汽车油门误踏信号触发装置研究与设计

詹峻

摘要：新手司机由于驾驶技术不够娴熟，在紧急情况下容易错误踩下油门踏板，这种“把油门当刹车”的事故屡见不鲜。但是在辅助驾驶技术愈发成熟的今天，市场上却没有一种安全可行的油门防误踏装置。为此，就如何甄别误踏信号以及如何设计油门误踏信号触发装置提出构想。

关键词：紧急制动;油门误踏;信号触发

中图分类号：U463.6 收稿日期：2022-02-16

DOI： 10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.04.016

l 前言

道路交通安全一直是人类关注的热点，汽车作为人类最常见的交通工具之一，在其为我们提供方便的同时也来带了很多潜在危险。据有关资料显示，在众多造成交通事故的原因之中，约有12.6%的交通事故是由于驾驶员错误操控油门踏板而造成的[1]。国家统计局资料显示，2020年我国发生交通事故总计247108起，若按上述比率计算，2020年约有31136起交通事故与误踩踏油门踏板相关。

在辅助驾驶技术已经相当成熟的今天，市场上却依然没有广泛应用的油门踏板防止误踏的技术手段。为了提高汽车的安全性能，降低新手司机误踩踏板的风险，减少道路交通事故发生的概率，设计一种可靠的汽车油门踏板防误踏装置是相当必要的。本文对误踏信号如何触发和甄别进行研究，提出一些信号触发装置的设计思路。

2 误踏信号的甄别方法

油门踏板防误踏装置属于汽车制动辅助系统（BAS）中的一种类型，而ECE R139法规中（联合国欧洲经济委员会制订的汽车法规，R139对应的领域为制动辅助系统）根据触发条件不同，把汽车制动辅助系统分成了三类：a.以施加在制动踏板的力的人小为依据来判断是否发生了紧急制动，从而提前提高ABS系统管路中的液压，使车辆尽早获得最大制动力;b.以制动踏板的运动速度为依据，进行紧急制动工况判定，并控制BAS系统工作，是目前市场中应用最多的一种类型：c.以上两类的结合，即以踏板运动速度为主要判定依据，踏板受力情况为辅助参考依据，共同判定BAS装置是否触发。

上述BAS系统的工作原理是通过监测制动踏板的运动和受力情况对驾驶员是否有主观的紧急制动意愿进行识别，之后再控制BAS液压单元和真空助力器动作，提高制动管路液压，保证制动时拥有最人制动力。防误踏装置的工作原理与其类似，区别在于其监测的对象是油门踏板而非制动踏板，通过分析油门踏板的运动和受力状态以甄别是驾驶员主动踩踏，还是面对紧急情况的错误操纵。然后再根据信号采集结果决定是否要提醒驾驶员及时纠正并控制车辆减速停车。

在浏览相关文献的过程中发现国内外的一些专家、学者已经对不同年龄、性别和驾龄的驾驶员，在不同路况、不同时间驾驶不同车辆的过程中，对驾驶员的动作特征进行了详尽研究。发现正常驾驶的情况下，绝人多数驾驶员踩下油门踏板的力度和踩下制动踏板的力度是不同的，后者一般要比前者的力度大一些。

如图1所示，当踩下油门踏板时，驾驶员对踏板施加力的人小集中在20-32 N之间的占比达到64%。而踩制动踏板时，踏板受力集中在26-42 N的占比达到69%[2]。由此可知，人们在驾驶的过程中已经形成了“重踩刹车，轻踩油门”的驾驶习惯。

在新闻中报道经常看到的“把油门当刹车”的事故中，绝人多数情况由于遇到突发情况，驾驶员企图迅速停车，却错误地急速踩下加速踏板而造成的。在紧急制动的情况下，驾驶员踩下制动踏板的速度更快更急，其施加在制动踏板上的力通常要达到180-200 N才能激活车辆的BAS系统介入工作。根据研究结果显示（图2），不论是紧急制动还是常规制动，踏板的位移量在20-50 mm时，其运动速度最快，之后便呈现较为明显的下降趋势。常规制动情况下踏板的峰值速度未达到150 mm/s，而紧急制动情况下踏板的运动速度均超过了250 mm/s，两者出现明显的差异[3]。

油门踏板的运动速度和受力人小可以作为紧急情况下甄别驾驶员是否错误踩下油门踏板的判定依據。当油门踏板的运动速度超过250 mm/s或者踏板受力超过180 N时，系统定义此为误踏信号，提醒驾驶员及时纠止并帮助车辆减速制动。

3 误踏信号触发装置的设计

误踏信号触发装置在设计上应该满足如下几个要求：a.该装置不能改变广人驾驶员原有的驾驶习惯;b.信号触发结果不能与驾驶员的本意产生冲突，比如，把驾驶员的急加速意图判定为“误踏信号”而控制车辆减速的情况不应出现;c.装置失效或出现故障时能保证车辆原有的加速、制动功能止常运行;d.系统排除了误踏风险以后，能自动恢复车辆原来的功能：e.对原车的空间布局没有太人的影响。

3.1 电了式信号触发装置

电子式信号触发装置的系统设计逻辑如图3所示，该装置主要利用集成在油门位置踏板传感器上的压力传感器和速度传感器所收集的信号的人小来判定是否发生“误踏”情况。若油门踏板的运动速度人于250 mm/s，并且踏板在此期间受到一个人于180 N的瞬时作用力，即判定发生了“误踏”情形，产生误踏信号传送给发动机控制单元。发动机控制单元收到信号后完成发送三个指令：a.减小节气门开度甚至关闭节气门，以达到降低发动机输出功率的目的：b.通过CAN网络将相关信息分享给BAS控制单元，由后者控制辅助制动装置工作，帮助车辆尽早减速停车;c.系统发出声光警报，提示驾驶员发生了“误踏”，提醒驾驶员及时纠止。

电子式信号触发装置的优点明显，系统集成度高，节省空间，性能上比较容易匹配上述设计要求，适合用于搭载了电子油门和电子节气门的车型。但是为了实现上述功能，需要对原有的ECU和ABS进行硬件及软件的升级改进，并且要增加一套受控于原车控制单元的辅助制动系统。因此，若采用此类电子式油门踏板防误踏装置，在车辆设计制造之时就应开发嵌入，通过后期加装、改装来实现，难度比较人，成本也比较高。D0F129B2-0174-4FBD-929F-05C24E324084

3.2 机电混合式信号触发装置

机电混合是指利用机械结构的运动特征来识别误踏信号，再通过电信号来驱动辅助制动系统的装置。实现类似功能的装置类型有很多种，以其中一种模型作为参考，装置的结构和原理如图4所示。该装置主要由踏板转盘、棘齿盘、配重棘爪、限位弹簧与弹簧触点组成，并配合辅助制动电机实现完整的误踏纠止功能。其中踏板转盘通过机械传动部件与油门踏板相连，并随着油门踏板的运动而转动，以获取油门踏板的运动速度。该转盘的一端边缘位置安装有带有配重块的棘爪，配重棘爪可以自由摆动，但常规工况下其末端会被限位弹簧向内拉扯，使其收紧住踏板转盘的圆周之内。因此，住误踏信号未被触发的情况下，踏板转盘独立转动，弹簧触点属于断开状态，辅助制动装置并未介入工作。

当驾驶员错误地急速踩下油门踏板时，配重棘爪会在离心力的作用下向外甩出，当其克服限位弹簧的拉力向外运动到极限位置时，恰好可以与棘齿盘的内棘齿相啮合。此时棘齒盘和踏板转盘连锁为一体，由于棘齿盘只能在微小范围内转动，所以此时油门踏板的踩踏深度不会再继续人幅增加，发动机转速也不会人幅增加。同时棘齿盘受力后，向下挤压着弹簧触点，当其受力人小超过判定极限时，弹簧触点闭合，接通了辅助制动装置的驱动电路，从而帮助车辆进行减速制动，排除险情。

辅助制动装置的工作原理如图5所示，可分为以下三个状态：

a.止常驾驶状态：当设备电源开关SO接通而触发开关SD（即图4中的弹簧触点）未接通时。继电器KD线圈不导通，开关S2、S4处于常闭合状念，Sl、S3断开，但由于电机处于初始状态，反转限位开关S6断开，驱动电机MO不工作。

b.误踏触发状态：当触发开关闭合，继电器KD线圈导通，Sl、S3被吸合，S2、S4断开，此时形成回路：电源止极→SO→SI→驱动电机MO→S5→D2→S3→电源负极，驱动电机MO止向旋转，再通过减速机构推动制动踏板动作，当机构运动到极限时，开关S5断开，电机停转并保持住当前位置，持续对制动踏板施加力，帮助车辆减速。

c.误踏解除状念：当“误踏”情形解除时，驾驶员放松油门踏板，触发开关断开，电机反转回路接通（电源止极→SO→S2→S6→Dl→驱动电机MO→S4→电源负极），当其运动到反向极限位置时，S6断开，电机停转，设备恢复至原始状态。

这种机电混合式误踏信号触发装置在功能上是可以实现油门误踏的甄别，并且不改变原始的驾驶习惯，还能在“误踏险情”排除后自动复原。但其在结构设计上显然没有电子式触发装置集成度高，并且无法控制节气门开度减少，只能使节气门基本保持在当前位置。当节气门开度本身就比较大时，就相当于把刹车和油门同时踩下，不过这一问题会被现代轿车几乎都配备了刹车优先系统而解决，即刹车和油门同时踩下时，系统会判定为刹车工况，而后发动机控制单元会主动减少节气门开度。综合来看，此类装置的最人优点是可以完全独立运行，不依托于车辆原有的程序，结构简单，成本较低，比较适合后期加装。

4 结语D0F129B2-0174-4FBD-929F-05C24E324084