誤踩油門保護裝置的研究現(xiàn)狀

胡偉翔，邵京京，毛晨悅，金浩陽，翁孟超

（浙江師范大學(xué)，浙江 金華 321004）

誤踩油門保護裝置的研究現(xiàn)狀

胡偉翔，邵京京，毛晨悅，金浩陽，翁孟超

（浙江師范大學(xué)，浙江 金華 321004）

汽車駕駛過程中，錯踩油門（油門當(dāng)剎車）引發(fā)的交通事故屢見不鮮。由此可見誤踩油門保護裝置研發(fā)的重要性。本文將對現(xiàn)有的誤踩油門保護裝置的誤踩油門判定方法和誤踩油門后采取的措施以及特殊的油門剎車結(jié)構(gòu)進行歸納整理。

誤踩油門踏板；油門保護；斷油

CLC NO.: U467.1 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2015)06-125-03

引言

汽車越來越多地“走進”百姓家庭，但汽車安全駕駛的問題也日益凸現(xiàn)出來，特別是一些司機在緊急剎車時誤踩油門而導(dǎo)致的重大交通事故時有發(fā)生，如奉化的620事件造成夫妻雙亡、煙臺622事故造成5死3傷，引起社會的高度關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計，因技術(shù)不熟練、疲勞駕駛、過度緊張等原因?qū)е埋{駛員誤將油門踏板當(dāng)成制動踏板引發(fā)的交通事故在重大交通事故中幾乎占到了12.6%。為了避免上述事故，研究機構(gòu)對這類事故也做了很多的研究。

1、誤踩油門的判定方法

準(zhǔn)確無誤地判定正常加速和誤踩油門是對誤踩油門保護裝置的基本要求。

1.1 油門踏板加速度、速率

陳嘉楠和楊松[1]利用正常踩油門和緊急情況下踩剎車時兩者之間存在明顯的加速度區(qū)別，以加速度的值作為判斷是否誤踩油門的檢測信號。在油門踏板處設(shè)置一個加速度傳感器，當(dāng)油門踏板加速度大于設(shè)定的臨界值時，則判定此操作為誤踩油門。

陳松[2]利用駕駛員在汽車加速操作和急剎車操作時存在可分辨的速度差來檢測誤踩油門操作。利用光電耦合器檢測加速踏板的動作速度，采用單片機(AT89S52)比較兩者的速度差，而后和標(biāo)準(zhǔn)值比較確定是否啟動剎車系統(tǒng)。

1.2 壓力傳感器

黃幼華[3]的專利可切換剎車誤踩油門控制系統(tǒng)中利用了壓力傳感器。將信號產(chǎn)生器置于原來油門的推桿處，油門推桿端蓋一側(cè)連接油門踏板機構(gòu)，密封端蓋一側(cè)連接供油系統(tǒng)開關(guān)。在信號產(chǎn)生器的密封端蓋上設(shè)置表座連接壓力傳感器，通過壓力傳感器將信號產(chǎn)生器中的壓力變化轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給PLC， PLC將獲取的實時信號與事先設(shè)定的參數(shù)進行比對，并作出正確的判斷。油門異常踩踏下壓力信號的臨界分辨值是通過調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)流閥設(shè)定的，其偏差可適當(dāng)修正PLC的設(shè)定值進行補償；如果一旦壓力信號出現(xiàn)。

1.3 節(jié)氣門開啟信號

王小杰等[4]利用節(jié)氣門開啟信號（節(jié)氣門開啟的角度、角速度、角加速度）來判定是否誤踩油門，在車輛的正常行駛過程中，施加到油門踏板上的力是舒緩漸變的，在緊急制動時，制動踏板都是被一踩到底。如在緊急制動時，誤將油門踏板當(dāng)制動踏板踩下，節(jié)氣門開啟的角度、角速度、角加速度都會比車輛正常加速時大得多。因此可通過相關(guān)試驗來取得誤踩油門踏板時節(jié)氣門開啟的角度、角速度、角加速度這三個參數(shù)臨界值的模擬量，當(dāng)駕駛員錯踩油門踏板時，三個數(shù)值均大于臨界值時判定為誤踩油門。

1.4 慣性觸發(fā)器

還有利用慣性觸發(fā)器來判定誤踩油門。正常踩油門時，踩踏板的用力均勻，速度緩慢，慣性觸發(fā)器沒有獲得足夠的加速度，裝置中的彈簧托著慣性錘在內(nèi)套中浮動，慣性錘不觸及開關(guān)。誤踩油門時，踩油門踏板用力較大，速度較快，慣性觸發(fā)器得到了一個較大的加速度，裝置中的慣性錘因為慣性壓縮彈簧而前沖，觸點撞擊開關(guān)，啟動裝置。

1.5 電磁感應(yīng)

邵思濤[5]在油門連桿上安裝磁鐵，磁鐵穿過固定在車體上的線圈，踩踏油門時，線圈就會切割磁感線而產(chǎn)生電流．在正常情況下，油門都是緩慢踩下的，感應(yīng)電流小，電磁鐵無力吸引銜鐵下落，發(fā)動機正常工作．誤將油門當(dāng)剎車時，快速踩下，線圈中就會感應(yīng)出很大的電流，利用感應(yīng)電壓的大小觸發(fā)單片機。

1.6 旋轉(zhuǎn)編碼器

尹怡欣等[6]在油門踏板聯(lián)動軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，用于檢測油門踏板的下踩速度和到達位置。利用車輛的速度信號，檢測車輛的加速度。即將編碼器的A、B相信號接人信號處理單元，利用兩相信號的相位差確定踏板運動方向，利用一定時間內(nèi)的脈沖數(shù)計算運動速度，利用脈沖累積計算踏板位置。按照一定時間間隔對車輛速度進行采樣保持，利用相鄰采樣時刻的速度差和采樣周期計算車輛的加速度。在油門踏板的下踩速度和到達位置超過閾值時，或車輛的加速度超過閾值時，認為油門踏板誤踩，信號處理單元將油門踏板誤踩信號置為高電平輸出。

2、誤踩油門后采取的措施

汽車發(fā)生誤踩油門后采取的措施直接關(guān)系到保護效果的實現(xiàn)。

2.1 機械式的防誤踩油門裝置

梅哲文等[7]設(shè)計的汽車油門防誤踩裝置主要由外箱體和內(nèi)箱體兩部分組成，內(nèi)箱體和外箱體之間設(shè)置有復(fù)位彈簧，內(nèi)箱體上的連接帶連接剎車連接帶和油門踏板連接帶，內(nèi)箱體的中部設(shè)有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸的兩端安裝在內(nèi)軸承內(nèi)，轉(zhuǎn)軸上安裝帶槽棘輪和齒輪，油門踏板連接帶裝在帶槽棘輪上，齒輪和帶槽齒輪嚙合，帶槽齒輪安裝在上軸上，油門連接帶套裝在帶槽齒輪上，內(nèi)箱體的兩側(cè)內(nèi)壁設(shè)有豎向?qū)к?，滑塊可上下移動地安裝在豎向?qū)к墐?nèi)，滑塊的底部連接附加彈簧的上端，附加彈簧的下端頂在豎向?qū)к壍牡撞?，?nèi)箱體底部設(shè)有內(nèi)箱體棘輪齒，內(nèi)箱體棘輪齒位于帶槽棘輪的正下方。

當(dāng)在緊急情況下誤將油門當(dāng)剎車時，踩油門速度與正常加速值偏離嚴(yán)重，此時油門踏板帶動帶槽棘輪，使轉(zhuǎn)軸向下的牽引力遠大于彈簧拉力，系統(tǒng)平衡被破壞，推動帶棘輪沿內(nèi)箱體的導(dǎo)軌向下滑動，壓縮附加彈簧，并與內(nèi)箱體棘輪齒嚙合，油門踏板連帶拉動整個內(nèi)箱體向下滑動，內(nèi)箱體帶動剎車連接帶，達到即時剎車目的。此時由于油門連接帶未被拉動，油門并未同時加速開啟，從而起到誤踩油門時使汽車不加油并緊急剎車的作用。

2.2 電子智能式的防誤踩油門裝置（單片機）

駱美富等[8]人的設(shè)計經(jīng)過ECU計算，開啟微動開關(guān)，控制兩套電機的動作；其中一套電機通過驅(qū)動齒輪傳動裝置使真空助力器發(fā)生作用，對車輛進行自動制動；另一套電機通過凸輪等裝置，使發(fā)動機節(jié)氣門開度閥自動關(guān)閉，從而使發(fā)動機自動降速。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院的陳嘉楠和楊松設(shè)計的裝置將誤踩油門信號傳給控制器，控制器接受信號后迅速啟動制動執(zhí)行裝置（力矩電機）轉(zhuǎn)動，從而帶動繞線組拉動制動踏板，從而起到誤踩油門自動剎車的效果。制動執(zhí)行裝置主要由單片機控制器、執(zhí)行電機等組成，裝置電源采用汽車蓄電泡供電。固定在電機輸出轉(zhuǎn)軸上的繞線組采用鋼絲拉繩，一端在在繞線組上固定，另一端連接制動踏板的支撐桿。控制器得到誤踩油門信號后，控制電機旋轉(zhuǎn)帶動拉繩從而起到剎車效果。

王俊華等[9]設(shè)計的裝置油路控制系統(tǒng)是一與單片機相連并受其控制的斷油式電磁閥；制動控制系統(tǒng)包括置于剎車踏板連桿后方并與電磁鐵相連的車載打氣泵，電磁鐵的電路回路與單片機相連并受其控制。在正常剎車時，不影響制動踏板踩踏，當(dāng)系統(tǒng)檢測到駕駛員誤踩油門時，發(fā)出控制信號，以車載打氣泵為動力使鋼索迅速地拉動制動踏板進行剎車；在汽車停穩(wěn)之后，氣缸活塞桿和制動踏板復(fù)位，不影響原有剎車系統(tǒng)的在正常情況制動性能。

還有利用剎車響應(yīng)器和油門復(fù)位器來保護誤踩油門?？刂葡到y(tǒng)收到誤踩油門的電信號控制快速拉線的剎車響應(yīng)器：運用旋轉(zhuǎn)卡銷控制、彈簧驅(qū)動的拉線機構(gòu)，使得誤踩油門時汽車得以快速制動和三滑輪組合機構(gòu)：電磁插銷與移動滑輪相結(jié)合的油門釋放裝置，實現(xiàn)汽車油門的快速復(fù)位控制，使汽車立即停止前行，從而起到防誤踩油門的效果。

機械式的防誤踩油門裝置，利用液壓和機械聯(lián)動裝置，靈活性比較差，往往面臨精確度不高，加裝難度大，機械損耗問題，設(shè)備維護困難，而且對駕駛員開車的習(xí)慣也造成不良影響。電子智能式防誤踩油門裝置自動化程度高，反應(yīng)靈敏快捷，更為可靠，不改變原車結(jié)構(gòu)，安裝方便，改裝成本低。電子智能化是現(xiàn)今防誤踩油門裝置的發(fā)展方向。

2.3 剎車誤踩油門電子控制系統(tǒng)

張連民[10]的實用新型專利剎車誤踩油門電子制動控制系統(tǒng)包括：制動控制系統(tǒng)、供油控制系統(tǒng)、警示裝置、準(zhǔn)備裝置、車輛油門踏板運動速度信號發(fā)生器、PLC。制動控制系統(tǒng)用于剎車誤踩油門時，瞬時實現(xiàn)車輛由加速變?yōu)橹苿?；供油控制系統(tǒng)用于剎車誤踩油門時，迅速降低車輛發(fā)動機轉(zhuǎn)速；警示裝置用于提醒車輛油門踏板的運動速度已經(jīng)達到由正常速度轉(zhuǎn)化為異常速度的臨界狀態(tài)；準(zhǔn)備裝置用于開啟雙閃燈；PLC用于將車輛油門踏板運動速度信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號與設(shè)定參數(shù)進行比對，并做出正確的判斷，PLC分別與制動控制系統(tǒng)電連接，與供油控制系統(tǒng)電連接，與警示裝置電連接，與準(zhǔn)備裝置電連接，與車輛油門踏板運動速度信號發(fā)生器電連接。

文獻3中提到的黃幼華的可切換剎車誤踩油門控制系統(tǒng)專利由車輛剎車誤踩油門智能控制系統(tǒng)和電磁閥、切換鍵組成。當(dāng)異常踩踏油門時，能瞬間自動將加速轉(zhuǎn)換成制動；但是如果在這種狀態(tài)下超車加速，則踩踏油門的力度必須控制在PLC事先設(shè)定的范圍內(nèi)，如控制不當(dāng)極易引發(fā)事故。該實用新型專利可以在車輛超車加速前通過切換電磁閥工位使車輛剎車誤踩油門智能控制系統(tǒng)的功能暫時失效，超車結(jié)束再切回車輛剎車誤踩油門智能控制系統(tǒng)的設(shè)置狀態(tài)，以確保車輛在有意識超車加速與無意識剎車誤踩油門加速兩種狀況下的安全。

3、特殊的油門剎車結(jié)構(gòu)

相關(guān)研究人員進一步提出了將油門剎車的結(jié)構(gòu)進行改進，使其合二為一的設(shè)想，通過省略現(xiàn)有技術(shù)中右腳從油門踏板挪動到剎車踏板的轉(zhuǎn)換時間，從而縮短了緊急剎車的時間，縮短制動距離，有效降低事故發(fā)生的概率，以促進汽車產(chǎn)業(yè)油門剎車系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。有學(xué)者大膽而創(chuàng)新的將油門踏板受力面旋轉(zhuǎn) 90°，呈豎直狀態(tài)立在剎車踏板右側(cè)，而剎車踏板作用力方向保持不變，將原剎車踏板和油門踏板的兩個獨立機構(gòu)有機地結(jié)成為一體的聯(lián)動結(jié)構(gòu)。由于改變了剎車和油門踏板的用力方向（一個向下、一個向右），因而可以避免誤踩。還有江南大學(xué)的傅蔡安教授等學(xué)者[11]設(shè)計的汽車油門剎車組合裝置，向下踩踏踏板實現(xiàn)剎車制動，向右側(cè)偏轉(zhuǎn)踏板實現(xiàn)加油加速。

艾玉鑫[12]的實用新型專利一種安全汽車油門踏板在油門踏板的基礎(chǔ)上增加了剎車線和汽車安全帶用的緊束裝置，汽車低速行駛過程中，緩慢踩踏時正常加速，實現(xiàn)油門踏板的功能，當(dāng)遇到緊急情況踩踏油門踏板時，緊束裝置固定緊束帶使其不動，繼續(xù)踩踏過程中剎車線起到剎車的作用，避免了誤踩后造成的交通事故，成本低，易推廣，不用時拆卸方便。

4、結(jié)束語

綜上所述，防誤將油門當(dāng)剎車結(jié)構(gòu)在駕駛員在誤踩加速踏板時，能夠發(fā)揮制動踏板的作用，避免不必要的交通事故的發(fā)生，對于提高汽車的主動安全性的研究，也有積極的意義。但目前此類裝置基本處于實驗室階段，仍缺乏實際應(yīng)用，在新型防誤踩裝置設(shè)計中需要綜合考慮使用安全性、實用性、加裝方便性、結(jié)構(gòu)簡單性、通用性等原則，因此設(shè)計一款安全實用的防誤踩油門裝置還將任重道遠。

[1] 陳嘉楠, 楊松. 誤踩油門自動剎車系統(tǒng)制動執(zhí)行裝置設(shè)計[J].中國科技信息, 2012(16).

[2] 陳松,，張娜. 基于AT89S52單片機的誤踩油門控制器的設(shè)計[J].西昌學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）, 2009,23(3).

[3] 黃幼華，可切換剎車誤踩油門控制系統(tǒng)[P].中國專利：20112004 3145.1, 2011.02. 14.

[4] 王小杰，項紅熒，程誠,防誤將油門當(dāng)剎車結(jié)構(gòu)的研究[J].汽車實用技術(shù),2012(8).

[5] 邵思濤，華峰中學(xué),利用電磁感應(yīng)研發(fā)“誤踩油門當(dāng)剎車”智能識別系統(tǒng)[J]. 物理實驗, 2014(5).

[6] 尹怡欣，徐令儀，徐雅璠，沈志忠. 基于旋轉(zhuǎn)編碼器的汽車油門誤踩檢測[J]. 控制工程, 2013,20(4)

[7] 梅哲文, 李曉佳, 王明環(huán), 彭偉. 汽車油門防誤踩緊急剎車裝置[J]. 機械設(shè)計與制造, 2010（10）.

[8] 駱美富,郭海濤,陳紅巖.一種新型的汽車防誤踩油門踏板系統(tǒng)的設(shè)計[J].科技通報, 2013,29(3).

[9] 王俊華,張開明,張力,一種駕駛員誤踩油門緊急制動裝置[J]. 計算機測量與控制,2012,20(9).

[10] 張連民，剎車誤踩油門電子制動控制系統(tǒng)[P].中國專利：201220258122.7,2012. 05. 27.

[11] 傅蔡安,劉媛.汽車油門剎車組合裝置[P].中國專利：20091025 1717.2,2010.06.09.

[12] 艾玉鑫，一種安全汽車油門踏板[P].中國專利：201320204389.2, 2013. 04. 22.

The Research Status ofProtection Device for Mistakenly Stepping on AutomobileAccelerator Pedal

Hu WeiXiang, Shao Jingjing, Mao Chenyue, Jin Haoyang, Weng Mengchao
( Zhejiang Normal University, Zhejiang Jinhua 321004 )

In car driving, there exist so many accidents caused by mistakenly accelerating (mistaking accelerator for brake), which shows the importance of creating the device of preventing mistakenly accelerating. This essay is going to discuss the judgement methods and subsequent solutions of mistakenly accelerating about the present preventing device, and also the special structure of the accelerator and brake.

mistaken press on accelerator; accelerator protection; fuel cut

U467.1

B

1671-7988(2015)06-125-03

翁孟超，副教授，就職于浙江師范大學(xué)。項目指導(dǎo)老師，研究方向：汽車安全技術(shù)、發(fā)動機技術(shù)。

2014年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目支持（項目編號：201410345023）。