車用急松油門預警及制動車門上鎖裝置的設計

蔣運勁，劉存香,2，張爾利，李 燕

JIANG Yun-jing1, LIU Cun-xiang1,2, ZHANG Er-li1，LI Yan1

(1.廣西交通職業技術學院 汽車工程系，南寧 530023；2.江蘇大學 汽車與交通工程學院，鎮江 212013)

1 概述

汽車追尾是高速公路上常發生的交通事故，其重要原因是遇到意外情況時不能立即停車。研究發現，交通事故百分之七十左右來自于汽車追尾，輕則車輛受損重則傷及生命，汽車追尾事故是在不知不覺中就發生的。駕駛員從看到情況到踩剎車需要一段時間，在反應時間內汽車要保持原速前進一段距離，從踩剎車到車停止，汽車還要前行一段距離，如果車速過快且車距較近，則將發生汽車追尾。研究人員同時發現，如果駕駛員的反應時間能夠縮短0.4s～0.6s，則大大降低追尾事故的發生。

此外，在城市道路中行駛的汽車，部分駕駛員因疏忽而未給車門上鎖。在車輛停止時，一些不法分子趁駕駛員不備，打開后備箱或后排車門盜取財物，造成嚴重的財產損失及惡劣的社會影響。雖然目前一些高檔位轎車安裝有車門自動上鎖裝置，然而對于主流的中低檔車，車門自動上鎖裝置還不是標配部件。

在防車輛追尾方面，北京天益富強科技發展有限公司生產的智能防追尾警示儀“瑞普VTV汽車防追尾提前警示系統”，能降低前后車剎車的時間差，防止或避免汽車追尾事故的發生，它通過提前警示后車注意，把事故控制在萌芽中。

北京得貝興車輛安全科技公司研制的“汽車防追尾儀”，具有安全距離警告功能，給司機提供“一種監督和糾正后車安全距離違章的手段”，實現車與車、司機與司機面對面的溝通與監督[1]。

在車門上鎖裝置的研發方面，國外一些高檔轎車配置有車速感應式車門自動上鎖裝置。該裝置裝有一個車速為10km/h的感應開關，當車速大于10km/h時，若車門未上鎖，駕駛員不需動手，門鎖控制器自動將門上鎖。

國內，廣州創希電器科技有限公司生產的“GSM汽車防盜器”，能實現開車時踩剎車，車門自動上鎖，拔車匙自動開鎖功能[2]。

然而，防車輛追尾裝置及制動車門上鎖裝置均同屬于車輛制動系統，但目前均為發現任何有關能同時實現二者功能的集成系統。此外，無論是防車輛追尾裝置還是制動車門上鎖裝置，其結構均較復雜，價格也較高，不利于產品的全面推廣。

2 系統工作原理

車用急松油門預警及制動車門上鎖裝置提供一種可實現駕駛員急松油門時，制動燈（包括高位制動燈）亮，提前警示后車注意；在制動踏板踩下時，中控鎖將上鎖，防止車內物品被盜的急松油門預警及制動車門上鎖裝置。

2.1 系統的組成結構及工作原理

車用急松油門預警及制動車門上鎖裝置主要由電子控制單元、位移傳感器等組成。電子控制單元由模數轉換電路、嵌入式系統、兩個繼電器及一個場效應管組成。

如圖1所示為急松油門預警及制動車門上鎖裝置簡圖，主要由電子控制單元、位移傳感器等組成。該裝置能在駕駛員急松油門時，使制動燈（包括高位制動燈）亮，從而提示后面車輛駕駛員減速；此外，在制動踏板踩下時，中控鎖將上鎖，避免了因車輛慢行或停止而導致后排座椅或行李箱物品被盜。其結構布置特征為：在汽車腳墊1上安裝位移傳感器5，位移傳感器5上的位移傳感器活動觸頭4與油門踏板2接觸，當油門踏板2未被駕駛員踩下時，位移傳感器5向電子控制單元6的1號端子輸入信號為0伏。當駕駛員踩下油門踏板2后，電子控制單元6的1號端子輸入信號逐漸增大；若某時刻，駕駛員發現前方出現危險情況而急松油門，則電子控制單元6的1號端子輸入信號將迅速減小，電子控制單元6通過采集其信號減小的速率是否大于門限值以控制制動燈7亮滅。在汽車行駛過程中，駕駛員踩下制動踏板而使制動燈開關8接通，則該信號將通過電子控制單元6的5號端子進入到電子控制單元6內部，在接收到該信號后，電子控制單元6將由4號端子輸出控制信號，使中控鎖電機10通電，車門上鎖。

圖1 急松油門預警及制動車門上鎖裝置簡圖

2.2 電子控制單元電路設計

如圖2所示，油門踏板減速度信號從電子控制單元6的1號端子輸入，經過模數轉換電路后，信號輸入到嵌入式系統，嵌入式系統對0.1s內的信號電壓變化率進行判斷，若發現電壓變化率大于門限值，則將輸出信號至放大電路，經放大后的信號使K2繼電器內的線圈通電，從而使K2常開觸點閉合，蓄電池正極輸出電流經控制單元6的3號端子→K2常開觸點→電子控制單元6的2號端子→制動燈7→搭鐵→蓄電池負極，制動燈亮。

當駕駛員踩下制動踏板時，制動燈開關8接通，該信號將通過電子控制單元6的5號端子進入到嵌入式系統中，嵌入式系統在得到信號后，將輸出信號至場效應管Q1的柵極，使其源極與漏極導通，使K1繼電器內的線圈通電，蓄電池正極輸出電流經K1常開觸點→電子控制單元6的4號端子→中控鎖電機10→搭鐵→蓄電池負極，中控鎖上鎖。

圖2 電子控制單元原理圖

2.3 系統的控制流程

如圖3所示，當點火開關打到ON檔后，電子控制單元6將程序初始化，并不斷采集由模數轉換電路輸入的信號，經計算判斷油門踏板減速度是否大于門限值，若不大于則繼續采集；若大于門限值，則控制制動燈亮3s。此后，監測制動燈開關信號是否出現，若未出現，則繼續采集模數轉換電路輸入的信號；若制動燈開關信號出現，則輸出中控鎖制動信號，使中控鎖上鎖。

圖3 電子控制單元控制框圖

3 實車試驗分析

在裝置研制完成后，在天津夏利轎車上進行了實驗。該轎車為油門拉鎖式節氣門，選擇位移傳感器型號為： DA—10直流位移傳感器，量程為0～10mm，輸出電壓為零伏到5伏。

根據中華人民共和國機械行業標準JB/T 9256—1999以及現行的線位移、線速度傳感器的校準方法進行校準后，得到傳感器位移—電壓的回歸方程為：

y = 0.503x + 0.0046

式中：y—傳感器輸出電壓，V；x—傳感器活動觸頭位移量，mm。

傳感器示值線形度為：

其中：δmax為最大誤差；δ1為示值線性度；UN為傳感器輸出電壓平均值。

利用數據采集卡采集電子電子控制單元1、2、4、5號端子的波形，結果如圖4所示。

圖4 電子控制單元端口波形圖

從圖4可知，當汽車以一定速度行駛時，某時刻駕駛員松開油門踏板，從1號線開始，車輛行駛速度迅速下降，電子控制單元1號端子輸出信號迅速上升，電子控制單元從1號線到2號線間采集到油門踏板減速度大于門限值后，控制2號端子連續輸出三個脈沖信號，使制動燈亮3秒（程序設置為制動燈閃爍三次，每次一秒）；而當汽車起動后，踩下制動踏板時，示波器顯示出5號端子出現有制動開關信號，當信號達到3號線的高電平位置時，電子控制單元控制4號端子輸出為高，中控鎖電機通電，從而使車門上鎖。

試驗結果與預期設置一致。此外，將該裝置運用于santana2000車型上，也得到了預期的效果。

4 結論

1）車用急松油門預警及制動車門上鎖裝置綜合考慮了防車輛追尾、制動車門上鎖兩項功能，通過一個嵌入式系統便可實現上述兩項功能。由于控制電路簡單，為此，裝置具有性價比高、性能穩定等特點。

2）車用急松油門預警及制動車門上鎖裝置能在很大程度上提升汽車行駛的安全性，同時能夠避免駕駛員忘記行車過程忘鎖車門而造成的財物失竊，適于各類不同車型使用。

3）試驗結果表明：裝置結構簡單，安裝便利，有效地提升了汽車行駛安全性，具有很高的推廣價值。

[1]北京得貝興車輛安全科技公司.汽車防追尾儀[P].國家發明專利申請,專利申請號:200530142834.8

[2]廣州創希電器科技有限公司.GSM汽車防盜器說明書[Z].

[3]代偉紅;趙洪洲.具有異地控制功能的汽車防盜器[P].國家發明專利申請,專利申請號:02144599.0

[4]劉德輝.汽車防追尾儀[P].國家發明專利申請,專利申請號:91201013.4

[5]張唯.電子汽車防盜器[P].國家發明專利申請,專利申請號:95208583.6

[6]劉存香,劉學軍.基于LabVIEW的差動電感式位移傳感器校準裝置研制 [J].儀表技術,2008,10:68-70.

[7]張爾利,劉學軍,劉存香,羅杰斌.基于虛擬儀器的壓阻式壓力傳感器校準系統的設計開發[J].制造業自動化,2009,07:69-071.