误踩油门保护装置的研究现状

胡伟翔，邵京京，毛晨悦，金浩阳，翁孟超

（浙江师范大学，浙江 金华 321004）

误踩油门保护装置的研究现状

胡伟翔，邵京京，毛晨悦，金浩阳，翁孟超

（浙江师范大学，浙江 金华 321004）

汽车驾驶过程中，错踩油门（油门当刹车）引发的交通事故屡见不鲜。由此可见误踩油门保护装置研发的重要性。本文将对现有的误踩油门保护装置的误踩油门判定方法和误踩油门后采取的措施以及特殊的油门刹车结构进行归纳整理。

误踩油门踏板；油门保护；断油

CLC NO.: U467.1 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2015)06-125-03

引言

汽车越来越多地“走进”百姓家庭，但汽车安全驾驶的问题也日益凸现出来，特别是一些司机在紧急刹车时误踩油门而导致的重大交通事故时有发生，如奉化的620事件造成夫妻双亡、烟台622事故造成5死3伤，引起社会的高度关注。据统计，因技术不熟练、疲劳驾驶、过度紧张等原因导致驾驶员误将油门踏板当成制动踏板引发的交通事故在重大交通事故中几乎占到了12.6%。为了避免上述事故，研究机构对这类事故也做了很多的研究。

1、误踩油门的判定方法

准确无误地判定正常加速和误踩油门是对误踩油门保护装置的基本要求。

1.1 油门踏板加速度、速率

陈嘉楠和杨松[1]利用正常踩油门和紧急情况下踩刹车时两者之间存在明显的加速度区别，以加速度的值作为判断是否误踩油门的检测信号。在油门踏板处设置一个加速度传感器，当油门踏板加速度大于设定的临界值时，则判定此操作为误踩油门。

陈松[2]利用驾驶员在汽车加速操作和急刹车操作时存在可分辨的速度差来检测误踩油门操作。利用光电耦合器检测加速踏板的动作速度，采用单片机(AT89S52)比较两者的速度差，而后和标准值比较确定是否启动刹车系统。

1.2 压力传感器

黄幼华[3]的专利可切换刹车误踩油门控制系统中利用了压力传感器。将信号产生器置于原来油门的推杆处，油门推杆端盖一侧连接油门踏板机构，密封端盖一侧连接供油系统开关。在信号产生器的密封端盖上设置表座连接压力传感器，通过压力传感器将信号产生器中的压力变化转换成电信号传输给PLC， PLC将获取的实时信号与事先设定的参数进行比对，并作出正确的判断。油门异常踩踏下压力信号的临界分辨值是通过调节可调节流阀设定的，其偏差可适当修正PLC的设定值进行补偿；如果一旦压力信号出现。

1.3 节气门开启信号

王小杰等[4]利用节气门开启信号（节气门开启的角度、角速度、角加速度）来判定是否误踩油门，在车辆的正常行驶过程中，施加到油门踏板上的力是舒缓渐变的，在紧急制动时，制动踏板都是被一踩到底。如在紧急制动时，误将油门踏板当制动踏板踩下，节气门开启的角度、角速度、角加速度都会比车辆正常加速时大得多。因此可通过相关试验来取得误踩油门踏板时节气门开启的角度、角速度、角加速度这三个参数临界值的模拟量，当驾驶员错踩油门踏板时，三个数值均大于临界值时判定为误踩油门。

1.4 惯性触发器

还有利用惯性触发器来判定误踩油门。正常踩油门时，踩踏板的用力均匀，速度缓慢，惯性触发器没有获得足够的加速度，装置中的弹簧托着惯性锤在内套中浮动，惯性锤不触及开关。误踩油门时，踩油门踏板用力较大，速度较快，惯性触发器得到了一个较大的加速度，装置中的惯性锤因为惯性压缩弹簧而前冲，触点撞击开关，启动装置。

1.5 电磁感应

邵思涛[5]在油门连杆上安装磁铁，磁铁穿过固定在车体上的线圈，踩踏油门时，线圈就会切割磁感线而产生电流．在正常情况下，油门都是缓慢踩下的，感应电流小，电磁铁无力吸引衔铁下落，发动机正常工作．误将油门当刹车时，快速踩下，线圈中就会感应出很大的电流，利用感应电压的大小触发单片机。

1.6 旋转编码器

尹怡欣等[6]在油门踏板联动轴上安装旋转编码器，用于检测油门踏板的下踩速度和到达位置。利用车辆的速度信号，检测车辆的加速度。即将编码器的A、B相信号接人信号处理单元，利用两相信号的相位差确定踏板运动方向，利用一定时间内的脉冲数计算运动速度，利用脉冲累积计算踏板位置。按照一定时间间隔对车辆速度进行采样保持，利用相邻采样时刻的速度差和采样周期计算车辆的加速度。在油门踏板的下踩速度和到达位置超过阈值时，或车辆的加速度超过阈值时，认为油门踏板误踩，信号处理单元将油门踏板误踩信号置为高电平输出。

2、误踩油门后采取的措施

汽车发生误踩油门后采取的措施直接关系到保护效果的实现。

2.1 机械式的防误踩油门装置

梅哲文等[7]设计的汽车油门防误踩装置主要由外箱体和内箱体两部分组成，内箱体和外箱体之间设置有复位弹簧，内箱体上的连接带连接刹车连接带和油门踏板连接带，内箱体的中部设有转轴，转轴的两端安装在内轴承内，转轴上安装带槽棘轮和齿轮，油门踏板连接带装在带槽棘轮上，齿轮和带槽齿轮啮合，带槽齿轮安装在上轴上，油门连接带套装在带槽齿轮上，内箱体的两侧内壁设有竖向导轨，滑块可上下移动地安装在竖向导轨内，滑块的底部连接附加弹簧的上端，附加弹簧的下端顶在竖向导轨的底部，内箱体底部设有内箱体棘轮齿，内箱体棘轮齿位于带槽棘轮的正下方。

当在紧急情况下误将油门当刹车时，踩油门速度与正常加速值偏离严重，此时油门踏板带动带槽棘轮，使转轴向下的牵引力远大于弹簧拉力，系统平衡被破坏，推动带棘轮沿内箱体的导轨向下滑动，压缩附加弹簧，并与内箱体棘轮齿啮合，油门踏板连带拉动整个内箱体向下滑动，内箱体带动刹车连接带，达到即时刹车目的。此时由于油门连接带未被拉动，油门并未同时加速开启，从而起到误踩油门时使汽车不加油并紧急刹车的作用。

2.2 电子智能式的防误踩油门装置（单片机）

骆美富等[8]人的设计经过ECU计算，开启微动开关，控制两套电机的动作；其中一套电机通过驱动齿轮传动装置使真空助力器发生作用，对车辆进行自动制动；另一套电机通过凸轮等装置，使发动机节气门开度阀自动关闭，从而使发动机自动降速。

南京农业大学工学院的陈嘉楠和杨松设计的装置将误踩油门信号传给控制器，控制器接受信号后迅速启动制动执行装置（力矩电机）转动，从而带动绕线组拉动制动踏板，从而起到误踩油门自动刹车的效果。制动执行装置主要由单片机控制器、执行电机等组成，装置电源采用汽车蓄电泡供电。固定在电机输出转轴上的绕线组采用钢丝拉绳，一端在在绕线组上固定，另一端连接制动踏板的支撑杆。控制器得到误踩油门信号后，控制电机旋转带动拉绳从而起到刹车效果。

王俊华等[9]设计的装置油路控制系统是一与单片机相连并受其控制的断油式电磁阀；制动控制系统包括置于刹车踏板连杆后方并与电磁铁相连的车载打气泵，电磁铁的电路回路与单片机相连并受其控制。在正常刹车时，不影响制动踏板踩踏，当系统检测到驾驶员误踩油门时，发出控制信号，以车载打气泵为动力使钢索迅速地拉动制动踏板进行刹车；在汽车停稳之后，气缸活塞杆和制动踏板复位，不影响原有刹车系统的在正常情况制动性能。

还有利用刹车响应器和油门复位器来保护误踩油门。控制系统收到误踩油门的电信号控制快速拉线的刹车响应器：运用旋转卡销控制、弹簧驱动的拉线机构，使得误踩油门时汽车得以快速制动和三滑轮组合机构：电磁插销与移动滑轮相结合的油门释放装置，实现汽车油门的快速复位控制，使汽车立即停止前行，从而起到防误踩油门的效果。

机械式的防误踩油门装置，利用液压和机械联动装置，灵活性比较差，往往面临精确度不高，加装难度大，机械损耗问题，设备维护困难，而且对驾驶员开车的习惯也造成不良影响。电子智能式防误踩油门装置自动化程度高，反应灵敏快捷，更为可靠，不改变原车结构，安装方便，改装成本低。电子智能化是现今防误踩油门装置的发展方向。

2.3 刹车误踩油门电子控制系统

张连民[10]的实用新型专利刹车误踩油门电子制动控制系统包括：制动控制系统、供油控制系统、警示装置、准备装置、车辆油门踏板运动速度信号发生器、PLC。制动控制系统用于刹车误踩油门时，瞬时实现车辆由加速变为制动；供油控制系统用于刹车误踩油门时，迅速降低车辆发动机转速；警示装置用于提醒车辆油门踏板的运动速度已经达到由正常速度转化为异常速度的临界状态；准备装置用于开启双闪灯；PLC用于将车辆油门踏板运动速度信号发生器产生的信号与设定参数进行比对，并做出正确的判断，PLC分别与制动控制系统电连接，与供油控制系统电连接，与警示装置电连接，与准备装置电连接，与车辆油门踏板运动速度信号发生器电连接。

文献3中提到的黄幼华的可切换刹车误踩油门控制系统专利由车辆刹车误踩油门智能控制系统和电磁阀、切换键组成。当异常踩踏油门时，能瞬间自动将加速转换成制动；但是如果在这种状态下超车加速，则踩踏油门的力度必须控制在PLC事先设定的范围内，如控制不当极易引发事故。该实用新型专利可以在车辆超车加速前通过切换电磁阀工位使车辆刹车误踩油门智能控制系统的功能暂时失效，超车结束再切回车辆刹车误踩油门智能控制系统的设置状态，以确保车辆在有意识超车加速与无意识刹车误踩油门加速两种状况下的安全。

3、特殊的油门刹车结构

相关研究人员进一步提出了将油门刹车的结构进行改进，使其合二为一的设想，通过省略现有技术中右脚从油门踏板挪动到刹车踏板的转换时间，从而缩短了紧急刹车的时间，缩短制动距离，有效降低事故发生的概率，以促进汽车产业油门刹车系统的可持续发展。有学者大胆而创新的将油门踏板受力面旋转 90°，呈竖直状态立在刹车踏板右侧，而刹车踏板作用力方向保持不变，将原刹车踏板和油门踏板的两个独立机构有机地结成为一体的联动结构。由于改变了刹车和油门踏板的用力方向（一个向下、一个向右），因而可以避免误踩。还有江南大学的傅蔡安教授等学者[11]设计的汽车油门刹车组合装置，向下踩踏踏板实现刹车制动，向右侧偏转踏板实现加油加速。

艾玉鑫[12]的实用新型专利一种安全汽车油门踏板在油门踏板的基础上增加了刹车线和汽车安全带用的紧束装置，汽车低速行驶过程中，缓慢踩踏时正常加速，实现油门踏板的功能，当遇到紧急情况踩踏油门踏板时，紧束装置固定紧束带使其不动，继续踩踏过程中刹车线起到刹车的作用，避免了误踩后造成的交通事故，成本低，易推广，不用时拆卸方便。

4、结束语

综上所述，防误将油门当刹车结构在驾驶员在误踩加速踏板时，能够发挥制动踏板的作用，避免不必要的交通事故的发生，对于提高汽车的主动安全性的研究，也有积极的意义。但目前此类装置基本处于实验室阶段，仍缺乏实际应用，在新型防误踩装置设计中需要综合考虑使用安全性、实用性、加装方便性、结构简单性、通用性等原则，因此设计一款安全实用的防误踩油门装置还将任重道远。

[1] 陈嘉楠, 杨松. 误踩油门自动刹车系统制动执行装置设计[J].中国科技信息, 2012(16).

[2] 陈松,，张娜. 基于AT89S52单片机的误踩油门控制器的设计[J].西昌学院学报（自然科学版）, 2009,23(3).

[3] 黄幼华，可切换刹车误踩油门控制系统[P].中国专利：20112004 3145.1, 2011.02. 14.

[4] 王小杰，项红荧，程诚,防误将油门当刹车结构的研究[J].汽车实用技术,2012(8).

[5] 邵思涛，华峰中学,利用电磁感应研发“误踩油门当刹车”智能识别系统[J]. 物理实验, 2014(5).

[6] 尹怡欣，徐令仪，徐雅璠，沈志忠. 基于旋转编码器的汽车油门误踩检测[J]. 控制工程, 2013,20(4)

[7] 梅哲文, 李晓佳, 王明环, 彭伟. 汽车油门防误踩紧急刹车装置[J]. 机械设计与制造, 2010（10）.

[8] 骆美富,郭海涛,陈红岩.一种新型的汽车防误踩油门踏板系统的设计[J].科技通报, 2013,29(3).

[9] 王俊华,张开明,张力,一种驾驶员误踩油门紧急制动装置[J]. 计算机测量与控制,2012,20(9).

[10] 张连民，刹车误踩油门电子制动控制系统[P].中国专利：201220258122.7,2012. 05. 27.

[11] 傅蔡安,刘媛.汽车油门刹车组合装置[P].中国专利：20091025 1717.2,2010.06.09.

[12] 艾玉鑫，一种安全汽车油门踏板[P].中国专利：201320204389.2, 2013. 04. 22.

The Research Status ofProtection Device for Mistakenly Stepping on AutomobileAccelerator Pedal

Hu WeiXiang, Shao Jingjing, Mao Chenyue, Jin Haoyang, Weng Mengchao
( Zhejiang Normal University, Zhejiang Jinhua 321004 )

In car driving, there exist so many accidents caused by mistakenly accelerating (mistaking accelerator for brake), which shows the importance of creating the device of preventing mistakenly accelerating. This essay is going to discuss the judgement methods and subsequent solutions of mistakenly accelerating about the present preventing device, and also the special structure of the accelerator and brake.

mistaken press on accelerator; accelerator protection; fuel cut

U467.1

B

1671-7988(2015)06-125-03

翁孟超，副教授，就职于浙江师范大学。项目指导老师，研究方向：汽车安全技术、发动机技术。

2014年国家级大学生创新创业训练计划项目支持（项目编号：201410345023）。