基于Delphi ESR雷達智能防誤踩油門系統的應用設計

文｜文俊杰 李丹 張淏鑫 李新琦

為了避免司機在緊急制動情況下誤踩油門而引發交通事故，本文提出了一種基于Delphi ESR雷達的智能防誤踩油門系統的應用設計。本系統優勢是其制作成本較低，且可根據油門踩踏板的加速度以及所受壓力，區別司機是在正常情況下踩油門還是緊急情況下誤踩油門。本系統經過傳感器采集壓力及加速度數據，通過網絡數據信號傳輸至控制中心，ECU控制中心迅速計算，在確定誤踩油門后，發出信號使車輛進行緊急制動，以免事故發生。該系統能夠在判定駕駛員準備剎車卻誤踩油門的情況下，實現緊急制動。

一、引言

近年來由于司機誤踩油門導致的交通事故數量日益增加。對于汽車而言，制動踏板和油門踏板相距很近，當遇到突發狀況需緊急制動時，駕駛員可能將剎車與油門混淆，在需要緊急制動時誤踩到了油門。為了減少因司機過度緊張或反應不及時等原因導致這種誤踩油門的情況，引發嚴重的交通事故從而造成了生命財產的損失，本文設計了一種簡潔高效的控制系統——智能控制防誤踩油門系統。該系統無須手動操作，經濟環保，安裝調試方便。該系統涉及的控制算法簡單易懂，易于實現，該系統制造成本較低，易于推廣安裝，可實現量產。

二、防誤踩油門系統介紹

（一）系統概述

目前市場主流的防誤踩油門控制系統，會在司機快速踩下油門時發出蜂鳴聲進行提醒。本文設計的防誤踩油門系統優于現行裝置，除報警提示外，會在判定司機誤踩油門后進行緊急制動剎車。該系統由信號接收單元、電子控制單元（ECU）、執行單元組成。信號接收單元包括毫米波雷達、壓阻式傳感器和壓力傳感器。執行單元包括緊急制動系統、油門怠速系統以及安全保護系統。

（二）工作原理

本系統啟動剎車信號由ECU控制中心基于信號接收單元采集數據進行運算判定發送。駕駛員踩下油門踏板時，油門踏板中的壓阻式傳感器測量踏板的加速度，覆膜電阻型感應器測量踏板所受壓力，雷達測算車輛與周圍障礙物之間的距離，通過傳輸電路將信數據傳遞給ECU進行分析。當ECU判斷駕駛員為誤踩油門動作，會即刻啟動制動保護，停止節氣門轉動，阻止汽車加速，同時啟動電動油泵，使汽車剎車制動。當駕駛員松開油門踏板后，在發動機轉速為零時，ECU發出指令，使油門腳踏板和剎車踏板恢復正常，汽車回歸到正常行駛狀態。

（三）系統硬件構成

1.檢測信號的接收與處理

在本系統中，雷達的性能在很大程度上影響了系統的運行精度。雷達傳感器主要作用為收集汽車位置信息，因此雷達測距必須滿足安全行車閾值的大小，其工作穩定性尤為重要。本系統選擇采用毫米波雷達傳感器，可智能獲取與附近車輛的相對位置和車輛的狀態信息。與其他雷達相比，毫米波雷達導頭穿過固態的能力和抗干擾能力更強，適應各種天氣環境。

2.ECU控制芯片

ECU主控板的芯片采用ARM公司的STM32F103R8T6。它是一款32位中等密度性能微控制器，其工作頻率為72MHz，有20K字節的SRAM。功耗低，可在汽車未啟動時進行睡眠模式或者待機模式。該款芯片也是ST公司一款常用的增強型系列微控制器。

3.加速度與壓力傳感器

本系統判定司機誤踩油門的依據主要通過壓阻式加速度傳感器與壓力傳感器傳輸數據進行分析。加速度傳感器使用3022硅壓阻加速度傳感器，其靈敏度較高，可以更快速地獲取信息與傳遞信息，該傳感器還擁有體積小，不易破壞，性價比高等優點。壓力感應器采用FSR電阻型或覆膜電阻型感應器，其特點為非線性、輸出功率訊號較弱，電阻應變式傳感器運用了金屬材質的應變效果。

三、系統的執行流程與設計

（一）信號采集單元

該系統的信號采集單元為Delphi ESR毫米波雷達。Delphi ESR毫米波雷達能識別很小的目標，而且能夠同時識別多個目標。該雷達的優點使得系統可以在80m內迅速收集到周圍車輛的運動情況。在較遠距離時，還可以提供前后車輛間的距離以及速度數據。Delphi ESR毫米波雷達的最大探測距離為174m，在高速行車時，安全行車距離是在100m以上，所收集的信息有足夠時間得到反饋。

（二）加速度與壓力傳感器的閾值取值

加速度與壓力傳感器的閾值設定會根據實際路況在標準數據設定下有所差別。在緊急情況下駕駛員誤踩油門時，油門腳踏板轉動的加速度要比正常情況下快得多，所受壓力也比正常情況下大很多。根據青、中、老年在正常踩油門腳踏板時平均加速度（m/s2）分別為10、10、5，壓力（N）分別為30、30、15。同時超車時，油門腳踏板轉動的普遍加速度為40、35、25，壓力為110、90、50。在緊急情況下誤踩油門時，油門腳踏板加速度為150、135、119，壓力都在200以上。為了防止在超車時系統被誤啟動，油門腳踏板加速度閾值a0應大于40 m/s2，壓力閾值a1也應大于最大值110N。在緊急情況下，誤踩油門時油門腳踏板加速度最小為100 m/s2，壓力最小為200N。為了保證系統啟動的成功率，加速度閾值a0應小于100 m/s2，壓力閾值a1應小于200N。為了保證系統運行的可靠程度，本系統取a0=60 m/s2，a1=160N。同時在系統上安裝轉向燈信號探測器，它將會收集左轉向燈狀態，如果探測到車輛左轉向燈開啟，則將系統的閾值提高。在高速上行駛時，將閾值提高百分之十，在其他情況下，將閾值提高百分之五。

（三）系統運行流程

該系統運行流程包括數據采集、數據傳輸、數據處理以及信號發送。剎車啟動信號取決于兩種傳感器在油門腳踏板內部記錄油門腳踏板的轉動的加速度以及所受壓力的大小。當ECU檢測數據發生超過閾值變化，并判斷其為誤踩油門后，控制電動油泵以及節氣門使得汽車進行剎車制動以及油門怠速，同時立即開啟ABS系統，以此來保護駕駛人。當車停止且油門松開后，系統停止工作，汽車恢復正常制動功能。

四、結論

本文設計裝置擁有實用性強、成本低、通用性強等特點。本文主要論述了根據駕駛人在正常行車和緊急制動行車時對油門的踩踏力以及腳踏板轉動加速度數值不同來判斷駕駛人踩踏油門動作是否為操作不當的標準。本文還分析了在不同的距離下，車速和制動對車輛控制的關系，以及汽車在突然沒油和怠速運作兩種情況下車輛的行駛情況，以此為基礎設計出一種更高效更有說服力的方案，即設計了一款全新的智能雷達測速與防誤踩油門系統。

本系統的未來研究方向將重點放在以下三個方面：

（1） 用戶使用體驗收集，通過安裝本系統的車輛用戶行駛體驗的反饋，更新檢查該裝置的實用性和持續性。

（2） 系統控制精度仍需提高，由于系統應用車型各異，駕駛人員情況不同，本系統設置的觸發閾值需要更精確地實時設定，以提高安全性能。

（3）系統自身的運算速度需要提升，縮短延遲時間，以達到快速啟動運行的目的。