車輛防誤踩油門裝置的研究現(xiàn)狀

曹菁 孟憲皆

摘 ?要：隨著我國(guó)汽車保有量不斷增加，交通安全問(wèn)題亦日漸突顯，面對(duì)頻繁發(fā)生的駕駛員誤將油門踏板當(dāng)作制動(dòng)踏板而引起嚴(yán)重交通事故的現(xiàn)象，防誤踩油門技術(shù)愈來(lái)愈受到人們的重視。分析駕駛員誤踩油門的原因并對(duì)國(guó)內(nèi)外的汽車防誤踩油門裝置的研究現(xiàn)狀進(jìn)行歸納總結(jié)，最后對(duì)防誤踩油門技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：汽車;誤踩油門;研究現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

引言

汽車成為了越來(lái)越多人的代步工具，2014年，汽車產(chǎn)銷量呈現(xiàn)平穩(wěn)的增長(zhǎng)趨勢(shì)，連續(xù)6年蟬聯(lián)全球第一。但是因交通事故造成的傷亡觸目驚心，在緊急狀況時(shí)，由于緊張、走神等原因，導(dǎo)致誤將油門當(dāng)作制動(dòng)而引發(fā)的交通事故約占到12.6%[1]，國(guó)內(nèi)外很多汽車研究人員對(duì)目前存在的誤將油門當(dāng)制動(dòng)的現(xiàn)象提出了許多相關(guān)的研究方案，對(duì)汽車原有油門和制動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，但真正運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中的防誤踩油門裝置卻很少，國(guó)內(nèi)對(duì)于防誤踩油門裝置的研究仍處在初級(jí)階段，對(duì)于現(xiàn)有的防誤踩油門裝置存在的缺陷還需要進(jìn)一步的完善。

對(duì)防誤踩油門裝置研究現(xiàn)狀歸納總結(jié)顯得十分重要，亟需研制出一種成本低、判別精確度高、通用性強(qiáng)的防誤踩油門裝置來(lái)解決駕駛者誤將油門當(dāng)作制動(dòng)的問(wèn)題。

1 誤踩油門原因分析

（1）缺乏駕駛經(jīng)驗(yàn)的新手，在遇到突發(fā)情況無(wú)法正常應(yīng)對(duì)，慌亂中錯(cuò)踩油門;（2）駕駛汽車時(shí)心神不專，遇到緊急情況就會(huì)措手不及，導(dǎo)致錯(cuò)踩油門;（3）疲勞駕駛，反應(yīng)遲鈍，可能錯(cuò)踩油門;（4）司機(jī)酒后駕車，神經(jīng)中樞會(huì)被抑制，判斷能力變得遲鈍，可能導(dǎo)致誤踩。

通過(guò)調(diào)查研究，目前存在的防誤油門裝置主要以兩類形式存在：一類是純機(jī)械式;另一類是電子與機(jī)械結(jié)合式，下面對(duì)國(guó)內(nèi)外的防誤踩油門裝置的研究現(xiàn)狀和存在問(wèn)題進(jìn)行分析。

2 純機(jī)械式防誤踩油門裝置

2.1 國(guó)外的純機(jī)械式裝置

國(guó)外主要以美國(guó)、日本和歐洲一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)防誤踩油門裝置的研發(fā)取得的成果較為顯著，早在20世紀(jì)70年代，國(guó)外就有相關(guān)學(xué)者對(duì)司機(jī)在加速與剎車時(shí)腳部不同的動(dòng)作特征而對(duì)傳統(tǒng)的汽車油門和制動(dòng)踏板結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造[2]，設(shè)計(jì)出機(jī)械式油門與剎車合成裝置，下面是幾個(gè)比較有代表性的純機(jī)械式油門與剎車合成裝置。

日本學(xué)者M(jìn)ATSUNAGA K， NARUSE M等設(shè)計(jì)一種測(cè)壓式的油門與剎車合成裝置[3]，司機(jī)加速時(shí)，右腳前端向右側(cè)平移側(cè)壓油門踏板實(shí)現(xiàn)加速，當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，右腳前端踩下制動(dòng)踏板實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，制動(dòng)踏板被壓下的同時(shí)油門踏板被釋放從而加速解除。

瑞典學(xué)者Gustafsson設(shè)計(jì)并由瑞典Nomix發(fā)展公司進(jìn)一步研發(fā)得到一種新型油門與剎車合成的單踏板裝置[4]，司機(jī)加速時(shí)，以踏板后部的軸為軸心，腳的前部踩下踏板，使踏板沿著該軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)加速，當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，腳掌將整個(gè)踏板踩下實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，瑞典兩大汽車生產(chǎn)商沃爾沃和紳寶均對(duì)單踏板裝置的汽車安全性能感興趣，但兩家公司在進(jìn)行測(cè)試后均表示，沒(méi)有馬上開(kāi)發(fā)生產(chǎn)這種汽車的計(jì)劃。

雖然純機(jī)械式的油門與剎車合成裝置能夠獲得較為可靠的制動(dòng)效果，但是此類裝置改變了司機(jī)正常踩油門和剎車的習(xí)慣，對(duì)傳統(tǒng)油門和制動(dòng)結(jié)構(gòu)改動(dòng)較大，難以在車輛中進(jìn)行普及應(yīng)用。

2.2 國(guó)內(nèi)的純機(jī)械式裝置

對(duì)于國(guó)內(nèi)的純機(jī)械式防誤踩油門裝置，其中國(guó)內(nèi)的油門與剎車合成裝置主要以專利的形式存在，尚沒(méi)有成熟性的產(chǎn)品，除了油門與剎車合成裝置以外，國(guó)內(nèi)還存在一類以油門踏板的作用力或油門踏板角速度的大小為判別依據(jù)的機(jī)械聯(lián)動(dòng)補(bǔ)救裝置。

梅哲文等人，設(shè)計(jì)出了一種油門與制動(dòng)機(jī)械聯(lián)動(dòng)補(bǔ)救裝置[5]，該裝置主要由內(nèi)箱體和外箱體組成，內(nèi)箱體通過(guò)相關(guān)元件與節(jié)氣門連接，外箱體與制動(dòng)踏板連接，正常情況下踩下油門踏板，內(nèi)箱體轉(zhuǎn)動(dòng)從而拉動(dòng)節(jié)氣門，使汽車正常加速，若司機(jī)誤踩了油門，由于踩油門的速度過(guò)大，內(nèi)箱體豎向?qū)к壏较蛳蛳禄瑒?dòng)，使內(nèi)外箱體相互嵌套，內(nèi)箱體帶動(dòng)外箱體一起轉(zhuǎn)動(dòng)從而拉動(dòng)制動(dòng)踏板，起到了誤踩油門后緊急制動(dòng)的作用。

李俊、郭厚 ?等人設(shè)計(jì)了一種油門與制動(dòng)機(jī)械聯(lián)動(dòng)補(bǔ)救裝置[6]，在緊急情況下誤踩油門時(shí)，油門踏板帶動(dòng)油門轉(zhuǎn)軸使另一個(gè)軸快速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速到一定值時(shí)，轉(zhuǎn)軸上的離合器使連接塊與轉(zhuǎn)軸固接，連接塊與制動(dòng)拉桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，拉桿拉動(dòng)制動(dòng)拉線和熄火拉線，使汽車熄火并停車。

目前存在的機(jī)械式防誤踩油門裝置普遍對(duì)傳統(tǒng)的油門與制動(dòng)改動(dòng)較大，對(duì)汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)考慮欠妥，改變了司機(jī)踩油門和剎車腳部的正常感受，雖然成本較低，但判別精度和響應(yīng)速度都有待提高，并存在設(shè)備維護(hù)困難等問(wèn)題。

3 電子與機(jī)械結(jié)合式防誤踩油門裝置

3.1 國(guó)外的電子與機(jī)械結(jié)合式裝置

國(guó)外的電子與機(jī)械結(jié)合式的防誤踩油門裝置主要是以控制技術(shù)為基礎(chǔ)并且主要應(yīng)用于一些高端車上進(jìn)行相關(guān)研究。

德國(guó)continental公司研制了名為AFFP（accelerator of force feedback pedal）的裝置，在汽車內(nèi)部安裝相關(guān)傳感器采集行車線路和自車車速，如果駕駛員在遇到緊急情況誤踩了油門，AFFP裝置判定為車輛處于危險(xiǎn)的行車距離時(shí)，油門踏板下面的電機(jī)將對(duì)油門施加向上的力，可以較為有效糾正駕駛員的誤踩行為，由于該系統(tǒng)成本較高，同時(shí)對(duì)汽車自身硬件的要求較高，此技術(shù)主要應(yīng)用于高端汽車上進(jìn)行相關(guān)研究[7]。

日本尼桑公司推出了一種油門誤踩輔助技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)將通過(guò)日產(chǎn)車型所配備的全景監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Around View Monitor），利用車輛四周分布的攝像頭，判斷車輛是否處在停車場(chǎng)的環(huán)境當(dāng)中。若在汽車的周圍監(jiān)測(cè)到有障礙物，這時(shí)司機(jī)誤踩油門時(shí)，系統(tǒng)會(huì)限制汽車的加速。但這些技術(shù)中全景式影像監(jiān)控系統(tǒng)的圖像解析等高端技術(shù)，成本比較高，這項(xiàng)技術(shù)將主要運(yùn)用在高端汽車當(dāng)中，很難在普通民用汽車中進(jìn)行普及應(yīng)用。

3.2 國(guó)內(nèi)的電子與機(jī)械結(jié)合式裝置

在國(guó)內(nèi)的電子與機(jī)械結(jié)合式的防誤踩油門裝置中，存在一類利用壓力開(kāi)關(guān)傳感器觸發(fā)電子控制電路進(jìn)而控制相關(guān)執(zhí)行裝置的設(shè)計(jì)。賈佳鵬所設(shè)計(jì)的防誤踩油門裝置，該裝置針對(duì)使用氣壓制動(dòng)的中大型汽車，利用在加速踏板行程的最末處安裝一個(gè)壓力開(kāi)關(guān)，當(dāng)壓力開(kāi)關(guān)受到較大壓力時(shí)開(kāi)關(guān)接通，當(dāng)誤踩油門時(shí)壓力開(kāi)關(guān)接通，使并聯(lián)在制動(dòng)踏板管路兩側(cè)的電磁氣閥打開(kāi)使汽車制動(dòng)[8]。對(duì)于利用壓力開(kāi)關(guān)傳感器觸發(fā)電子控制電路進(jìn)而控制相關(guān)執(zhí)行裝置的這類設(shè)計(jì)，雖然對(duì)原車結(jié)構(gòu)改造少，成本較低，當(dāng)系統(tǒng)判別駕駛員為誤踩油門時(shí)油門已經(jīng)被踩到底，在實(shí)現(xiàn)制動(dòng)之前必然會(huì)加速，雖然最后實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)的效果，但是停車的距離較長(zhǎng)。

在國(guó)內(nèi)的電子與機(jī)械結(jié)合式的防誤踩油門裝置設(shè)計(jì)中，還存在一類以單片機(jī)為核心的防誤踩油門裝置，單片機(jī)通過(guò)相關(guān)傳感器采集的信號(hào)來(lái)控制相關(guān)執(zhí)行裝置實(shí)行緊急制動(dòng)。

其中，有利用相關(guān)傳感器采集到的油門踏板踩壓速度或踩壓加速度信號(hào)作為駕駛員誤踩油門的判定依據(jù)。例如，陳松等設(shè)計(jì)的防誤踩油門裝置，利用光電耦合器檢測(cè)加速踏板的動(dòng)作速度，當(dāng)駕駛員踩油門踏板時(shí)，單片機(jī)將收集的踩油門的時(shí)間與預(yù)設(shè)時(shí)間比較，若踩油門過(guò)急從而實(shí)行緊急制動(dòng)[9]。又如王俊華，張開(kāi)明等設(shè)計(jì)的一種防誤踩油門裝置，當(dāng)誤踩油門時(shí)，安置于踏板后側(cè)的觸桿移動(dòng)過(guò)快，從而使與觸桿相連的電容電橋平衡被破壞，產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)使車載打氣泵聯(lián)動(dòng)剎車踏板使汽車制動(dòng)[10]。

有的設(shè)計(jì)是利用相關(guān)傳感器采集到的節(jié)氣門開(kāi)啟信號(hào)作為駕駛員誤踩油門的判定依據(jù)。例如，胡振奇等利用了駕駛員正常踩油門和誤踩油門存在的節(jié)氣門角速度不同，利用節(jié)氣門位置傳感器采集節(jié)氣門的角度信號(hào)，利用差分法得出節(jié)氣門角速度信號(hào)，若瞬時(shí)數(shù)字量超出設(shè)定的臨界值，單片機(jī)控制安裝在真空助力器處的電磁閥使真空助力器膜片動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)[11]。

有的設(shè)計(jì)則是利用電磁感應(yīng)的原理，線圈切割磁感線而產(chǎn)生的電信號(hào)作為駕駛員誤踩油門的判定依據(jù)[12]，例如，楊發(fā)權(quán)等設(shè)計(jì)的防誤踩油門裝置，該系統(tǒng)由油門判斷電路、單片機(jī)、切斷油門部分及驅(qū)動(dòng)剎車部分組成。若誤踩加速踏板，連接加速踏板的感應(yīng)器就會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)電信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)自帶中的AD模塊將感應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，若檢測(cè)得到的數(shù)字電信號(hào)大于設(shè)定的臨界值，則判斷為誤踩油門，單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制相關(guān)的繼電器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)剎車并切斷油門。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外純機(jī)械式防誤踩油門裝置以及電子與機(jī)械結(jié)合式的防誤踩油門裝置的調(diào)查研究可知，無(wú)論是以哪一種形式的防誤踩油門裝置，其目的都是為了避免誤踩油門導(dǎo)致的交通事故。對(duì)于純機(jī)械的防誤踩油門裝置雖成本較低，但往往存在對(duì)傳統(tǒng)油門和制動(dòng)結(jié)構(gòu)改動(dòng)較大，使人較難適應(yīng)，難以在車輛中進(jìn)行普及應(yīng)用，對(duì)相關(guān)零部件的安裝要求較高，還存在機(jī)械損耗、設(shè)備維護(hù)困難等問(wèn)題，隨著電子控制技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)電子與機(jī)械結(jié)合式的防誤踩油門裝置的研究成為了當(dāng)前防誤踩裝置研究的主要趨勢(shì)，電子與機(jī)械結(jié)合式的防誤踩裝置相對(duì)于純機(jī)械式裝置能夠更加迅速的實(shí)現(xiàn)汽車的緊急制動(dòng)等保護(hù)措施，更加智能化，當(dāng)前存在的電子與機(jī)械結(jié)合式大部分采用測(cè)量油門踏板踩下速度或加速度的方法，并設(shè)定某一臨界值作為誤踩判別臨界值，判別誤踩的依據(jù)較為單一，判別精度有待進(jìn)一步提高，并且對(duì)電路控制系統(tǒng)的可靠性要求較高，需要進(jìn)一步提高當(dāng)前裝置的穩(wěn)定性。

目前防誤踩油門裝置以方法、方案的原理性設(shè)計(jì)居多，現(xiàn)有的防誤踩油門裝置還沒(méi)有真正轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品大量投入到汽車的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，針對(duì)現(xiàn)存的防誤踩油門裝置存在的問(wèn)題還需要進(jìn)一步完善，設(shè)計(jì)出一種判別精度更高、性能穩(wěn)定、成本較低、通用性強(qiáng)的防誤踩油門裝置顯得尤為重要，對(duì)于提高車輛主動(dòng)安全有重要意義。

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