吴克绍　徐昭　徐济宣

摘 要：文章提供了一种误踩加速踏板的判定方法，进行了理论制动距离分析，介绍了一种自主设计的电控防误踩加速踏板自动制动装置。该装置能较好地减少和避免因误踩加速踏板而引发的交通事故。关键词：电控;汽车防误踩加速踏板;自动制动装置中图分类号：U463.52  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）08-127-03

Abstract： This paper provides a judgment method of mistakenly stepping on accelerator pedal， analyzes the theoretical braking distance， and introduces a self-designed electronic anti mistaking accelerator pedal automatic braking device. The device can reduce and avoid traffic accidents caused by stepping on accelerator pedal by mistake.Keywords： Electronic control; Automobile anti misoperation accelerator pedal; Automatic brake deviceCLC NO.： U463.52  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）08-127-03

1 前言

在行车过程中，遇到紧急情况时错把加速踏板当作制动踏板而引发的交通事故时有发生，特别是初学驾车者发生此类情况的概率更高，而目前汽车的结构设计，无法防止此类误操作所带来的不良后果。

2 误踩加速踏板的判定

事实上，一般正常行驶加速时踩踏加速踏板的速度不会太快，如果是遇到紧急情况将加速踏板误作为制动踏板踩踏，则踩踏的速度比正常加速时要快得多，为此，可通过踩踏加速踏板的加速度来判定是否误踩加速踏板。我们可以通过踩下加速踏板速度变化的斜率来确定其加速度的大小。而加速踏板速度变化的斜率与节气门位置传感器测得的电压值之间具有函数关系。本设计采用直线式节气门位置传感器。

节气门位置传感器的输出电压V与节气门的旋转角度 A呈线性的函数关系V=kA（k为常数），通过推算可求得加速踏板加速度a：

由上式可知，所测电压的二次微分值便是加速踏板的加速度值，在系统电子控制单元中对所测电压值做相应分析处理，如果加速踏板的加速度值大于设定的域值则判定为误踩加速踏板。

3 汽车正常行驶时的制动

如果判定是误踩加速踏板操作，设计的装置便需要对汽车实施强制制动，因此必须根据制动系统的工作原理找到制动指令控制的对象。一种重要的实现降速停车的手段就是使制动系统进入工作状态。为此，我们必须先要了解制动系统的工作情况。对于一般轿车来说，其制动系统的组成主要包括制动踏板、制动主缸、制动轮缸、制动器和制动管路几部分，制动系统的组成如图 1所示。

1-前轮盘式制动器;2-制动主缸;3-真空助力器;4-制动踏板机构;

5-后轮鼓式制动器;6-制动组合阀;7-制动警告灯

制动过程：当驾驶员踩下制动踏板，作用在制动踏板上的力通过真空助力器放大后传至制动主缸，这时制动主缸便会流出一部分液体到制动轮缸，使得制动器的摩擦片与车轮钢圈发生摩擦。摩擦产生的作用在车轮和地面上的制动力矩，使地面产生一个与牵引力方向相反的制动力，使正常行驶的汽车减速以至停车。

4 理论制动距离分析

驾驶员的制动操作过程包括驾驶员察觉紧急情况，移动右脚放在制动踏板上;驾驶员踩下制动踏板，制动力经过真空助力器迅速增大;动力保持不变;驾驶员放松制动，制动力逐渐减小至零等四个过程。

如图2所示，当驾驶员在驾驶过程中突然接到紧急制动信号后，由于需要一段时间作出反应，驾驶员并没有立即采取制动措施，从图 2所示的 a 点要经过τ1′时间做出反应;直到经过τ1″后驾驶员才能踩着制动踏板。

到达b点以后，制动力立刻增大，到达d点时达到其最大值。但是由于制动鼓与制动蹄之间设有间隙，所以要经过时间τ2′后，到达c点，才能真正产生制动效果，使汽车产生减速度。

从c点到e点，这段时间内制动器制动力在不停的增长，经历的时间为τ2″。

从e点到f点需要经历一段时间τ3，其间制动力大致保持穩定。

总的来说，制动的全过程包括四个阶段，分别是驾驶员作出制动反应阶段、制动器起作用阶段、持续制动阶段和放松制动器阶段。

在这四个阶段内分别用 S1、S2、S3 和 S4代表汽车的行驶距离 ，它们加起来为汽车从驾驶员接收到制动信号开始到汽车停下来，这一时间段内汽车所行驶过的距离S。

5 误踩加速踏板辅助制动装置设计

如图3所示，在原有制动主缸结构上进行一些小的改动，即在原真空助力器和制动主缸之间增加一个液压缸，并且作用于制动主缸的是该液压缸中的执行活塞的推杆，该系统通过一套电控液压系统来推动执行活塞。当需要采取制动操作时，电子控制单元发出电信号控制电磁阀的开通和闭合，使蓄能器中的高压液体流向液压缸，进而制动主缸活塞受到驱动液压缸中的执行活塞对其施加的压力，制动压力变大。

本设计采用的紧急制动装置一方面要避免对原汽车制动系统做过大改动，另一方面也要考虑到装置的可靠性和反应时间，同时考虑到我国汽车的销售市场环境以中低端汽车为主，因而也要兼顾到装置的成本问题。综上所述最终决定的方案是：利用大扭矩步进电机控制制动踏板的踩下与回位，步进电机和制动踏板间通过钢丝绳连接。步进电机反应灵敏，无时间上的滞后性，适用于紧急制动的情形。另一方面，步进电机可以通过电子信号控制其转向，并且转速和转角可以进行相关调整，所以可以利用步进电机这一工作特性达到踩下和复原制动踏板的目的。

采取利用钢丝绳来连接步进电机输出轴与制动踏板的方案，主要考虑的是尽量不改变驾驶员的驾驶习惯，其结构方案如图4所示。

电子控制单元发出控制信号主要依靠的是单片机，电机驱动器收到单片机发来的信号后，驱动步进电机逆时针旋转，通过钢丝绳与制动踏板的连接，模拟踩下制动踏板的操作。步进电机逆时针旋转的角度要取决于制动踏板从自然状态到完全被踩下的总行程，查阅相关资料可知，制动踏板总行程s约为90mm，考虑到不同型号的步进电机，其输出轴半径 r不同，若将电机旋转角度a设定为a=180s/πr。步进电机的旋转终了位置和转速与脉冲信号的频率和脉冲数有关。当系统判断驾驶员为误踩加速踏板操作时，以单片机为核心的控制模块就会向电机驱动器发出控制信号，从而驱动步进电机工作，进而达到紧急制动的目的。

6 结语

本设计提出了判定误踩加速的关键因素即踩下加速踏板的加速度大小，由于加速踏板加速度无法直接获得，故通过节气门位置传感器得到的电压信号，通过电压与加速踏板位移的关系再通过计算得到油门踏板加速度值。此外当判定误踩加速踏板并进行紧急制动后，通过车速传感器检测到车速降为零时，系统取消紧急制动动作，汽车恢复正常行驶状态。

参考文献

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[2] 胡振奇，朱昌吉，李君等.汽车防误踩加速踏板系统的研发[J].汽车工程，2011，33（8）： 713-716.

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