汽車油門安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(shù)高速發(fā)展的今天還沒有一種完善的解決方法。為此，筆者設(shè)計(jì)了一款油門安全控制裝置來解決這一方面的技術(shù)缺陷。本文主要闡述了該控制裝置的設(shè)計(jì)方案與制作實(shí)施過程，并提出了該技術(shù)的創(chuàng)新之處。

關(guān)鍵詞 汽車安全 系統(tǒng)控制 油門安全裝置 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U463.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1研究目標(biāo)

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(tǒng)在國(guó)內(nèi)都有很多研究案例，但是實(shí)際能夠量產(chǎn)裝車的設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)外車的汽車油門安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)已有多年的發(fā)展變化，現(xiàn)在汽車油門安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)日趨成熟。國(guó)內(nèi)在進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)內(nèi)汽車安全控制也出現(xiàn)了比較好的發(fā)展勢(shì)頭。早在20世紀(jì)70年代，國(guó)外就有相關(guān)學(xué)者對(duì)司機(jī)在加速與剎車時(shí)腳部不同的動(dòng)作特征而對(duì)傳統(tǒng)的汽車油門和制動(dòng)踏板結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造內(nèi)，設(shè)計(jì)出機(jī)械式油門與剎車合成裝置，下面是幾個(gè)比較有代表性的純機(jī)械式油門與剎車合成裝置。對(duì)于國(guó)內(nèi)的純機(jī)械式安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（防誤踩油門裝置），其中國(guó)內(nèi)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(chǎn)品，除了油門與剎車合成裝置以外，國(guó)內(nèi)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(jù)的機(jī)械聯(lián)動(dòng)補(bǔ)救裝置。日產(chǎn)汽車新開發(fā)的誤踩踏板緊急輔助系統(tǒng)（帶有停車檢測(cè)功能）配備在Nissan改款車型上。誤踩踏板緊急輔助技術(shù)旨在減少車輛在停車場(chǎng)等場(chǎng)所發(fā)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(jiān)控影像系統(tǒng)的四個(gè)攝像頭以及超聲聲吶，系統(tǒng)可以檢測(cè)車輛是否處于停車場(chǎng)中，以及在車輛行進(jìn)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(tǒng)將自動(dòng)控制加速功能，并在存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)的情況下進(jìn)行緊急制動(dòng)。瑞典兩大汽車生產(chǎn)商沃爾沃和紳寶均對(duì)單踏板裝置的汽車安全性能也做過一些測(cè)試，但兩家公司在進(jìn)行測(cè)試后均表示，沒有馬上開發(fā)生產(chǎn)這種汽車的計(jì)劃。雖然純機(jī)械式的油門與剎車合成裝置能夠獲得較為可靠的制動(dòng)效果，但是此類裝置改變了司機(jī)正常踩油門和剎車的習(xí)慣，對(duì)傳統(tǒng)油門和制動(dòng)結(jié)構(gòu)改動(dòng)較大，難以在車輛中進(jìn)行普及應(yīng)用。

2研究過程

這個(gè)研究過程開展的一開始是比較困難的，因?yàn)槲覀儗?duì)于相關(guān)汽車知識(shí)還是比較薄弱，我們的研究成員一邊去圖書館去惡補(bǔ)汽車知識(shí)，一邊去網(wǎng)上去搜類似的產(chǎn)品，然后我們就發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的產(chǎn)品都是比較單一的，我們便決定將目前相對(duì)成熟的產(chǎn)品技術(shù)加上我們自身研究成果使這個(gè)產(chǎn)品更加的全面和成熟。我們首先對(duì)市場(chǎng)上的產(chǎn)品進(jìn)行比較，取其精華將其不足的地方進(jìn)行改進(jìn)，我們發(fā)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了誤踩油門裝置的專利，如有的裝置是在秒踩油門置底發(fā)出警報(bào)，但是人的反應(yīng)需要時(shí)間，死神就在那一秒與你擦肩而過;有的電子控制系統(tǒng)是在誤踩油門之后，將信號(hào)發(fā)給ASR，ASR將供油系統(tǒng)關(guān)閉，但汽車仍殘余的壓力，不可以及時(shí)的切斷動(dòng)力，因而發(fā)生交通事故事故。所以說我們的系統(tǒng)要更加科學(xué)性，先進(jìn)性。

3研究成果

在我們專業(yè)老師的指導(dǎo)下和對(duì)幾位學(xué)長(zhǎng)的請(qǐng)教，我們的項(xiàng)目的總體思路已經(jīng)確定，當(dāng)前電子控制系統(tǒng)先進(jìn)，該系統(tǒng)是基于原車有牽引力控制系統(tǒng)及電子剎車系統(tǒng)并且不改動(dòng)原車系統(tǒng)的情況下進(jìn)行開發(fā)。該裝置將牽引力控制系統(tǒng)和電子剎車系統(tǒng)緊密集合，在時(shí)速為5km/h路況復(fù)雜時(shí)，當(dāng)駕駛員遇到緊急情況在油門和剎車之間頻繁轉(zhuǎn)換，油門踏板位置傳感器和位移速率傳感器檢測(cè)出油門踏板位移和位移速率過大時(shí)，將此信號(hào)發(fā)送給控制單元，然后控制單元進(jìn)行綜合判斷，將信號(hào)傳遞給牽引力控制系統(tǒng)和電子剎車系統(tǒng)，牽引力控制系統(tǒng)將節(jié)氣門開度關(guān)閉，切斷動(dòng)力輸出，使汽車保持怠速，在牽引力控制系統(tǒng)信號(hào)的同時(shí)，還會(huì)將此信號(hào)傳遞給電子剎車系統(tǒng)，電子剎車系統(tǒng)將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)給剎車分泵電機(jī)，從而增大制動(dòng)力，使車輛自動(dòng)剎車。 經(jīng)過我們幾個(gè)不斷地努力，終于使我們得項(xiàng)目初具雛形。汽車油門安全控制系統(tǒng)包括：傳感器、控制單元和執(zhí)行器三個(gè)部分。

4主要控制器工作原理

工作原理根據(jù)汽車所突發(fā)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(hào)變化情況（0v-5v變化，不踩油門踏板信號(hào)電壓為0v，到底信號(hào)電壓為5v）;同時(shí)可以讀出油門位移速率（油門猛踩到底，油門踏板位移時(shí)間為t，油門踏板最大位移量L，計(jì)算出位移速度v=L/t）;再利用發(fā)動(dòng)機(jī)/自動(dòng)變速器控制ECU讀取車速信號(hào)。

當(dāng)油門踏板安全控制ECU接收到車速信號(hào)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(shí)，油門踏板安全控制ECU此時(shí)判斷駕駛員為誤踩油門。此時(shí)油門踏板安全控制ECU發(fā)出指令：將信號(hào)傳遞給牽引力控制系統(tǒng)和電子剎車系統(tǒng)。牽引力控制系統(tǒng)將節(jié)氣門關(guān)閉，切斷動(dòng)力輸出，使汽車保持怠速。在牽引力控制系統(tǒng)信號(hào)的同時(shí)，還會(huì)將此信號(hào)傳遞給電子剎車系統(tǒng)，電子剎車系統(tǒng)控制輪邊剎車電機(jī)進(jìn)行剎車，增大制動(dòng)力，使車輛停駛，保證車輛在盡可能短的時(shí)間里停車（通常要求為秒級(jí)）。

5研究心得

為了保證這個(gè)項(xiàng)目的安全性，我們特意通過對(duì)該裝置進(jìn)行實(shí)車測(cè)試，證明該系統(tǒng)能夠正確工作，出現(xiàn)如誤踩剎車狀況時(shí)該裝置開啟工作，并及時(shí)剎車保證人車安全，它相比于市場(chǎng)上其它的油門安全裝置更加全面，性能穩(wěn)定，判斷準(zhǔn)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(shù)路線問題，之前我們提到過油門誤踩都是按秒來計(jì)算的，我們必須做到精準(zhǔn)，不能有毫厘之差。利用原車油門位置傳感器，計(jì)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(cè)出油門踏板位移和位移速率過大時(shí)，將此信號(hào)發(fā)送給控制單元，然后控制單元進(jìn)行綜合判斷，將信號(hào)傳遞給牽引力控制系統(tǒng)和電子剎車系統(tǒng)，牽引力控制系統(tǒng)將節(jié)氣門開度關(guān)閉，切斷動(dòng)力輸出，使汽車保持怠速，在牽引力控制系統(tǒng)信號(hào)的同時(shí)，還會(huì)將此信號(hào)傳遞給電子剎車系統(tǒng)，電子剎車系統(tǒng)將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)給剎車分泵電機(jī)，從而增大制動(dòng)力，使車輛自動(dòng)剎車。同時(shí)，還應(yīng)該保證車輛在盡可能短的時(shí)間里停車（通常要求為秒級(jí)）。

7創(chuàng)新點(diǎn)

（1）整體結(jié)構(gòu)小，便于在現(xiàn)有汽車上的改裝。

（2）自動(dòng)化程度高，能夠自動(dòng)完成裝置的啟動(dòng)，人只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的復(fù)位操作。

（3）不改變汽車的原有的行駛操作習(xí)慣，可以實(shí)現(xiàn)即裝即用。

（4）當(dāng)前電子控制系統(tǒng)先進(jìn)，該系統(tǒng)是基于原車有牽引力控制系統(tǒng)及電子剎車系統(tǒng)并且不改動(dòng)原車系統(tǒng)的情況下進(jìn)行開發(fā)。