油门防误踩系统的设计

杨 琪，刘世达

（德州学院 汽车工程学院，山东 德州 253025）

油门防误踩系统的设计

杨 琪，刘世达

（德州学院 汽车工程学院，山东 德州 253025）

为了减少驾驶员在突发状况发生时误踩加速踏板此类交通事故的发生，文章基于突发情况下制动时误踩加速踏板的力比正常情况下踩加速踏板的力大很多这一事实，从而导致节气门的开度会比正常加速情况下大得多。以此可以通过节气门位置传感器测量得出紧急情况下误踩油门时节气门的开启时间、角加速度与角速度这三个参数的值，并与设定的各自临界门槛值相比较，判断是否为误踩油门踏板的情况。若控制单元判断为误踩加速踏板，则由执行单元对汽车进行紧急制动，有效地防止此类误踩油门而导致的交通事故。

紧急制动；误踩油门；节气门

据统计，在紧急情况下由于驾驶员过度紧张等因素，将加速踏板当作制动踏板这类误踩油门而引发的严重交通事故在重大交通事故中的比例为12.6%。由于制动踏板与加速踏板位置紧靠并且一般驾驶员在行驶过程中会把脚放在加速踏板处，突发状况发生时，驾驶员很容易误把油门踏板当作制动踏板而猛踩油门导致车辆异常加速引发重大的事故。为了防止和减少此类交通事故的发生，文章设计了油门防误踩系统。该装置以紧急制动过程中误踩加速踏板时节气门的开启时间、角加速度与角速度这三个参数为依据，各自与临界门槛值相比较判断是否为误踩加速踏板，若是，则该系统立刻采取紧急制动系统进行紧急制动。

1 系统可行性分析

表1 踩踏加速踏板与制动踏板的作用时间表

几种常见车型踩踏油门踏板与制动踏板的作用时间表如表1所示，踩踏加速踏板作用时间约为1.1s，踩踏制动踏板作用时间约为0.1s。

对以上踩踏加速踏板与制动踏板作用时间求平均值再求比值得：

式中：t2、t1分别为加速踏板与制动踏板作用时间。

为了简化分析过程，近似将踩踏油门踏板过程看作是匀加速直线运动，其初速度等于零。于是有：

式中：S为踩踏油门踏板的行程；a为油门踏板的加速度；t为踩踏油门踏板的时间。

从而可以得到：

踩踏加速踏板的行程小于等于100mm，而在紧急制动误踩油门过程中，会误将油门当做制动踏板踩到最底端，所以取S=100mm。得：a1=0.176m/s2、a2=24.42m/s2。求得踩踏油门踏板和踩踏制动踏板角加速度近似比为：

式中：a1、a2分别为油门踏板与制动踏板的角加速度。由

可得出：ω1=0.188rad/s、ω2=2.210rad/s。求得踩踏加速踏板与制动踏板角速度近似比为：

式中：ω1、ω2分别为踩下油门踏板与制动踏板动作终了时的角速度。

由式（1）、（2）、（3）式得出，误踩油门与正常行驶时踩油门这两种动作在三个参数的数值上有一定的差别，所以通过判断这三个独立的参数是否分别大于这三个参数临界门槛值，由此来判断驾驶员是否为紧急制动时误踩油门踏板。

2 工作原理及系统组成

2.1 工作原理

在车辆正常加速过程中，踩踏油门踏板的力是缓和的，而突发状况下制动时踩踏制动踏板的力是很大的，在很短时间内将制动踏板踩踏到最底端的位置，所以在制动过程中误踩加速踏板时也会具有这个特点。所以三个参数值都会被比车辆正常行驶加速情况下大得多。

通过节气门位置传感器把测得节气门开启的时间、角速度、角加速度这三个参数由信号采集单元传输给电子控制单元，由电子控制单元判断这三个独立的参数是否分别大于这三个参数临界门槛值，由此来判断驾驶员是否为误踩油门踏板，若是，则再由电子控制单元将信号输送给执行单元，来对车辆进行紧急制动。

2.2 系统组成

汽车紧急制动过程中防误踩油门系统包括信号采集单元、电子控制单元与执行单元三部分组成。主要由节气门位置传感器、信号调理电路、电子控制器、LED显示器、电磁阀、按键、电源等组成。信号采集单元将采集到的参数信号输送给电子控制单元，由电子控制单元判断是否为误踩油门，若判断为误踩则最终再将信号传输给执行单元，由执行单元进行紧急制动。图1为系统组成结构框图。

图1 系统结构图

（1）信号采集单元。通过试验证明，汽车在正常行驶加速过程与突发状况制动过程相比较，驾驶员踩踏踏板的力与作用在踏板上的时间是有很大不同的，紧急制动过程中踩踏制动踏板具有力度大且时间短的特点，且一般情况下紧急制动时驾驶员会将制动踏板立即踩到最底端。所以会使节气门的开度大不相同。紧急状况发生时，误踩油门会导致节气门的开启角度迅速增大。因此，根据汽车正常行驶情况下踩踏油门踏板与遇到突发状况制动时误踩油门踏板这两种动作在节气门开启角度，角速度、角加速度这三个参数上存在的巨大不同，也可通过大量实验总结出这三个参数的临界门槛值，把这三个参数的临界门槛值储存在系统控制器，以便将信号传输给电子控制单元进行分析处理。

（2）电子控制单元。如图2所示，节气门传感器的作用是将采集到的节气门开启角度信号传输给信号调理电路，由信号调理电路将角度信号转化成节气门角速度与角加速度信号并传输给电子控制器，电子控制器将信号的瞬时模拟量转化为数字量，然后将这三个参数的瞬时数字量与各自的临界门槛之相比较，若三个参数都超过各自的临界门槛值，则判断为误踩油门，则执行单元立即接到由控制器输出的信号。

图2 电子控制单元

（3）执行单元。如图3所示，执行单元主要是利用汽车本身的执行器即真空助力器，在汽车正常行驶加速情况下，电磁阀1打开，电磁阀2则关闭。若控制器判断驾驶员踩踏加速踏板动作为误踩油门，则立即向电磁阀传输信号，使电磁阀1由开启变为闭合，电磁阀2由闭合变为开启，在进气歧管的真空作用下，真空助力器膜片动作，使制动踏板压下，从而对汽车进行紧急制动措施。

图3 执行单元

3 结语

从交管部门了解到驾驶员在紧急制动过程中误踩加速踏板这种误操作出现的概率约为万分之一，尽管概率不高但是一旦发生就会导致不可挽回的后果。油门防误踩系统充分发挥制动踏板的作用，能够有效节约事故前反应，从而降低了因为误操作而导致交通事故的发生机率。

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［5］卢新湘，邹向阳，康风.防止司机误把油门当刹车的系统设计与研究［J］.内燃机，2007，6（3）：13-19.

Design of Throttle System

YANG Qi，LIU Shi-da
（College of Automotive Engineering，Dezhou University，Dezhou，Shandong 253025，China）

In order to reduce the occurrence of such a traffic accident in the event of a sudden increase in the occurrence of an emergency pedal，the paper is based on the fact that the force of the accelerator pedal in the case of sudden braking is much greater than that in the normal case，resulting in a throttle opening greater than normal acceleration.This can be measured by the throttle position sensor to get the throttle opening time，angular acceleration and angular velocity of under the emergency throttle, and set the respective threshold to compare so as to determine whether is the error step on the accelerator pedal.If the control unit determines that the accelerator pedal is erroneously pressed，the emergency braking is performed by the execution unit to effectively prevent the traffic accident caused by such a throttle.

emergency brake；mistakenly throttle；throttle

U463.6

A

2095-980X（2017）06-0078-02

2017-05-23

杨琪（1996-），女，山东德州人，主要研究方向：交通运输（汽车运用工程）。

刘世达（1987-），男，山东单县人，德州学院助教，主要研究方向：汽车NVH控制。