。該系統通過毫米雷達測距與檢測加速踏板踏板運動情況，確認駕駛員誤踩加速踏板操作，使制動系統執行制動，使汽車自動停車，防止事故發生。該系統可利用汽車原有ABS系統實現，具有反應快、可靠性高、容易實現的特點。

關鍵詞：汽車駕駛員；誤踏加速踏板；毫米雷達測距；制動

1現狀分析

隨著汽車數量的不斷增加，目前世界汽車行業最為關注的焦點集中在安全、環保、節能等方面，汽車交通事故的發生卻頻頻增多，因此失去生命的人數也在不斷增加。導致交通事故的原因有很多，其中有一種原因就是誤踩加速踏板。

現我們針對引起汽車駕駛員誤踩加速踏板的原因分析如下：

（1）新機動車駕駛員數量增多。2011年9月駕駛員統計駕駛員接近2.3億人，與2010年相比，增加近2.2千萬人，增長達到10.47%，其中擁有汽車駕駛證的人數接近1.68億人，其中3年以下駕齡的駕駛員超過8.7千萬人，駕齡不滿1年的接近2.6千萬人。并且很多駕校圍繞考試科目培訓，只求進度不講質量，駕駛員無法養成良好的駕駛習慣，開車技術不過硬，在遇到緊急情況時容易發生慌亂，從而容易手忙腳亂導致誤踩加速踏板。

（2）目前部分駕校在汽車教學過程中存在不規范的現象，從而留下了安全隱患。駕校作為培訓駕駛技術的重要基地，向社會輸送各類合格的汽車駕駛員，但是近年來，部分駕校沒有完全履行職責，不是按照教學大綱規定的課程、程序組織教學培訓，而是采用“應試訓練”的方式，車管所考什么科目就集中訓練什么內容，把常規系統的學習培訓變為了一種“看點、找點、對點”式的應試手段，導致大家沒有形成良好的駕駛習慣。

（3）汽車駕駛員在駕駛汽車的過程，因為精神不集中如開車時聽音樂、撥打手機、與乘車人員閑聊等行為就會嚴重分散駕駛員的注意力，從而導致事故的發生。

（4）連日勞累、失眠或通霄玩耍等疲勞累積的駕駛，汽車駕駛員的技術雖然過硬，但身心健康欠佳，長時間疲勞駕駛，甚至有的司機服用帶有催眠性質的藥物（如感冒藥）仍在駕駛，易發生誤操作。

（5）汽車駕駛員存在麻痹心理，在行車過程中，如路況好、天氣好，視野好，能見度清晰的情況下，駕駛員思想容易松懈，注意力不集中，遇到突發情況的時候，容易措手不及，發生誤踩加速踏扳的情況。

（6）汽車駕駛員酒后駕駛，由于酒屬于麻醉劑，是原生質毒物。駕駛員飲酒后，使原生質毒物作用于神經中樞，會減低大腦的抑制機能，致使低級中樞失控而出現過度興奮狀態。

試驗表明：血液中酒精濃度達0.01%或更高，就成為一種獨特的意識狀態。酒精麻痹意識，反應遲鈍，使得駕駛員的判斷能力和操作能力下降，而且喝酒后駕車使人的視野變小，視像不穩定，色覺功能降低，不能及時發現和領會交通信號、交通標志標線，特別是在遇到緊急情況的時候，容易發生誤操作。

（7）在很多學校和駕校，無證駕駛情況嚴重。很多學員對駕駛汽車很好奇，常在沒有監護的情況下啟動汽車，一旦起動發動機后因心理素質較差，極度緊張，加之對踏板不熟悉，易發生誤操作.學校又是人群密度相對較多的場所，一旦發生事故，后果不堪設想！

2駕駛員誤踏加速踏板保護系統設計

2.1基本設計思路

汽車在公路上高速行駛或在人口密集和障礙繁多的交通環境中行駛時，駕駛員會因為各種原因導致誤將加速踏板當作制動踏板踩，此時安裝在車輛前方的毫米雷達監測傳感器會立刻探測到在距車前方0～25m處的突然橫穿馬路的行人和其他障礙目標，并將該信號送至電控單元ECU，同時駕駛員為避讓目標而誤踩加速踏板時，安裝在加速踏板末端的加速度傳感器會有信號0至電控單元ECU中，當兩信號正好吻合時，ECU發出控制指令，首先讓電磁閥2通電，使其切斷制動主缸與ABS電磁閥1間的主油路，然后電控單元ECU向電動機M通電使得制動液從儲液罐中被液壓泵抽出推開單向閥進人ABS電磁閥1后流入制動輪缸，從而對汽車進行緊急制動，起到駕駛員誤踩加速踏板后的保護作用。駕駛員誤踏加速踏板原理如圖1所示。

2.2傳感器選型

2.2.1障礙監測

該部分的作用是探測汽車與障礙目標之間的距離，采用的毫米波雷達測距來發現目標并測定其位置，車載毫米波雷達一般采用調頻連續波（FMCW）測距方式。通過發射連續的調頻信號，當遇到前方目標時，會產生與發射信號有一定延時的回波，通過雷達的混頻器將發射信號和接收信號進行混頻處理，混頻后的結果將與目標的相對距離和相對速度有關，通過相應的公式可以獲得目標的相對距離和速度信息，計算公式如式（1）、式（2）。

本文選用的車載毫米波雷達是德國SMS公司的測距離毫米波雷達，它的具體參數如下：

（1）載波頻率：24.125GHz

（2）探測距離：1.8m-50m（目標相對速度為零）0.5m-70m（目標相對速度不為零）

（3）探測角度：±5.5°×±11°

（4）探測角度精度：±0.75°

（5）循環周期：小于40ms

（6）數字接口：CAN（500k）

由以上參數可知，本次選用的車載雷達基本符合本文應用要求。

2.2.2誤踩加速踏板監測

當駕駛員遇到突發情況時，先是緊急制動，一般情況下是急速踩下制動踏板至底。在正常情況下，踩加速踏板的動作較為緩慢，因此在緊急情況下，踏板的運動速度以及加速度、踏板的受力都比正常踩加速踏板時要大很多。如踏板受力，緊急情況下可達數幾十牛頓以上，而正常踏下加速踏板情況下只有幾牛頓。因此只要加裝合適的傳感器，就可以在加速踏板力度（速度或加速度）達到設定值后，觸發傳感器產生動作信號，以驅動執行元件結合汽車ABS系統實現制動，保證車輛在盡可能短的時間里停車。

加速踏板速度敏感元件很多，如利用機械阻尼元件；采用電磁感應元件；以及加圖2油門踏板加速傳感器速度敏感元件等等。本設計采用的加速踏板誤操作監測傳感器為加速度敏感元件，選用一個固定在彈性臂上的重錘，在加速踏板適當位置固定彈簧，彈簧末端固定重錘，當駕駛員急踩加速踏板時，加速踏板在行程末端突然停止，而重錘由于慣性會繼續擺動（擺動幅度與加速踏板加速度有關），進而觸發安裝在發動機艙隔板上的信號發生器，信號發生器將該信號送至ECU。其原理圖如圖2所示：

2.2.3檢測開關

該檢測開關主要起輔助作用，擁有兩種模式，一種為行車模式，另一種為檢測模式，常態下為行車模式，當車輛（如發動機、傳動系統）發生故障后，需修理廠進行急加速測試，修理廠空間狹小，雷達會測到25m范圍內有障礙，加之加速踏板踩踏速度快，會給檢測帶了不必要的麻煩，因此在檢測汽車性能時，將該開關打至檢測模式，防誤操作系統便不會工作，方便對汽車性能進行準確檢測。

2.2.4車速檢測

該傳感器為ABS車輪輪速傳感器，主要監測汽車行駛的速度，配合毫米雷達測距系統，當車速較高，雷達監測距離越近控制單元向執行器發出的信號越大，從而使制動器所產生的制動力越大同時結合ABS系統保證汽車在最短的距離減速直至停車，有效降低誤操作時的生命財產損失。

2.3執行元件

執行元件如圖3所示。該系統由原車所搭載的ABS系統改進得到，即在制動主缸和汽車ABS系統電磁閥1之間串聯一個電磁閥2，同時改變了原ABS系統液壓部件中的回油液壓泵組件連接狀態，將ABS液壓單元的回油直接與制動液儲液罐相連，利用制動器中的摩擦力和回位彈簧的作用力回油。將原ABS系統液壓部件中的回油液壓泵組件與主油路并聯，一端接制動液儲液罐，另一端接制動主油路而得到。因此該系統結構簡單，生產制造容易，成本低廉，且維修保養方便，僅需對原有ABS系統進行簡單的升級即可完成。

2.3.1常規制動

駕駛員在駕駛過程中正確操作加速踏板和制動踏板時，保護系統的加速踏板加速度傳感器、雷達系統等不會有控制信號發送到ECU，此時該保護系統電動液壓泵M組件將不會工作，單向閥關閉，電磁閥2處于常通狀態，整個誤踩加速踏板保護不起作用，其工作原理與原ABS制動系統一樣如圖5所示，當駕駛員踩下制動踏板時，制動液從制動主缸被推出，經過電磁閥2流入ABS系統液壓部件然后進入制動輪缸進行汽車常規制動，當車輪快抱死時激活ABS系統工作，使其保持良好的制動效果。

2.3.2誤操作保護制動

當雷達系統監測到汽車前進方向有障礙，且駕駛員采取的是錯誤的（誤踩加速踏板）操作方式進行避讓時，安裝在車輛前方的雷達監測系統迅速監測障礙相對于車的距離；加速踏板加速度傳感器判斷駕駛員是否有誤操作；車速傳感器監測此時車的行駛速度（計算制動力）；將這三個基本信號送至ECU，ECU經過處理分析后確定為誤操作時，ECU先向電磁閥2發出控制信號，電磁閥2通電后切斷制動主缸到ABS電磁閥l之間的主油路，然后向電動液壓泵組件發出控制信號，此時制動液被電動泵從制動儲液罐抽出，推開單向閥，根據汽車行駛速度建立一定油壓后經過，ABS系統液壓部件流入車輪分泵，對汽車車輪進行緊急制動。在制動過程中ABS系統監控車輪的轉速變化，適時進行制動控制，使汽車獲得最佳的制動效果，有效降低汽車的制動距離，起到加速踏板踏板誤操作保護作用。

3結語

汽車安全駕駛問題是目前世界各國都極度重視的研究課題之一，各種新興技術不斷應用于該領域，但是防止司機誤把加速踏板當作剎車的系統目前還沒有，本設計是在已搭載了ABS制動防抱死系統車輛的基礎上，通過增加毫米雷達波來監測車輛與障礙的距離，通過增加加速踏板傳感器監測加速踏板的移動速度等措施來判斷汽車駕駛員是否有誤操作，當判斷為誤操作時該系統便結合ABS系統對車輛進行緊急制動，有效的對駕駛員誤操作后進行保護，提高汽車行駛安全性。該誤操作保護系統具有對原車結構改造少，維修方便，通用性好，利于產品化的特點。因此，具有較強的實用推廣價值。