汽車駕駛員誤踏加速踏板保護系統(tǒng)的探究

鄒文峰

摘要：本文針對汽車駕駛員在駕駛汽車的過程中誤將加速踏板當(dāng)剎車踩現(xiàn)象的原因和后果進行分析，設(shè)計一種駕駛員誤踏汽車加速踏板保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過毫米雷達測距與檢測加速踏板踏板運動情況，確認(rèn)駕駛員誤踩加速踏板操作，使制動系統(tǒng)執(zhí)行制動，使汽車自動停車，防止事故發(fā)生。該系統(tǒng)可利用汽車原有ABS系統(tǒng)實現(xiàn)，具有反應(yīng)快、可靠性高、容易實現(xiàn)的特點。

關(guān)鍵詞：汽車駕駛員；誤踏加速踏板；毫米雷達測距；制動

1現(xiàn)狀分析

隨著汽車數(shù)量的不斷增加，目前世界汽車行業(yè)最為關(guān)注的焦點集中在安全、環(huán)保、節(jié)能等方面，汽車交通事故的發(fā)生卻頻頻增多，因此失去生命的人數(shù)也在不斷增加。導(dǎo)致交通事故的原因有很多，其中有一種原因就是誤踩加速踏板。

現(xiàn)我們針對引起汽車駕駛員誤踩加速踏板的原因分析如下：

（1）新機動車駕駛員數(shù)量增多。2011年9月駕駛員統(tǒng)計駕駛員接近2.3億人，與2010年相比，增加近2.2千萬人，增長達到10.47%，其中擁有汽車駕駛證的人數(shù)接近1.68億人，其中3年以下駕齡的駕駛員超過8.7干萬人，駕齡不滿1年的接近2.6千萬人。并且很多駕校圍繞考試科目培訓(xùn)，只求進度不講質(zhì)量，駕駛員無法養(yǎng)成良好的駕駛習(xí)慣，開車技術(shù)不過硬，在遇到緊急情況時容易發(fā)生慌亂，從而容易手忙腳亂導(dǎo)致誤踩加速踏板。

（2）目前部分駕校在汽車教學(xué)過程中存在不規(guī)范的現(xiàn)象，從而留下了安全隱患。駕校作為培訓(xùn)駕駛技術(shù)的重要基地，向社會輸送各類合格的汽車駕駛員，但是近年來，部分駕校沒有完全履行職責(zé)，不是按照教學(xué)大綱規(guī)定的課程、程序組織教學(xué)培訓(xùn)，而是采用“應(yīng)試訓(xùn)練”的方式，車管所考什么科目就集中訓(xùn)練什么內(nèi)容，把常規(guī)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)培訓(xùn)變?yōu)榱艘环N“看點、找點、對點”式的應(yīng)試手段，導(dǎo)致大家沒有形成良好的駕駛習(xí)慣。

（3）汽車駕駛員在駕駛汽車的過程，因為精神不集中如開車時聽音樂、撥打手機、與乘車人員閑聊等行為就會嚴(yán)重分散駕駛員的注意力，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。

（4）連日勞累、失眠或通霄玩耍等疲勞累積的駕駛，汽車駕駛員的技術(shù)雖然過硬，但身心健康欠佳，長時間疲勞駕駛，甚至有的司機服用帶有催眠性質(zhì)的藥物（如感冒藥）仍在駕駛，易發(fā)生誤操作。

（5）汽車駕駛員存在麻痹心理，在行車過程中，如路況好、天氣好，視野好，能見度清晰的情況下，駕駛員思想容易松懈，注意力不集中，遇到突發(fā)情況的時候，容易措手不及，發(fā)生誤踩加速踏扳的情況。

（6）汽車駕駛員酒后駕駛，由于酒屬于麻醉劑，是原生質(zhì)毒物。駕駛員飲酒后，使原生質(zhì)毒物作用于神經(jīng)中樞，會減低大腦的抑制機能，致使低級中樞失控而出現(xiàn)過度興奮狀態(tài)。

試驗表明：血液中酒精濃度達0.01%或更高，就成為一種獨特的意識狀態(tài)。酒精麻痹意識，反應(yīng)遲鈍，使得駕駛員的判斷能力和操作能力下降，而且喝酒后駕車使人的視野變小，視像不穩(wěn)定，色覺功能降低，不能及時發(fā)現(xiàn)和領(lǐng)會交通信號、交通標(biāo)志標(biāo)線，特別是在遇到緊急情況的時候，容易發(fā)生誤操作。

（7）在很多學(xué)校和駕校，無證駕駛情況嚴(yán)重。很多學(xué)員對駕駛汽車很好奇，常在沒有監(jiān)護的情況下啟動汽車，一旦起動發(fā)動機后因心理素質(zhì)較差，極度緊張，加之對踏板不熟悉，易發(fā)生誤操作.學(xué)校又是人群密度相對較多的場所，一旦發(fā)生事故，后果不堪設(shè)想！

2駕駛員誤踏加速踏板保護系統(tǒng)設(shè)計

2.1基本設(shè)計思路

汽車在公路上高速行駛或在人口密集和障礙繁多的交通環(huán)境中行駛時，駕駛員會因為各種原因?qū)е抡`將加速踏板當(dāng)作制動踏板踩，此時安裝在車輛前方的毫米雷達監(jiān)測傳感器會立刻探測到在距車前方0～25m處的突然橫穿馬路的行人和其他障礙目標(biāo)，并將該信號送至電控單元ECU，同時駕駛員為避讓目標(biāo)而誤踩加速踏板時，安裝在加速踏板末端的加速度傳感器會有信號0至電控單元ECU中，當(dāng)兩信號正好吻合時，ECU發(fā)出控制指令，首先讓電磁閥2通電，使其切斷制動主缸與ABS電磁閥1間的主油路，然后電控單元ECU向電動機M通電使得制動液從儲液罐中被液壓泵抽出推開單向閥進人ABS電磁閥1后流入制動輪缸，從而對汽車進行緊急制動，起到駕駛員誤踩加速踏板后的保護作用。駕駛員誤踏加速踏板原理如圖1所示。

2.2傳感器選型

2.2.1障礙監(jiān)測

該部分的作用是探測汽車與障礙目標(biāo)之間的距離，采用的毫米波雷達測距來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定其位置，車載毫米波雷達一般采用調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）測距方式。通過發(fā)射連續(xù)的調(diào)頻信號，當(dāng)遇到前方目標(biāo)時，會產(chǎn)生與發(fā)射信號有一定延時的回波，通過雷達的混頻器將發(fā)射信號和接收信號進行混頻處理，混頻后的結(jié)果將與目標(biāo)的相對距離和相對速度有關(guān)，通過相應(yīng)的公式可以獲得目標(biāo)的相對距離和速度信息，計算公式如式

本文選用的車載毫米波雷達是德國SMS公司的測距離毫米波雷達，它的具體參數(shù)如下：

（1）載波頻率：24.125GHz

（2）探測距離：1.8m-50m（目標(biāo)相對速度為零）0.5m-70m（目標(biāo)相對速度不為零）

（3）探測角度：±5.5°x±11°

（4）探測角度精度：±0.75°

（5）循環(huán)周期：小于40ms

（6）數(shù)字接口：CAN（500k）

由以上參數(shù)可知，本次選用的車載雷達基本符合本文應(yīng)用要求。

2.2.2誤踩加速踏板監(jiān)測

當(dāng)駕駛員遇到突發(fā)情況時，先是緊急制動，一般情況下是急速踩下制動踏板至底。在正常情況下，踩加速踏板的動作較為緩慢，因此在緊急情況下，踏板的運動速度以及加速度、踏板的受力都比正常踩加速踏板時要大很多。如踏板受力，緊急情況下可達數(shù)幾十牛頓以上，而正常踏下加速踏板情況下只有幾牛頓。因此只要加裝合適的傳感器，就可以在加速踏板力度（速度或加速度）達到設(shè)定值后，觸發(fā)傳感器產(chǎn)生動作信號，以驅(qū)動執(zhí)行元件結(jié)合汽車ABS系統(tǒng)實現(xiàn)制動，保證車輛在盡可能短的時間里停車。

加速踏板速度敏感元件很多，如利用機械阻尼元件；采用電磁感應(yīng)元件；以及加速度敏感元件等等。本設(shè)計采用的加速踏板誤操作監(jiān)測傳感器為加速度敏感元件，選用一個固定在彈性臂上的重錘，在加速踏板適當(dāng)位置固定彈簧，彈簧末端固定重錘，當(dāng)駕駛員急踩加速踏板時，加速踏板在行程末端突然停止，而重錘由于慣性會繼續(xù)擺動（擺動幅度與加速踏板加速度有關(guān)），進而觸發(fā)安裝在發(fā)動機艙隔板上的信號發(fā)生器，信號發(fā)生器將該信號送至ECU。其原理圖如圖2所示：

2.2.3檢測開關(guān)

該檢測開關(guān)主要起輔助作用，擁有兩種模式，一種為行車模式，另一種為檢測模式，常態(tài)下為行車模式，當(dāng)車輛（如發(fā)動機、傳動系統(tǒng)）發(fā)生故障后，需修理廠進行急加速測試，修理廠空間狹小，雷達會測到25m范圍內(nèi)有障礙，加之加速踏板踩踏速度快，會給檢測帶了不必要的麻煩，因此在檢測汽車性能時，將該開關(guān)打至檢測模式，防誤操作系統(tǒng)便不會工作，方便對汽車性能進行準(zhǔn)確檢測。

2.2.4車速檢測

該傳感器為ABS車輪輪速傳感器，主要監(jiān)測汽車行駛的速度，配合毫米雷達測距系統(tǒng)，當(dāng)車速較高，雷達監(jiān)測距離越近控制單元向執(zhí)行器發(fā)出的信號越大，從而使制動器所產(chǎn)生的制動力越大同時結(jié)合ABS系統(tǒng)保證汽車在最短的距離減速直至停車，有效降低誤操作時的生命財產(chǎn)損失。

2.3執(zhí)行元件

執(zhí)行元件如圖3所示。該系統(tǒng)由原車所搭載的ABS系統(tǒng)改進得到，即在制動主缸和汽車ABS系統(tǒng)電磁閥1之間串聯(lián)一個電磁閥2，同時改變了原ABS系統(tǒng)液壓部件中的回油液壓泵組件連接狀態(tài)，將ABS液壓單元的回油直接與制動液儲液罐相連，利用制動器中的摩擦力和回位彈簧的作用力回油。將原ABS系統(tǒng)液壓部件中的回油液壓泵組件與主油路并聯(lián)，一端接制動液儲液罐，另一端接制動主油路而得到。因此該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)制造容易，成本低廉，且維修保養(yǎng)方便，僅需對原有ABS系統(tǒng)進行簡單的升級即可完成。

2.3.1常規(guī)制動

駕駛員在駕駛過程中正確操作加速踏板和制動踏板時，保護系統(tǒng)的加速踏板加速度傳感器、雷達系統(tǒng)等不會有控制信號發(fā)送到ECU，此時該保護系統(tǒng)電動液壓泵M組件將不會工作，單向閥關(guān)閉，電磁閥2處于常通狀態(tài)，整個誤踩加速踏板保護不起作用，其工作原理與原ABS制動系統(tǒng)一樣如圖5所示，當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時，制動液從制動主缸被推出，經(jīng)過電磁閥2流入ABS系統(tǒng)液壓部件然后進入制動輪缸進行汽車常規(guī)制動，當(dāng)車輪快抱死時激活A(yù)BS系統(tǒng)工作，使其保持良好的制動效果。

2.3.2誤操作保護制動

當(dāng)雷達系統(tǒng)監(jiān)測到汽車前進方向有障礙，且駕駛員采取的是錯誤的（誤踩加速踏板）操作方式進行避讓時，安裝在車輛前方的雷達監(jiān)測系統(tǒng)迅速監(jiān)測障礙相對于車的距離；加速踏板加速度傳感器判斷駕駛員是否有誤操作；車速傳感器監(jiān)測此時車的行駛速度（計算制動力）；將這三個基本信號送至ECU，ECU經(jīng)過處理分析后確定為誤操作時，ECU先向電磁閥2發(fā)出控制信號，電磁閥2通電后切斷制動主缸到ABS電磁閥1之間的主油路，然后向電動液壓泵組件發(fā)出控制信號，此時制動液被電動泵從制動儲液罐抽出，推開單向閥，根據(jù)汽車行駛速度建立一定油壓后經(jīng)過，ABS系統(tǒng)液壓部件流入車輪分泵，對汽車車輪進行緊急制動。在制動過程中ABS系統(tǒng)監(jiān)控車輪的轉(zhuǎn)速變化，適時進行制動控制，使汽車獲得最佳的制動效果，有效降低汽車的制動距離，起到加速踏板踏板誤操作保護作用。

3結(jié)語

汽車安全駕駛問題是目前世界各國都極度重視的研究課題之一，各種新興技術(shù)不斷應(yīng)用于該領(lǐng)域，但是防止司機誤把加速踏板當(dāng)作剎車的系統(tǒng)目前還沒有，本設(shè)計是在已搭載了ABS制動防抱死系統(tǒng)車輛的基礎(chǔ)上，通過增加毫米雷達波來監(jiān)測車輛與障礙的距離，通過增加加速踏板傳感器監(jiān)測加速踏板的移動速度等措施來判斷汽車駕駛員是否有誤操作，當(dāng)判斷為誤操作時該系統(tǒng)便結(jié)合ABS系統(tǒng)對車輛進行緊急制動，有效的對駕駛員誤操作后進行保護，提高汽車行駛安全性。該誤操作保護系統(tǒng)具有對原車結(jié)構(gòu)改造少，維修方便，通用性好，利于產(chǎn)品化的特點。因此，具有較強的實用推廣價值。