基于Delphi ESR雷达智能防误踩油门系统的应用设计

文｜文俊杰 李丹 张淏鑫 李新琦

为了避免司机在紧急制动情况下误踩油门而引发交通事故，本文提出了一种基于Delphi ESR雷达的智能防误踩油门系统的应用设计。本系统优势是其制作成本较低，且可根据油门踩踏板的加速度以及所受压力，区别司机是在正常情况下踩油门还是紧急情况下误踩油门。本系统经过传感器采集压力及加速度数据，通过网络数据信号传输至控制中心，ECU控制中心迅速计算，在确定误踩油门后，发出信号使车辆进行紧急制动，以免事故发生。该系统能够在判定驾驶员准备刹车却误踩油门的情况下，实现紧急制动。

一、引言

近年来由于司机误踩油门导致的交通事故数量日益增加。对于汽车而言，制动踏板和油门踏板相距很近，当遇到突发状况需紧急制动时，驾驶员可能将刹车与油门混淆，在需要紧急制动时误踩到了油门。为了减少因司机过度紧张或反应不及时等原因导致这种误踩油门的情况，引发严重的交通事故从而造成了生命财产的损失，本文设计了一种简洁高效的控制系统——智能控制防误踩油门系统。该系统无须手动操作，经济环保，安装调试方便。该系统涉及的控制算法简单易懂，易于实现，该系统制造成本较低，易于推广安装，可实现量产。

二、防误踩油门系统介绍

（一）系统概述

目前市场主流的防误踩油门控制系统，会在司机快速踩下油门时发出蜂鸣声进行提醒。本文设计的防误踩油门系统优于现行装置，除报警提示外，会在判定司机误踩油门后进行紧急制动刹车。该系统由信号接收单元、电子控制单元（ECU）、执行单元组成。信号接收单元包括毫米波雷达、压阻式传感器和压力传感器。执行单元包括紧急制动系统、油门怠速系统以及安全保护系统。

（二）工作原理

本系统启动刹车信号由ECU控制中心基于信号接收单元采集数据进行运算判定发送。驾驶员踩下油门踏板时，油门踏板中的压阻式传感器测量踏板的加速度，覆膜电阻型感应器测量踏板所受压力，雷达测算车辆与周围障碍物之间的距离，通过传输电路将信数据传递给ECU进行分析。当ECU判断驾驶员为误踩油门动作，会即刻启动制动保护，停止节气门转动，阻止汽车加速，同时启动电动油泵，使汽车刹车制动。当驾驶员松开油门踏板后，在发动机转速为零时，ECU发出指令，使油门脚踏板和刹车踏板恢复正常，汽车回归到正常行驶状态。

（三）系统硬件构成

1.检测信号的接收与处理

在本系统中，雷达的性能在很大程度上影响了系统的运行精度。雷达传感器主要作用为收集汽车位置信息，因此雷达测距必须满足安全行车阈值的大小，其工作稳定性尤为重要。本系统选择采用毫米波雷达传感器，可智能获取与附近车辆的相对位置和车辆的状态信息。与其他雷达相比，毫米波雷达导头穿过固态的能力和抗干扰能力更强，适应各种天气环境。

2.ECU控制芯片

ECU主控板的芯片采用ARM公司的STM32F103R8T6。它是一款32位中等密度性能微控制器，其工作频率为72MHz，有20K字节的SRAM。功耗低，可在汽车未启动时进行睡眠模式或者待机模式。该款芯片也是ST公司一款常用的增强型系列微控制器。

3.加速度与压力传感器

本系统判定司机误踩油门的依据主要通过压阻式加速度传感器与压力传感器传输数据进行分析。加速度传感器使用3022硅压阻加速度传感器，其灵敏度较高，可以更快速地获取信息与传递信息，该传感器还拥有体积小，不易破坏，性价比高等优点。压力感应器采用FSR电阻型或覆膜电阻型感应器，其特点为非线性、输出功率讯号较弱，电阻应变式传感器运用了金属材质的应变效果。

三、系统的执行流程与设计

（一）信号采集单元

该系统的信号采集单元为Delphi ESR毫米波雷达。Delphi ESR毫米波雷达能识别很小的目标，而且能够同时识别多个目标。该雷达的优点使得系统可以在80m内迅速收集到周围车辆的运动情况。在较远距离时，还可以提供前后车辆间的距离以及速度数据。Delphi ESR毫米波雷达的最大探测距离为174m，在高速行车时，安全行车距离是在100m以上，所收集的信息有足够时间得到反馈。

（二）加速度与压力传感器的阈值取值

加速度与压力传感器的阈值设定会根据实际路况在标准数据设定下有所差别。在紧急情况下驾驶员误踩油门时，油门脚踏板转动的加速度要比正常情况下快得多，所受压力也比正常情况下大很多。根据青、中、老年在正常踩油门脚踏板时平均加速度（m/s2）分别为10、10、5，压力（N）分别为30、30、15。同时超车时，油门脚踏板转动的普遍加速度为40、35、25，压力为110、90、50。在紧急情况下误踩油门时，油门脚踏板加速度为150、135、119，压力都在200以上。为了防止在超车时系统被误启动，油门脚踏板加速度阈值a0应大于40 m/s2，压力阈值a1也应大于最大值110N。在紧急情况下，误踩油门时油门脚踏板加速度最小为100 m/s2，压力最小为200N。为了保证系统启动的成功率，加速度阈值a0应小于100 m/s2，压力阈值a1应小于200N。为了保证系统运行的可靠程度，本系统取a0=60 m/s2，a1=160N。同时在系统上安装转向灯信号探测器，它将会收集左转向灯状态，如果探测到车辆左转向灯开启，则将系统的阈值提高。在高速上行驶时，将阈值提高百分之十，在其他情况下，将阈值提高百分之五。

（三）系统运行流程

该系统运行流程包括数据采集、数据传输、数据处理以及信号发送。刹车启动信号取决于两种传感器在油门脚踏板内部记录油门脚踏板的转动的加速度以及所受压力的大小。当ECU检测数据发生超过阈值变化，并判断其为误踩油门后，控制电动油泵以及节气门使得汽车进行刹车制动以及油门怠速，同时立即开启ABS系统，以此来保护驾驶人。当车停止且油门松开后，系统停止工作，汽车恢复正常制动功能。

四、结论

本文设计装置拥有实用性强、成本低、通用性强等特点。本文主要论述了根据驾驶人在正常行车和紧急制动行车时对油门的踩踏力以及脚踏板转动加速度数值不同来判断驾驶人踩踏油门动作是否为操作不当的标准。本文还分析了在不同的距离下，车速和制动对车辆控制的关系，以及汽车在突然没油和怠速运作两种情况下车辆的行驶情况，以此为基础设计出一种更高效更有说服力的方案，即设计了一款全新的智能雷达测速与防误踩油门系统。

本系统的未来研究方向将重点放在以下三个方面：

（1） 用户使用体验收集，通过安装本系统的车辆用户行驶体验的反馈，更新检查该装置的实用性和持续性。

（2） 系统控制精度仍需提高，由于系统应用车型各异，驾驶人员情况不同，本系统设置的触发阈值需要更精确地实时设定，以提高安全性能。

（3）系统自身的运算速度需要提升，缩短延迟时间，以达到快速启动运行的目的。