针对EPB系统车型的防油门误踩制动系统设计

刘港　黎仕增　罗婷劼　韦锦

摘 要：针对配有动态应急制动功能EPB系统的车型，以原车油门位置传感器的电压变化率和电压值作为判别参数设计了防油门误踩制动控制系统，并进行了实车性能试验。结果表明，在30km/h、45km/h、60km/h，3种车速下以急刹车踩制动踏板的动作踩油门踏板，100%实现了制动操作，且制动距离与正常急刹车制动距离偏差率均小于10%，制动过程平稳，表明本系统在油门被误踩后能够有效制动，极大地提高了汽车主动安全性。

关键词：应急制动;油门误踩;制动控制

1 前言

近几年，汽车工业得到突飞猛进的发展。据《2018年国民经济和社会发展统计公报》数据显示：截至2018年底，全国的民用汽车保有量24028万辆。随着汽车保有量的增加，因误踩油门引起的交通事故也不断增加，占比达到12.6%[1]。为此，国内外学者进行了大量研究，设计了各种防油门误踩控制系统：国内的学者代表有陈松、胡振奇等，国外的学者代表有梅哲文、Gustafsson、continental 等。但他们所设计的防油门误踩技术，有的可靠性不高，有的反应速度太慢，有的准确率不足等，致使防止油门误踩系统未能得到推广和普及。

本文针对配有动态应急制动功能EPB系统的车型，利用原车的传感器和执行机构，设计了防油门误踩制动系统。试验结果表明：该控制系统在油门误踩的情况下，能及时执行紧急制动，对减少交通事故具有积极的促进作用。

2 防油门误踩制动控制系统设计

2.1 工作原理

通过汽车发动机的油门位置传感器（电位计）获取油门位置信号，以电压信号的方式传送给汽车的ECU，通过ECU将信号转换为电压变化率和电压值，从而控制节气门和自动变速器等机构的运行。汽车防油门误踩制动控制系统如图1所示[2]。

（1）当电压变化率小于所设定的阀值时，控制系统将自动认定为“正常”状态，STM32单片机将自动选择油门位置传感器信号，汽车发动机按照“正常”状态来运行。

（2）当电压变化率大于或等于所设定的阀值、且电压值小于所设定的阀值时，汽车发动机执行怠速指令，语音和图像提示“油门切断”。

（3）当电压变化率大于或等于阀值且电压值也大于或等于所设定的阀值时，控制系统自动认定为“误踩”状态，STM32单片机选择怠速分配器的怠速信号，汽车发动机执行怠速指令，语音和图像提示“油門切断”，接通EPB动态应急制动开关，执行紧急制动操作。

该系统的制动操作通过原车EPB系统的动态紧急制动系统来实现，并可根据车速状态自动选择液压系统制动或者机械驻车制动机构的方式实施制动。当车速较高时选择液压系统制动，此时ABS/ESP系统全程介入，确保了汽车制动过程稳定性。驾驶员只需长按驻车制动开关键即可触发该功能，本系统仅需并联继电器控制电路即可执行油门误踩后的制动操作。汽车防油门误踩制动控制系统的主要组成结构如图2所示[2]。

2.2 防油门误踩制动控制系统设计

防油门误踩制动控制系统如图3所示[3]。操作过程如下：

（1）当dU/dt

（2）当dU/dt≥dU0/dt且U

（3）当dU/dt≥dU0/dt且U≥U0时，单片机向信号分配器发送指令，信号分配器选择Ud向ECU发送，并接通语音图像提示和EPB动态应急制动开关电源电路。

（4）在系统完成执行指令后，驾驶员松开油门踏板，U下降，当U

本系统须在电压变化率和电压值都超过阈值时才执行制动操作，这是考虑到可能有个别驾驶员，在某些极端条件下瞬间猛踩油门加速而导致电压变化率超出阈值的情况出现，如果此时执行制动操作，汽车在驾驶员“意料之外”突然减速，易引发事故，而仅执行怠速操作，则相对安全[3]。另外，如果系统设定为电压变化率和电压均超出阈值再一步执行怠速和制动，则又延迟了系统响应时间[4]。

3 试验

3.1 “误踩”判别试验

为检验防油门误踩制动控制系统的可靠性，首先要对该系统进行“误踩”判别的试验：

（1）以配有EPB系统的09款大众迈腾作为试验车型，按要求正确安装防油门误踩制动控制系统。

（2）选取10名不同性别和驾龄的驾驶员，各在不同的路段上分别进行正常驾车行驶和“误踩”油门操作，并记录油门在两种状态下的电压-时间曲线。

（3）通过对数据进行分析处理，统计两种状态下各区间“峰值”的个数，如表1所示。

由表1可见：正常行驶状态下电压的变化率均小于20V/s，电压值均小于4V;而在“误踩”的状态下，其电压变化率均超过了20V/s，电压值均超过4V。试验结果说明：将电压变化率和电压值作为“误踩”的判别条件是可行的。

3.2 原地驻车试验

（1）选取09款大众迈腾作为试验用车，原地启动发动机，怠速运行。由于原地驻车，无法实际测试EPB紧急制动操作，因此换接了制动指令指示灯来判断系统是否发送了制动操作指令。

（2）选取不同驾龄和性别的驾驶员共10名，分别以急刹车制动的动作和加速超车的动作各操作50次。试验数据如表2所示。

由表2可见：在这组阈值条件下，所有误踩状态都触发了本系统，并完全正确执行了怠速、语音图像提示操作，发出制动指令;500次加速超车试验中，系统执行了2次怠速和语音图像提示操作，0次发出制动指令，正确识别率99.6%。

3.3 “误踩”制动试验

（1）选取09款大众迈腾在驾校练车场路段进行试验。

（2）选取10名不同驾龄和性别的驾驶员，在不同的车速下（试验时速分别为30、45、60 km/h）分别进行正常急刹车和油门“误踩”操作，并记下制动距离。具体试验数据如表3所示。

由表3可见：在不同车速下以急刹车的方式踩油门踏板，系统均执行了制动操作，制动过程中车辆平稳，且制动距离与正确急刹车制动距离偏差不超过10%，完全满足工作要求。

4 结论

本文针对配有动态应急制动功能EPB的车型，利用汽车油门位置传感器作为信号采集，通过原车配置的EPB系统来实现制动的防油门误踩制动控制系统。试验结果表明：该系统能准确判别“误踩”现象，并能及时实施紧急制动操作和语音、图像提示，有效提高汽车驾驶的安全性。

参考文献：

[1]数据来源：《2018年国民经济和社会发展统计公报》.

[2]黎仕增，韦锦，刘港.防汽车油门误踩制动控制系统设计[J].汽车技术，2018（09）：37-39.

[3]陈松，张娜.基于AT89S52 单片机的误踩油门控制器的设计[J].西昌学院学报（自然科学版），2009（3）：73-75.

[4]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.