摘 要:電子油門作為汽車上最重要的部件之一，其質(zhì)量和可靠性直接影響到汽車的安全性能。電子油門檢測系統(tǒng)是檢測電子油門的質(zhì)量保證。該檢測系統(tǒng)采用串口通訊，接收并處理實時數(shù)據(jù)。針對不同款式和性能的油門采用5種檢測方案進行檢測，上位機采用VC++編程實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的接收、顯示、分析、存儲及生成檢測報告等，達到對電子油門進行質(zhì)量檢測的目的，保證了其安全和可靠性。

關鍵詞:電子油門; 通信協(xié)議; 信號檢測; VC++

中圖分類號:TN710-34; TP273.5文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)17-0173-04

Research and Implementation of Detecting System for Automobile Electric Throttle

TU Ping-hua1，2， GUO Li-hong2

(1. Nanjing Aolian Automotive Electronics Electrical Apparatus Co. Ltd.， Nanjing 211100， China;

2. Department of Communications Engineering， Nanjing Institute of Technology， Nanjing 211167， China)

Abstract: As one of the main parts of automobile， the quality and reliability of electric throttle has a direct impact on the safty performance of automobiles. As a detecting system of electric throttle， it is the quality assurance for electric throttle， the serial port communication is used in the system， which receives and deals with the real-time data. According to different designs and properties of electric throttles， five methods are adopted to test them. VC++ language is employed by super computer to implement the real-time data reception， display， analysis and storage， and to generate the test report. It brings about the desired result and assures the reliability of electric throttles.

Keywords: electric throttle; communication protocol; signal detection; VC++

油門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世紀以來，大部分汽車都使用電子油門替換了常規(guī)的拉線油門。與老式的拉線油門相比，電子油門通過油門踏板深淺來控制電子信號發(fā)出指令，使得引擎提供與之匹配的動力，它最大的特點就是能通過ECU控制節(jié)氣閥開度。當油門踏板位置發(fā)生改變時，電子油門輸出的信號可以作為衡量電子油門自動控制精確度的依據(jù)，電子油門檢測系統(tǒng)就是依據(jù)這些實時信號，采用各種方案來評測電子油門的質(zhì)量和可靠性，實現(xiàn)其性能檢測[1]。

1 系統(tǒng)檢測項目及類型

電子油門的主要功能是把駕駛員踩下油門踏板的角度轉(zhuǎn)換成與其成正比的電壓信號，同時把油門踏板的各種特殊位置制成接觸開關，把怠速、高負荷、加減速等發(fā)動機工況變成電脈沖信號輸送給電控發(fā)動機的控制器ECU，以達到供油、噴油與變速等的優(yōu)化自動控制[2]。本檢測系統(tǒng)按電子油門類型，主要采用5種檢測方案:具體包括雙信號檢測、雙信號加開關量檢測、單信號檢測、單信號加開關量檢測、帶KD裝置的電子油門檢測。

1.1 系統(tǒng)檢測項目

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

(1) 同步度:油門在某一行程角度輸出兩條信號值的相等程度。

(2) 線性度:油門在某一行程角度信號的理論電壓值與實際電壓值的差。

(3) 空行程角度:是指當踏板開始發(fā)生角度變化時，信號持續(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，再從滿行程到怠速整個過程的受力曲線。

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

(6) 滯后性:在給定角度上，測量兩個不同旋轉(zhuǎn)方向上的輸出壓力，滯后性效應就是這兩個輸出壓力間的差異?？山邮艿淖畲蟛罹酁閁a的±1%[3]。

(7) 重復性:在同樣條件下，10個完整的來回行程后，對于給定溫度為(23±5)℃的傳感器以及在同一方向上的任何一個點，所記錄的電壓差都不能超過0.5%。

(8) 傾斜誤差:計算公式如下:

VRG=ΔXΔUS1#8226;US1n-US1n-1Xn-Xn-1×100%

式中:VGR是關于坡度的變量;ΔX表示彎曲點之間的距離，單位為mm;ΔUS1是滿荷載VS1和慢速VS1之間的區(qū)別;US1n和US1n-1表示在位置n處和n-1處的電壓;Xn和Xn-1表示在位置n處和n-1處的行程[5]。

1.2 系統(tǒng)檢測類型

帶KD裝置的電子油門是檢測項目中設計最復雜的一款油門。在以角度為橫坐標的油門檢測圖形中有KD裝置的油門需要轉(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為設定值，Θ為角度傳感器檢測值[6]。另外，對怠速位置、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裝置的油門理想力曲線圖。由圖可見，KD款油門的起始點(橫坐標2 mm處)即F1點，感知點(橫坐標50 mm處)即F2點，最大力點即F3點。

圖1 帶KD裝置的油門理想力曲線圖

例如設定的50~56 mm行程內(nèi)存在KD力最大值點，判斷該點力的值是否符合設定要求，判斷該點距離設定的50 mm的距離是否小于設定值(圖2中為2 mm)[7];從KD力最大值點對應行程加上0.7 mm后行程位置對應的輸出電信號是否為4.1 V(設定值);從輸出電信號4.1 V位置到機械限位位置(即最大行程位置56 mm點)行程是否大于3.3 mm等。圖2為帶KD裝置的油門信號的判定條件圖形。

單信號檢測功能主要是檢測主信號電壓SIG1的同步度，線性度等是否在設定范圍之內(nèi)。單信號加開關量檢測是在單信號檢測的基礎上增加了開關量的檢測，具體如圖3所示。

雙信號檢測主要是檢測兩路電壓信號SIG1和SIG2的同步度和線性度是否在設定的范圍之內(nèi)，保證實測信號曲線在理想信號曲線之間。另外，對空行程的怠速電壓等也有具體的檢測規(guī)定，這里依據(jù)油門類型的不同，分別進行其標準的設定。雙信號加開關量檢測主要是在上述雙信號檢測基礎上增加了一個開關量檢測，在設定電壓范圍內(nèi)檢測開關電壓的高低變化，進而判斷其正確性[8]，具體如圖4所示。

圖2 帶KD裝置的油門檢測圖

圖3 單信號加雙開關量檢測圖

圖4 雙信號加單開關量檢測圖

2 系統(tǒng)通信協(xié)議

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

上位機發(fā)出指令格式:0xAA+指令+校驗碼(和為0校驗)。指令內(nèi)容為單次測試指令:0x91;循環(huán)測試指令:0x92;測試結束:0x94。

每個單次測試下位機發(fā)出數(shù)據(jù)格式為:6個0xBB字節(jié)作為數(shù)據(jù)的開始標志，中間為采集的實時數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)分組發(fā)送，一個循環(huán)一組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)以角度遞增0.5度為一個值)，最后為6個0xCC字節(jié)作為數(shù)據(jù)的結束標志。數(shù)據(jù)內(nèi)容為10位A/D采集的原始值，基準電壓5 V。中間具體采集的實時數(shù)據(jù)格式為數(shù)據(jù)類型(6個二進制位)+數(shù)據(jù)內(nèi)容(10個二進制位)。部分數(shù)據(jù)類型具體定義見表1所示。

表1 部分數(shù)據(jù)類型定義

數(shù)據(jù)類型二進制表示數(shù)據(jù)類型二進制表示

上行電壓A101000上行電壓B101001

上行壓力101010上行開關電壓A↑101011

下行電壓A010000下行電壓B010001

下行壓力010010上行開關電壓A↓101100

上行開關電壓B↑101101上行開關電壓B↓101110

3 系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)

3.1 主要功能模塊的軟件實現(xiàn)

電子油門檢測系統(tǒng)由上位機軟件和下位機軟硬件兩部分組成。下位機軟件用C語言編寫，具體的硬件設計電路和軟件編程部分這里不再詳細說明。上位機軟件由三個主要功能模塊構成，它們是油門通信模塊、參數(shù)設置模塊、信息管理模塊，總體設計流程如圖5所示。首先進行系統(tǒng)初始化，包括串口通信初始化、產(chǎn)品參數(shù)設置初始化(讀取后臺數(shù)據(jù)庫中的第一條記錄作為默認設置數(shù)據(jù))，等待上位機發(fā)送檢測命令，下位機依據(jù)協(xié)議驗證后傳送實時信號檢測數(shù)據(jù)，同時顯示實時信號曲線，然后依據(jù)設置條件判斷該產(chǎn)品合格否，并將結果進行存儲等后期處理[9]。

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

3.2 檢測系統(tǒng)上位機主界面

本檢測系統(tǒng)采用VC++作為上位機開發(fā)工具，采用圖形化界面來完成和直觀體現(xiàn)其檢測過程和檢測結果，同時，后臺使用ACCESS管理并存儲測試的大量數(shù)據(jù)，方便操作人員查看測試情況和演示在線測試過程，并且能隨時更新數(shù)據(jù)庫，從而可以測試多種類型的油門[10]。

圖5 主控流程圖

圖6 通信流程圖

在菜單的命令選擇區(qū)域內(nèi)，當點擊產(chǎn)品信息參數(shù)，則出現(xiàn)產(chǎn)品設置界面，對油門標準參數(shù)進行設置，配置后的當前信息會出現(xiàn)在顯示設置信息界面中;當點擊歷史紀錄，則出現(xiàn)以往設置并檢驗過的產(chǎn)品件號，任意點擊其中一個，則顯示設置信息界面會顯示出該產(chǎn)品的各項參數(shù);當點擊打印保存，對當前產(chǎn)品的設置信息、檢驗結果及當前界面保存到Excel中。帶KD裝置的油門檢測主界面如圖7所示，中間顯示區(qū)左側(cè)為信號顯示區(qū)，右側(cè)為油門壓力和彈力顯示區(qū);界面下面為檢測結果顯示區(qū)，點擊“顯示設置信息”按鈕可查看當前產(chǎn)品的設置信息，點擊“同步度曲線圖”可查看該款油門同步度曲線。

4 結 語

基于VC++環(huán)境下PC機與單片機實時通信及數(shù)據(jù)處理的方法，設計了一個電子油門檢測系統(tǒng)。充分利用VC++的強大數(shù)據(jù)分析能力，極大地提高了開發(fā)效率。按電子油門款式和類型的不同，主要采用5種檢測方案[11]檢測油門電壓信號的同步度、線性度、遲滯度怠速時的空行程角度等，最后通過實時數(shù)據(jù)的獲取，得到了電子油門實時信號變化曲線圖，直觀反映了油門內(nèi)部的電信號特征，保證了安全可靠的檢測目的，具有一定實用性。目前，該電子油門檢測系統(tǒng)已經(jīng)投入使用。實踐表明，該測試系統(tǒng)設計可靠，測試效果良好。

圖7 檢測系統(tǒng)主界面

參考文獻

[1]魏春源.汽車電氣與電子[M].北京:北京理工大學出版社，2004.

[2]馮能蓮，董春波，賓洋，等.電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)研究[J].汽車技術，2004(1):2-3.

[3]丁月華，杜鐵濤，韓嵬.基于VC的汽車檢測系統(tǒng)中檢測模塊的設計[J].微計算機信息，2009，25(8):285-287.

[4]Okonkwo，R.C.Design and performance of permanent-magnet DC linear motors[J].Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.，2006，42(6):2179-2183.

[5]王潤琪，蔣科軍.ABS汽車制動距離分析與計算[J].中南林學院學報，2005，25(2):70-73.

[6]程智.兩相混合式步進電機系統(tǒng)的研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學，1997.

[7]TOMEI P.Nonlinear adaptive speed tracking control for Sensorless permanent magnet step motors[C]//44th IEEE Conference on Decision and Control，and the European Control Conference. Spain: IEEE，2005:6806-6811.

[8]熊堅，胡永平.汽車制動過程的計算機仿真研究[J].云南工業(yè)大學學報，1995，11(1):33-44.

[9]KARACHEVTSEV V. A Microcontroller device(MD)for control of a step motor in the CAMAC standard[J].Pribory Tekhnika Eksperimenta，2001，44(3):161-162.

[10]COLLEEN Telling. Colleen.Step angles and accuracy[J].Motion System Design，2005，47(8):36-37.

[11]CODFIN Donciu. Codfin.A distributed measurement system for stepping motors study[C]//Proceedings of the 21st IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference. Italy: IMTC， 2004:996-999.