汽車誤踩加速踏板解決方案研究現狀

劉丙曉，劉靈歌，田海蘭，王雪梅，羅博

（鄭州財經學院，河南鄭州 450000）

國家統計局數據顯示，截至2019年底，我國汽車保有量達到2.6億輛，相比2018年增長了8.83%。汽車產銷量已經連續11年穩居世界首位，到2020年底我國汽車保有量將有望超越美國。隨著汽車數量的增加，如何有效遏制交通事故的頻發成為人們關注的焦點。交通事故發生的誘因較多，其中因駕駛員緊急情況下誤踩加速踏板而導致的交通事故占比達到了12.6%[1]。針對此現象國內外的相關研究人員提出了多種解決方案，迄今為止并未有實際廣泛應用到汽車生產制造中，對于誤踩加速踏板解決方案的研究仍處于發展階段。因此對誤踩加速踏板解決方案的研究現狀進行歸納十分必要。

1 誤踩加速踏板的原因分析

車輛行駛過程中，駕駛員右腳負責制動踏板及加速踏板的操作，對汽車發出加速及制動指令。在遇見緊急情況需急踩制動踏板對汽車制動時，易出現誤踩加速踏板的操作，從而導致交通事故的發生。誤踩加速踏板可歸納為以下幾種原因：（1）駕駛經驗不足，操作不熟練；（2）疲勞駕駛或注意力不集中；（3）駕駛過程中的突發事件，如行人闖入等。

2 誤踩加速踏板解決方案研究現狀及分析

在對誤踩加速踏板原因分析后，國內外研究人員設計出多種防誤踩加速踏板的解決方案。通過對比裝置的結構類型、技術原理，可歸納為利用機械類裝置和電子機械結合類裝置實現對誤踩判斷的兩種方案。

2.1 防誤踩加速踏板機械式裝置

國外對防誤踩加速踏板機械式裝置的研究較早，大部分方案是在保證汽車整體結構不變的基礎上，對局部零部件進行改動，加裝機械裝置，以達到防誤踩加速踏板的效果，提升汽車的安全性能。比較典型的如瑞典學者Gustafsson根據駕駛員在進行加速和制動時的動作差異對踏板進行重新設計，使踏板集制動與加速功能于一體[2]。該踏板主要組成為踏板、踏板臂、制動回位彈簧及電磁鐵。在汽車加速時，電磁鐵吸合踏板臂，前腳掌對踏板施力使踏板臂向下運動；汽車制動時，電磁鐵與踏板臂分離，腿部伸直整體施力使踏板機構向前運動。通過腳掌與腿部不同力度的動作來完成加速與制動。該集合型踏板裝置減少了在制動時駕駛員腳掌從加速踏板移至制動踏板的動作時間，減少汽車制動距離，同時可降低踩錯踏板的概率。由于該踏板的操作方式改變了駕駛員傳統的駕駛習慣，推廣難度較大。

國內的防誤踩加速踏板機械式裝置多以加速踏板的受力大小和角速度為判斷基準，參照預設正常參數值，對駕駛員的操作進行分析，對誤操作帶來的行車影響進行一定的補救修正，使節氣門開度降低或者與制動踏板聯動，實現防誤踩的目標，但大都處于理論設計和試驗探索階段。例如吳已萬設計的“防誤踩油門踏板結構”（見圖1），在加速踏板轉軸與制動踏板轉軸中間增設中間軸，使二者相連，在加速踏板與中間軸間設置增速機構、測速機構；在中間軸與制動踏板間設置防轉機構及棘輪，離合鎖止塊和彈簧。正常駕駛踩下加速踏板時，棘輪轉速較低離合鎖止塊在彈簧拉力作用下，不會在離心力的作用下克服彈簧的作用力向外運動；當誤踩加速踏板時，棘輪轉速較高，離合鎖止塊克服彈簧拉力向外運動，從而帶動制動踏板，實現剎車[3]。機械式裝置結構原理簡單，成本較低，但是在駕駛艙有限的空間內增加裝置需要對原車有的機械結構進行重新布局，同時其長期運行工況下的穩定性有待驗證，故而無法在量產車型上大面積推廣。

圖1 防誤踩油門踏板機械結構

2.2 防誤踩加速踏板電子機械結合式裝置

電子機械結合式裝置包含機械裝置部分和電子控制部分。通過傳感器、雷達采集實況數據如車速、車距、油門踏板加速度、節氣門開度等，利用單片機或ECU對數據進行處理分析，在判定為誤踩后，機械裝置將阻止加速踏板的的繼續下行，并減小節氣門的開度，阻止汽車速度的提升。

國外在電子機械式裝置的研究技術上比較領先，一些高檔車型上已配有防誤踩加速踏板裝置。例如尼桑公司的一些車型上配備的防誤踩加速踏板裝置在檢測到車輛有碰撞的可能性時會對加速踏板施加反力以防止駕駛員誤踩加速踏板，同時汽車的剎車系統將進行一定程度的制動措施[2]。德國大陸集團推出了AFFP力反饋加速踏板，也是全球首款量產的主動加速踏板[4]。該套裝置主要通過激光雷達系統對車輛周圍進行檢測并在發現障礙物時，通過馬達對加速踏板提供反向力用以抵消駕駛員對加速踏板施加的力，從而減小與障礙物發生碰撞的幾率。AFFP力反饋加速踏板是一款實用性比較高的裝置，不僅可以很大程度地降低追尾事故的發生，并且能在一定程度上降低油耗，但是對雷達系統和電機馬達的可靠性和穩定性要求較高，同時成本的因素也限制了它的普及程度。

國內對電子機械式裝置的研究也取得了一定程度的突破。王旭松設計出一款具有防誤踩油門踏板功能的巡航控制系統[5]。該系統基于CAN總線協議，以車載診斷端口（OBD）作為數據反饋端口，根據車速和加速踏板信號等信息對駕駛員是否誤踩進行判斷，使汽車加速或者怠速。蔡融使用非入侵行為檢測技術采集加速踏板、制動踏板及座椅靠背受力信號，分析其信號變化規律并建立分類模型，可以對駕駛員誤踩行為進行預判[6]。苑警支提出了基于多傳感器融合的誤踩加速踏板輔助系統的方案（見圖2），該系統通過傳感器采集車輛加速踏板、方向盤壓力、前車距離信息等，利用模糊算法對信息融合，對駕駛員踩加速踏板行為進行判斷，若屬誤踩則通過輔助裝置輔助車輛制動同時語音提示駕駛員[2]。與國外的電子機械防誤踩裝置相比，國內的技術方案大多處于理論階段，沒有大量的試驗數據支撐，并且在采集判斷誤踩的參數上較少，對判斷結果的精確度有一定的影響。

圖2 多傳感器融合的誤踩加速踏板輔助系統方案

3 總結與展望

對于不同的誤踩加速踏板解決方案，其技術原理路線大致相同，可概括為通過對采集車輛實時數據信息進行處理，在判斷為駕駛員誤踩加速踏板后對車輛進行制動或者抑制汽車加速。不同之處在于裝置的復雜程度、采集的信號種類、采集方法、用于判斷誤踩的閾值設定、判斷誤踩后對車輛的補救措施。每一個因素都與判斷結果的精確度有著關聯，同時也影響著方案的穩定性、通用性和可實施性。

汽車誤踩加速踏板裝置的設計對汽車的行駛安全有著重大意義，通過對現有方案的不斷改進和完善，使防誤踩技術與時俱進，降低交通事故率。在接下來的技術發展中，第一應結合車輛已有的安全技術如主動剎車技術、ESP、ABS及駕駛員疲勞監測等，提升可靠性的同時減低方案的復雜程度。第二應增加采集更多的用來判斷誤踩的車輛數據，如方向盤旋轉速度、駕駛員座椅受力信號、前方車輛或障礙物速度信息等，以提高系統的判斷精度。第三應擴大防誤踩系統的介入車速范圍，相比現有的車輛低速行駛時才允許防誤踩系統介入，增加高速介入和倒車介入。第四提高方案的智能化設計，使系統可自主學習和分析駕駛員駕駛習慣，做出適時提醒和預判。