針對EPB系統車型的防油門誤踩制動系統設計

劉港 黎仕增 羅婷劼 韋錦

1.廣西機電職業技術學院 廣西南寧市 530007 2.廣西大學機械工程學院 廣西南寧市 530004

1 前言

近幾年，汽車工業得到突飛猛進的發展。據《2018年國民經濟和社會發展統計公報》數據顯示：截至2018年底，全國的民用汽車保有量24028萬輛。隨著汽車保有量的增加，因誤踩油門引起的交通事故也不斷增加，占比達到12.6%[1]。為此，國內外學者進行了大量研究，設計了各種防油門誤踩控制系統：國內的學者代表有陳松、胡振奇等，國外的學者代表有梅哲文、Gustafsson、continental等。但他們所設計的防油門誤踩技術，有的可靠性不高，有的反應速度太慢，有的準確率不足等，致使防止油門誤踩系統未能得到推廣和普及。

本文針對配有動態應急制動功能EPB系統的車型，利用原車的傳感器和執行機構，設計了防油門誤踩制動系統。試驗結果表明：該控制系統在油門誤踩的情況下，能及時執行緊急制動，對減少交通事故具有積極的促進作用。

2 防油門誤踩制動控制系統設計

2.1 工作原理

通過汽車發動機的油門位置傳感器（電位計）獲取油門位置信號，以電壓信號的方式傳送給汽車的ECU，通過ECU將信號轉換為電壓變化率和電壓值，從而控制節氣門和自動變速器等機構的運行。汽車防油門誤踩制動控制系統如圖1所示[2]。

（1）當電壓變化率小于所設定的閥值時，控制系統將自動認定為“正常”狀態，STM32單片機將自動選擇油門位置傳感器信號，汽車發動機按照“正常”狀態來運行。

（2）當電壓變化率大于或等于所設定的閥值、且電壓值小于所設定的閥值時，汽車發動機執行怠速指令，語音和圖像提示“油門切斷”。

（3）當電壓變化率大于或等于閥值且電壓值也大于或等于所設定的閥值時，控制系統自動認定為“誤踩”狀態，STM32單片機選擇怠速分配器的怠速信號，汽車發動機執行怠速指令，語音和圖像提示“油門切斷”，接通EPB動態應急制動開關，執行緊急制動操作。

該系統的制動操作通過原車EPB系統的動態緊急制動系統來實現，并可根據車速狀態自動選擇液壓系統制動或者機械駐車制動機構的方式實施制動。當車速較高時選擇液壓系統制動，此時ABS／ESP系統全程介入，確保了汽車制動過程穩定性。駕駛員只需長按駐車制動開關鍵即可觸發該功能，本系統僅需并聯繼電器控制電路即可執行油門誤踩后的制動操作。汽車防油門誤踩制動控制系統的主要組成結構如圖2所示[2]。

圖1 防油門誤踩制動控制系統

圖2 系統主要組成結構

2.2 防油門誤踩制動控制系統設計

防油門誤踩制動控制系統如圖3所示[3]。操作過程如下：

（1）當dU/dt＜dU0/dt時，信號分配器選擇U值向發動機ECU發送。

圖3 防油門誤踩控制系統設計圖

（2）當dU/dt≥dU0/dt且U＜U0時，單片機向信號分配器發送指令，信號分配器選擇Ud向ECU發送，并且接通語音圖像提示電源。

（3）當dU/dt≥dU0/dt且U≥U0時，單片機向信號分配器發送指令，信號分配器選擇Ud向ECU發送，并接通語音圖像提示和EPB動態應急制動開關電源電路。

（4）在系統完成執行指令后，駕駛員松開油門踏板，U下降，當U＜Uf時，系統復位，見圖3。

本系統須在電壓變化率和電壓值都超過閾值時才執行制動操作，這是考慮到可能有個別駕駛員，在某些極端條件下瞬間猛踩油門加速而導致電壓變化率超出閾值的情況出現，如果此時執行制動操作，汽車在駕駛員“意料之外”突然減速，易引發事故，而僅執行怠速操作，則相對安全[3]。另外，如果系統設定為電壓變化率和電壓均超出閾值再一步執行怠速和制動，則又延遲了系統響應時間[4]。

3 試驗

3.1 “誤踩”判別試驗

為檢驗防油門誤踩制動控制系統的可靠性，首先要對該系統進行“誤踩”判別的試驗：

（1）以配有EPB系統的09款大眾邁騰作為試驗車型，按要求正確安裝防油門誤踩制動控制系統。

（2）選取10名不同性別和駕齡的駕駛員，各在不同的路段上分別進行正常駕車行駛和“誤踩”油門操作，并記錄油門在兩種狀態下的電壓-時間曲線。

（3）通過對數據進行分析處理，統計兩種狀態下各區間“峰值”的個數，如表1所示。

由表1可見：正常行駛狀態下電壓的變化率均小于20V/s，電壓值均小于4V；而在“誤踩”的狀態下，其電壓變化率均超過了20V/s，電壓值均超過4V。試驗結果說明：將電壓變化率和電壓值作為“誤踩”的判別條件是可行的。

3.2 原地駐車試驗

（1）選取09款大眾邁騰作為試驗用車，原地啟動發動機，怠速運行。由于原地駐車，無法實際測試EPB緊急制動操作，因此換接了制動指令指示燈來判斷系統是否發送了制動操作指令。

表1 電壓峰值和電壓電壓率峰值統計表

（2）選取不同駕齡和性別的駕駛員共10名，分別以急剎車制動的動作和加速超車的動作各操作50次。試驗數據如表2所示。

表2 原地駐車試驗數據

由表2可見：在這組閾值條件下，所有誤踩狀態都觸發了本系統，并完全正確執行了怠速、語音圖像提示操作，發出制動指令；500次加速超車試驗中，系統執行了2次怠速和語音圖像提示操作，0次發出制動指令，正確識別率99.6%。

3.3 “誤踩”制動試驗

（1）選取09款大眾邁騰在駕校練車場路段進行試驗。

（2）選取10名不同駕齡和性別的駕駛員，在不同的車速下（試驗時速分別為30、45、60 km/h）分別進行正常急剎車和油門“誤踩”操作，并記下制動距離。具體試驗數據如表3所示。

由表3可見：在不同車速下以急剎車的方式踩油門踏板，系統均執行了制動操作，制動過程中車輛平穩，且制動距離與正確急剎車制動距離偏差不超過10%，完全滿足工作要求。

表3 誤踩制動試驗數據表

4 結論

本文針對配有動態應急制動功能EPB的車型，利用汽車油門位置傳感器作為信號采集，通過原車配置的EPB系統來實現制動的防油門誤踩制動控制系統。試驗結果表明：該系統能準確判別“誤踩”現象，并能及時實施緊急制動操作和語音、圖像提示，有效提高汽車駕駛的安全性。