汽车驾驶员误踏加速踏板保护系统的探究

邹文峰

摘要：本文针对汽车驾驶员在驾驶汽车的过程中误将加速踏板当刹车踩现象的原因和后果进行分析，设计一种驾驶员误踏汽车加速踏板保护系统。该系统通过毫米雷达测距与检测加速踏板踏板运动情况，确认驾驶员误踩加速踏板操作，使制动系统执行制动，使汽车自动停车，防止事故发生。该系统可利用汽车原有ABS系统实现，具有反应快、可靠性高、容易实现的特点。

关键词：汽车驾驶员；误踏加速踏板；毫米雷达测距；制动

1现状分析

随着汽车数量的不断增加，目前世界汽车行业最为关注的焦点集中在安全、环保、节能等方面，汽车交通事故的发生却频频增多，因此失去生命的人数也在不断增加。導致交通事故的原因有很多，其中有一种原因就是误踩加速踏板。

现我们针对引起汽车驾驶员误踩加速踏板的原因分析如下：

（1）新机动车驾驶员数量增多。2011年9月驾驶员统计驾驶员接近2.3亿人，与2010年相比，增加近2.2千万人，增长达到10.47%，其中拥有汽车驾驶证的人数接近1.68亿人，其中3年以下驾龄的驾驶员超过8.7干万人，驾龄不满1年的接近2.6千万人。并且很多驾校围绕考试科目培训，只求进度不讲质量，驾驶员无法养成良好的驾驶习惯，开车技术不过硬，在遇到紧急情况时容易发生慌乱，从而容易手忙脚乱导致误踩加速踏板。

（2）目前部分驾校在汽车教学过程中存在不规范的现象，从而留下了安全隐患。驾校作为培训驾驶技术的重要基地，向社会输送各类合格的汽车驾驶员，但是近年来，部分驾校没有完全履行职责，不是按照教学大纲规定的课程、程序组织教学培训，而是采用“应试训练”的方式，车管所考什么科目就集中训练什么内容，把常规系统的学习培训变为了一种“看点、找点、对点”式的应试手段，导致大家没有形成良好的驾驶习惯。

（3）汽车驾驶员在驾驶汽车的过程，因为精神不集中如开车时听音乐、拨打手机、与乘车人员闲聊等行为就会严重分散驾驶员的注意力，从而导致事故的发生。

（4）连日劳累、失眠或通霄玩耍等疲劳累积的驾驶，汽车驾驶员的技术虽然过硬，但身心健康欠佳，长时间疲劳驾驶，甚至有的司机服用带有催眠性质的药物（如感冒药）仍在驾驶，易发生误操作。

（5）汽车驾驶员存在麻痹心理，在行车过程中，如路况好、天气好，视野好，能见度清晰的情况下，驾驶员思想容易松懈，注意力不集中，遇到突发情况的时候，容易措手不及，发生误踩加速踏扳的情况。

（6）汽车驾驶员酒后驾驶，由于酒属于麻醉剂，是原生质毒物。驾驶员饮酒后，使原生质毒物作用于神经中枢，会减低大脑的抑制机能，致使低级中枢失控而出现过度兴奋状态。

试验表明：血液中酒精浓度达0.01%或更高，就成为一种独特的意识状态。酒精麻痹意识，反应迟钝，使得驾驶员的判断能力和操作能力下降，而且喝酒后驾车使人的视野变小，视像不稳定，色觉功能降低，不能及时发现和领会交通信号、交通标志标线，特别是在遇到紧急情况的时候，容易发生误操作。

（7）在很多学校和驾校，无证驾驶情况严重。很多学员对驾驶汽车很好奇，常在没有监护的情况下启动汽车，一旦起动发动机后因心理素质较差，极度紧张，加之对踏板不熟悉，易发生误操作.学校又是人群密度相对较多的场所，一旦发生事故，后果不堪设想！

2驾驶员误踏加速踏板保护系统设计

2.1基本设计思路

汽车在公路上高速行驶或在人口密集和障碍繁多的交通环境中行驶时，驾驶员会因为各种原因导致误将加速踏板当作制动踏板踩，此时安装在车辆前方的毫米雷达监测传感器会立刻探测到在距车前方0～25m处的突然横穿马路的行人和其他障碍目标，并将该信号送至电控单元ECU，同时驾驶员为避让目标而误踩加速踏板时，安装在加速踏板末端的加速度传感器会有信号0至电控单元ECU中，当两信号正好吻合时，ECU发出控制指令，首先让电磁阀2通电，使其切断制动主缸与ABS电磁阀1间的主油路，然后电控单元ECU向电动机M通电使得制动液从储液罐中被液压泵抽出推开单向阀进人ABS电磁阀1后流入制动轮缸，从而对汽车进行紧急制动，起到驾驶员误踩加速踏板后的保护作用。驾驶员误踏加速踏板原理如图1所示。

2.2传感器选型

2.2.1障碍监测

该部分的作用是探测汽车与障碍目标之间的距离，采用的毫米波雷达测距来发现目标并测定其位置，车载毫米波雷达一般采用调频连续波（FMCW）测距方式。通过发射连续的调频信号，当遇到前方目标时，会产生与发射信号有一定延时的回波，通过雷达的混频器将发射信号和接收信号进行混频处理，混频后的结果将与目标的相对距离和相对速度有关，通过相应的公式可以获得目标的相对距离和速度信息，计算公式如式

本文选用的车载毫米波雷达是德国SMS公司的测距离毫米波雷达，它的具体参数如下：

（1）载波频率：24.125GHz

（2）探测距离：1.8m-50m（目标相对速度为零）0.5m-70m（目标相对速度不为零）

（3）探测角度：±5.5°x±11°

（4）探测角度精度：±0.75°

（5）循环周期：小于40ms

（6）数字接口：CAN（500k）

由以上参数可知，本次选用的车载雷达基本符合本文应用要求。

2.2.2误踩加速踏板监测

当驾驶员遇到突发情况时，先是紧急制动，一般情况下是急速踩下制动踏板至底。在正常情况下，踩加速踏板的动作较为缓慢，因此在紧急情况下，踏板的运动速度以及加速度、踏板的受力都比正常踩加速踏板时要大很多。如踏板受力，紧急情况下可达数几十牛顿以上，而正常踏下加速踏板情况下只有几牛顿。因此只要加装合适的传感器，就可以在加速踏板力度（速度或加速度）达到设定值后，触发传感器产生动作信号，以驱动执行元件结合汽车ABS系统实现制动，保证车辆在尽可能短的时间里停车。

加速踏板速度敏感元件很多，如利用机械阻尼元件；采用电磁感应元件；以及加速度敏感元件等等。本设计采用的加速踏板误操作监测传感器为加速度敏感元件，选用一个固定在弹性臂上的重锤，在加速踏板适当位置固定弹簧，弹簧末端固定重锤，当驾驶员急踩加速踏板时，加速踏板在行程末端突然停止，而重锤由于惯性会继续摆动（摆动幅度与加速踏板加速度有关），进而触发安装在发动机舱隔板上的信号发生器，信号发生器将该信号送至ECU。其原理圖如图2所示：

2.2.3检测开关

该检测开关主要起辅助作用，拥有两种模式，一种为行车模式，另一种为检测模式，常态下为行车模式，当车辆（如发动机、传动系统）发生故障后，需修理厂进行急加速测试，修理厂空间狭小，雷达会测到25m范围内有障碍，加之加速踏板踩踏速度快，会给检测带了不必要的麻烦，因此在检测汽车性能时，将该开关打至检测模式，防误操作系统便不会工作，方便对汽车性能进行准确检测。

2.2.4车速检测

该传感器为ABS车轮轮速传感器，主要监测汽车行驶的速度，配合毫米雷达测距系统，当车速较高，雷达监测距离越近控制单元向执行器发出的信号越大，从而使制动器所产生的制动力越大同时结合ABS系统保证汽车在最短的距离减速直至停车，有效降低误操作时的生命财产损失。

2.3执行元件

执行元件如图3所示。该系统由原车所搭载的ABS系统改进得到，即在制动主缸和汽车ABS系统电磁阀1之间串联一个电磁阀2，同时改变了原ABS系统液压部件中的回油液压泵组件连接状态，将ABS液压单元的回油直接与制动液储液罐相连，利用制动器中的摩擦力和回位弹簧的作用力回油。将原ABS系统液压部件中的回油液压泵组件与主油路并联，一端接制动液储液罐，另一端接制动主油路而得到。因此该系统结构简单，生产制造容易，成本低廉，且维修保养方便，仅需对原有ABS系统进行简单的升级即可完成。

2.3.1常规制动

驾驶员在驾驶过程中正确操作加速踏板和制动踏板时，保护系统的加速踏板加速度传感器、雷达系统等不会有控制信号发送到ECU，此时该保护系统电动液压泵M组件将不会工作，单向阀关闭，电磁阀2处于常通状态，整个误踩加速踏板保护不起作用，其工作原理与原ABS制动系统一样如图5所示，当驾驶员踩下制动踏板时，制动液从制动主缸被推出，经过电磁阀2流入ABS系统液压部件然后进入制动轮缸进行汽车常规制动，当车轮快抱死时激活ABS系统工作，使其保持良好的制动效果。

2.3.2误操作保护制动

当雷达系统监测到汽车前进方向有障碍，且驾驶员采取的是错误的（误踩加速踏板）操作方式进行避让时，安装在车辆前方的雷达监测系统迅速监测障碍相对于车的距离；加速踏板加速度传感器判断驾驶员是否有误操作；车速传感器监测此时车的行驶速度（计算制动力）；将这三个基本信号送至ECU，ECU经过处理分析后确定为误操作时，ECU先向电磁阀2发出控制信号，电磁阀2通电后切断制动主缸到ABS电磁阀1之间的主油路，然后向电动液压泵组件发出控制信号，此时制动液被电动泵从制动储液罐抽出，推开单向阀，根据汽车行驶速度建立一定油压后经过，ABS系统液压部件流入车轮分泵，对汽车车轮进行紧急制动。在制动过程中ABS系统监控车轮的转速变化，适时进行制动控制，使汽车获得最佳的制动效果，有效降低汽车的制动距离，起到加速踏板踏板误操作保护作用。

3结语

汽车安全驾驶问题是目前世界各国都极度重视的研究课题之一，各种新兴技术不断应用于该领域，但是防止司机误把加速踏板当作刹车的系统目前还没有，本设计是在已搭载了ABS制动防抱死系统车辆的基础上，通过增加毫米雷达波来监测车辆与障碍的距离，通过增加加速踏板传感器监测加速踏板的移动速度等措施来判断汽车驾驶员是否有误操作，当判断为误操作时该系统便结合ABS系统对车辆进行紧急制动，有效的对驾驶员误操作后进行保护，提高汽车行驶安全性。该误操作保护系统具有对原车结构改造少，维修方便，通用性好，利于产品化的特点。因此，具有较强的实用推广价值。