汽車電控防誤踩加速踏板系統硬件設計

吳克紹　徐昭

摘 要：本文提供了一種汽車電控防誤踩加速踏板系統硬件設計方案，包括信號采集單元、信號處理單元、動作執行單元的設計。汽車裝用該裝置可較好地減少和防止因誤踩加速踏板而引發的交通事故。

關鍵詞：汽車 電控防誤踩加速踏板 硬件設計

Hardware Design of Automobile Electronic Control System to Prevent Misstepping of Accelerator Pedal

Wu Keshao，Xu Zhao

Abstract：This article provides a hardware design scheme of an automobile electronic control anti-accelerator pedal system， including the design of signal acquisition unit， signal processing unit， and action execution unit. The device installed in automobiles can better reduce and prevent traffic accidents caused by accidentally stepping on the accelerator pedal.

Key words：automobile， electronic control to prevent misstepping on the accelerator pedal， hardware design

為防止遇到緊急情況，有些駕駛員錯把加速踏板當作制動踏板踩踏而引發的交通事故，本研究設計了一種電控防誤踩加速踏板系統。該系統主要由信號采集單元、信號處理單元（中央控制單元）、動作執行單元（制動執行模塊）等三個部分組成。

1 信號采集單元電路設計

信號采集單元主要包括節氣門位置傳感器和車速傳感器。系統通過節氣門位置傳感器的電壓信號的變化獲得加速踏板的加速度，當該加速度超過一定的閾值時，便判定為誤踩加速踏板，系統將切斷點火電路并采取緊急制動措施。當車速傳感器檢測到車速降為零時，系統便判定危險解除，將接通點火電路，解除緊急制動。

本防誤踩加速踏板緊急制動方案以ADXL345模塊為信號采集單元，采集加速踏板踏板加速度信號，圖1為模塊ADXL345 的加速度計引腳配置，其中部分引腳功能見表1。

系統通過節氣門位置傳感器獲得踩下加速踏板的信號，經分析處理后獲取踩下加速踏板的加速度，以I2C串行通信方式通過單片機引腳P10和P11完成加速度數據的傳輸。模塊ADXL345的標準供電電壓為5V，實際上其輸出的電壓大概為3.3V，為了使單片機與ADXL345 模塊能較好的配合工作，現將 FC-111 電平轉換模塊與ADXL345 模塊的引腳 SDA 和 SCL相連接，從而使輸出電壓由 3.3V轉化為 5V，這樣便能保證順利的完成加速度數據采集工作。

2 信號處理單元的設計

信號處理單元以STC89C52單片機為核心，其所采集到的加速踏板的加速度值與預設閾值進行對比，由此判斷駕駛員的操作是否為誤踩加速踏板。若判斷為誤踩加速踏板，中央控制模塊則控制發動機點火系統停止工作同時實施制動。STC89C52單片機的引腳圖如圖2所示。

（1）單片機的電源引腳（2根），一是VCC（接+5V電源）;另一個是GND（接地）。

（2）外接時鐘引腳（2根），分別是XTAL1：振蕩電路的輸入端;XTAL2：振蕩電路的輸出端。

（3）編程控制引腳（4根），單片機的復位引腳是RST;允許地址鎖存信號引腳為ALE/PROG;程序存儲器輸出端：PSEN;程序存儲器的內外部選通：EA/VPP。

（4）4組8位IO口引腳，分別是P0、P1、P2、P3口，共32根引腳。P0：雙向8位三態IO口，名稱為P00-P07;P1：準雙向8位IO口，名稱為P10-P17;P2：準雙向8位IO口線，名稱為P20--P27;P3：準雙向8位IO口，名稱為P30-P37。其首要功能就是作為普通IO口，見圖2。

3 動作執行單元設計

3.1 緊急熄火裝置電路

動作執行單元（制動執行模塊）由點火線路、常閉繼電器等組成。將常閉繼電器安裝在點火模塊與汽車發動機ECU之間的IGT線路，通過其來控制點火模塊與發動機ECU之間的IGT線路的接通與斷開。當發動機ECU判定駕駛員誤踩加速踏板時，便會斷開IGT線路。緊急熄火裝置電路如圖3所示。

當輸入低電平至PNP 型三極管的基極時，三極管飽和導通，發射極變成低電平狀態，使得繼電器線圈通電，觸點便會吸合;當輸入高電平至三極管基極時，三極管不導通，繼電器線圈斷電，IGT 線路斷開，從而使點火系統斷路。圖中電阻R27可降低三極管的能量消耗。

3.2 緊急制動執行電路

如圖4所示，緊急制動裝置由步進電機、升壓模塊和電機驅動器等組成。步進電機的輸出軸與線圈繞組相連接，利用鋼絲細繩將線圈繞組與制動踏板相連接。由于電機驅動需要較高電壓，因此需要加裝升壓模塊。當電控單元判斷駕駛員誤踩加速踏板時，步進電機便開始工作，通過鋼絲細繩實施制動。當車速傳感器檢測到車速為零時，發動機ECU通過電機驅動器控制步進電機，使其反轉，達到解除制動的目的。

4 結語

本設計提出了判定誤踩加速的關鍵因素即踩下加速踏板的加速度大小，通過電壓與加速踏板位移的關系再通過計算得到加速踏板加速度值。此外通過車速傳感器檢測車速是否降為零，以判斷是否需要解除制動。

基金項目：本文系2020年度江西省交通運輸廳一般科技項目“汽車電控防誤踩加速踏板系統技術研究”（項目編號：2020H0050）的階段性成果。項目主持人：吳克紹。

參考文獻：

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