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车子发生失速暴冲?如何从设计上规避

2019-06-18 John Dunn 阅读:
车子发生失速暴冲?如何从设计上规避
本文讨论车子发生失速暴冲的问题,这是一个十分具争议性的话题,作者John Dunn以自身经验分享可能导致这种意外发生的原因…

编注:我认识本文作者John Dunn很多年了。我们曾经一起参加IEEE Long Island NY Executive Committee。他是一位拥有很多年经验的工程师兼顾问。本文讨论车子发生失速暴冲的问题,这是一个十分具争议性的话题,John以自身经验与我们分享他认为可能导致这种意外发生的原因。就算原因并非如此,他也提出了一个值得讨论的观点…UN2ednc
— Steve Taranovich,EDN资深技术编辑
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我有一辆2006年的丰田(Toyota)汽车——Toyota Camry,这辆车让我经历了两次车子失控加速(runaway acceleration)暴冲的事件。所幸两次意外事件都是在突然发生后随即停止,因此并未酿成大祸。但我想我知道为什么车子突然失速暴冲。UN2ednc

我曾经追踪这辆车的线路图,检查了在汽车上控制进气阀开关位置的传感器,即所谓的「油门位置传感器」(Throttle Position Sensor;TPS),它实际上只是一款电位计,其旋转轴机械式地连接到油门踏板。当驾驶人的脚踩下油门踏板时,滑轨即上移轨电压,且增加的电压再被馈送到控制模块输入。这即是我们所说的「检测电压」(sense voltage),检测电压变得越高,引擎的速度也越快。UN2ednc

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图1:油门位置传感器UN2ednc

在图1中,面对的风险在于,如果从油门位置传感器的低端到车架的电路路径开启,就像来自断裂的线束、连接器接脚或传感器本身一样,那么检测电压将随即上升至轨电压,从而导致引擎随即发生失控加速或暴冲等问题。同样地,我自己的车子就曾经发生两次失速暴冲。只要其中有一根电线破损,就可能让车子变成一枚失控的导弹。UN2ednc

我的车子第一次发生失速暴冲是当我从园林道开车出来的时候,第二次则发生在家中车道上。当我试着把变速排挡推至停车(park)档位时,车子的转速表快速上升到远高于6000 RPM的「红色区域」(red zone)。等到引擎再次减速之后,我试着将油门踏板踩到底,使引擎达到足够的转速,但却无法控制油门踏板,使其足以让引擎达到4000RPM以上的转速。UN2ednc

对我来说,这意味着在这两起事件中发生的状况,并不是由于脚踏垫干扰油门踏板而导致车辆不正常加速而导致的结果。虽然Toyota在法庭上提出由于「脚踏垫未固定而卡住油门与煞车」的论点,但我认为这样的解释令人无法接受。UN2ednc

由于一条线路中断引发的问题就是所谓的「单点故障」(single point failure),如同波音(Boeing) 737 MAX8客机上的MCAS系统发生单点故障问题,同时也像是1967年之前制造的汽车使用单腔式制动主缸一样也存在着单点故障的风险。如今,法规要求汽车必须搭载双制动主缸,我认为在油门控制方面也应该同样建立这种双重要求。UN2ednc

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图2:改进的油门位置传感器设计UN2ednc

在图2的改善设计中,从油门位置传感器低端延伸至车架的开放返回线路(其中之一)可作为奥姆计,在未发生油门控制损坏的情况下进行测。它不但能够产生警报讯号(引擎检查灯号),而且也有助于避免车子意外地发生失速暴冲或造成生命威胁。UN2ednc

像这一类的设计是否可能也列入法规要求?UN2ednc

 (原文发表于ASPENCORE旗下EDN美国版,参考链接:Runaway acceleration,编译:Susan Hong)UN2ednc

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John Dunn
John Dunn是资深电子顾问,毕业于布鲁克林理工学院(BSEE)和纽约大学(MSEE)。
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