電子油門(mén)在整車中有扭矩控制(油量控制)、怠速控制(高、低怠速)、減速斷油控制、跛行回家控制等功能。下文就油門(mén)結(jié)構(gòu)、工作原理和失效分析等結(jié)合說(shuō)明整車電氣系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)。

1. 電子油門(mén)系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)說(shuō)明

駕駛員操縱油門(mén)踏板，電子油門(mén)踏板位置傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號(hào)輸入發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU，ECU經(jīng)過(guò)CAN總線和整車控制單元進(jìn)行通信，獲取其它工況信息以及各種傳感器信號(hào)如車速、節(jié)氣門(mén)位置等，由此計(jì)算出整車是否滿足控制函數(shù)。通過(guò)對(duì)節(jié)氣門(mén)轉(zhuǎn)角進(jìn)行補(bǔ)償，得到節(jié)氣門(mén)的最佳開(kāi)度，并把相應(yīng)的電壓信號(hào)發(fā)送到驅(qū)動(dòng)電路模塊，驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)使節(jié)氣門(mén)達(dá)到最佳的開(kāi)度位置。節(jié)氣門(mén)位置傳感器則把節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度信號(hào)反饋給ECU，形成閉環(huán)的位置控制。電子油門(mén)系統(tǒng)如圖所示。

1.2傳感器介紹

1.2.1 內(nèi)部處理模塊功能介紹

圖為傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。具體模塊功能如下。

1)Intermally stabilized Supply and Protection Devices:內(nèi)部供電電壓穩(wěn)定和保護(hù)裝置。用于穩(wěn)定供電電壓，當(dāng)外部電壓過(guò)高時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的保護(hù)。

2)Temperature Dependent Bias∶溫度傳感裝置。用來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器的工作環(huán)境溫度。

3)Oscillator∶ 內(nèi)部振蕩器。實(shí)現(xiàn)傳感器正常工作。

4)Open-circuit,Overvoltage,Undervolt -age, Detection:開(kāi)路，過(guò)壓，欠壓檢測(cè)電路。用于檢測(cè)供電管腳是否開(kāi)路，過(guò)壓，欠壓，以便于傳感器進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)輸出診斷信號(hào)供 ECU進(jìn)行判斷、處理。

5)Protection Devices∶ 輸出管腳保護(hù)裝置。用于保護(hù)輸出引腳不會(huì)過(guò)反向電壓損壞。

6)Switched Hall Plate;霍爾效應(yīng)敏感片。用于感受外部磁場(chǎng)的變化。

7)A/D Converter∶ 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。用于將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，供DSP進(jìn)行處理。

8)Digital Signal Processing∶ 數(shù)字信號(hào)處理器。用于處理經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換來(lái)的反映外界磁場(chǎng)變化的數(shù)據(jù)信號(hào)。

9)D/A Converter∶數(shù)模轉(zhuǎn)換器。用于將被DSP處理好的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。

10)EEPROM∶電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器。用來(lái)存儲(chǔ)溫度、磁場(chǎng)范圍、靈敏度、靜態(tài)輸出電壓、鎖定等各種DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)需要的信息。

11)Lock Control∶ 鎖定控制單元。用于確定傳感器是否鎖定，如果鎖定了，不能再進(jìn)行任何的讀寫(xiě)操作。

12)Open-Circuit Detection∶開(kāi)路檢測(cè)單元。用于檢測(cè)傳感器的輸出管腳、搭鐵管腳是否開(kāi)路。

1.2.2 傳感器失效模式

在Tj=-40~140℃范圍內(nèi)，25℃的典型溫度條件下，傳感器開(kāi)路測(cè)試。表1為傳感器失效模式。

1.3 霍爾式傳感器應(yīng)用

1.3.1 傳感器

傳感器置于均勻的可旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)內(nèi)，如圖所示。

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，改變通過(guò)芯片的霍爾基板的磁場(chǎng)強(qiáng)度，產(chǎn)生變化的霍爾電壓，通過(guò)傳感器內(nèi)部處理，將磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)角度變化轉(zhuǎn)換為電壓變化輸出。

1.3.2 角位移測(cè)量

由霍爾電壓計(jì)算公式可知，盡可能地利用磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化與旋轉(zhuǎn)角度之間的近似線性關(guān)系，通過(guò)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的線性變化從而使Yh線性變化，再通過(guò)芯片內(nèi)部的DSP處理，從而最終得到磁感應(yīng)強(qiáng)度B的線性變化與輸出Uout的線性輸出曲線關(guān)系，最終將角位移以模擬電壓的形式輸出。如圖所示。

1.4 霍爾油門(mén)實(shí)現(xiàn)原理

1)利用霍爾位移傳感器的小角度測(cè)量方法。電子油門(mén)踏板總成通過(guò)腳踏連桿帶動(dòng)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，霍爾傳感器固定于電子盒中，當(dāng)霍爾傳感器感受到磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)變化時(shí)從而輸出與角度相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)的線性輸出。

2)同步度信號(hào)輸出。采用2顆霍爾芯片完全獨(dú)立分開(kāi)供電設(shè)計(jì)，輸出兩路同步獨(dú)立的線性模擬信號(hào)。圖為電路框圖。

2. 電子油門(mén)的快速檢測(cè)試驗(yàn)

2.1 臺(tái)架固定

首先將油門(mén)踏板固定在振動(dòng)臺(tái)上，模擬車輛行駛過(guò)程中的狀態(tài)，實(shí)時(shí)檢測(cè)油門(mén)踏板信號(hào)。因振動(dòng)實(shí)驗(yàn)只能是怠速狀態(tài)或全速狀態(tài)，根據(jù)需求，全速狀態(tài)有行程角，更符合要求，故將油門(mén)踏板綁定為全速狀態(tài)，固定牢固。

2.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

將油門(mén)踏板線束與油門(mén)過(guò)程性能檢測(cè)儀相連。

參照?qǐng)D8油門(mén)踏板圖紙參數(shù)。設(shè)置檢測(cè)參數(shù)，見(jiàn)圖9。

圖8

圖9

其中，信號(hào)1對(duì)應(yīng)圖紙中S1，全速狀態(tài)下電壓為84±3%，信號(hào)輸入電壓為5V，故將信號(hào)l電壓設(shè)為4.2V，公稱值設(shè)為0.15V。信號(hào)2類似。

油門(mén)過(guò)程性能檢測(cè)儀能實(shí)時(shí)檢測(cè)油門(mén)踏板輸出信號(hào)電壓，并在電壓超出所設(shè)定的公稱值范圍時(shí)，自動(dòng)亮起紅色報(bào)警燈，同時(shí)記錄此時(shí)的非正常數(shù)據(jù)，如圖10所示。

圖10

參照GB/T 28046.3—2011《道路車輛電氣和電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)第3部分：機(jī)械負(fù)荷》中4.1.2.7做隨機(jī)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，振動(dòng)參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表2。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

在整個(gè)24h振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中，各方向信號(hào)范圍如表所示。

振動(dòng)完后，再次檢測(cè)輸出信號(hào)電壓如表所示，怠速狀態(tài)和全速狀態(tài)信號(hào)電壓均在正常范圍內(nèi)。

其中同步度=S1/2一S2，同步度正常范圍為：絕對(duì)值小于0.05。

審核編輯：郭婷