整车电气系统的油门结构、工作原理和失效分析

电子油门在整车中有扭矩控制(油量控制)、怠速控制(高、低怠速)、减速断油控制、跛行回家控制等功能。下文就油门结构、工作原理和失效分析等结合说明整车电气系统的匹配设计。

1. 电子油门系统介绍

1.1 系统说明

驾驶员操纵油门踏板，电子油门踏板位置传感器产生相应的电压信号输入发动机控制单元ECU，ECU经过CAN总线和整车控制单元进行通信，获取其它工况信息以及各种传感器信号如车速、节气门位置等，由此计算出整车是否满足控制函数。通过对节气门转角进行补偿，得到节气门的最佳开度，并把相应的电压信号发送到驱动电路模块，驱动控制电机使节气门达到最佳的开度位置。节气门位置传感器则把节气门的开度信号反馈给ECU，形成闭环的位置控制。电子油门系统如图所示。

1.2传感器介绍

1.2.1 内部处理模块功能介绍

图为传感器内部结构图。具体模块功能如下。

1)Intermally stabilized Supply and Protection Devices:内部供电电压稳定和保护装置。用于稳定供电电压，当外部电压过高时，实现对传感器的保护。

2)Temperature Dependent Bias∶温度传感装置。用来实时检测传感器的工作环境温度。

3)Oscillator∶ 内部振荡器。实现传感器正常工作。

4)Open-circuit,Overvoltage,Undervolt -age, Detection:开路，过压，欠压检测电路。用于检测供电管脚是否开路，过压，欠压，以便于传感器进行保护，同时输出诊断信号供 ECU进行判断、处理。

5)Protection Devices∶ 输出管脚保护装置。用于保护输出引脚不会过反向电压损坏。

6)Switched Hall Plate;霍尔效应敏感片。用于感受外部磁场的变化。

7)A/D Converter∶ 模数转换器。用于将模拟电信号转变成数字信号，供DSP进行处理。

8)Digital Signal Processing∶ 数字信号处理器。用于处理经过转换来的反映外界磁场变化的数据信号。

9)D/A Converter∶数模转换器。用于将被DSP处理好的数字信号转换为模拟信号。

10)EEPROM∶电可擦除可编程只读存储器。用来存储温度、磁场范围、灵敏度、静态输出电压、锁定等各种DSP进行数据处理时需要的信息。

11)Lock Control∶ 锁定控制单元。用于确定传感器是否锁定，如果锁定了，不能再进行任何的读写操作。

12)Open-Circuit Detection∶开路检测单元。用于检测传感器的输出管脚、搭铁管脚是否开路。

1.2.2 传感器失效模式

在Tj=-40~140℃范围内，25℃的典型温度条件下，传感器开路测试。表1为传感器失效模式。

1.3 霍尔式传感器应用

1.3.1 传感器

传感器置于均匀的可旋转磁场内，如图所示。

旋转磁场，改变通过芯片的霍尔基板的磁场强度，产生变化的霍尔电压，通过传感器内部处理，将磁场的旋转角度变化转换为电压变化输出。

1.3.2 角位移测量

由霍尔电压计算公式可知，尽可能地利用磁感应强度B的变化与旋转角度之间的近似线性关系，通过磁感应强度B的线性变化从而使Yh线性变化，再通过芯片内部的DSP处理，从而最终得到磁感应强度B的线性变化与输出Uout的线性输出曲线关系，最终将角位移以模拟电压的形式输出。如图所示。

1.4 霍尔油门实现原理

1)利用霍尔位移传感器的小角度测量方法。电子油门踏板总成通过脚踏连杆带动磁场旋转，霍尔传感器固定于电子盒中，当霍尔传感器感受到磁场的旋转变化时从而输出与角度相对应的电压信号的线性输出。

2)同步度信号输出。采用2颗霍尔芯片完全独立分开供电设计，输出两路同步独立的线性模拟信号。图为电路框图。

2. 电子油门的快速检测试验

2.1 台架固定

首先将油门踏板固定在振动台上，模拟车辆行驶过程中的状态，实时检测油门踏板信号。因振动实验只能是怠速状态或全速状态，根据需求，全速状态有行程角，更符合要求，故将油门踏板绑定为全速状态，固定牢固。

2.2 试验准备

将油门踏板线束与油门过程性能检测仪相连。

参照图8油门踏板图纸参数。设置检测参数，见图9。

图8

图9

其中，信号1对应图纸中S1，全速状态下电压为84±3%，信号输入电压为5V，故将信号l电压设为4.2V，公称值设为0.15V。信号2类似。

油门过程性能检测仪能实时检测油门踏板输出信号电压，并在电压超出所设定的公称值范围时，自动亮起红色报警灯，同时记录此时的非正常数据，如图10所示。

图10

参照GB/T 28046.3—2011《道路车辆电气和电子设备的环境条件和试验第3部分：机械负荷》中4.1.2.7做随机振动实验，振动参数设置见表2。

2.3 试验结果

在整个24h振动试验过程中，各方向信号范围如表所示。

振动完后，再次检测输出信号电压如表所示，怠速状态和全速状态信号电压均在正常范围内。

其中同步度=S1/2一S2，同步度正常范围为：绝对值小于0.05。

审核编辑：郭婷