汽車誤踩加速踏板解決方案研究現(xiàn)狀

劉丙曉，劉靈歌，田海蘭，王雪梅，羅博

（鄭州財(cái)經(jīng)學(xué)院，河南鄭州 450000）

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截至2019年底，我國(guó)汽車保有量達(dá)到2.6億輛，相比2018年增長(zhǎng)了8.83%。汽車產(chǎn)銷量已經(jīng)連續(xù)11年穩(wěn)居世界首位，到2020年底我國(guó)汽車保有量將有望超越美國(guó)。隨著汽車數(shù)量的增加，如何有效遏制交通事故的頻發(fā)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。交通事故發(fā)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(dǎo)致的交通事故占比達(dá)到了12.6%[1]。針對(duì)此現(xiàn)象國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究人員提出了多種解決方案，迄今為止并未有實(shí)際廣泛應(yīng)用到汽車生產(chǎn)制造中，對(duì)于誤踩加速踏板解決方案的研究仍處于發(fā)展階段。因此對(duì)誤踩加速踏板解決方案的研究現(xiàn)狀進(jìn)行歸納十分必要。

1 誤踩加速踏板的原因分析

車輛行駛過(guò)程中，駕駛員右腳負(fù)責(zé)制動(dòng)踏板及加速踏板的操作，對(duì)汽車發(fā)出加速及制動(dòng)指令。在遇見(jiàn)緊急情況需急踩制動(dòng)踏板對(duì)汽車制動(dòng)時(shí)，易出現(xiàn)誤踩加速踏板的操作，從而導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。誤踩加速踏板可歸納為以下幾種原因：（1）駕駛經(jīng)驗(yàn)不足，操作不熟練；（2）疲勞駕駛或注意力不集中；（3）駕駛過(guò)程中的突發(fā)事件，如行人闖入等。

2 誤踩加速踏板解決方案研究現(xiàn)狀及分析

在對(duì)誤踩加速踏板原因分析后，國(guó)內(nèi)外研究人員設(shè)計(jì)出多種防誤踩加速踏板的解決方案。通過(guò)對(duì)比裝置的結(jié)構(gòu)類型、技術(shù)原理，可歸納為利用機(jī)械類裝置和電子機(jī)械結(jié)合類裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)誤踩判斷的兩種方案。

2.1 防誤踩加速踏板機(jī)械式裝置

國(guó)外對(duì)防誤踩加速踏板機(jī)械式裝置的研究較早，大部分方案是在保證汽車整體結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上，對(duì)局部零部件進(jìn)行改動(dòng)，加裝機(jī)械裝置，以達(dá)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(xué)者Gustafsson根據(jù)駕駛員在進(jìn)行加速和制動(dòng)時(shí)的動(dòng)作差異對(duì)踏板進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使踏板集制動(dòng)與加速功能于一體[2]。該踏板主要組成為踏板、踏板臂、制動(dòng)回位彈簧及電磁鐵。在汽車加速時(shí)，電磁鐵吸合踏板臂，前腳掌對(duì)踏板施力使踏板臂向下運(yùn)動(dòng)；汽車制動(dòng)時(shí)，電磁鐵與踏板臂分離，腿部伸直整體施力使踏板機(jī)構(gòu)向前運(yùn)動(dòng)。通過(guò)腳掌與腿部不同力度的動(dòng)作來(lái)完成加速與制動(dòng)。該集合型踏板裝置減少了在制動(dòng)時(shí)駕駛員腳掌從加速踏板移至制動(dòng)踏板的動(dòng)作時(shí)間，減少汽車制動(dòng)距離，同時(shí)可降低踩錯(cuò)踏板的概率。由于該踏板的操作方式改變了駕駛員傳統(tǒng)的駕駛習(xí)慣，推廣難度較大。

國(guó)內(nèi)的防誤踩加速踏板機(jī)械式裝置多以加速踏板的受力大小和角速度為判斷基準(zhǔn)，參照預(yù)設(shè)正常參數(shù)值，對(duì)駕駛員的操作進(jìn)行分析，對(duì)誤操作帶來(lái)的行車影響進(jìn)行一定的補(bǔ)救修正，使節(jié)氣門開(kāi)度降低或者與制動(dòng)踏板聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)防誤踩的目標(biāo)，但大都處于理論設(shè)計(jì)和試驗(yàn)探索階段。例如吳已萬(wàn)設(shè)計(jì)的“防誤踩油門踏板結(jié)構(gòu)”（見(jiàn)圖1），在加速踏板轉(zhuǎn)軸與制動(dòng)踏板轉(zhuǎn)軸中間增設(shè)中間軸，使二者相連，在加速踏板與中間軸間設(shè)置增速機(jī)構(gòu)、測(cè)速機(jī)構(gòu)；在中間軸與制動(dòng)踏板間設(shè)置防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及棘輪，離合鎖止塊和彈簧。正常駕駛踩下加速踏板時(shí)，棘輪轉(zhuǎn)速較低離合鎖止塊在彈簧拉力作用下，不會(huì)在離心力的作用下克服彈簧的作用力向外運(yùn)動(dòng)；當(dāng)誤踩加速踏板時(shí)，棘輪轉(zhuǎn)速較高，離合鎖止塊克服彈簧拉力向外運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)制動(dòng)踏板，實(shí)現(xiàn)剎車[3]。機(jī)械式裝置結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，成本較低，但是在駕駛艙有限的空間內(nèi)增加裝置需要對(duì)原車有的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新布局，同時(shí)其長(zhǎng)期運(yùn)行工況下的穩(wěn)定性有待驗(yàn)證，故而無(wú)法在量產(chǎn)車型上大面積推廣。

圖1 防誤踩油門踏板機(jī)械結(jié)構(gòu)

2.2 防誤踩加速踏板電子機(jī)械結(jié)合式裝置

電子機(jī)械結(jié)合式裝置包含機(jī)械裝置部分和電子控制部分。通過(guò)傳感器、雷達(dá)采集實(shí)況數(shù)據(jù)如車速、車距、油門踏板加速度、節(jié)氣門開(kāi)度等，利用單片機(jī)或ECU對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，在判定為誤踩后，機(jī)械裝置將阻止加速踏板的的繼續(xù)下行，并減小節(jié)氣門的開(kāi)度，阻止汽車速度的提升。

國(guó)外在電子機(jī)械式裝置的研究技術(shù)上比較領(lǐng)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(cè)到車輛有碰撞的可能性時(shí)會(huì)對(duì)加速踏板施加反力以防止駕駛員誤踩加速踏板，同時(shí)汽車的剎車系統(tǒng)將進(jìn)行一定程度的制動(dòng)措施[2]。德國(guó)大陸集團(tuán)推出了AFFP力反饋加速踏板，也是全球首款量產(chǎn)的主動(dòng)加速踏板[4]。該套裝置主要通過(guò)激光雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)車輛周圍進(jìn)行檢測(cè)并在發(fā)現(xiàn)障礙物時(shí)，通過(guò)馬達(dá)對(duì)加速踏板提供反向力用以抵消駕駛員對(duì)加速踏板施加的力，從而減小與障礙物發(fā)生碰撞的幾率。AFFP力反饋加速踏板是一款實(shí)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(fā)生，并且能在一定程度上降低油耗，但是對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)和電機(jī)馬達(dá)的可靠性和穩(wěn)定性要求較高，同時(shí)成本的因素也限制了它的普及程度。

國(guó)內(nèi)對(duì)電子機(jī)械式裝置的研究也取得了一定程度的突破。王旭松設(shè)計(jì)出一款具有防誤踩油門踏板功能的巡航控制系統(tǒng)[5]。該系統(tǒng)基于CAN總線協(xié)議，以車載診斷端口（OBD）作為數(shù)據(jù)反饋端口，根據(jù)車速和加速踏板信號(hào)等信息對(duì)駕駛員是否誤踩進(jìn)行判斷，使汽車加速或者怠速。蔡融使用非入侵行為檢測(cè)技術(shù)采集加速踏板、制動(dòng)踏板及座椅靠背受力信號(hào)，分析其信號(hào)變化規(guī)律并建立分類模型，可以對(duì)駕駛員誤踩行為進(jìn)行預(yù)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(tǒng)的方案（見(jiàn)圖2），該系統(tǒng)通過(guò)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(duì)信息融合，對(duì)駕駛員踩加速踏板行為進(jìn)行判斷，若屬誤踩則通過(guò)輔助裝置輔助車輛制動(dòng)同時(shí)語(yǔ)音提示駕駛員[2]。與國(guó)外的電子機(jī)械防誤踩裝置相比，國(guó)內(nèi)的技術(shù)方案大多處于理論階段，沒(méi)有大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，并且在采集判斷誤踩的參數(shù)上較少，對(duì)判斷結(jié)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(tǒng)方案

3 總結(jié)與展望

對(duì)于不同的誤踩加速踏板解決方案，其技術(shù)原理路線大致相同，可概括為通過(guò)對(duì)采集車輛實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，在判斷為駕駛員誤踩加速踏板后對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)或者抑制汽車加速。不同之處在于裝置的復(fù)雜程度、采集的信號(hào)種類、采集方法、用于判斷誤踩的閾值設(shè)定、判斷誤踩后對(duì)車輛的補(bǔ)救措施。每一個(gè)因素都與判斷結(jié)果的精確度有著關(guān)聯(lián)，同時(shí)也影響著方案的穩(wěn)定性、通用性和可實(shí)施性。

汽車誤踩加速踏板裝置的設(shè)計(jì)對(duì)汽車的行駛安全有著重大意義，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有方案的不斷改進(jìn)和完善，使防誤踩技術(shù)與時(shí)俱進(jìn)，降低交通事故率。在接下來(lái)的技術(shù)發(fā)展中，第一應(yīng)結(jié)合車輛已有的安全技術(shù)如主動(dòng)剎車技術(shù)、ESP、ABS及駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)等，提升可靠性的同時(shí)減低方案的復(fù)雜程度。第二應(yīng)增加采集更多的用來(lái)判斷誤踩的車輛數(shù)據(jù)，如方向盤旋轉(zhuǎn)速度、駕駛員座椅受力信號(hào)、前方車輛或障礙物速度信息等，以提高系統(tǒng)的判斷精度。第三應(yīng)擴(kuò)大防誤踩系統(tǒng)的介入車速范圍，相比現(xiàn)有的車輛低速行駛時(shí)才允許防誤踩系統(tǒng)介入，增加高速介入和倒車介入。第四提高方案的智能化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)可自主學(xué)習(xí)和分析駕駛員駕駛習(xí)慣，做出適時(shí)提醒和預(yù)判。