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1、 行车安全辅助系统的研究与实现 秦浠莲摘 要：針对目前国内行车安全辅助设备存在功能分散，导致系统安装复杂、成本昂贵以及系统间相互干扰等缺点，且如防误踩油门系统等研究尚未成熟，本文研究一款集倒车雷达、行车雷达及防误踩油门功能于一体的行车安全辅助装置。论文首先对防误踩油门模块的原理组成进行讨论及构建;对误踩油门的判断因素进行分析，确定了以油门踏板踩下的电压峰值、电压峰值变化率以及车辆与障碍物之间的距离作为油门误踩的判断依据，并通过实验获取误踩因素的阀值;其次，基于Altium Designer设计STM32单片机核心控制模块以及各功能子模块的硬件电路原理图，研究各功能子模块软件实现方法及控制流程，
2、研究系统的集成控制方法，并采用Keil Vision 集成编译环境编写STM32控制程序;通过数据共享、交互系统共享等方式将防误踩油门系统与倒车雷达、行车雷达等系统进行整合。最后，完成系统实物制作并进行测试试验，试验结果表明所设计的行车安全辅助系统能够在驾驶员错把油门当刹车的情况下，准确识别该误踩行为并控制发动机进入怠速工作状态，同时进行语音报警提示。本文设计的行车安全辅助系统成本低、易于推广，对于保障汽车的行车安全，降低事故的危害性具有一定的意义。关键词：油门踏板 误踩油门 STM32 单片机Research and Realization of Driving Safety Assista
3、nt SystemQin XilianAbstract：In view of the decentralized functions of the current domestic driving safety auxiliary equipment， the system installation is complicated， the cost is expensive， and the mutual interference between systems， and the research on the anti-accelerator system is not yet mature
4、. This paper studies a set of reversing radar and driving radar. It is a driving safety assist device that integrates the function of preventing accidentally stepping on the accelerator. The thesis first discusses and constructs the principle composition of the anti-accelerator module. Then it analy
5、zes the judgment factors of the accelerator pedal， and determines the voltage peak value， the voltage peak change rate and the distance between the vehicle and the obstacle when the accelerator pedal is stepped on. As the basis for judging the misstepping of the accelerator， the threshold value of t
6、he misstepping factor through experiments is obtained; Thirdly， based on Altium Designer， the article designs the core control module of STM32 single-chip microcomputer and the hardware circuit schematic diagram of each functional sub-module， and studies the software implementation method of each fu
7、nctional sub-module and control process， and studies the integrated control method of the system， and uses Keil Vision integrated compilation environment to write STM32 control program to integrating the anti-accelerator system with the reversing radar， driving radar and other systems through data s
8、haring and interactive system sharing. Finally， the article completes the physical production of the system and conducts test tests. The test results show that the designed driving safety assist system can accurately recognize the misstepping behavior and control the engine to enter the idling state
9、 when the driver mistakes the accelerator for braking. The driving safety assistance system designed in this paper is low in cost and easy to promote. It has certain significance for ensuring the driving safety of vehicles and reducing the hazards of accidents.Key words：accelerator pedal， anti-accel
10、erator pedal， STM32， single chip microcomputer1 引言1.1 研究的背景与意义1.1.1 课题的研究背景汽车作为一种便捷的交通工具，给人们带来了极大便利的同时，也对我们的安全构成了不小的威胁。尤其是对新手驾驶员，由于汽车盲区的存在以及驾驶经验的不足，极易发生事故，如由于对汽车周边物体、行人距离的判断失误导致发生碰撞。汽车安全技术分为两个方面，一个是主动安全方面，另一个是被动安全方面。1.1.2 行车安全辅助系统的研究现状国外对于油门踏板误踩系统的研究比我们国内先进很多，主要以欧洲的一些发达国家的研究最为显著，但是目前也都是在高档轿车上面使用，并没有
11、实现普通家用轿车的普及。1.1.3 研究的意义通过研究有油门踏板误踩装置，可以在驾驶员错把油门当刹车的情况下，及时断开油门，并提示驾驶员油门误踩。在一定的程度上降低了因此原因而造成的事故，同时也减少了事故造成的二次伤害。1.2 本文研究的主要内容针对目前国内行车安全辅助设备存在功能分散，而如防误踩油门系统等研究尚未成熟，本文研究一款新型行车安全辅助装置，将目前市面上常见的倒车雷达、行车雷达等功能进行整合，并提出独特、低成本且易于推广的防误踩油门系统构思，并实现系统整体的设计以及试验。2 行车安全辅助系统原理的研究油门踏板防误踩功能是本行车安全辅助系统的核心功能，也是本文的设计重点，要确定的是什
12、么情况下油门踏板为误踩，是什么因素导致的油门踏板误踩。2.1 油门踏板误踩的判断因素本文研究的油门踏板防误踩辅助系统主要是针对电子油门踏板，电子油门踏板是目前使用最多的油门踏板。经过查阅资料，得知电子油门踏板在设计时为了保证输出高可靠性的信号，如图1所示。图2为输出电压特性曲线，使用精度为0.5%的高精度电压表测量出电子加速踏板的表征点电压为：Videl1=0.745V，Vmax1=3.838V，Videl2=0.376V，Vmax2=1.914V1-2。油門踏板正常踩下的电压变化值与误踩情况下踩下的电压值和电压峰值是线性相关的规律。通过测试踩下油门踏板时其电压规律，即可换算出油门踏板的踩下速
13、率。收集两百名试验者在三种工况下搜收集到的油门踏板电压值与电压峰值，计算得出三种情况下的油门踏板电压变化率，通过油门踏板电压值和电压峰值的变化规律所整理出的电压变化率分布如下：男试验者在正常加速时油门踏板电压变化率分布范围为1.87-2.97V/s2，紧急加速时，油门踏板电压变化率分布范围为3.67-15.16V/s2，在遇到突发情况误踩油门加速时，油门踏板电压变化率分布范围为11.83-25.99V/s2;女试验者在正常加速时油门踏板电压变化率的分布范围为1.14-2.16V/s2，紧急加速时，油门踏板电压变化率分布范围为2.39-12.36V/s2，在突发情况误踩油门加速时，油门踏板电压变
14、化率分布范围为8.23-19.62V/s2。为了防止出现误判的情况，可将油门踏板电压变化率分为三类情况：踏板电压变化率变化范围在0-V1，此过程是平稳加速阶段;踏板电压变化率变化范围在V1-V2，此过程可能为驾驶员紧急加速也可能为驾驶员突发情况误踩油门;踏板电压变化率变化大于V2，此时可判断驾驶员为误踩油门。2.2 汽车与障碍物临界值的确定当汽车前方为静止障碍物或行人时制动，此类情况通常出现在车辆以较慢速度穿梭在行人较为密的学校或停车场等场所，车速通常在0km/h-20km/h之间，根据公式，汽车速度v1在0km/h-20km/h制动时应保持的最小安全距离S的变化规律，通过计算可知在沥青或混凝
15、土（干）、沥青或混凝土（湿）两类路面，车速v1在0km/h-20km/h之间制动时汽车与前方静止障碍应保持的最小安全距离S不会超过5m。通过上述分析，可知汽车与前方障碍间距在5m以内时，则需要进一步提高系统误踩油门的判别灵敏度，因此，本文设定汽车与障碍物距离S临界值为5m，其中，汽车与障碍物距离S1是通过超声波测距传感器采集得到。当汽车与障碍的距离小于临界值S（5m）时，为保证此时的汽车安全，应使系统判别误踩油门更加灵敏，需另设一个许用油门开度V，使得汽车与障碍距离S1在5m以内时进一步提高系统判别的灵敏程度，设定汽车距障碍距离S1由5m减至0m的过程中，油门开度Vt随着汽车与障碍物距离S的减
16、小由之前的许用值Vt呈线性减小0，0mS15m，可知汽车与障碍物距离S1在0m-5m之间时，许用油门开度Vt不是一个固定值，而是与此时汽车与障碍物距离S有关，与障碍物距离越近，危险程度越大，Vt就变得越小，系统判别就越灵敏，此时许用油门开度Vt大于设定值V时，则系统判定为误踩油门踏板。2.3 防误踩系统的工作原理油门踏板防误踩辅助系统的工作原理图如下分析。其工作原理为：油门踏板位置传感器采集油门踏板的电压信息，确定油门踏板的位置，超声波测距传感器采集车辆周边障碍物距离信号，并将信号发送至智能控制模块，智能控制模块将该信号转换为电压峰值和电压峰值变化率，根据判断结果，系统执行以下操作：电压峰值或者电压峰值变化率小于相应阈值，判定为“正常”状态，汽车正常加速行驶;电压峰值阈值，且电压峰值变化率阈值，判定为“误踩”状态，ECU按怠速工况给发动机供油，并进行语音提示驾驶员油门误踩。考虑到车型及驾驶员习惯存在差异，
