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電子油門系統的組成和原理介紹

2022-11-05 20:43:22
電子油門系統的組成和原理介紹
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。下文就油門結構、工作原理和失效分析等結合說明電子油門系統的組成和原理。

1. 電子油門系統介紹
1.1 電子油門系統的工作原理

駕駛員操縱油門踏板，電子油門踏板位置傳感器產生相應的電壓信號輸入發動機控制單元ECU，ECU經過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、節氣門位置等，由此計算出整車是否滿足控制函數。通過對節氣門轉角進行補償，得到節氣門的最佳開度，并把相應的電壓信號發送到驅動電路模塊，驅動控制電機使節氣門達到最佳的開度位置。節氣門位置傳感器則把節氣門的開度信號反饋給ECU，形成閉環的位置控制。電子油門系統如圖所示。

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1.2電子油門的傳感器介紹

1.2.1 內部處理模塊功能介紹

圖為傳感器內部結構圖。具體模塊功能如下。

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1）Intermally stabilized Supply and Protection Devices:內部供電電壓穩定和保護裝置。用于穩定供電電壓，當外部電壓過高時，實現對傳感器的保護。
2）Temperature Dependent Bias∶溫度傳感裝置。用來實時檢測傳感器的工作環境溫度。
3）Oscillator∶ 內部振蕩器。實現傳感器正常工作。
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;霍爾效應敏感片。用于感受外部磁場的變化。
7）A/D Converter∶ 模數轉換器。用于將模擬電信號轉變成數字信號，供DSP進行處理。
8）Digital Signal Processing∶ 數字信號處理器。用于處理經過轉換來的反映外界磁場變化的數據信號。
9）D/A Converter∶數模轉換器。用于將被DSP處理好的數字信號轉換為模擬信號。
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、靜態輸出電壓、鎖定等各種DSP進行數據處理時需要的信息。
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，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。

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1.3 霍爾式傳感器應用
1.3.1 傳感器

傳感器置于均勻的可旋轉磁場內，如圖所示。

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旋轉磁場，改變通過芯片的霍爾基板的磁場強度，產生變化的霍爾電壓，通過傳感器內部處理，將磁場的旋轉角度變化轉換為電壓變化輸出。

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強度B的變化與旋轉角度之間的近似線性關系，通過磁感應強度B的線性變化從而使Yh線性變化，再通過芯片內部的DSP處理，從而最終得到磁感應強度B的線性變化與輸出Uout的線性輸出曲線關系，最終將角位移以模擬電壓的形式輸出。如圖所示。


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霍爾電子油門實現原理

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，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變化時從而輸出與角度相對應的電壓信號的線性輸出。

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左為電子油門外形圖，右為電子油門局部放大圖。

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計，輸出兩路同步獨立的線性模擬信號。圖為電路框圖。

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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，實時檢測油門踏板信號。因振動實驗只能是怠速狀態或全速狀態，根據需求，全速狀態有行程角，更符合要求，故將油門踏板綁定為全速狀態，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。設置檢測參數，見圖9。

電子油門系統的組成和原理介紹
圖8

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圖9

其中，信號1對應圖紙中S1，全速狀態下電壓為84±3％，信號輸入電壓為5V，故將信號l電壓設為4.2V，公稱值設為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據，如圖10所示。

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圖10

參照GB/T 28046.3—2011《道路車輛電氣和電子設備的環境條件和試驗第3部分：機械負荷》中4.1.2.7做隨機振動實驗，振動參數設置見表2。

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2.3 試驗結果

在整個24h振動試驗過程中，各方向信號范圍如表所示。

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振動完后，再次檢測輸出信號電壓如表所示，怠速狀態和全速狀態信號電壓均在正常范圍內。

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其中同步度=S1／2一S2，同步度正常范圍為：絕對值小于0.05。



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