吳克紹　徐昭　徐濟(jì)宣

摘 要：文章提供了一種誤踩加速踏板的判定方法，進(jìn)行了理論制動(dòng)距離分析，介紹了一種自主設(shè)計(jì)的電控防誤踩加速踏板自動(dòng)制動(dòng)裝置。該裝置能較好地減少和避免因誤踩加速踏板而引發(fā)的交通事故。關(guān)鍵詞：電控;汽車(chē)防誤踩加速踏板;自動(dòng)制動(dòng)裝置中圖分類號(hào)：U463.52 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）08-127-03

Abstract： This paper provides a judgment method of mistakenly stepping on accelerator pedal， analyzes the theoretical braking distance， and introduces a self-designed electronic anti mistaking accelerator pedal automatic braking device. The device can reduce and avoid traffic accidents caused by stepping on accelerator pedal by mistake.Keywords： Electronic control; Automobile anti misoperation accelerator pedal; Automatic brake deviceCLC NO.： U463.52 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）08-127-03

1 前言

在行車(chē)過(guò)程中，遇到緊急情況時(shí)錯(cuò)把加速踏板當(dāng)作制動(dòng)踏板而引發(fā)的交通事故時(shí)有發(fā)生，特別是初學(xué)駕車(chē)者發(fā)生此類情況的概率更高，而目前汽車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)法防止此類誤操作所帶來(lái)的不良后果。

2 誤踩加速踏板的判定

事實(shí)上，一般正常行駛加速時(shí)踩踏加速踏板的速度不會(huì)太快，如果是遇到緊急情況將加速踏板誤作為制動(dòng)踏板踩踏，則踩踏的速度比正常加速時(shí)要快得多，為此，可通過(guò)踩踏加速踏板的加速度來(lái)判定是否誤踩加速踏板。我們可以通過(guò)踩下加速踏板速度變化的斜率來(lái)確定其加速度的大小。而加速踏板速度變化的斜率與節(jié)氣門(mén)位置傳感器測(cè)得的電壓值之間具有函數(shù)關(guān)系。本設(shè)計(jì)采用直線式節(jié)氣門(mén)位置傳感器。

節(jié)氣門(mén)位置傳感器的輸出電壓V與節(jié)氣門(mén)的旋轉(zhuǎn)角度?A呈線性的函數(shù)關(guān)系V=kA（k為常數(shù)），通過(guò)推算可求得加速踏板加速度a：

由上式可知，所測(cè)電壓的二次微分值便是加速踏板的加速度值，在系統(tǒng)電子控制單元中對(duì)所測(cè)電壓值做相應(yīng)分析處理，如果加速踏板的加速度值大于設(shè)定的域值則判定為誤踩加速踏板。

3 汽車(chē)正常行駛時(shí)的制動(dòng)

如果判定是誤踩加速踏板操作，設(shè)計(jì)的裝置便需要對(duì)汽車(chē)實(shí)施強(qiáng)制制動(dòng)，因此必須根據(jù)制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理找到制動(dòng)指令控制的對(duì)象。一種重要的實(shí)現(xiàn)降速停車(chē)的手段就是使制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。為此，我們必須先要了解制動(dòng)系統(tǒng)的工作情況。對(duì)于一般轎車(chē)來(lái)說(shuō)，其制動(dòng)系統(tǒng)的組成主要包括制動(dòng)踏板、制動(dòng)主缸、制動(dòng)輪缸、制動(dòng)器和制動(dòng)管路幾部分，制動(dòng)系統(tǒng)的組成如圖 1所示。

1-前輪盤(pán)式制動(dòng)器;2-制動(dòng)主缸;3-真空助力器;4-制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu);

5-后輪鼓式制動(dòng)器;6-制動(dòng)組合閥;7-制動(dòng)警告燈

制動(dòng)過(guò)程：當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板，作用在制動(dòng)踏板上的力通過(guò)真空助力器放大后傳至制動(dòng)主缸，這時(shí)制動(dòng)主缸便會(huì)流出一部分液體到制動(dòng)輪缸，使得制動(dòng)器的摩擦片與車(chē)輪鋼圈發(fā)生摩擦。摩擦產(chǎn)生的作用在車(chē)輪和地面上的制動(dòng)力矩，使地面產(chǎn)生一個(gè)與牽引力方向相反的制動(dòng)力，使正常行駛的汽車(chē)減速以至停車(chē)。

4 理論制動(dòng)距離分析

駕駛員的制動(dòng)操作過(guò)程包括駕駛員察覺(jué)緊急情況，移動(dòng)右腳放在制動(dòng)踏板上;駕駛員踩下制動(dòng)踏板，制動(dòng)力經(jīng)過(guò)真空助力器迅速增大;動(dòng)力保持不變;駕駛員放松制動(dòng)，制動(dòng)力逐漸減小至零等四個(gè)過(guò)程。

如圖2所示，當(dāng)駕駛員在駕駛過(guò)程中突然接到緊急制動(dòng)信號(hào)后，由于需要一段時(shí)間作出反應(yīng)，駕駛員并沒(méi)有立即采取制動(dòng)措施，從圖 2所示的 a 點(diǎn)要經(jīng)過(guò)τ1′時(shí)間做出反應(yīng);直到經(jīng)過(guò)τ1″后駕駛員才能踩著制動(dòng)踏板。

到達(dá)b點(diǎn)以后，制動(dòng)力立刻增大，到達(dá)d點(diǎn)時(shí)達(dá)到其最大值。但是由于制動(dòng)鼓與制動(dòng)蹄之間設(shè)有間隙，所以要經(jīng)過(guò)時(shí)間τ2′后，到達(dá)c點(diǎn)，才能真正產(chǎn)生制動(dòng)效果，使汽車(chē)產(chǎn)生減速度。

從c點(diǎn)到e點(diǎn)，這段時(shí)間內(nèi)制動(dòng)器制動(dòng)力在不停的增長(zhǎng)，經(jīng)歷的時(shí)間為τ2″。

從e點(diǎn)到f點(diǎn)需要經(jīng)歷一段時(shí)間τ3，其間制動(dòng)力大致保持穩(wěn)定。

總的來(lái)說(shuō)，制動(dòng)的全過(guò)程包括四個(gè)階段，分別是駕駛員作出制動(dòng)反應(yīng)階段、制動(dòng)器起作用階段、持續(xù)制動(dòng)階段和放松制動(dòng)器階段。

在這四個(gè)階段內(nèi)分別用 S1、S2、S3 和 S4代表汽車(chē)的行駛距離 ，它們加起來(lái)為汽車(chē)從駕駛員接收到制動(dòng)信號(hào)開(kāi)始到汽車(chē)停下來(lái)，這一時(shí)間段內(nèi)汽車(chē)所行駛過(guò)的距離S。

5 誤踩加速踏板輔助制動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

如圖3所示，在原有制動(dòng)主缸結(jié)構(gòu)上進(jìn)行一些小的改動(dòng)，即在原真空助力器和制動(dòng)主缸之間增加一個(gè)液壓缸，并且作用于制動(dòng)主缸的是該液壓缸中的執(zhí)行活塞的推桿，該系統(tǒng)通過(guò)一套電控液壓系統(tǒng)來(lái)推動(dòng)執(zhí)行活塞。當(dāng)需要采取制動(dòng)操作時(shí)，電子控制單元發(fā)出電信號(hào)控制電磁閥的開(kāi)通和閉合，使蓄能器中的高壓液體流向液壓缸，進(jìn)而制動(dòng)主缸活塞受到驅(qū)動(dòng)液壓缸中的執(zhí)行活塞對(duì)其施加的壓力，制動(dòng)壓力變大。

本設(shè)計(jì)采用的緊急制動(dòng)裝置一方面要避免對(duì)原汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)做過(guò)大改動(dòng)，另一方面也要考慮到裝置的可靠性和反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)考慮到我國(guó)汽車(chē)的銷(xiāo)售市場(chǎng)環(huán)境以中低端汽車(chē)為主，因而也要兼顧到裝置的成本問(wèn)題。綜上所述最終決定的方案是：利用大扭矩步進(jìn)電機(jī)控制制動(dòng)踏板的踩下與回位，步進(jìn)電機(jī)和制動(dòng)踏板間通過(guò)鋼絲繩連接。步進(jìn)電機(jī)反應(yīng)靈敏，無(wú)時(shí)間上的滯后性，適用于緊急制動(dòng)的情形。另一方面，步進(jìn)電機(jī)可以通過(guò)電子信號(hào)控制其轉(zhuǎn)向，并且轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角可以進(jìn)行相關(guān)調(diào)整，所以可以利用步進(jìn)電機(jī)這一工作特性達(dá)到踩下和復(fù)原制動(dòng)踏板的目的。

采取利用鋼絲繩來(lái)連接步進(jìn)電機(jī)輸出軸與制動(dòng)踏板的方案，主要考慮的是盡量不改變駕駛員的駕駛習(xí)慣，其結(jié)構(gòu)方案如圖4所示。

電子控制單元發(fā)出控制信號(hào)主要依靠的是單片機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器收到單片機(jī)發(fā)來(lái)的信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，通過(guò)鋼絲繩與制動(dòng)踏板的連接，模擬踩下制動(dòng)踏板的操作。步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度要取決于制動(dòng)踏板從自然狀態(tài)到完全被踩下的總行程，查閱相關(guān)資料可知，制動(dòng)踏板總行程s約為90mm，考慮到不同型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)，其輸出軸半徑 r不同，若將電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度a設(shè)定為a=180s/πr。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)終了位置和轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)有關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)判斷駕駛員為誤踩加速踏板操作時(shí)，以單片機(jī)為核心的控制模塊就會(huì)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)出控制信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，進(jìn)而達(dá)到緊急制動(dòng)的目的。

6 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)提出了判定誤踩加速的關(guān)鍵因素即踩下加速踏板的加速度大小，由于加速踏板加速度無(wú)法直接獲得，故通過(guò)節(jié)氣門(mén)位置傳感器得到的電壓信號(hào)，通過(guò)電壓與加速踏板位移的關(guān)系再通過(guò)計(jì)算得到油門(mén)踏板加速度值。此外當(dāng)判定誤踩加速踏板并進(jìn)行緊急制動(dòng)后，通過(guò)車(chē)速傳感器檢測(cè)到車(chē)速降為零時(shí)，系統(tǒng)取消緊急制動(dòng)動(dòng)作，汽車(chē)恢復(fù)正常行駛狀態(tài)。

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