一种防油门误踩自动刹车系统设计

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　　摘  要：汽车行驶过程中若遇突发状况，驾驶员常因紧张误把油门踏板当做刹车快速踩下，从而引发交通事故。系统设计了一款以双微分检测电路、电压比较器和CD4013触发器为核心的检查与识别电路，用以检测汽车油门踏板快速踩下时的电压信号与正常踩油门时信号的区别进行比较，从而对误踩进行识别，启动ABS主动刹车和抑制加速等措施，尽量避免引发交通事故。此系统可直接加装在汽车上，不需改动汽车，简单便捷，实用性广，成本低廉。
　　关键词：汽车;油门误踩;自动刹车
　　中图分类号：U463.5 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）19-0090-02
　　Abstract： If there is an emergency in the process of driving， the driver often missteps the accelerator pedal as a brake， which leads to traffic accidents. The system designs an inspection and identification circuit with double differential detection circuit， voltage comparator and CD4013 trigger as the core， which is used to detect the difference between the voltage signal of automobile throttle pedal quickly and the signal of normal throttle pedal， so as to identify misstep， start ABS active brake and restrain acceleration， so as to avoid traffic accidents as far as possible. This system can be directly installed on the car， without changing the car， therefore it is simple， convenient，widely practical and of low cost.
　　Keywords： car; wrong throttle; automatic brake
　　1 系统主体
　　如今汽车主动安全系统已经大量应用，如主动刹车、制动辅助、ABS防抱死等，这些系统实时监测汽车与前方障碍物距离和相对速度、刹车制动力、轮速等，在预判驾驶危险时进行主动制动、加强制动力等反应保障驾驶安全。但现今汽车主动安全技术依然有许多不足之处，如常出现“驾驶员遭遇突发状况时误把油门踏板当做刹车踩下”的案例发生，引发严重交通事故，而现今缺乏对这一情况进行保护处理的安全系統[1]。
　　结合汽车ABS刹车和节气门的控制机制，本系统设计了一种以检测分析油门角度位置传感器输出电压信号为基础的油门防误踩自动刹车加装系统，当油门踏板被踩下的速度达到一定值后，便启动误踩保护措施，系统总体框架如图1所示：
　　1.1 信号采集——1/2号引脚
　　1号、2号引脚采用夹持刺入式破线探测钩，直接通过顶部探针刺破信号线束表皮对信号进行采集，通过探测头顶部弯钩结构进行紧固固定，保持长期数据监测。1号引脚接油门踏板角度传感器获得踩下油门踏板的电压信号数据;2号引脚检测转向灯开关，在超车开启转向灯时抑制防误踩保护机制，防止误触发防误踩功能。
　　1.2 供电及策略应对——3/4/5/6号引脚
　　3号引脚直接使用市面常见的保险盒取电器取电。4号引脚直接采用市面常见的半圆扁状导电片搭接线，可在任一搭铁处用螺丝压紧完成搭铁。5号引脚采用免剥线并线扣结构，将其和ABS泵正转信号线输入线通过铜镀锡破线刀并接在一起，当系统判定需要防误踩紧急制动时，直接发出带有一定功率的高电平驱动信号通过ABS泵驱动制动轮缸制动。6号引脚也通过并线扣接至节气门电机正转输入线，当判定为误踩油门时，该线路将其对地短接，以屏蔽汽车本身的节气门片正转信号，抑制节气门片的转动，阻止汽车加速，保护安全。
　　1.3 灵敏度调节旋钮
　　壳体外部设置灵敏度调整旋钮，该旋钮通过内部电路的滑动变阻器调节误踩识别灵敏度。踩油门较激烈的驾驶员可把误踩识别灵敏度调低，避免激烈驾驶时错误识别为误踩油门。而较温柔的驾驶员可把灵敏度调高，方便系统更易识别出误踩油门。驾驶员只需安装后通过汽车原地空档怠速猛踩一下油门，观察节气门片是否转动即可判断系统是否识别，以此调整灵敏度，简单安全，适用不同人群。
　　2 电路设计
　　系统采集踏板位置传感器输出的电压信号，根据电压的大小和变化速率可以得到踏板的行程位置、踩踏速度和加速度等信息，经主控模块综合判断驾驶员是否为紧急情况下发生了误油门，决定是否启动保护措施，保障行车安全[2]。主要由油门状态采集、比较识别与驱动执行、转向灯信号采集等四大部分电路组成。
　　2.1 油门状态采集模块
　　踏板位置传感器4、6号引脚发出的电压大小范围为0.5～4.5V，其信号与油门被踩下的行程和角度成正比关系。采用两级微分电路对踏板位置传感器输出的电压信号进行微分，一阶微分电路输出信号表征了踏板的速度，发送给比较识别电路的U1A;二阶微分电路输出信号表征了踏板的加速度，发送给比较识别电路的U1B[3]。由于踏板位置传感器的输出信号是随着行程逐渐上升，而微分电路具有反向效果，故两个运放器同相端加4V电压抬升输出信号，油门踩得越快，输出信号便会由高向低的变化率越大。如图2所示。 　　2.2 信号比较识别模块
　　该部分主要由2个电压比较器、与门、2个CD4013触发器组成，采集电路通过2个端口将驾驶员踏下油门的速度、加速器情况发动给比较识别电路。经验证当紧急刹车误踩到油门时，踏板的行程量会在0.2s内被踩下至少10cm，踩踏速度可达5m/s、加速度可达到10m/s2。本电路可调整识别的阈值，只有当油门踩下的行程、速度与加速度均达到阈值后才进行识别动作，逻辑如下：
　　U1A与U1B参考电压从比较器同相端输入，比较电压从反向端输入，当油门踩下的速度与加速度越大，比较电压就越低，低于参考电压时比较器输出高电平。滑動变阻器R45、R46调整参考电压大小，其滑动触点通过产品外壳设置的灵敏度调整旋钮联动调整。仅当2个比较器均输出高电平时，与门才输出高电平，触发2个CD4013触发器。触发器的S端与R段均置0，D端置1，当CLK端接收到与门发出的上升沿信号时，引脚Q输出高电平给后面的驱动执行电路，进行误踩保护动作。如图3所示。
　　2.3 驱动执行模块
　　在需要进行保护性制动时，该模块可实现利用汽车现有的ABS泵进行自动刹车，以及抑制节气门片的转动来阻止汽车加速这两大功能。ABS motor端口连接三极管基极，可直接控制制动ABS系统制动液蓄能器驱动电机，当系统判断为误踩油门时，该端口接收到高电平导通各级放大电路，通过并线扣接线使ABS泵电机导通，液压推动制动轮缸进行制动，使汽车刹车。同时Throttle motor端口也导通继电器K1，从而使节气门片电机供电线与地短接，直接屏蔽原线路中驱动节气门片转动的高电平信号，抑制节气门片转动，阻止发动机加速。如图4所示：
　　3 结束语
　　本设计最大的特点就是实现了根据油门踏板踩下的情况，进行硬件电路自动识别和误踩保护功能的加装系统，且可以根据不同风格驾驶员进行识别灵敏度调节，结构简单、安装简易、使用方便、适用各类型款式的汽车，不需对汽车进行改动。当然也有不足之处，如不同情况踩下油门时输出电压信号还可进一步分析，以在误踩识别时调整识别阈值，从而提高识别准确度。同时还可以根据前方障碍物距离、汽车车速等多种状态参数来提供更加智能的保护措施。
　　参考文献：
　　[1]张永超，赵录怀，贾晨，等.基于驾驶员特性的油门误踩检测策略与实车验证[J].单片机与嵌入式系统应用，2019（12）：40-42.
　　[2]崔亚楠.汽车紧急制动防误踩油门智能系统的研究[J].时代汽车，2019（5）：143-144.
　　[3]罗钦.智能电子节气门控制策略研究[D].重庆交通大学，2016.
　　[4]邱亚楠.汽车防误踩油门的自动刹车系统的研究[D].中国计量学院，2012.
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