CN104002677A - 一种汽车油门防误踩装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车油门防误踩装置。该装置在紧急制动时通过DSP控制伺服电机带动制动踏板，从而可以精确控制拉动制动踏板的速度与角度，精确控制汽车的制动过程；使得整个***的可靠性和响应速度更高；通过DSP来控制汽车微机控制器关闭节气门，响应速度极快；由于防误踩***一般用于紧急情况，***的响应速度尤其重要，因此更高的响应速度进一步提升了驾驶员的安全保障；采用DSP作为信号处理控制器，且将加速度传感器、雷达传感器直接与DSP相连；与单片机相比，DSP的集成度更高，具有更快的CPU，因此本***的响应速度和可靠性也更高。

Description

一种汽车油门防误踩装置

技术领域

本发明涉及汽车安全防护领域，具体涉及一种汽车油门防误踩装置。

背景技术

目前，随着人们生活水平不断提高，汽车拥有量快速增长，越来越多的人选择驾车出行，相应的，交通事故也随之增多。据统计，70％～90％的交通事故都是由于驾驶员误操作造成的，其中由于驾驶员油门误踩造成的事故又占总事故比例的12.6％。据NISSAN公司报道，在日本每年约有7000起事故是由于将油门踏板当成刹车踏板误踩而导致。由于自动档汽车没有离合器踏板，无法像手动档汽车那样利用离合器切断动力，油门与刹车踏板均用右脚控制，因此驾驶员在行驶时用右脚踩踏油门，当刹车时则需要抬起右脚，移向刹车并踩下踏板使汽车制动减速。但在紧急情况下，如前方突然有障碍物出现，此时由于驾驶员处于高度紧张状态，尤其是初驾者，很容易在慌乱中将油门当成刹车，用力踩下油门，导致车辆非但不会停止，反而迅猛提速，从而造成相当严重的事故。

防误踩油门技术作为汽车主动安全技术的一种，可以减少或避免驾驶员因想要急刹车却误踩油门导致的交通事故。该技术经研究设计后可以广泛应用于民用汽车，提高驾驶员的人身安全保障。针对这项技术，国内外学者们已有了许多设计方案：当前，NISSAN公司已有一种预防误踩踏板(Pedal MisapplicationPrevention)技术，该技术主要应用于防止停车时的误踩油门。去年，欧洲的汽车新闻报道，丰田公司也将推出一种新型安全***，并希望该技术将有助于减少因误踩油门而造成的高速碰撞事故的可能性。Dong-Chual Kang等通过控制传动过程中机油的压力，当驾驶员因误踩油门而导致汽车突然加速时，阻止动力传送到轮组上，以起到保护驾驶员和车辆的目的。Yoshitake等研究了在不同的视觉情况下年龄对于误踩油门的影响，并研究了驾驶员反应时间和各种情况下误踩油门发生的概率。国内学者们的设计方案主要分为两种形式。第一种是机械式，利用正常行驶与紧急情况下踩油门时踏板踩踏力的不同，从踩踏力上区分两个动作。若判定为误踩油门,装置将控制此次踩下踏板无效,并产生联动，将误踩油门的力转化为踩踏刹车的力,达到制动的效果。还有设计在上述机械式装置的基础上增加了电磁阀等附加装置及控制***，以便当油门踏板转动速度过大时，通过电磁阀切断油路，同时将制动踏板拉下起到制动作用。第二种则是基于单片机或行车电脑的电子控制***装置。还有设计的***预设汽车节气门开启的角度，角速度或角加速度等参数的阈值，当同时超过各自阈值时，装置判断驾驶员误踩油门，并控制汽车制动减速。

总结上述两类油门防误踩装置，主要存在以下不足：(1)装置依照机械原理开发，判断条件单一，无法准确判断驾驶员踩油门的真实目的，且由于个人身体素质不同，踩踏踏板的作用力也不同，因此***的可靠性与实用性并不高。(2)基于单片机的电子控制装置，判断条件也较为单一，准确性和可靠性不高，且关键技术仍不成熟，大部分仅有方案设计。如杨发权等设计的急刹车误踩油门应急***，其单片机控制电路，该***原理为：当驾驶员踩踏油门时，若单片机收集到的踏板踩踏电压信号超过基准值，则执行刹车功能并维持2s。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车油门防误踩装置，该***制作成本低，结构简单且易于实现，***响应速度快，准确性和可靠性高；若***判断为误踩油门，则车辆停止供油并紧急制动，能够达到防止驾驶员误踩油门的目的。

本发明采用以下技术方案：一种汽车油门防误踩装置，包括有油门踏板机构、加速度传感器、雷达传感器、测速传感器、汽车微机控制器、节气门及节气门控制电路、DSP2812控制器、伺服电机、制动踏板机构、控制阀、真空助力器、制动主缸、前轮组和后轮组，所述加速度传感器设置在油门踏板机构上并与油门踏板机构固定连接，加速度传感器收集踏板转动的加速度信号；雷达传感器装设在车身前端，用于收集前方障碍物与本车的距离；测速传感器用于测量汽车的车速；测速传感器、加速度传感器、雷达传感器与DSP2812控制器信号连接，加速度传感器、雷达传感器收集到的信号加速度a、距离L分别通过A/D端口和RS232端口传送到DSP2812控制器中；汽车微机控制器与节气门控制电路相连接，节气门控制电路用于控制节气门的开闭；伺服电机与DSP2812控制器信号连接并与制动踏板机构联动，制动踏板机构与控制阀相连接，控制阀通过真空助力器与制动主缸相连接、制动主缸作用于前轮组后轮组；所述DSP2812控制器预先设定加速度阀值a0、车距阀值L0作为安全行车的临界值，DSP2812控制器按照设定程序分析并处理收到的数字信号，在雷达传感器探测到前方有障碍物的条件下，若油门踏板转动的加速度超过加速度阀值a0，则***判断为误踩油门并快速响应，DSP2812控制器控制伺服电机带动制动踏板机构制动，并发送信号到汽车微机控制器中，汽车微机控制器控制节气门不产生开度，使发动机转为怠速状态。

作为一种改进，所述雷达传感器包括有波形发生模块、毫米波发射及接收模块、天线和中频预处理模块，波形发生模块产生波形调制电压输出至毫米波发射及接收模块，毫米波发射及接收模块产生毫米波频段发射波形通过天线辐射出去，同时通过天线接收目标反射回波，回波经过毫米波发射及接收模块后下变频输出中频差拍信号，中频预处理模块对中频差拍信号进行自动增益控制，输出信号经过DSP2812控制器进行采样与分析处理。

作为一种改进，所述节气门控制电路包括CAN收发器PCA82C250，CAN收发器PCA82C250的TXD和RXD引脚分别与DSP2812控制器的CANTXA与CANRXA引脚相连，CAN收发器PCA82C250的CANH和CANL引脚通过CAN总线与汽车的汽车微机控制器相连，所述雷达传感器通过RS232总线与DSP2812控制器的XD0-XD8引脚相连；所述加速度传感器通过其输出引脚与DSP2812控制器的ADCL0引脚相连。

作为一种改进，所述雷达传感器为毫米波雷达传感器，所述雷达传感器探测角为34-36度，所述雷达传感器探测距离最小值为120米。

作为一种改进，所述车距阀值L0在不同的行车速度阀值不同；所述加速度阀值a0取值50-80m/s2，车速V为0-10km/h，车距阀值L为4.2m，车速V为10-30km/h，车距阀值L为16m，车速V为30-40km/h，车距阀值L为22.9m，车速V为40-50km/h，车距阀值L为31.3m，车速V为50-60km/h，车距阀值L为40.7m，车速V为60-70km/h，车距阀值L为51.2m，车速V为70-80km/h，车距阀值L为62.8m，车速V为80-90km/h，车距阀值L为75.4m，车速V为90-100km/h，车距阀值L为89.1m，车速V为100-110km/h，车距阀值L为103.9m，车速V为110-120km/h，车距阀值L为120m。

作为一种改进，所述DSP2812控制器与汽车尾灯汽车危险报警闪光灯及喇叭信号连接，误踩刹车后汽车尾灯汽车危险报警闪光灯动作，喇叭常鸣。

本发明具有如下有益效果：

1、与现有技术相比，本发明在紧急制动时通过DSP控制伺服电机带动制动踏板，从而可以精确控制拉动制动踏板的速度与角度，精确控制汽车的制动过程；使得整个***的可靠性和响应速度更高。

2、本发明通过DSP来控制汽车微机控制器关闭节气门，响应速度极快；由于防误踩***一般用于紧急情况，***的响应速度尤其重要，因此更高的响应速度进一步提升了驾驶员的安全保障。

3、本发明采用DSP作为信号处理控制器，且将加速度传感器、雷达传感器直接与DSP相连；与单片机相比，DSP的集成度更高，具有更快的CPU，因此本***的响应速度和可靠性也更高。同时DSP的功耗十分低，节省了能源。DSP具有更多总线结构，具有强大的外部通信接口(SCI，SPI，CAN)便于构成大的控制***，运行速度和灵活性更高，流水线的操作方式和更快的CPU使得***的数据处理能力和响应速度更高。

4、该***通过两个判断条件，即踏板加速度与车前障碍物信息，加上与实时车速之间的关系，可以快速并准确判断出驾驶员急踩油门的真正意图。***控制部分结构简单，响应速度快，且控制方法快速有效，不仅切断油路使汽车停止加速，同时也紧急制动，达到油门防误踩的目的。

附图说明

图1是本发明汽车油门防误踩***的硬件框图。

图2是本发明汽车油门防误踩***的硬件原理图。

图3是本发明DSP2812控制电路原理图。

图4是本发明汽车油门防误踩***的软件流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

一种汽车油门防误踩装置的具体实施方式，如图1、图2、图3和图4所示，包括有油门踏板机构1、加速度传感器2、雷达传感器3、测速传感器14、汽车微机控制器4、节气门5及节气门控制电路、DSP2812控制器6、伺服电机7、制动踏板机构8、控制阀9、真空助力器10、制动主缸11、前轮组12和后轮组13，所述加速度传感器2设置在油门踏板机构1上并与油门踏板机构1固定连接，加速度传感器2收集踏板转动的加速度信号；雷达传感器3装设在车身前端，用于收集前方障碍物与本车的距离；测速传感器14用于测量汽车的车速；测速传感器14、加速度传感器2、雷达传感器3与DSP2812控制器6信号连接，加速度传感器2、雷达传感器3收集到的信号加速度a、距离L分别通过A/D端口和RS232端口传送到DSP2812控制器6中；汽车微机控制器4与节气门控制电路相连接，节气门控制电路用于控制节气门的开闭；伺服电机7与DSP2812控制器6信号连接并与制动踏板机构8联动，制动踏板机构8与控制阀9相连接，控制阀9通过真空助力器10与制动主缸11相连接、制动主缸11作用于前轮组12后轮组13；所述DSP2812控制器6预先设定加速度阀值a0、车距阀值L0作为安全行车的临界值，DSP2812控制器6按照设定程序分析并处理收到的数字信号，在雷达传感器3探测到前方有障碍物的条件下，若油门踏板转动的加速度超过加速度阀值a0，则***判断为误踩油门并快速响应，DSP2812控制器6控制伺服电机7带动制动踏板机构8制动，并发送信号到汽车微机控制器4中，汽车微机控制器4控制节气门5不产生开度，使发动机转为怠速状态，达到降低车速的目的。该***通过两个判断条件，即踏板加速度与车前障碍物信息，加上与实时车速之间的关系，可以快速并准确判断出驾驶员急踩油门的真正意图。***控制部分结构简单，响应速度快，且控制方法快速有效，不仅切断油路使汽车停止加速，同时也紧急制动，达到油门防误踩的目的。

作为一种改进的具体实施方式，雷达传感器3包括有波形发生模块、毫米波发射及接收模块、天线和中频预处理模块，波形发生模块产生波形调制电压输出至毫米波发射及接收模块，毫米波发射及接收模块产生毫米波频段发射波形通过天线辐射出去，同时通过天线接收目标反射回波，回波经过毫米波发射及接收模块后下变频输出中频差拍信号，中频预处理模块对中频差拍信号进行自动增益控制，输出信号经过DSP2812控制器6进行采样与分析处理。结合上述具体结构用尽量多的语言描述有益效果，即优点。毫米波雷达可以主动获得与前方障碍物的距离和速度等信息，具有体积小、质量轻、在方位和距离两方面都有较高分辨度的优点，并且穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候全天时的特点。另外，毫米波雷达的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波雷达。近二十年来，毫米波雷达尤其在气象、交通管制、汽车防撞等领域获得了广泛的发展与应用。

作为一种改进的具体实施方式，所述节气门控制电路包括CAN收发器PCA82C250，CAN收发器PCA82C250的TXD和RXD引脚分别与DSP2812控制器6的CANTXA与CANRXA引脚相连，CAN收发器PCA82C250的CANH和CANL引脚通过CAN总线与汽车的汽车微机控制器4相连，所述雷达传感器3通过RS232总线与DSP2812控制器6的XD0-XD8引脚相连；所述加速度传感器2通过其输出引脚与DSP2812控制器6控制器的ADCL0引脚相连。目前绝大部分油门防误踩***采用单片机作为中控芯片。和单片机相比，DSP的集成度更高，具有更多的模块和更快的CPU，因此本***的响应速度和可靠性也更高。并且DSP2812具有CAN模块，CAN作为国际标准化的串行通信协议，且具有高性能和高可靠性，在汽车产业中被广泛应用。

作为一种改进的具体实施方式，所述雷达传感器3为毫米波雷达传感器，所述雷达传感器3探测角为34-36度，所述雷达传感器3探测距离最小值为120米。该角度由计算所得，雷达的探测范围在距离障碍物最少3m处可以覆盖宽度为2m的车辆。可以预防行驶过程中出现的绝大部分紧急情况。

作为一种改进的具体实施方式，车距阀值L0在不同的行车速度阀值不同；所述加速度阀值a0取值50-80m/s2，车速V为0-10km/h，车距阀值L为4.2m，车速V为10-30km/h，车距阀值L为16m，车速V为30-40km/h，车距阀值L为22.9m，车速V为40-50km/h，车距阀值L为31.3m，车速V为50-60km/h，车距阀值L为40.7m，车速V为60-70km/h，车距阀值L为51.2m，车速V为70-80km/h，车距阀值L为62.8m，车速V为80-90km/h，车距阀值L为75.4m，车速V为90-100km/h，车距阀值L为89.1m，车速V为100-110km/h，车距阀值L为103.9m，车速V为110-120km/h，车距阀值L为120m。由于车距阈值L0根据车速V动态计算，且车速V实时采集，因此得到的数据应用性高，精确有效。车速计算范围从0-120km/h，囊括日常行车过程中的所有可能车速，实用性高。在正常或踩踏油门时，加速度范围为5-40m/s2，为确保***不会由于正常或超车踩踏油门而误使汽车紧急制动，加速度阈值a0应大于40m/s2，在紧急情况误踩油门加速度范围为100-140m/s2，为确保***可靠性，加速度阈值a0应小于100m/s2，因此a0应取值在50-80m/s2较为合适，可同时满足正常行驶超车时踩踏油门***不操作，紧急情况误踩油门时***操作的条件。同时，根据车速的实时值，根据选择设定的车距阀值L，速度快，计算量少，实施起来简单，效果好。

作为一种改进的具体实施方式，DSP2812控制器6与汽车尾灯汽车危险报警闪光灯及喇叭信号连接，误踩刹车后汽车尾灯汽车危险报警闪光灯动作，喇叭常鸣。在出现紧急情况，***介入控制使得汽车紧急制动之后，有可能出现车辆行驶过程中突然急刹或车辆停在马路中间的情况。因此危险报警闪光灯亮起及喇叭长鸣很有必要，可以提醒后面的车辆减速避让，防止二次事故的发生。

Claims (10)

1.一种汽车油门防误踩装置，包括有油门踏板机构(1)、加速度传感器(2)、雷达传感器(3)、测速传感器(14)、汽车微机控制器(4)、节气门(5)及节气门控制电路、DSP2812控制器(6)、伺服电机(7)、制动踏板机构(8)、控制阀(9)、真空助力器(10)、制动主缸(11)、前轮组(12)和后轮组(13)，所述加速度传感器(2)设置在油门踏板机构(1)上并与油门踏板机构(1)固定连接，加速度传感器(2)收集踏板转动的加速度信号；雷达传感器(3)装设在车身前端，用于收集前方障碍物与本车的距离；测速传感器(14)用于测量汽车的车速；测速传感器(14)、加速度传感器(2)、雷达传感器(3)与DSP2812控制器(6)信号连接，加速度传感器(2)、雷达传感器(3)收集到的信号加速度a、距离L分别通过A/D端口和RS232端口传送到DSP2812控制器(6)中；汽车微机控制器(4)与节气门控制电路相连接，节气门控制电路用于控制节气门的开闭；伺服电机(7)与DSP2812控制器(6)信号连接并与制动踏板机构(8)联动，制动踏板机构(8)与控制阀(9)相连接，控制阀(9)通过真空助力器(10)与制动主缸(11)相连接、制动主缸(11)作用于前轮组(12)和后轮组(13)；所述DSP2812控制器(6)预先设定加速度阀值(a0)、车距阀值(L0)作为安全行车的临界值，DSP2812控制器(6)按照设定程序分析并处理收到的数字信号，在雷达传感器(3)探测到前方有障碍物的条件下，若油门踏板转动的加速度超过加速度阀值(a0)，则***判断为误踩油门并快速响应，DSP2812控制器(6)控制伺服电机(7)带动制动踏板机构(8)制动，并发送信号到汽车微机控制器(4)中，汽车微机控制器(4)控制节气门(5)不产生开度，使发动机转为怠速状态。 

2.根据权利要求1所述的一种汽车油门防误踩装置，其特征是所述雷达传感器(3)包括有波形发生模块、毫米波发射及接收模块、天线和中频预处理模块， 波形发生模块产生波形调制电压输出至毫米波发射及接收模块，毫米波发射及接收模块产生毫米波频段发射波形通过天线辐射出去，同时通过天线接收目标反射回波，回波经过毫米波发射及接收模块后下变频输出中频差拍信号，中频预处理模块对中频差拍信号进行自动增益控制，输出信号经过DSP2812控制器(6)进行采样与分析处理。 

3.根据权利要求1或2所述的一种汽车油门防误踩装置，其特征是所述节气门控制电路包括CAN收发器PCA82C250，CAN收发器PCA82C250的TXD和RXD引脚分别与DSP2812控制器(6)的CANTXA与CANRXA引脚相连，CAN收发器PCA82C250的CANH和CANL引脚通过CAN总线与汽车的汽车微机控制器(4)相连，所述雷达传感器(3)通过RS232总线与DSP2812控制器(6)的XD0-XD8引脚相连；所述加速度传感器(2)通过其输出引脚与DSP2812控制器(6)控制器的ADCL0引脚相连。 

4.根据权利要求1或2所述的一种汽车油门防误踩装置，其特征是所述雷达传感器(3)为毫米波雷达传感器，所述雷达传感器(3)探测角为34-36度，所述雷达传感器(3)探测距离最小值为120米。 

5.根据权利要求3所述的一种汽车油门防误踩装置，其特征是所述雷达传感器(3)为毫米波雷达传感器，所述雷达传感器(3)探测角为34-36度，所述雷达传感器(3)探测距离最小值为120米。 

6.根据权利要求1或2所述的一种汽车油门防误踩装置，其特征是所述加速度阀值(a0)取值50-80m/s2；车距阀值(L0)在不同的行车速度阀值不同，车速(V)为0-10km/h，车距阀值(L)为4.2m，车速(V)为10-30km/h，车距阀值L为16m，车速(V)为30-40km/h，车距阀值(L)为22.9m，车速(V)为40-50km/h，车距阀值(L)为31.3m，车速(V)为50-60km/h，车距阀值(L) 为40.7m，车速(V)为60-70km/h，车距阀值(L)为51.2m，车速(V)为70-80km/h，车距阀值(L)为62.8m，车速(V)为80-90km/h，车距阀值(L)为75.4m，车速(V)为90-100km/h，车距阀值(L)为89.1m，车速(V)为100-110km/h，车距阀值(L)为103.9m，车速(V)为110-120km/h，车距阀值(L)为120m。 

7.根据权利要求3所述的一种汽车油门防误踩装置，其特征是所述加速度阀值(a0)取值50-80m/s2；车距阀值(L0)在不同的行车速度阀值不同，车速(V)为0-10km/h，车距阀值(L)为4.2m，车速(V)为10-30km/h，车距阀值L为16m，车速(V)为30-40km/h，车距阀值(L)为22.9m，车速(V)为40-50km/h，车距阀值(L)为31.3m，车速(V)为50-60km/h，车距阀值(L)为40.7m，车速(V)为60-70km/h，车距阀值(L)为51.2m，车速(V)为70-80km/h，车距阀值(L)为62.8m，车速(V)为80-90km/h，车距阀值(L)为75.4m，车速(V)为90-100km/h，车距阀值(L)为89.1m，车速(V)为100-110km/h，车距阀值(L)为103.9m，车速(V)为110-120km/h，车距阀值(L)为120m。 

8.根据权利要求4所述的一种汽车油门防误踩装置，其特征是所述加速度阀值(a0)取值50-80m/s2；车距阀值(L0)在不同的行车速度阀值不同，车速(V)为0-10km/h，车距阀值(L)为4.2m，车速(V)为10-30km/h，车距阀值L为16m，车速(V)为30-40km/h，车距阀值(L)为22.9m，车速(V)为40-50km/h，车距阀值(L)为31.3m，车速(V)为50-60km/h，车距阀值(L)为40.7m，车速(V)为60-70km/h，车距阀值(L)为51.2m，车速(V)为70-80km/h，车距阀值(L)为62.8m，车速(V)为80-90km/h，车距阀值(L)为75.4m，车速(V)为90-100km/h，车距阀值(L)为89.1m，车速(V)为100-110km/h，车距阀值(L)为103.9m，车速(V)为110-120km/h，车距阀值(L)为120m。 

9.根据权利要求5所述的一种汽车油门防误踩装置，其特征是所述加速度阀值 (a0)取值50-80m/s2；车距阀值(L0)在不同的行车速度阀值不同，车速(V)为0-10km/h，车距阀值(L)为4.2m，车速(V)为10-30km/h，车距阀值L为16m，车速(V)为30-40km/h，车距阀值(L)为22.9m，车速(V)为40-50km/h，车距阀值(L)为31.3m，车速(V)为50-60km/h，车距阀值(L)为40.7m，车速(V)为60-70km/h，车距阀值(L)为51.2m，车速(V)为70-80km/h，车距阀值(L)为62.8m，车速(V)为80-90km/h，车距阀值(L)为75.4m，车速(V)为90-100km/h，车距阀值(L)为89.1m，车速(V)为100-110km/h，车距阀值(L)为103.9m，车速(V)为110-120km/h，车距阀值(L)为120m。 

10.根据权利要求9所述的一种汽车油门防误踩装置，其特征是所述DSP2812控制器(6)与汽车尾灯汽车危险报警闪光灯及喇叭信号连接，误踩刹车后汽车尾灯汽车危险报警闪光灯动作，喇叭常鸣。