悬挂式电子油门踏板功能试验台研制
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摘 要：传统的油门控制方式应用范畴疏导限制并缺乏精确性，已经不能满足各种功能测试的要求，针对悬挂式电子油门踏板功能试验要求，设计了悬挂式电子油门踏板功能试验台的系统结构和测控系统，具有创新意义。分别运用Labview和Delphi开发测控系统和分析系统，各路传感器信号高速并行采集。最后给出悬挂式电子油门踏板的试验结果并对结果进行分析，试验结果表明系统性能稳定、重复精度高，并具有广泛的应用前景。
关键词：悬挂式电子油门踏板；试验系统；Delphi；LabVIEW
中图分类号：TP2745文献标识码：B
文章编号：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
传统的油门控制方式是驾驶员通过踩油门踏板，由油门拉索直接控制发动机油门的开合程度，从而决定加速或减速，驾驶员的动作与油门动作之间是通过拉索的机械作用联系的。这种传统油门应用范畴受到限制并缺乏精确性，导致排放出的尾气中含油量高。
电子油门控制方式是驾驶员仍然通过踩油门踏板控制拉索，但拉索并不是直接连接到油门，而是连着一个油门踏板位置传感器，传感器将拉索的位置变化转化为电信号传送至汽车的ECU(电子控制器)，ECU将收集到的相关传感器信号经过处理后发送命令至油门作动器控制模块，油门作动器控制模块再发送信号给油门作动器，从而控制油门的开合程度。这种油门控制比传统方式精确，发动机能够根据汽车的各种行驶信息，精确调节进入气缸的燃油空气混合气，改善发动机的燃烧状况，从而大大提高了汽车的动力性和经济性，有效降低了尾气中的油含量，这一点对于达到欧Ⅲ排放至关重要。另外，由于电子油门系统通过ECU来调整节气门，因此，电子油门系统还可以设置各种功能来改善驾驶的安全性和舒适性。
悬挂式电子油门踏板功能试验台就是用于对悬挂式电子油门踏板下踏和回收过程中同步显示并记录被测踏板的电信号特性值以及力特性值。对采集的数据进行分析后发现被测踏板的缺陷，便于日后加以改进。
2 悬挂式电子油门踏板功能试验台设计要求
根据悬挂式电子油门踏板的性能测试需求和踏板设计过程中对各参数的要求，功能试验台需要模拟踏板在实际工作中的下踏和回收动作，在这一过程中同步记录和显示踏板在运动每0.01°时的静态压力、扭矩以及电信号特性值。样品踏板的传感器供电电压应为2组独立的5 V电压，地线各自独立，不能相通，该两组电压应当采用能调整输出电压的高精度稳压电源(0~30 V可调)。样品踏板的模拟量输出应为两组独立的输出，参考电平为各自的地线。踏板输出线进入采样装置时要留出1个接线端子，另外还要留出1个地线连接端子。这样可以在采样输入端线路上并联1个RLC电路，以便调整踏板输出端采样时的阻抗。
3 测试工作台系统组成
悬挂式电子油门踏板功能试验台外形为控制柜+测试工作台的形式，其整体框图如图1所示。
在实际工作过程中，所有设备电源由控制柜输出。工控机控制伺服电机转动，通过机械连接带动踏板运动，在此运动过程中工控机将采集压力、扭矩以及踏板电信号，并对整个运动和采集过程进行监控。
4 测控系统设计
悬挂式电子油门踏板功能试验台的测控系统由传感器信号调理和变换、高速并行数据采集卡和主控计算机等组成，如图2所示。电子油门踏板各特征量传感器经信号调理电路变换成模拟量送主控计算机采集。为保证测量精度和运动控制精度，采用NI公司的PCI-6230数据采集卡和PCI-7390运动控制卡。PCI-6230 系列数据采集卡具有8通道16位输入(250 kS/s采样率)，4通道16位模拟输出(最大500 ks/s输出率)，6通道数字输入和4通道数字输出。PCI-7390控制卡是一款4轴位置(脉冲)运动控制卡，提供高达4个独立或协调运动轴的完全可编程的运动控制。内置光隔离功能的PCI-7390控制卡还具备限位(limit)和本地(home)开关的运动I/O，以及用于通用功能(“in-position”，“inhibit input/drive alarm”和“servo ready”)的补充I/O，而且可以与所选用的安川Sigma Ⅱ伺服电机直接连接，完全可以满足设计要求。
主控计算机是整个测控系统的核心， 负责试验数据的管理及电机速度的控制，并保证在系统运行状态出错的情况下及时停止试验。试验过程中应首先对样板踏板进行示教，由工作人员手动将踏板压至最大行程并返回，使得样本踏板行程角度信号经采集后保存到示教文件中。这样做的原因是相同型号以及不同型号的踏板的行程存在一定程度的偏差。
为保证0.01°的试验测量精度，电机应采用闭环控制，同时尽可能的降低电机速度，但是这样会使整个试验的周期变长。为满足用户需求，实际制作中将测量精度设置为0.1°~0.01°可调，这样对于某些对精度要求不高的试验，可以选用0.1°精度，从而大大减少一次试验的时间。