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电子油门踏板详解

电子油门踏板详解

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  • 发布时间:2021-07-06
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【概要描述】电子油门踏板实际上就是节气门开度由电机控制,取消油门踏板和节气门之间的油门拉线。也就是说,驾驶员的加速意图将通过油门踏板的位置传感器,传给发动机控制器,由发动机控制器通过电机实现对节流阀体进行调节。同时电子节气门开度传感器将检测出的开度信号反馈给ECU,实现电子节气门开度的闭环控制。

电子油门踏板详解

【概要描述】电子油门踏板实际上就是节气门开度由电机控制,取消油门踏板和节气门之间的油门拉线。也就是说,驾驶员的加速意图将通过油门踏板的位置传感器,传给发动机控制器,由发动机控制器通过电机实现对节流阀体进行调节。同时电子节气门开度传感器将检测出的开度信号反馈给ECU,实现电子节气门开度的闭环控制。

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电子油门踏板实际上就是节气门开度由电机控制,取消油门踏板和节气门之间的油门拉线。也就是说,驾驶员的加速意图将通过油门踏板的位置传感器,传给发动机控制器,由发动机控制器通过电机实现对节流阀体进行调节。同时电子节气门开度传感器将检测出的开度信号反馈给ECU,实现电子节气门开度的闭环控制。

这个道理听起来非常的简单,那么在技术中是如何实现的呢?今天我们就来聊一聊电子油门踏板是怎么工作的。

电子油门踏板传感器基本原理

电子油门踏板传感器,说到底,它就是一电阻式传感器。与我们中学物理中所学的滑线变阻器并无二至。

我们看它原理图或许更直观一些,线1端接5V直流电压(参考电压),线2接地,那么滑针P在电阻上的不同位置,在P引线与接地端就输出了0~5V的电压差(输出电压)。

单片机通过AD转换,将这个0~5V的输出电压(模拟量),转化成比如0~256(AD读取8位)或者0~1024(读10位)的十进制数(数字量)。在通过公式(所谓的算法)将这个变化的十进制数,还原成油门踏板的开度(踩下的角度),进而对发动机节气门进行相应的控制。 显示生活中,大多数的传感器都是这个原理,温度传感器是一个热敏电阻、亮度传感器是一个光敏电阻,气压传感器是一个压敏电阻…..

下面就是电子油门踏板中的电阻和电刷。

如果注意观察,估计读者都发现了,上图中为何有两个电刷和涂覆电阻?这就是我们所谓的冗余设计。目前的电子油门踏板都采用两路电阻式传感器,两路输出电压。所以我们通常看到的电子油门踏板插接口有六个针脚。分别是两组完全独立的参考电压,输出电压,接地。

同样,电子油门踏板的输出电压自然也是两路,需要注意的是,这里的输出电压是不同的斜率,所以在ECU 中需要对两路电压应用不同的算法来计算同一个油门开度。

●试验电压(Vref):5V±0.2V,整车电压也如此。

●电子油门踏板须采用冗余安全设计,PPS1和PPS2必须是完全独立的输出电路,其供电和接地端不得共用。

●ECU同时读取两路信号,两路信号均正常时,加减油门依据PPS1。

●仅某一路信号出问题,或者两路信号不同步,ECU均会报警,车辆可以在另一路信号支持下行走,但车速受限。

除了上面对电子油门踏板的基本要求之外,还有详细的诸如同步度的性能要求。

电子油门踏板性能要求

同步度(定义)任意油门位置第一路实测电压与两倍参考电压的比值乘100与第二路实测电压与参考电压的比值乘100的差值。同步度允许偏差(定义)(计算公式)同步度偏差的允许值∣UA1/(2UB1)*100-UA2/UB2*100∣<0.5 简化后得:∣UA1- 2UA2∣<0.05

线性度(定义)(计算公式)任意油门位置设计电压与实测电压之差与参考电压的比值乘100。线性度偏差的允许值︱(UA1nom-UA1)/UB1*100︱<1.5简化后得:︱(UA1nom设计电压-UA1实测电压) ︱<0.075

传感器过电压试验

传感器应能连续承受5min、±15VDC的电源电压,供电恢复正常后,传感器输出满足要求。5V V0=2.629 15V5min V0=8.218V

地线端开路

当传感器地线端开路时,对于APS1,在100ms内Vsig≥91%Vref;对于APS2,在100ms内Vsig≥50%Vref。当地线恢复正常后,传感器应该在100ms内恢复正常工作。(Vref为5V输入电压,Vsig指信号输出电压,如油门在某一角度位置,输出电压为4.5V)。在特殊情况下,地线出现接触不良,输出信号不会瞬间跃变,维持大于50%的信号值,确保发动机不会转速突变。

电源端开路

当传感器电源端开路时,对于APS1,在100ms内Vsig≤15%Vref;对于APS2,在100ms内Vsig≤7%Vref。当电源恢复正常后,传感器应该在100ms内恢复正常工作。在特殊情况下,电源端开路,输出信号不会瞬间跃变,维持小于15%、7%的值,电源恢复后,正常工作,主要要电路设计时,由电容来维持。

信号输出端短路到接地端

当传感器信号端短路到接地端时,对于APS1,在100ms内Vsig≤15%Vref;对于APS2,在100ms内Vsig≤7%Vref。当信号恢复后,传感器应该在100ms内恢复正常工作。

信号输出端短路到电源端

当传感器信号端短路到电源端时,对于APS1,在100ms内Vsig≥91%Vref;对于APS2,在100ms内Vsig≥50%Vref。当信号恢复后,传感器应该在100ms内恢复正常工作。

输出信号的线性度

在油门全行程范围内,输出信号曲线上距线性回归直线的最大偏移值不大于±5﹪Vspan。(Vspan为跨度电压,如油门从初始位置至全开,0.375---2.05V则Vsig=1.675V)

信号迟滞性

在踏板中间行程位置,信号输出迟滞≤2﹪Vspan。在特殊情况下,地线开路,电源开路,信号输出端短路到接地端,信号输出端短路到电源端等突变状况,输出信号不会出现瞬跃变,仍在规定时间内,维持一规定范围数值,确保发动机不会因以上状态出现转速跃变,在传感器电路设计时,已考虑到以上状态出现,而用电容来缓冲。

其他类型的电子油门踏板

上面所述为我们常见的接触式电阻感应方式,现在还有应用霍尔原理设计的非接触式电子油门踏板。

霍尔式工作原理是霍尔效应,通过磁铁与霍尔传感器相对运动造成作用于霍尔传感器的磁感应强度变化,引起输出信号变化。VH=KHISB,其中KH为霍尔元件灵敏度,VH为霍尔电势。

kick down 功能

我们在开车的过程中可能会有这样的体验,当我们深踩油门到底的时候,自动挡车辆会采取降档增扭的行为。这是因为自动变速箱设计,都是按发动机的负荷及油门的深度来进行档位调节。当车辆在爬坡或需急加速时,驾驶员会深踩油门,此时由于发动机输出扭矩不够,自动变速箱便会自动降低一个档位,以加大扭矩提高转速,协助驾驶员达到车辆加速的目的。因此,让驾驶员遇到爬坡或需急加速而深踩油门,令变速箱强制自动减档的这个动作称为Kick down功能。

其实Kick Down 对于电子油门的输出电压并没有特别变化,ECU 只要判断输出电压达到了降档门限它就采取降档策略,而踏板力的变化确实比较突出,这是因为在踏板行程末端,设置了一个KickDown的机构增加的踏板力。如下图所示。

Kick Down给驾驶员的感觉就是地板油的时候,会听到‘咯噔’一声。同时车辆降档、增牛加速一气呵成。哈哈。

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