汽车误踩加速踏板解决方案研究现状

刘丙晓，刘灵歌，田海兰，王雪梅，罗博

（郑州财经学院，河南郑州 450000）

国家统计局数据显示，截至2019年底，我国汽车保有量达到2.6亿辆，相比2018年增长了8.83%。汽车产销量已经连续11年稳居世界首位，到2020年底我国汽车保有量将有望超越美国。随着汽车数量的增加，如何有效遏制交通事故的频发成为人们关注的焦点。交通事故发生的诱因较多，其中因驾驶员紧急情况下误踩加速踏板而导致的交通事故占比达到了12.6%[1]。针对此现象国内外的相关研究人员提出了多种解决方案，迄今为止并未有实际广泛应用到汽车生产制造中，对于误踩加速踏板解决方案的研究仍处于发展阶段。因此对误踩加速踏板解决方案的研究现状进行归纳十分必要。

1 误踩加速踏板的原因分析

车辆行驶过程中，驾驶员右脚负责制动踏板及加速踏板的操作，对汽车发出加速及制动指令。在遇见紧急情况需急踩制动踏板对汽车制动时，易出现误踩加速踏板的操作，从而导致交通事故的发生。误踩加速踏板可归纳为以下几种原因：（1）驾驶经验不足，操作不熟练；（2）疲劳驾驶或注意力不集中；（3）驾驶过程中的突发事件，如行人闯入等。

2 误踩加速踏板解决方案研究现状及分析

在对误踩加速踏板原因分析后，国内外研究人员设计出多种防误踩加速踏板的解决方案。通过对比装置的结构类型、技术原理，可归纳为利用机械类装置和电子机械结合类装置实现对误踩判断的两种方案。

2.1 防误踩加速踏板机械式装置

国外对防误踩加速踏板机械式装置的研究较早，大部分方案是在保证汽车整体结构不变的基础上，对局部零部件进行改动，加装机械装置，以达到防误踩加速踏板的效果，提升汽车的安全性能。比较典型的如瑞典学者Gustafsson根据驾驶员在进行加速和制动时的动作差异对踏板进行重新设计，使踏板集制动与加速功能于一体[2]。该踏板主要组成为踏板、踏板臂、制动回位弹簧及电磁铁。在汽车加速时，电磁铁吸合踏板臂，前脚掌对踏板施力使踏板臂向下运动；汽车制动时，电磁铁与踏板臂分离，腿部伸直整体施力使踏板机构向前运动。通过脚掌与腿部不同力度的动作来完成加速与制动。该集合型踏板装置减少了在制动时驾驶员脚掌从加速踏板移至制动踏板的动作时间，减少汽车制动距离，同时可降低踩错踏板的概率。由于该踏板的操作方式改变了驾驶员传统的驾驶习惯，推广难度较大。

国内的防误踩加速踏板机械式装置多以加速踏板的受力大小和角速度为判断基准，参照预设正常参数值，对驾驶员的操作进行分析，对误操作带来的行车影响进行一定的补救修正，使节气门开度降低或者与制动踏板联动，实现防误踩的目标，但大都处于理论设计和试验探索阶段。例如吴已万设计的“防误踩油门踏板结构”（见图1），在加速踏板转轴与制动踏板转轴中间增设中间轴，使二者相连，在加速踏板与中间轴间设置增速机构、测速机构；在中间轴与制动踏板间设置防转机构及棘轮，离合锁止块和弹簧。正常驾驶踩下加速踏板时，棘轮转速较低离合锁止块在弹簧拉力作用下，不会在离心力的作用下克服弹簧的作用力向外运动；当误踩加速踏板时，棘轮转速较高，离合锁止块克服弹簧拉力向外运动，从而带动制动踏板，实现刹车[3]。机械式装置结构原理简单，成本较低，但是在驾驶舱有限的空间内增加装置需要对原车有的机械结构进行重新布局，同时其长期运行工况下的稳定性有待验证，故而无法在量产车型上大面积推广。

图1 防误踩油门踏板机械结构

2.2 防误踩加速踏板电子机械结合式装置

电子机械结合式装置包含机械装置部分和电子控制部分。通过传感器、雷达采集实况数据如车速、车距、油门踏板加速度、节气门开度等，利用单片机或ECU对数据进行处理分析，在判定为误踩后，机械装置将阻止加速踏板的的继续下行，并减小节气门的开度，阻止汽车速度的提升。

国外在电子机械式装置的研究技术上比较领先，一些高档车型上已配有防误踩加速踏板装置。例如尼桑公司的一些车型上配备的防误踩加速踏板装置在检测到车辆有碰撞的可能性时会对加速踏板施加反力以防止驾驶员误踩加速踏板，同时汽车的刹车系统将进行一定程度的制动措施[2]。德国大陆集团推出了AFFP力反馈加速踏板，也是全球首款量产的主动加速踏板[4]。该套装置主要通过激光雷达系统对车辆周围进行检测并在发现障碍物时，通过马达对加速踏板提供反向力用以抵消驾驶员对加速踏板施加的力，从而减小与障碍物发生碰撞的几率。AFFP力反馈加速踏板是一款实用性比较高的装置，不仅可以很大程度地降低追尾事故的发生，并且能在一定程度上降低油耗，但是对雷达系统和电机马达的可靠性和稳定性要求较高，同时成本的因素也限制了它的普及程度。

国内对电子机械式装置的研究也取得了一定程度的突破。王旭松设计出一款具有防误踩油门踏板功能的巡航控制系统[5]。该系统基于CAN总线协议，以车载诊断端口（OBD）作为数据反馈端口，根据车速和加速踏板信号等信息对驾驶员是否误踩进行判断，使汽车加速或者怠速。蔡融使用非入侵行为检测技术采集加速踏板、制动踏板及座椅靠背受力信号，分析其信号变化规律并建立分类模型，可以对驾驶员误踩行为进行预判[6]。苑警支提出了基于多传感器融合的误踩加速踏板辅助系统的方案（见图2），该系统通过传感器采集车辆加速踏板、方向盘压力、前车距离信息等，利用模糊算法对信息融合，对驾驶员踩加速踏板行为进行判断，若属误踩则通过辅助装置辅助车辆制动同时语音提示驾驶员[2]。与国外的电子机械防误踩装置相比，国内的技术方案大多处于理论阶段，没有大量的试验数据支撑，并且在采集判断误踩的参数上较少，对判断结果的精确度有一定的影响。

图2 多传感器融合的误踩加速踏板辅助系统方案

3 总结与展望

对于不同的误踩加速踏板解决方案，其技术原理路线大致相同，可概括为通过对采集车辆实时数据信息进行处理，在判断为驾驶员误踩加速踏板后对车辆进行制动或者抑制汽车加速。不同之处在于装置的复杂程度、采集的信号种类、采集方法、用于判断误踩的阈值设定、判断误踩后对车辆的补救措施。每一个因素都与判断结果的精确度有着关联，同时也影响着方案的稳定性、通用性和可实施性。

汽车误踩加速踏板装置的设计对汽车的行驶安全有着重大意义，通过对现有方案的不断改进和完善，使防误踩技术与时俱进，降低交通事故率。在接下来的技术发展中，第一应结合车辆已有的安全技术如主动刹车技术、ESP、ABS及驾驶员疲劳监测等，提升可靠性的同时减低方案的复杂程度。第二应增加采集更多的用来判断误踩的车辆数据，如方向盘旋转速度、驾驶员座椅受力信号、前方车辆或障碍物速度信息等，以提高系统的判断精度。第三应扩大防误踩系统的介入车速范围，相比现有的车辆低速行驶时才允许防误踩系统介入，增加高速介入和倒车介入。第四提高方案的智能化设计，使系统可自主学习和分析驾驶员驾驶习惯，做出适时提醒和预判。