油門(mén)作為汽車上不可缺少的重要部件，直接影響著汽車的安全性能。自21世紀(jì)以來(lái)，大部分汽車都使用電子油門(mén)替換了常規(guī)的拉線油門(mén)。與老式的拉線油門(mén)相比，電子油門(mén)通過(guò)油門(mén)踏板深淺來(lái)控制電子信號(hào)發(fā)出指令，使得引擎提供與之匹配的動(dòng)力，它最大的特點(diǎn)就是能通過(guò)ECU控制節(jié)氣閥開(kāi)度。當(dāng)油門(mén)踏板位置發(fā)生改變時(shí)，電子油門(mén)輸出的信號(hào)可以作為衡量電子油門(mén)自動(dòng)控制精確度的依據(jù)，電子油門(mén)檢測(cè)系統(tǒng)就是依據(jù)這些實(shí)時(shí)信號(hào)，采用各種方案來(lái)評(píng)測(cè)電子油門(mén)的質(zhì)量和可靠性，實(shí)現(xiàn)其性能檢測(cè)。

　　1 系統(tǒng)檢測(cè)項(xiàng)目及類型

　　電子油門(mén)的主要功能是把駕駛員踩下油門(mén)踏板的角度轉(zhuǎn)換成與其成正比的電壓信號(hào)，同時(shí)把油門(mén)踏板的各種特殊位置制成接觸開(kāi)關(guān)，把怠速、高負(fù)荷、加減速等發(fā)動(dòng)機(jī)工況變成電脈沖信號(hào)輸送給電控發(fā)動(dòng)機(jī)的控制器ECU，以達(dá)到供油、噴油與變速等的優(yōu)化自動(dòng)控制。本檢測(cè)系統(tǒng)按電子油門(mén)類型，主要采用5種檢測(cè)方案：具體包括雙信號(hào)檢測(cè)、雙信號(hào)加開(kāi)關(guān)量檢測(cè)、單信號(hào)檢測(cè)、單信號(hào)加開(kāi)關(guān)量檢測(cè)、帶KD裝置的電子油門(mén)檢測(cè)。

　　1.1 系統(tǒng)檢測(cè)項(xiàng)目

　　大多數(shù)的電子油門(mén)都需要檢測(cè)其同步度、線性度、踏板力等信息，這些檢測(cè)項(xiàng)目的具體定義如下：

　　(1)同步度：油門(mén)在某一行程角度輸出兩條信號(hào)值的相等程度。

　　(2)線性度：油門(mén)在某一行程角度信號(hào)的理論電壓值與實(shí)際電壓值的差。

　　(3)空行程角度：是指當(dāng)踏板開(kāi)始發(fā)生角度變化時(shí)，信號(hào)持續(xù)不變的踏板行程角度。

　　(4)踏板力：包括壓力和彈力，是踏板從怠速到滿行程，再?gòu)臐M行程到怠速整個(gè)過(guò)程的受力曲線。

　　(5)油門(mén)信號(hào)曲線：包括怠速信號(hào)和滿行程信號(hào)，油門(mén)踏板從怠速到滿行程的電壓輸出信號(hào)曲線。

　　(6)滯后性：在給定角度上，測(cè)量?jī)蓚€(gè)不同旋轉(zhuǎn)方向上的輸出壓力，滯后性效應(yīng)就是這兩個(gè)輸出壓力間的差異。可接受的最大差距為Ua的士1%。

　　(7)重復(fù)性：在同樣條件下，10個(gè)完整的來(lái)回行程后，對(duì)于給定溫度為(23±5)℃的傳感器以及在同一方向上的任何一個(gè)點(diǎn)，所記錄的電壓差都不能超過(guò) O.5%。

　　(8)傾斜誤差：計(jì)算公式如下：

　　式中：VGR是關(guān)于坡度的變量;△X表示彎曲點(diǎn)之間的距離，單位為mm;△Us1是滿荷載Vs1和慢速Vs1之間的區(qū)別;Us1n和Us1n-1表示在位置n處和n-1處的電壓;Xn和Xn-1表示在位置n處和n-1處的行程。

　　1.2 系統(tǒng)檢測(cè)類型

　　帶KD裝置的電子油門(mén)是檢測(cè)項(xiàng)目中設(shè)計(jì)最復(fù)雜的一款油門(mén)。在以角度為橫坐標(biāo)的油門(mén)檢測(cè)圖形中有KD裝置的油門(mén)需要轉(zhuǎn)化成行程顯示，行程可以根據(jù)公式 L="2"*R*sin(Θ/2)算得。式中：L為行程;R為旋轉(zhuǎn)半徑;Θ為旋轉(zhuǎn)角度。其中R為設(shè)定值，Θ為角度傳感器檢測(cè)值。另外，對(duì)怠速位置、力、行程及電壓值范圍的具體判定條件可參考圖1和圖2。圖1是帶KD裝置的油門(mén)理想力曲線圖。由圖可見(jiàn)，KD款油門(mén)的起始點(diǎn)(橫坐標(biāo)2 mm處)即F1點(diǎn)，感知點(diǎn)(橫坐標(biāo)50 mm處)即F2點(diǎn)，最大力點(diǎn)即F3點(diǎn)。

　　例如設(shè)定的50～56 mm行程內(nèi)存在KD力最大值點(diǎn)，判斷該點(diǎn)力的值是否符合設(shè)定要求，判斷該點(diǎn)距離設(shè)定的50 mm的距離是否小于設(shè)定值(圖2中為2 mm);從KD力最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)行程加上0.7 mm后行程位置對(duì)應(yīng)的輸出電信號(hào)是否為4.1 V(設(shè)定值);從輸出電信號(hào)4.1 V位置到機(jī)械限位位置(即最大行程位置56 mm點(diǎn))行程是否大于3.3 mm等。圖2為帶KD裝置的油門(mén)信號(hào)的判定條件圖形。

　　單信號(hào)檢測(cè)功能主要是檢測(cè)主信號(hào)電壓SIG1的同步度，線性度等是否在設(shè)定范圍之內(nèi)。單信號(hào)加開(kāi)關(guān)量檢測(cè)是在單信號(hào)檢測(cè)的基礎(chǔ)上增加了開(kāi)關(guān)量的檢測(cè)，具體如圖3所示。

　　雙信號(hào)檢測(cè)主要是檢測(cè)兩路電壓信號(hào)SIG1和SIG2的同步度和線性度是否在設(shè)定的范圍之內(nèi)，保證實(shí)測(cè)信號(hào)曲線在理想信號(hào)曲線之間。另外，對(duì)空行程的怠速電壓等也有具體的檢測(cè)規(guī)定，這里依據(jù)油門(mén)類型的不同，分別進(jìn)行其標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定。雙信號(hào)加開(kāi)關(guān)量檢測(cè)主要是在上述雙信號(hào)檢測(cè)基礎(chǔ)上增加了一個(gè)開(kāi)關(guān)量檢測(cè)，在設(shè)定電壓范圍內(nèi)檢測(cè)開(kāi)關(guān)電壓的高低變化，進(jìn)而判斷其正確性，具體如圖4所示。

　　2 系統(tǒng)通信協(xié)議

　　此系統(tǒng)采用串口通信協(xié)議，波特率默認(rèn)設(shè)置為9 600 b/s，此項(xiàng)可調(diào)節(jié)。設(shè)定字符格式為1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位和2個(gè)停止位，中間8位即為有效數(shù)據(jù)。

　　上位機(jī)發(fā)出指令格式：0xAA+指令+校驗(yàn)碼(和為0校驗(yàn))。指令內(nèi)容為單次測(cè)試指令：0x91;循環(huán)測(cè)試指令：0x92;測(cè)試結(jié)束：0x94。

　　每個(gè)單次測(cè)試下位機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)格式為：6個(gè)0xBB字節(jié)作為數(shù)據(jù)的開(kāi)始標(biāo)志，中間為采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)分組發(fā)送，一個(gè)循環(huán)一組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)以角度遞增 O.5度為一個(gè)值)，最后為6個(gè)0xCC字節(jié)作為數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。數(shù)據(jù)內(nèi)容為10位A/D采集的原始值，基準(zhǔn)電壓5 V。中間具體采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)格式為數(shù)據(jù)類型(6個(gè)二進(jìn)制位)+數(shù)據(jù)內(nèi)容(10個(gè)二進(jìn)制位)。部分?jǐn)?shù)據(jù)類型具體定義見(jiàn)表1所示。

　　3 系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)

　　3.1 主要功能模塊的軟件實(shí)現(xiàn)

　　電子油門(mén)檢測(cè)系統(tǒng)由上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟硬件兩部分組成。下位機(jī)軟件用C語(yǔ)言編寫(xiě)，具體的硬件設(shè)計(jì)電路和軟件編程部分這里不再詳細(xì)說(shuō)明。上位機(jī)軟件由三個(gè)主要功能模塊構(gòu)成，它們是油門(mén)通信模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、信息管理模塊，總體設(shè)計(jì)流程如圖5所示。首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括串口通信初始化、產(chǎn)品參數(shù)設(shè)置初始化(讀取后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的第一條記錄作為默認(rèn)設(shè)置數(shù)據(jù))，等待上位機(jī)發(fā)送檢測(cè)命令，下位機(jī)依據(jù)協(xié)議驗(yàn)證后傳送實(shí)時(shí)信號(hào)檢測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)顯示實(shí)時(shí)信號(hào)曲線，然后依據(jù)設(shè)置條件判斷該產(chǎn)品合格否，并將結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)等后期處理。

　　在通信模塊中，直接采用微軟通信控件MSComm。考慮到串口收發(fā)數(shù)據(jù)的速度，這里的程序在處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)采用先接收、后處理的方法，防止串口通信實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的丟失，具體程序?qū)崿F(xiàn)流程如圖6所示。

　　3.2 檢測(cè)系統(tǒng)上位機(jī)主界面

　　本檢測(cè)系統(tǒng)采用VC++作為上位機(jī)開(kāi)發(fā)工具，采用圖形化界面來(lái)完成和直觀體現(xiàn)其檢測(cè)過(guò)程和檢測(cè)結(jié)果，同時(shí)，后臺(tái)使用ACCESS管理并存儲(chǔ)測(cè)試的大量數(shù)據(jù)，方便操作人員查看測(cè)試情況和演示在線測(cè)試過(guò)程，并且能隨時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)，從而可以測(cè)試多種類型的油門(mén)。

　　在菜單的命令選擇區(qū)域內(nèi)，當(dāng)點(diǎn)擊產(chǎn)品信息參數(shù)，則出現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)置界面，對(duì)油門(mén)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，配置后的當(dāng)前信息會(huì)出現(xiàn)在顯示設(shè)置信息界面中;當(dāng)點(diǎn)擊歷史紀(jì)錄，則出現(xiàn)以往設(shè)置并檢驗(yàn)過(guò)的產(chǎn)品件號(hào)，任意點(diǎn)擊其中一個(gè)，則顯示設(shè)置信息界面會(huì)顯示出該產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù);當(dāng)點(diǎn)擊打印保存，對(duì)當(dāng)前產(chǎn)品的設(shè)置信息、檢驗(yàn)結(jié)果及當(dāng)前界面保存到Excel中。帶KD裝置的油門(mén)檢測(cè)主界面如圖7所示，中間顯示區(qū)左側(cè)為信號(hào)顯示區(qū)，右側(cè)為油門(mén)壓力和彈力顯示區(qū);界面下面為檢測(cè)結(jié)果顯示區(qū)，點(diǎn)擊“顯示設(shè)置信息”按鈕可查看當(dāng)前產(chǎn)品的設(shè)置信息，點(diǎn)擊“同步度曲線圖”可查看該款油門(mén)同步度曲線。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　基于VC++環(huán)境下PC機(jī)與單片機(jī)實(shí)時(shí)通信及數(shù)據(jù)處理的方法，設(shè)計(jì)了一個(gè)電子油門(mén)檢測(cè)系統(tǒng)。充分利用VC++的強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析能力，極大地提高了開(kāi)發(fā)效率。按電子油門(mén)款式和類型的不同，主要采用5種檢測(cè)方案檢測(cè)油門(mén)電壓信號(hào)的同步度、線性度、遲滯度怠速時(shí)的空行程角度等，最后通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取，得到了電子油門(mén)實(shí)時(shí)信號(hào)變化曲線圖，直觀反映了油門(mén)內(nèi)部的電信號(hào)特征，保證了安全可靠的檢測(cè)目的，具有一定實(shí)用性。目前，該電子油門(mén)檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)投入使用。實(shí)踐表明，該測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠，測(cè)試效果良好。