整車電氣系統(tǒng)的油門結(jié)構(gòu)、工作原理和失效分析

電子油門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。下文就油門結(jié)構(gòu)、工作原理和失效分析等結(jié)合說明整車電氣系統(tǒng)的匹配設(shè)計。

1. 電子油門系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)說明

駕駛員操縱油門踏板，電子油門踏板位置傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號輸入發(fā)動機控制單元ECU，ECU經(jīng)過CAN總線和整車控制單元進行通信，獲取其它工況信息以及各種傳感器信號如車速、節(jié)氣門位置等，由此計算出整車是否滿足控制函數(shù)。通過對節(jié)氣門轉(zhuǎn)角進行補償，得到節(jié)氣門的最佳開度，并把相應(yīng)的電壓信號發(fā)送到驅(qū)動電路模塊，驅(qū)動控制電機使節(jié)氣門達到最佳的開度位置。節(jié)氣門位置傳感器則把節(jié)氣門的開度信號反饋給ECU，形成閉環(huán)的位置控制。電子油門系統(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)定和保護裝置。用于穩(wěn)定供電電壓，當外部電壓過高時，實現(xiàn)對傳感器的保護。

2)Temperature Dependent Bias∶溫度傳感裝置。用來實時檢測傳感器的工作環(huán)境溫度。

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

4)Open-circuit,Overvoltage,Undervolt -age, Detection:開路，過壓，欠壓檢測電路。用于檢測供電管腳是否開路，過壓，欠壓，以便于傳感器進行保護，同時輸出診斷信號供 ECU進行判斷、處理。

5)Protection Devices∶ 輸出管腳保護裝置。用于保護輸出引腳不會過反向電壓損壞。

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

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

8)Digital Signal Processing∶ 數(shù)字信號處理器。用于處理經(jīng)過轉(zhuǎn)換來的反映外界磁場變化的數(shù)據(jù)信號。

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

10)EEPROM∶電可擦除可編程只讀存儲器。用來存儲溫度、磁場范圍、靈敏度、靜態(tài)輸出電壓、鎖定等各種DSP進行數(shù)據(jù)處理時需要的信息。

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，不能再進行任何的讀寫操作。

12)Open-Circuit Detection∶開路檢測單元。用于檢測傳感器的輸出管腳、搭鐵管腳是否開路。

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，傳感器開路測試。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)磁場內(nèi)，如圖所示。

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

1.3.2 角位移測量

由霍爾電壓計算公式可知，盡可能地利用磁感應(yīng)強度B的變化與旋轉(zhuǎn)角度之間的近似線性關(guān)系，通過磁感應(yīng)強度B的線性變化從而使Yh線性變化，再通過芯片內(nèi)部的DSP處理，從而最終得到磁感應(yīng)強度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 霍爾油門實現(xiàn)原理

1)利用霍爾位移傳感器的小角度測量方法。電子油門踏板總成通過腳踏連桿帶動磁場旋轉(zhuǎn)，霍爾傳感器固定于電子盒中，當霍爾傳感器感受到磁場的旋轉(zhuǎn)變化時從而輸出與角度相對應(yīng)的電壓信號的線性輸出。

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

2. 電子油門的快速檢測試驗

2.1 臺架固定

首先將油門踏板固定在振動臺上，模擬車輛行駛過程中的狀態(tài)，實時檢測油門踏板信號。因振動實驗只能是怠速狀態(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，故將油門踏板綁定為全速狀態(tài)，固定牢固。

2.2 試驗準備

將油門踏板線束與油門過程性能檢測儀相連。

參照圖8油門踏板圖紙參數(shù)。設(shè)置檢測參數(shù)，見圖9。

圖8

圖9

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

油門過程性能檢測儀能實時檢測油門踏板輸出信號電壓，并在電壓超出所設(shè)定的公稱值范圍時，自動亮起紅色報警燈，同時記錄此時的非正常數(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)境條件和試驗第3部分：機械負荷》中4.1.2.7做隨機振動實驗，振動參數(shù)設(shè)置見表2。

2.3 試驗結(jié)果

在整個24h振動試驗過程中，各方向信號范圍如表所示。

振動完后，再次檢測輸出信號電壓如表所示，怠速狀態(tài)和全速狀態(tài)信號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：絕對值小于0.05。

審核編輯：郭婷