懸掛式電子油門踏板功能試驗臺研制

摘 要：傳統(tǒng)的油門控制方式應(yīng)用范疇疏導(dǎo)限制并缺乏精確性，已經(jīng)不能滿足各種功能測試的要求，針對懸掛式電子油門踏板功能試驗要求，設(shè)計了懸掛式電子油門踏板功能試驗臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和測控系統(tǒng)，具有創(chuàng)新意義。分別運用Labview和Delphi開發(fā)測控系統(tǒng)和分析系統(tǒng)，各路傳感器信號高速并行采集。最后給出懸掛式電子油門踏板的試驗結(jié)果并對結(jié)果進行分析，試驗結(jié)果表明系統(tǒng)性能穩(wěn)定、重復(fù)精度高，并具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：懸掛式電子油門踏板；試驗系統(tǒng)；Delphi；LabVIEW

中圖分類號：TP2745文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)24-192-03

Research and Development of Hall Effect Accelerator Pedal Function Test Rig

LI Shen，GONG Zongyang

(School of Instrument Science and Technology，Southeast University，Nanjing，210096，China)

Abstract：The traditional accelerator is short of accuracy and its application is limited so that it cannot meet with the requirements of kinds of relative function tests.According to the demand of hall effect accelerator pedal function test，system structure and design of measurement and control system of the hall effect accelerator pedal function test rig are designed，and it has innovation significance Labview and Delphi are used to develop measurement and control system and analysis system respectively.All sensors can collect paralleling data in high speed.And then test results of the system are given and analyzed，which indicates that performance of the system is steady and there is a high repeated precision.At the same time，it has wide application prospects.

Keywords：hall effect accelerator pedal function test rig;test system;Delphi;LabVIEW

1 引 言

傳統(tǒng)的油門控制方式是駕駛員通過踩油門踏板，由油門拉索直接控制發(fā)動機油門的開合程度，從而決定加速或減速，駕駛員的動作與油門動作之間是通過拉索的機械作用聯(lián)系的。這種傳統(tǒng)油門應(yīng)用范疇受到限制并缺乏精確性，導(dǎo)致排放出的尾氣中含油量高。

電子油門控制方式是駕駛員仍然通過踩油門踏板控制拉索，但拉索并不是直接連接到油門，而是連著一個油門踏板位置傳感器，傳感器將拉索的位置變化轉(zhuǎn)化為電信號傳送至汽車的ECU(電子控制器)，ECU將收集到的相關(guān)傳感器信號經(jīng)過處理后發(fā)送命令至油門作動器控制模塊，油門作動器控制模塊再發(fā)送信號給油門作動器，從而控制油門的開合程度。這種油門控制比傳統(tǒng)方式精確，發(fā)動機能夠根據(jù)汽車的各種行駛信息，精確調(diào)節(jié)進入氣缸的燃油空氣混合氣，改善發(fā)動機的燃燒狀況，從而大大提高了汽車的動力性和經(jīng)濟性，有效降低了尾氣中的油含量，這一點對于達到歐Ⅲ排放至關(guān)重要。另外，由于電子油門系統(tǒng)通過ECU來調(diào)整節(jié)氣門，因此，電子油門系統(tǒng)還可以設(shè)置各種功能來改善駕駛的安全性和舒適性。

懸掛式電子油門踏板功能試驗臺就是用于對懸掛式電子油門踏板下踏和回收過程中同步顯示并記錄被測踏板的電信號特性值以及力特性值。對采集的數(shù)據(jù)進行分析后發(fā)現(xiàn)被測踏板的缺陷，便于日后加以改進。

2 懸掛式電子油門踏板功能試驗臺設(shè)計要求

根據(jù)懸掛式電子油門踏板的性能測試需求和踏板設(shè)計過程中對各參數(shù)的要求，功能試驗臺需要模擬踏板在實際工作中的下踏和回收動作，在這一過程中同步記錄和顯示踏板在運動每0.01°時的靜態(tài)壓力、扭矩以及電信號特性值。樣品踏板的傳感器供電電壓應(yīng)為2組獨立的5 V電壓，地線各自獨立，不能相通，該兩組電壓應(yīng)當(dāng)采用能調(diào)整輸出電壓的高精度穩(wěn)壓電源(0~30 V可調(diào))。樣品踏板的模擬量輸出應(yīng)為兩組獨立的輸出，參考電平為各自的地線。踏板輸出線進入采樣裝置時要留出1個接線端子，另外還要留出1個地線連接端子。這樣可以在采樣輸入端線路上并聯(lián)1個RLC電路，以便調(diào)整踏板輸出端采樣時的阻抗。

3 測試工作臺系統(tǒng)組成

懸掛式電子油門踏板功能試驗臺外形為控制柜+測試工作臺的形式，其整體框圖如圖1所示。

在實際工作過程中，所有設(shè)備電源由控制柜輸出。工控機控制伺服電機轉(zhuǎn)動，通過機械連接帶動踏板運動，在此運動過程中工控機將采集壓力、扭矩以及踏板電信號，并對整個運動和采集過程進行監(jiān)控。

4 測控系統(tǒng)設(shè)計

懸掛式電子油門踏板功能試驗臺的測控系統(tǒng)由傳感器信號調(diào)理和變換、高速并行數(shù)據(jù)采集卡和主控計算機等組成，如圖2所示。電子油門踏板各特征量傳感器經(jīng)信號調(diào)理電路變換成模擬量送主控計算機采集。為保證測量精度和運動控制精度，采用NI公司的PCI-6230數(shù)據(jù)采集卡和PCI-7390運動控制卡。PCI-6230 系列數(shù)據(jù)采集卡具有8通道16位輸入(250 kS/s采樣率)，4通道16位模擬輸出(最大500 ks/s輸出率)，6通道數(shù)字輸入和4通道數(shù)字輸出。PCI-7390控制卡是一款4軸位置(脈沖)運動控制卡，提供高達4個獨立或協(xié)調(diào)運動軸的完全可編程的運動控制。內(nèi)置光隔離功能的PCI-7390控制卡還具備限位(limit)和本地(home)開關(guān)的運動I/O，以及用于通用功能(“in-position”，“inhibit input/drive alarm”和“servo ready”)的補充I/O，而且可以與所選用的安川Sigma Ⅱ伺服電機直接連接，完全可以滿足設(shè)計要求。

主控計算機是整個測控系統(tǒng)的核心， 負(fù)責(zé)試驗數(shù)據(jù)的管理及電機速度的控制，并保證在系統(tǒng)運行狀態(tài)出錯的情況下及時停止試驗。試驗過程中應(yīng)首先對樣板踏板進行示教，由工作人員手動將踏板壓至最大行程并返回，使得樣本踏板行程角度信號經(jīng)采集后保存到示教文件中。這樣做的原因是相同型號以及不同型號的踏板的行程存在一定程度的偏差。

為保證0.01°的試驗測量精度，電機應(yīng)采用閉環(huán)控制，同時盡可能的降低電機速度，但是這樣會使整個試驗的周期變長。為滿足用戶需求，實際制作中將測量精度設(shè)置為0.1°~0.01°可調(diào)，這樣對于某些對精度要求不高的試驗，可以選用0.1°精度，從而大大減少一次試驗的時間。

5 試驗結(jié)果以及數(shù)據(jù)分析

由于選用了NI公司的數(shù)據(jù)采集卡和運動控制卡，所以主控軟件也采用NI公司的LabVIEW圖形化開發(fā)平臺編寫，這樣可以做到無縫集成，縮短了開發(fā)時間。數(shù)據(jù)分析軟件與主控軟件分離，采用Borland公司的Delphi編寫，這樣可以使用戶不在工業(yè)現(xiàn)場一樣可以對所采集的數(shù)據(jù)進行分析，而且技術(shù)分析部門可以只安裝數(shù)據(jù)分析軟件，不安裝主控軟件，節(jié)約系統(tǒng)資源。

應(yīng)用懸掛式電子油門踏板功能試驗臺對某型號踏板進行功能試驗，該踏板具有2路電壓模擬量輸出，無開關(guān)量輸出，踏板正向壓力最大值小于60 N，適用于一般大型車輛。試驗部分結(jié)果如圖3所示。

電子油門踏板需要計算的電信號參數(shù)主要為同步誤差、線性誤差和遲滯，其具體意義如下：

(1) 同步誤差：第一路電壓除以同步系數(shù)后與第二路電壓的差的絕對值；

(2) 線性誤差：以電壓的起點和終點連成直線與對應(yīng)的相同角度的電壓值差的絕對值；

(3) 遲滯：在相同角度電壓值上升階段與下降階段的差的絕對值。

其中，同步誤差決定了踏板是否合格，線性誤差和遲滯決定了踏板的性能。

由分析結(jié)果可以看出，該型號踏板的同步誤差和遲滯在允許范圍之內(nèi)，而線性誤差有待改進。

力和扭矩的曲線相對平滑，說明踏板彈簧選用和設(shè)計比較合理。

6 結(jié) 語

所述的懸掛式電子油門踏板功能試驗臺已經(jīng)在國內(nèi)電子油門踏板生產(chǎn)廠家中得到使用，試驗結(jié)果表明試驗臺功能完備、技術(shù)先進、使用方便可靠、重復(fù)精度高，對我國電子油門踏板開發(fā)研究具有重要意義。

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作者簡介

李 珅 男，1982年出生，江蘇人，碩士研究生。主要研究方向為汽車測試技術(shù)與智能控制。