汽车油门安全控制系统设计

李泽文 王好雨 郑健林 李祥亚 张明贵

摘 要 因驾驶员误踩油门而酿成交通事故在汽车技术高速发展的今天还没有一种完善的解决方法。为此，笔者设计了一款油门安全控制装置来解决这一方面的技术缺陷。本文主要阐述了该控制装置的设计方案与制作实施过程，并提出了该技术的创新之处。

关键词 汽车安全 系统控制 油门安全装置 设计

中图分类号：U463.5文献标识码：A

1研究目标

早在多年之前，鉴于汽车安全性能愈来愈受到人们的重视，汽车防误踩加速踏板系统在国内都有很多研究案例，但是实际能够量产装车的设计十分罕见，只有极为少量的高档车配备了加速踏板防误踩装置，而且配备成本高没有得到推广。目前国内外车的汽车油门安全控制系统设计已有多年的发展变化，现在汽车油门安全控制系统设计在国内外已经日趋成熟。国内在进入21世纪，国内汽车安全控制也出现了比较好的发展势头。早在20世纪70年代，国外就有相关学者对司机在加速与刹车时脚部不同的动作特征而对传统的汽车油门和制动踏板结构进行改造内，设计出机械式油门与刹车合成装置，下面是几个比较有代表性的纯机械式油门与刹车合成装置。对于国内的纯机械式安全控制系统设计（防误踩油门装置），其中国内的油门与刹车合成装置主要以专利的形式存在，尚没有成熟性的产品，除了油门与刹车合成装置以外，国内还存在一类以油门踏板的作用力或油门踏板角速度的大小为判别依据的机械联动补救装置。日产汽车新开发的误踩踏板紧急辅助系统（带有停车检测功能）配备在Nissan改款车型上。误踩踏板紧急辅助技术旨在减少车辆在停车场等场所发生碰撞事故，包括因驾驶员误踩踏板可能造成的与墙体的撞击事故。通过使用全景式监控影像系统的四个摄像头以及超声声呐，系统可以检测车辆是否处于停车场中，以及在车辆行进方向上是否存在墙体等障碍物。在必要的情况下，误踩踏板紧急辅助系统将自动控制加速功能，并在存在碰撞风险的情况下进行紧急制动。瑞典两大汽车生产商沃尔沃和绅宝均对单踏板装置的汽车安全性能也做过一些测试，但两家公司在进行测试后均表示，没有马上开发生产这种汽车的计划。虽然纯机械式的油门与刹车合成装置能够获得较为可靠的制动效果，但是此类装置改变了司機正常踩油门和刹车的习惯，对传统油门和制动结构改动较大，难以在车辆中进行普及应用。

2研究过程

这个研究过程开展的一开始是比较困难的，因为我们对于相关汽车知识还是比较薄弱，我们的研究成员一边去图书馆去恶补汽车知识，一边去网上去搜类似的产品，然后我们就发现现有的产品都是比较单一的，我们便决定将目前相对成熟的产品技术加上我们自身研究成果使这个产品更加的全面和成熟。我们首先对市场上的产品进行比较，取其精华将其不足的地方进行改进，我们发现目前国内已经出现了误踩油门装置的专利，如有的装置是在秒踩油门置底发出警报，但是人的反应需要时间，死神就在那一秒与你擦肩而过;有的电子控制系统是在误踩油门之后，将信号发给ASR，ASR将供油系统关闭，但汽车仍残余的压力，不可以及时的切断动力，因而发生交通事故事故。所以说我们的系统要更加科学性，先进性。

3研究成果

在我们专业老师的指导下和对几位学长的请教，我们的项目的总体思路已经确定，当前电子控制系统先进，该系统是基于原车有牵引力控制系统及电子刹车系统并且不改动原车系统的情况下进行开发。该装置将牵引力控制系统和电子刹车系统紧密集合，在时速为5km/h路况复杂时，当驾驶员遇到紧急情况在油门和刹车之间频繁转换，油门踏板位置传感器和位移速率传感器检测出油门踏板位移和位移速率过大时，将此信号发送给控制单元，然后控制单元进行综合判断，将信号传递给牵引力控制系统和电子刹车系统，牵引力控制系统将节气门开度关闭，切断动力输出，使汽车保持怠速，在牵引力控制系统信号的同时，还会将此信号传递给电子刹车系统，电子刹车系统将此信号转换为电信号给刹车分泵电机，从而增大制动力，使车辆自动刹车。 经过我们几个不断地努力，终于使我们得项目初具雏形。汽车油门安全控制系统包括：传感器、控制单元和执行器三个部分。

4主要控制器工作原理

工作原理根据汽车所突发的紧急情况，利用原车油门踏板位置传感器APP，可以读出APP电压信号变化情况（0v-5v变化，不踩油门踏板信号电压为0v，到底信号电压为5v）;同时可以读出油门位移速率（油门猛踩到底，油门踏板位移时间为t，油门踏板最大位移量L，计算出位移速度v=L/t）;再利用发动机/自动变速器控制ECU读取车速信号。

当油门踏板安全控制ECU接收到车速信号V≦5km/h，油门踏板位移量变化范围0v-5v，油门踏板位移加速率超过一定值（油门踏板加速率p=100 m/s2）时，油门踏板安全控制ECU此时判断驾驶员为误踩油门。此时油门踏板安全控制ECU发出指令：将信号传递给牵引力控制系统和电子刹车系统。牵引力控制系统将节气门关闭，切断动力输出，使汽车保持怠速。在牵引力控制系统信号的同时，还会将此信号传递给电子刹车系统，电子刹车系统控制轮边刹车电机进行刹车，增大制动力，使车辆停驶，保证车辆在尽可能短的时间里停车（通常要求为秒级）。

5研究心得

为了保证这个项目的安全性，我们特意通过对该装置进行实车测试，证明该系统能够正确工作，出现如误踩刹车状况时该装置开启工作，并及时刹车保证人车安全，它相比于市场上其它的油门安全装置更加全面，性能稳定，判断准确，刹车效果明显。

6存在问题

后期存在的问题就是解决技术路线问题，之前我们提到过油门误踩都是按秒来计算的，我们必须做到精准，不能有毫厘之差。利用原车油门位置传感器，计算出油门位移速率油门踏板位置传感器和位移速率传感器检测出油门踏板位移和位移速率过大时，将此信号发送给控制单元，然后控制单元进行综合判断，将信号传递给牵引力控制系统和电子刹车系统，牵引力控制系统将节气门开度关闭，切断动力输出，使汽车保持怠速，在牵引力控制系统信号的同时，还会将此信号传递给电子刹车系统，电子刹车系统将此信号转换为电信号给刹车分泵电机，从而增大制动力，使车辆自动刹车。同时，还应该保证车辆在尽可能短的时间里停车（通常要求为秒级）。

7创新点

（1）整体结构小，便于在现有汽车上的改装。

（2）自动化程度高，能够自动完成装置的启动，人只需进行简单的复位操作。

（3）不改变汽车的原有的行驶操作习惯，可以实现即装即用。

（4）当前电子控制系统先进，该系统是基于原车有牵引力控制系统及电子刹车系统并且不改动原车系统的情况下进行开发。