汽車油門安全控制系統設計

李澤文 王好雨 鄭健林 李祥亞 張明貴

摘 要 因駕駛員誤踩油門而釀成交通事故在汽車技術高速發展的今天還沒有一種完善的解決方法。為此，筆者設計了一款油門安全控制裝置來解決這一方面的技術缺陷。本文主要闡述了該控制裝置的設計方案與制作實施過程，并提出了該技術的創新之處。

關鍵詞 汽車安全 系統控制 油門安全裝置 設計

中圖分類號：U463.5文獻標識碼：A

1研究目標

早在多年之前，鑒于汽車安全性能愈來愈受到人們的重視，汽車防誤踩加速踏板系統在國內都有很多研究案例，但是實際能夠量產裝車的設計十分罕見，只有極為少量的高檔車配備了加速踏板防誤踩裝置，而且配備成本高沒有得到推廣。目前國內外車的汽車油門安全控制系統設計已有多年的發展變化，現在汽車油門安全控制系統設計在國內外已經日趨成熟。國內在進入21世紀，國內汽車安全控制也出現了比較好的發展勢頭。早在20世紀70年代，國外就有相關學者對司機在加速與剎車時腳部不同的動作特征而對傳統的汽車油門和制動踏板結構進行改造內，設計出機械式油門與剎車合成裝置，下面是幾個比較有代表性的純機械式油門與剎車合成裝置。對于國內的純機械式安全控制系統設計（防誤踩油門裝置），其中國內的油門與剎車合成裝置主要以專利的形式存在，尚沒有成熟性的產品，除了油門與剎車合成裝置以外，國內還存在一類以油門踏板的作用力或油門踏板角速度的大小為判別依據的機械聯動補救裝置。日產汽車新開發的誤踩踏板緊急輔助系統（帶有停車檢測功能）配備在Nissan改款車型上。誤踩踏板緊急輔助技術旨在減少車輛在停車場等場所發生碰撞事故，包括因駕駛員誤踩踏板可能造成的與墻體的撞擊事故。通過使用全景式監控影像系統的四個攝像頭以及超聲聲吶，系統可以檢測車輛是否處于停車場中，以及在車輛行進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將自動控制加速功能，并在存在碰撞風險的情況下進行緊急制動。瑞典兩大汽車生產商沃爾沃和紳寶均對單踏板裝置的汽車安全性能也做過一些測試，但兩家公司在進行測試后均表示，沒有馬上開發生產這種汽車的計劃。雖然純機械式的油門與剎車合成裝置能夠獲得較為可靠的制動效果，但是此類裝置改變了司機正常踩油門和剎車的習慣，對傳統油門和制動結構改動較大，難以在車輛中進行普及應用。

2研究過程

這個研究過程開展的一開始是比較困難的，因為我們對于相關汽車知識還是比較薄弱，我們的研究成員一邊去圖書館去惡補汽車知識，一邊去網上去搜類似的產品，然后我們就發現現有的產品都是比較單一的，我們便決定將目前相對成熟的產品技術加上我們自身研究成果使這個產品更加的全面和成熟。我們首先對市場上的產品進行比較，取其精華將其不足的地方進行改進，我們發現目前國內已經出現了誤踩油門裝置的專利，如有的裝置是在秒踩油門置底發出警報，但是人的反應需要時間，死神就在那一秒與你擦肩而過;有的電子控制系統是在誤踩油門之后，將信號發給ASR，ASR將供油系統關閉，但汽車仍殘余的壓力，不可以及時的切斷動力，因而發生交通事故事故。所以說我們的系統要更加科學性，先進性。

3研究成果

在我們專業老師的指導下和對幾位學長的請教，我們的項目的總體思路已經確定，當前電子控制系統先進，該系統是基于原車有牽引力控制系統及電子剎車系統并且不改動原車系統的情況下進行開發。該裝置將牽引力控制系統和電子剎車系統緊密集合，在時速為5km/h路況復雜時，當駕駛員遇到緊急情況在油門和剎車之間頻繁轉換，油門踏板位置傳感器和位移速率傳感器檢測出油門踏板位移和位移速率過大時，將此信號發送給控制單元，然后控制單元進行綜合判斷，將信號傳遞給牽引力控制系統和電子剎車系統，牽引力控制系統將節氣門開度關閉，切斷動力輸出，使汽車保持怠速，在牽引力控制系統信號的同時，還會將此信號傳遞給電子剎車系統，電子剎車系統將此信號轉換為電信號給剎車分泵電機，從而增大制動力，使車輛自動剎車。 經過我們幾個不斷地努力，終于使我們得項目初具雛形。汽車油門安全控制系統包括：傳感器、控制單元和執行器三個部分。

4主要控制器工作原理

工作原理根據汽車所突發的緊急情況，利用原車油門踏板位置傳感器APP，可以讀出APP電壓信號變化情況（0v-5v變化，不踩油門踏板信號電壓為0v，到底信號電壓為5v）;同時可以讀出油門位移速率（油門猛踩到底，油門踏板位移時間為t，油門踏板最大位移量L，計算出位移速度v=L/t）;再利用發動機/自動變速器控制ECU讀取車速信號。

當油門踏板安全控制ECU接收到車速信號V≦5km/h，油門踏板位移量變化范圍0v-5v，油門踏板位移加速率超過一定值（油門踏板加速率p=100 m/s2）時，油門踏板安全控制ECU此時判斷駕駛員為誤踩油門。此時油門踏板安全控制ECU發出指令：將信號傳遞給牽引力控制系統和電子剎車系統。牽引力控制系統將節氣門關閉，切斷動力輸出，使汽車保持怠速。在牽引力控制系統信號的同時，還會將此信號傳遞給電子剎車系統，電子剎車系統控制輪邊剎車電機進行剎車，增大制動力，使車輛停駛，保證車輛在盡可能短的時間里停車（通常要求為秒級）。

5研究心得

為了保證這個項目的安全性，我們特意通過對該裝置進行實車測試，證明該系統能夠正確工作，出現如誤踩剎車狀況時該裝置開啟工作，并及時剎車保證人車安全，它相比于市場上其它的油門安全裝置更加全面，性能穩定，判斷準確，剎車效果明顯。

6存在問題

后期存在的問題就是解決技術路線問題，之前我們提到過油門誤踩都是按秒來計算的，我們必須做到精準，不能有毫厘之差。利用原車油門位置傳感器，計算出油門位移速率油門踏板位置傳感器和位移速率傳感器檢測出油門踏板位移和位移速率過大時，將此信號發送給控制單元，然后控制單元進行綜合判斷，將信號傳遞給牽引力控制系統和電子剎車系統，牽引力控制系統將節氣門開度關閉，切斷動力輸出，使汽車保持怠速，在牽引力控制系統信號的同時，還會將此信號傳遞給電子剎車系統，電子剎車系統將此信號轉換為電信號給剎車分泵電機，從而增大制動力，使車輛自動剎車。同時，還應該保證車輛在盡可能短的時間里停車（通常要求為秒級）。

7創新點

（1）整體結構小，便于在現有汽車上的改裝。

（2）自動化程度高，能夠自動完成裝置的啟動，人只需進行簡單的復位操作。

（3）不改變汽車的原有的行駛操作習慣，可以實現即裝即用。

（4）當前電子控制系統先進，該系統是基于原車有牽引力控制系統及電子剎車系統并且不改動原車系統的情況下進行開發。