劉港　黎仕增　羅婷劼　韋錦

摘 要：針對配有動態(tài)應(yīng)急制動功能EPB系統(tǒng)的車型，以原車油門位置傳感器的電壓變化率和電壓值作為判別參數(shù)設(shè)計了防油門誤踩制動控制系統(tǒng)，并進行了實車性能試驗。結(jié)果表明，在30km/h、45km/h、60km/h，3種車速下以急剎車踩制動踏板的動作踩油門踏板，100%實現(xiàn)了制動操作，且制動距離與正常急剎車制動距離偏差率均小于10%，制動過程平穩(wěn)，表明本系統(tǒng)在油門被誤踩后能夠有效制動，極大地提高了汽車主動安全性。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急制動;油門誤踩;制動控制

1 前言

近幾年，汽車工業(yè)得到突飛猛進的發(fā)展。據(jù)《2018年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》數(shù)據(jù)顯示：截至2018年底，全國的民用汽車保有量24028萬輛。隨著汽車保有量的增加，因誤踩油門引起的交通事故也不斷增加，占比達到12.6%[1]。為此，國內(nèi)外學(xué)者進行了大量研究，設(shè)計了各種防油門誤踩控制系統(tǒng)：國內(nèi)的學(xué)者代表有陳松、胡振奇等，國外的學(xué)者代表有梅哲文、Gustafsson、continental 等。但他們所設(shè)計的防油門誤踩技術(shù)，有的可靠性不高，有的反應(yīng)速度太慢，有的準確率不足等，致使防止油門誤踩系統(tǒng)未能得到推廣和普及。

本文針對配有動態(tài)應(yīng)急制動功能EPB系統(tǒng)的車型，利用原車的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，設(shè)計了防油門誤踩制動系統(tǒng)。試驗結(jié)果表明：該控制系統(tǒng)在油門誤踩的情況下，能及時執(zhí)行緊急制動，對減少交通事故具有積極的促進作用。

2 防油門誤踩制動控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 工作原理

通過汽車發(fā)動機的油門位置傳感器（電位計）獲取油門位置信號，以電壓信號的方式傳送給汽車的ECU，通過ECU將信號轉(zhuǎn)換為電壓變化率和電壓值，從而控制節(jié)氣門和自動變速器等機構(gòu)的運行。汽車防油門誤踩制動控制系統(tǒng)如圖1所示[2]。

（1）當電壓變化率小于所設(shè)定的閥值時，控制系統(tǒng)將自動認定為“正常”狀態(tài)，STM32單片機將自動選擇油門位置傳感器信號，汽車發(fā)動機按照“正?！睜顟B(tài)來運行。

（2）當電壓變化率大于或等于所設(shè)定的閥值、且電壓值小于所設(shè)定的閥值時，汽車發(fā)動機執(zhí)行怠速指令，語音和圖像提示“油門切斷”。

（3）當電壓變化率大于或等于閥值且電壓值也大于或等于所設(shè)定的閥值時，控制系統(tǒng)自動認定為“誤踩”狀態(tài)，STM32單片機選擇怠速分配器的怠速信號，汽車發(fā)動機執(zhí)行怠速指令，語音和圖像提示“油門切斷”，接通EPB動態(tài)應(yīng)急制動開關(guān)，執(zhí)行緊急制動操作。

該系統(tǒng)的制動操作通過原車EPB系統(tǒng)的動態(tài)緊急制動系統(tǒng)來實現(xiàn)，并可根據(jù)車速狀態(tài)自動選擇液壓系統(tǒng)制動或者機械駐車制動機構(gòu)的方式實施制動。當車速較高時選擇液壓系統(tǒng)制動，此時ABS/ESP系統(tǒng)全程介入，確保了汽車制動過程穩(wěn)定性。駕駛員只需長按駐車制動開關(guān)鍵即可觸發(fā)該功能，本系統(tǒng)僅需并聯(lián)繼電器控制電路即可執(zhí)行油門誤踩后的制動操作。汽車防油門誤踩制動控制系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)如圖2所示[2]。

2.2 防油門誤踩制動控制系統(tǒng)設(shè)計

防油門誤踩制動控制系統(tǒng)如圖3所示[3]。操作過程如下：

（1）當dU/dt

（2）當dU/dt≥dU0/dt且U

（3）當dU/dt≥dU0/dt且U≥U0時，單片機向信號分配器發(fā)送指令，信號分配器選擇Ud向ECU發(fā)送，并接通語音圖像提示和EPB動態(tài)應(yīng)急制動開關(guān)電源電路。

（4）在系統(tǒng)完成執(zhí)行指令后，駕駛員松開油門踏板，U下降，當U

本系統(tǒng)須在電壓變化率和電壓值都超過閾值時才執(zhí)行制動操作，這是考慮到可能有個別駕駛員，在某些極端條件下瞬間猛踩油門加速而導(dǎo)致電壓變化率超出閾值的情況出現(xiàn)，如果此時執(zhí)行制動操作，汽車在駕駛員“意料之外”突然減速，易引發(fā)事故，而僅執(zhí)行怠速操作，則相對安全[3]。另外，如果系統(tǒng)設(shè)定為電壓變化率和電壓均超出閾值再一步執(zhí)行怠速和制動，則又延遲了系統(tǒng)響應(yīng)時間[4]。

3 試驗

3.1 “誤踩”判別試驗

為檢驗防油門誤踩制動控制系統(tǒng)的可靠性，首先要對該系統(tǒng)進行“誤踩”判別的試驗：

（1）以配有EPB系統(tǒng)的09款大眾邁騰作為試驗車型，按要求正確安裝防油門誤踩制動控制系統(tǒng)。

（2）選取10名不同性別和駕齡的駕駛員，各在不同的路段上分別進行正常駕車行駛和“誤踩”油門操作，并記錄油門在兩種狀態(tài)下的電壓-時間曲線。

（3）通過對數(shù)據(jù)進行分析處理，統(tǒng)計兩種狀態(tài)下各區(qū)間“峰值”的個數(shù)，如表1所示。

由表1可見：正常行駛狀態(tài)下電壓的變化率均小于20V/s，電壓值均小于4V;而在“誤踩”的狀態(tài)下，其電壓變化率均超過了20V/s，電壓值均超過4V。試驗結(jié)果說明：將電壓變化率和電壓值作為“誤踩”的判別條件是可行的。

3.2 原地駐車試驗

（1）選取09款大眾邁騰作為試驗用車，原地啟動發(fā)動機，怠速運行。由于原地駐車，無法實際測試EPB緊急制動操作，因此換接了制動指令指示燈來判斷系統(tǒng)是否發(fā)送了制動操作指令。

（2）選取不同駕齡和性別的駕駛員共10名，分別以急剎車制動的動作和加速超車的動作各操作50次。試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可見：在這組閾值條件下，所有誤踩狀態(tài)都觸發(fā)了本系統(tǒng)，并完全正確執(zhí)行了怠速、語音圖像提示操作，發(fā)出制動指令;500次加速超車試驗中，系統(tǒng)執(zhí)行了2次怠速和語音圖像提示操作，0次發(fā)出制動指令，正確識別率99.6%。

3.3 “誤踩”制動試驗

（1）選取09款大眾邁騰在駕校練車場路段進行試驗。

（2）選取10名不同駕齡和性別的駕駛員，在不同的車速下（試驗時速分別為30、45、60 km/h）分別進行正常急剎車和油門“誤踩”操作，并記下制動距離。具體試驗數(shù)據(jù)如表3所示。

由表3可見：在不同車速下以急剎車的方式踩油門踏板，系統(tǒng)均執(zhí)行了制動操作，制動過程中車輛平穩(wěn)，且制動距離與正確急剎車制動距離偏差不超過10%，完全滿足工作要求。

4 結(jié)論

本文針對配有動態(tài)應(yīng)急制動功能EPB的車型，利用汽車油門位置傳感器作為信號采集，通過原車配置的EPB系統(tǒng)來實現(xiàn)制動的防油門誤踩制動控制系統(tǒng)。試驗結(jié)果表明：該系統(tǒng)能準確判別“誤踩”現(xiàn)象，并能及時實施緊急制動操作和語音、圖像提示，有效提高汽車駕駛的安全性。

參考文獻：

[1]數(shù)據(jù)來源：《2018年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》.

[2]黎仕增，韋錦，劉港.防汽車油門誤踩制動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].汽車技術(shù)，2018（09）：37-39.

[3]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（3）：73-75.

[4]胡振奇，朱昌吉，李君等.汽車防誤踩加速踏板系統(tǒng)的研發(fā)[J].汽車工程，2011，33（8）：713-716.