電子油門踏板專用測(cè)試電路系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子油門踏板專用測(cè)試電路系統(tǒng)，屬于電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)公報(bào)和中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2013年，汽車產(chǎn)銷2211.68萬輛和2198.41萬輛，同比增長(zhǎng)14.76%和13.87%，產(chǎn)銷量均居全球第一。中國(guó)已正式進(jìn)入汽車社會(huì)。據(jù)2015年2月26日國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《2014年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，2014年末全國(guó)民用汽車保有量達(dá)到14475萬輛，千人保有量首次超過百輛，達(dá)到105.83輛/千人。
[0003]國(guó)際汽車領(lǐng)域的權(quán)威人士指出，當(dāng)前，全球57%的石油消耗在交通系統(tǒng)，預(yù)計(jì)到2020年交通用油將占全球石油總消耗量的62%。預(yù)計(jì)2020年全國(guó)汽車保有量將達(dá)1.5億輛，不僅原油缺口大，而且由CO2等氣體引發(fā)的空氣污染備受人們關(guān)注。因此，當(dāng)前我國(guó)汽車制造技術(shù)面臨國(guó)際石油短缺和空氣污染的雙重挑戰(zhàn)，優(yōu)化現(xiàn)有車用能源動(dòng)力，開發(fā)新一代電子節(jié)能技術(shù)是當(dāng)前汽車技術(shù)的核心和最緊迫的任務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們同時(shí)又對(duì)汽車的舒適性及安全性等方面也提出了更高的要求，電子油門踏板總成是關(guān)系到汽車安全、操控與駕駛舒適、節(jié)能環(huán)保的關(guān)鍵配件已被廣泛應(yīng)用于汽車的油門控制系統(tǒng)。
[0004]電子油門控制系統(tǒng)采用電控技術(shù)，通過電子油門踏板總成獲取油門需求信號(hào)，電子控制單元(Electronic Control Unit，E⑶)協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、汽車底盤和變速箱的工作，精準(zhǔn)地控制油門大小，提升汽車的安全性、舒適性、動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。目前國(guó)內(nèi)汽車的電子油門踏板總成配套率已超過50%，并且每年以高于10%的速度增長(zhǎng)。隨著國(guó)家強(qiáng)制性排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施和其他車用電子控制系統(tǒng)的普及，電子油門踏板總成正逐步取代傳統(tǒng)的機(jī)械式油門踏板，成為汽車標(biāo)準(zhǔn)配置的零部件。電子油門踏板總成的輸出性能不僅直接關(guān)系到電子控制單元對(duì)油門需要的判斷分析和處理，同時(shí)也對(duì)定速巡航系統(tǒng)以及牽引力控制系統(tǒng)等電子控制系統(tǒng)具有一定的影響。當(dāng)油門踏板出現(xiàn)異常加速或無法正常復(fù)位時(shí)，可能導(dǎo)致嚴(yán)重交通事故的發(fā)生。2010年初，由于電子油門踏板總成和腳墊存在故障隱患，短短兩周時(shí)間內(nèi)，豐田召回汽車已超346萬輛。同年I月，豐田汽車已跌出中國(guó)轎車品牌銷量排名的前十位，創(chuàng)立于1937年的豐田汽車公司，遭遇了最大一次信任危機(jī)。自2009年11月至2010年3月，豐田公司在全球范圍內(nèi)累計(jì)召回超過650萬輛汽車，電子油門踏板總成的質(zhì)量問題一度成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0005]在電子油門踏板總成產(chǎn)品測(cè)試方面，國(guó)外已經(jīng)擁有完善的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)以及與之配套的測(cè)試檢測(cè)設(shè)備。但由于技術(shù)壟斷與技術(shù)封鎖，可借鑒的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)信息非常少。
[0006]在近10年的時(shí)間里，電子油門踏板總成技術(shù)在我國(guó)得到了蓬勃發(fā)展，但對(duì)電子油門踏板總成的測(cè)試技術(shù)研宄較少，長(zhǎng)期以來缺少相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)，各企業(yè)只能根據(jù)自己產(chǎn)品的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的檢測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，如東風(fēng)汽車有限公司采用單作用氣缸作驅(qū)動(dòng)力，調(diào)整運(yùn)動(dòng)周期進(jìn)行耐久性考核，用非接觸式角度傳感器和數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行性能測(cè)試，該系統(tǒng)體積龐大、過重；奇瑞汽車股份有限公司通過電磁閥控制可調(diào)行程氣缸工作，對(duì)電子油門踏板總成進(jìn)行力矩的加載測(cè)試，但測(cè)試內(nèi)容偏少。部分高校也積極開展對(duì)電子油門踏板總成測(cè)試方法和測(cè)試系統(tǒng)的研宄工作，如東南大學(xué)的李珅等人針對(duì)懸掛式油門踏板設(shè)計(jì)了電子油門踏板總成測(cè)試系統(tǒng)，該測(cè)試系統(tǒng)采用控制柜與測(cè)試工作臺(tái)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)，測(cè)試對(duì)象單一，無通用性；上海大學(xué)的郭鵬等人利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電子油門踏板總成運(yùn)動(dòng)，采集并記錄油門踏板的電壓輸出曲線和踏板力輸出曲線，由于步進(jìn)電機(jī)在使用中存在丟步的問題，故不能可靠地對(duì)于旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行精確測(cè)量；揚(yáng)州大學(xué)的劉榮先等人僅僅對(duì)電子油門踏板總成開關(guān)信號(hào)的測(cè)量方法進(jìn)行了研宄，通過試驗(yàn)分析了測(cè)試開關(guān)信號(hào)的最小采樣頻率，測(cè)試項(xiàng)目單一。
[0007]綜上所述，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的電子油門測(cè)試設(shè)備存在以下問題:
I)測(cè)試精度低下。大部分測(cè)試系統(tǒng)采用氣缸或步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電子油門踏板總成運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源，而這兩種驅(qū)動(dòng)方式均不能精確控制，影響測(cè)試精度。
[0008]2)測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試參數(shù)不全面。目前國(guó)內(nèi)的測(cè)試系統(tǒng)均是依據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，僅僅解決自身的部分需求，測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試參數(shù)都不夠全面，無通用性。
[0009]為此，該發(fā)明設(shè)計(jì)一種專用測(cè)試電路系統(tǒng)，對(duì)電子油門踏板的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)、回彈力、雙路輸出的油門位置信號(hào)進(jìn)行采集，經(jīng)預(yù)處理后發(fā)送至上位PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合分析與處理。完成對(duì)電子油門踏板的電氣性能的綜合測(cè)試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種電子油門踏板專用測(cè)試電路系統(tǒng)，其目的在于:提供一種廉價(jià)的、自動(dòng)化的、能實(shí)時(shí)顯示、記錄的專用測(cè)試裝置，專門測(cè)試電子油門踏板的輸出電壓-旋轉(zhuǎn)角度的線性度，雙路輸出直線的同步度以及對(duì)回彈力-旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系曲線測(cè)試。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
電子油門踏板專用測(cè)試電路系統(tǒng)，其特征在于:包括力傳感器、角度傳感器、信號(hào)預(yù)處理單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、微型控制器單元、光電限位開關(guān)、RS-232接口、直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電源單元和PC機(jī)；其中，電子油門踏板、力傳感器和角度傳感器與信號(hào)預(yù)處理單元連接，信號(hào)預(yù)處理單元連接與A/D轉(zhuǎn)換單元連接，A/D轉(zhuǎn)換單元與微型控制器單元連接，RS-232串行通信接口與微型控制器單元連接，所述微型控制單元分別對(duì)A/D轉(zhuǎn)換單元、光電限位開關(guān)、RS-232串行通信接口和直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接與控制，所述電源單元分別與電子油門踏板、力傳感器、角度傳感器、光電限位開關(guān)、微型控制器單元、RS-232串行通信接口連接為其供電，測(cè)試時(shí)利用單片機(jī)對(duì)電子油門的雙路輸出信號(hào)、力信號(hào)、旋轉(zhuǎn)的角度、油門上下極限位置進(jìn)行采集，同時(shí)，控制電機(jī)運(yùn)行驅(qū)動(dòng)油門踏板來模擬油門被踩踏的狀態(tài)，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)RS-232接口送PC機(jī)，利用VB或LABVIEW工具軟件設(shè)計(jì)上位機(jī)應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析和顯示；所述信號(hào)預(yù)處理單元用于對(duì)電子油門踏板輸出的雙路電壓信號(hào)、力傳感器電壓信號(hào)、溫度傳感器信號(hào)和角度傳感器輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行預(yù)先濾波處理，減小噪聲干擾，提高信號(hào)的信噪比，使用無源阻容低通濾波電路或采用以集成運(yùn)算放大器為核心的高階有源低通濾波電路。
[0012]所述角度傳感器為精密導(dǎo)電塑料電位器，線性度為±0.1%，用于測(cè)量電子油門踏板轉(zhuǎn)過的相對(duì)角度，角度范圍由兩只光電限位開關(guān)界定。
[0013]所述力傳感器采用單點(diǎn)式稱重傳感器，額定載荷:15kg ;綜合誤差:±0.02%F.S ;工作溫度范圍:-40?+80°Co
[0014]所述溫度傳感器采用ANALOG DEVICES公司的單片集成電流型傳感器AD590，其輸出電流與絕對(duì)溫度成確定比例，在規(guī)定的電源電壓范圍內(nèi)，輸出靈敏度可達(dá)ιμΑ/κ，測(cè)溫范圍為-55°c ~+150°C，非線性誤差為±0.3°C。
[0015]所述A/D轉(zhuǎn)換單元為單片集成ADC或微型控制器單元自帶的片內(nèi)集成ADC，根據(jù)測(cè)量精度的要求合理選擇ADC的位數(shù)，位數(shù)為12位或16位或24位。
[0016]所述光電限位開關(guān)米用5mm對(duì)射式“U”型槽式光電開關(guān)，輸出方式為常開和常閉雙輸出。
[0017]所述直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為專用集成驅(qū)動(dòng)器，自帶外部換向控制功能。
[0018]所述RS-232串行通信接口采用MAX232芯片，完成串口通信的電平轉(zhuǎn)換功能。
[0019]所述電源單元將DC12V降壓轉(zhuǎn)換為DC5V，為系統(tǒng)其它單元部分供電。
[0020]所述PC機(jī)通過RS-232接口接收測(cè)試數(shù)據(jù)，生成測(cè)試曲線，測(cè)試數(shù)據(jù)分析計(jì)算，完成測(cè)試結(jié)果的保存。
[0021]本發(fā)明的有益效果:
為了測(cè)試電子油門踏板的輸出電壓-旋轉(zhuǎn)角度的線性度，雙路輸出直線的同步度以及對(duì)回彈力-旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系曲線，需要對(duì)踏板輸出的電壓信號(hào)、旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)以及回彈力的大小進(jìn)行精確測(cè)量，為了保證測(cè)量的精確，選用低溫票系數(shù)的12位以上的A/D轉(zhuǎn)換器，在保證必要的分辨率的前提下從關(guān)鍵器件的選擇上減小非線性誤差，考慮到力傳感器自身的輸出特性的非線性以及溫度漂移等非線性因素的影響，采用增加溫度傳感器的方法，增加冗余信息的采集，利用溫度數(shù)據(jù)對(duì)力傳感器的輸出做溫度漂移的非線性補(bǔ)償，借助高階擬合算法實(shí)現(xiàn)軟補(bǔ)償；為了提高各個(gè)輸入信號(hào)的信噪比，在硬件設(shè)計(jì)上對(duì)各路輸入信號(hào)做濾波預(yù)處理，同時(shí)再程序設(shè)計(jì)中引入濾波算法，實(shí)現(xiàn)軟、硬結(jié)合的雙重濾波技術(shù)。
[0022]本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)制造成本低廉，檢測(cè)精度高、測(cè)試結(jié)果直觀，易于保存、測(cè)試過程自動(dòng)化程度高。能極大的減輕工人對(duì)油門踏板檢測(cè)的工作量，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。對(duì)于優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。
【附圖說明】
[0023]圖1:本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述:
如圖1所示的電子油門踏板專用測(cè)試電路系統(tǒng)，包括被測(cè)電子油門踏板試件1、角度傳感器10、力傳感器11、溫度傳感器12、信號(hào)預(yù)處理單元2、A/D轉(zhuǎn)換單元3、微型控制器單元5、光電限位開關(guān)4、RS-232接口 6、直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器8、電源單元9、PC機(jī)7 ；
其中，電子油門踏板、力傳感器、溫度傳感器和角度傳感器都與信號(hào)預(yù)處理單元連接，信號(hào)預(yù)處理單元連接與A/D轉(zhuǎn)換單元連接，A/D轉(zhuǎn)換單元與微型控制器單元連接，RS-232串行通信接口與微型控制器單元連接，所述微型控制單元分別對(duì)A/D轉(zhuǎn)換單元、光電限位開關(guān)、RS-232串行通信接口和直流減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接與控制，所述電源單元分別與電子油門踏板、力傳感器、溫度傳感器、角度傳感器、光電限位開關(guān)、微型控制器單元、RS-232串行通信接口連接為其供電，測(cè)試時(shí)利用單片機(jī)對(duì)電子油門的雙路輸出信號(hào)、力傳感器輸出信號(hào)、溫度傳感器信號(hào)、旋轉(zhuǎn)的角度、油門上下極限位置進(jìn)行采集，同時(shí)，控制電機(jī)運(yùn)行驅(qū)動(dòng)油門踏板來模擬