汽车电控防误踩加速踏板系统硬件设计

吴克绍　徐昭

摘 要：本文提供了一种汽车电控防误踩加速踏板系统硬件设计方案，包括信号采集单元、信号处理单元、动作执行单元的设计。汽车装用该装置可较好地减少和防止因误踩加速踏板而引发的交通事故。

关键词：汽车 电控防误踩加速踏板 硬件设计

Hardware Design of Automobile Electronic Control System to Prevent Misstepping of Accelerator Pedal

Wu Keshao，Xu Zhao

Abstract：This article provides a hardware design scheme of an automobile electronic control anti-accelerator pedal system， including the design of signal acquisition unit， signal processing unit， and action execution unit. The device installed in automobiles can better reduce and prevent traffic accidents caused by accidentally stepping on the accelerator pedal.

Key words：automobile， electronic control to prevent misstepping on the accelerator pedal， hardware design

為防止遇到紧急情况，有些驾驶员错把加速踏板当作制动踏板踩踏而引发的交通事故，本研究设计了一种电控防误踩加速踏板系统。该系统主要由信号采集单元、信号处理单元（中央控制单元）、动作执行单元（制动执行模块）等三个部分组成。

1 信号采集单元电路设计

信号采集单元主要包括节气门位置传感器和车速传感器。系统通过节气门位置传感器的电压信号的变化获得加速踏板的加速度，当该加速度超过一定的阈值时，便判定为误踩加速踏板，系统将切断点火电路并采取紧急制动措施。当车速传感器检测到车速降为零时，系统便判定危险解除，将接通点火电路，解除紧急制动。

本防误踩加速踏板紧急制动方案以ADXL345模块为信号采集单元，采集加速踏板踏板加速度信号，图1为模块ADXL345 的加速度计引脚配置，其中部分引脚功能见表1。

系统通过节气门位置传感器获得踩下加速踏板的信号，经分析处理后获取踩下加速踏板的加速度，以I2C串行通信方式通过单片机引脚P10和P11完成加速度数据的传输。模块ADXL345的标准供电电压为5V，实际上其输出的电压大概为3.3V，为了使单片机与ADXL345 模块能较好的配合工作，现将 FC-111 电平转换模块与ADXL345 模块的引脚 SDA 和 SCL相连接，从而使输出电压由 3.3V转化为 5V，这样便能保证顺利的完成加速度数据采集工作。

2 信号处理单元的设计

信号处理单元以STC89C52单片机为核心，其所采集到的加速踏板的加速度值与预设阈值进行对比，由此判断驾驶员的操作是否为误踩加速踏板。若判断为误踩加速踏板，中央控制模块则控制发动机点火系统停止工作同时实施制动。STC89C52单片机的引脚图如图2所示。

（1）单片机的电源引脚（2根），一是VCC（接+5V电源）;另一个是GND（接地）。

（2）外接时钟引脚（2根），分别是XTAL1：振荡电路的输入端;XTAL2：振荡电路的输出端。

（3）编程控制引脚（4根），单片机的复位引脚是RST;允许地址锁存信号引脚为ALE/PROG;程序存储器输出端：PSEN;程序存储器的内外部选通：EA/VPP。

（4）4组8位IO口引脚，分别是P0、P1、P2、P3口，共32根引脚。P0：双向8位三态IO口，名称为P00-P07;P1：准双向8位IO口，名称为P10-P17;P2：准双向8位IO口线，名称为P20--P27;P3：准双向8位IO口，名称为P30-P37。其首要功能就是作为普通IO口，见图2。

3 动作执行单元设计

3.1 紧急熄火装置电路

动作执行单元（制动执行模块）由点火线路、常闭继电器等组成。将常闭继电器安装在点火模块与汽车发动机ECU之间的IGT线路，通过其来控制点火模块与发动机ECU之间的IGT线路的接通与断开。当发动机ECU判定驾驶员误踩加速踏板时，便会断开IGT线路。紧急熄火装置电路如图3所示。

当输入低电平至PNP 型三极管的基极时，三极管饱和导通，发射极变成低电平状态，使得继电器线圈通电，触点便会吸合;当输入高电平至三极管基极时，三极管不导通，继电器线圈断电，IGT 线路断开，从而使点火系统断路。图中电阻R27可降低三极管的能量消耗。

3.2 紧急制动执行电路

如图4所示，紧急制动装置由步进电机、升压模块和电机驱动器等组成。步进电机的输出轴与线圈绕组相连接，利用钢丝细绳将线圈绕组与制动踏板相连接。由于电机驱动需要较高电压，因此需要加装升压模块。当电控单元判断驾驶员误踩加速踏板时，步进电机便开始工作，通过钢丝细绳实施制动。当车速传感器检测到车速为零时，发动机ECU通过电机驱动器控制步进电机，使其反转，达到解除制动的目的。

4 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，通过电压与加速踏板位移的关系再通过计算得到加速踏板加速度值。此外通过车速传感器检测车速是否降为零，以判断是否需要解除制动。

基金项目：本文系2020年度江西省交通运输厅一般科技项目“汽车电控防误踩加速踏板系统技术研究”（项目编号：2020H0050）的阶段性成果。项目主持人：吴克绍。

参考文献：

[1]叶忻泉.防误踩油门汽车刹车装置[P].中国专利：200920113466.7，2009-1-25.

[2]尚雯雯.汽车紧急制动误踩油门机械防护装置[P].中国专利：200820019795.0，2008-4-15.