CN104897385B - 电子油门踏板专用测试电路系统 - Google Patents

Abstract

电子油门踏板专用测试电路系统，包括力传感器、角度传感器、信号预处理单元、A/D转换单元、微型控制器单元、光电限位开关、RS‑232接口、直流减速电机驱动器、电源单元和PC机；本发明电路结构简单，设计制造成本低廉，检测精度高、测试结果直观，易于保存、测试过程自动化程度高。能极大的减轻工人对油门踏板检测的工作量，提高生产效率和产品品质。对于优化产品质量，提高产品的市场竞争力具有重要的意义。

Description

电子油门踏板专用测试电路系统

技术领域

本发明涉及一种电子油门踏板专用测试电路系统，属于电子技术应用领域。

背景技术

根据国家统计局统计公报和中国汽车工业协会统计数据，2013年，汽车产销2211.68万辆和2198.41万辆，同比增长14.76%和13.87%，产销量均居全球第一。中国已正式进入汽车社会。据2015年2月26日国家统计局发布的《2014年国民经济和社会发展统计公报》显示，2014年末全国民用汽车保有量达到14475万辆，千人保有量首次超过百辆，达到105.83辆/千人。

国际汽车领域的权威人士指出，当前，全球57%的石油消耗在交通系统，预计到2020年交通用油将占全球石油总消耗量的62%。预计2020年全国汽车保有量将达1.5亿辆，不仅原油缺口大，而且由CO₂等气体引发的空气污染备受人们关注。因此，当前我国汽车制造技术面临国际石油短缺和空气污染的双重挑战，优化现有车用能源动力，开发新一代电子节能技术是当前汽车技术的核心和最紧迫的任务。随着科学技术的发展，人们同时又对汽车的舒适性及安全性等方面也提出了更高的要求，电子油门踏板总成是关系到汽车安全、操控与驾驶舒适、节能环保的关键配件已被广泛应用于汽车的油门控制系统。

电子油门控制系统采用电控技术，通过电子油门踏板总成获取油门需求信号，电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）协调发动机管理系统、汽车底盘和变速箱的工作，精准地控制油门大小，提升汽车的安全性、舒适性、动力性和燃油经济性。目前国内汽车的电子油门踏板总成配套率已超过50％，并且每年以高于10％的速度增长。随着国家强制性排放标准的实施和其他车用电子控制系统的普及，电子油门踏板总成正逐步取代传统的机械式油门踏板，成为汽车标准配置的零部件。电子油门踏板总成的输出性能不仅直接关系到电子控制单元对油门需要的判断分析和处理，同时也对定速巡航系统以及牵引力控制系统等电子控制系统具有一定的影响。当油门踏板出现异常加速或无法正常复位时，可能导致严重交通事故的发生。2010年初，由于电子油门踏板总成和脚垫存在故障隐患，短短两周时间内，丰田召回汽车已超346万辆。同年1月，丰田汽车已跌出中国轿车品牌销量排名的前十位，创立于1937年的丰田汽车公司，遭遇了最大一次信任危机。自2009年11月至2010年3月，丰田公司在全球范围内累计召回超过650万辆汽车，电子油门踏板总成的质量问题一度成为了人们关注的焦点。

在电子油门踏板总成产品测试方面，国外已经拥有完善的标准、法规以及与之配套的测试检测设备。但由于技术垄断与技术封锁，可借鉴的标准、技术信息非常少。

在近10年的时间里，电子油门踏板总成技术在我国得到了蓬勃发展，但对电子油门踏板总成的测试技术研究较少，长期以来缺少相关行业标准指导，各企业只能根据自己产品的特点，设计简易的检测装置进行测试试验，如东风汽车有限公司采用单作用气缸作驱动力，调整运动周期进行耐久性考核，用非接触式角度传感器和数据采集卡进行性能测试，该系统体积庞大、过重；奇瑞汽车股份有限公司通过电磁阀控制可调行程气缸工作，对电子油门踏板总成进行力矩的加载测试，但测试内容偏少。部分高校也积极开展对电子油门踏板总成测试方法和测试系统的研究工作，如东南大学的李珅等人针对悬挂式油门踏板设计了电子油门踏板总成测试系统，该测试系统采用控制柜与测试工作台相结合的方式实现，测试对象单一，无通用性；上海大学的郭鹏等人利用步进电机驱动电子油门踏板总成运动，采集并记录油门踏板的电压输出曲线和踏板力输出曲线，由于步进电机在使用中存在丟步的问题，故不能可靠地对于旋转角度进行精确测量；扬州大学的刘荣先等人仅仅对电子油门踏板总成开关信号的测量方法进行了研究，通过试验分析了测试开关信号的最小采样频率，测试项目单一。

综上所述，国内现有的电子油门测试设备存在以下问题：

1)测试精度低下。大部分测试系统采用气缸或步进电机作为驱动电子油门踏板总成运动的动力源，而这两种驱动方式均不能精确控制，影响测试精度。

2)测试项目和测试参数不全面。目前国内的测试系统均是依据企业标准进行设计，仅仅解决自身的部分需求，测试项目和测试参数都不够全面，无通用性。

为此，该发明设计一种专用测试电路系统，对电子油门踏板的旋转角度信号、回弹力、双路输出的油门位置信号进行采集，经预处理后发送至上位PC机，实现数据的综合分析与处理。完成对电子油门踏板的电气性能的综合测试。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种电子油门踏板专用测试电路系统，其目的在于：提供一种廉价的、自动化的、能实时显示、记录的专用测试装置，专门测试电子油门踏板的输出电压-旋转角度的线性度，双路输出直线的同步度以及对回弹力-旋转角度的关系曲线测试。

本发明的技术解决方案：

电子油门踏板专用测试电路系统，其特征在于：包括力传感器、角度传感器、信号预处理单元、A/D转换单元、微型控制器单元、光电限位开关、RS-232接口、直流减速电机驱动器、电源单元和PC机；其中，电子油门踏板、力传感器和角度传感器与信号预处理单元连接，信号预处理单元连接与A/D转换单元连接，A/D转换单元与微型控制器单元连接，RS-232串行通信接口与微型控制器单元连接，所述微型控制单元分别对A/D转换单元、光电限位开关、RS-232串行通信接口和直流减速电机驱动器连接与控制，所述电源单元分别与电子油门踏板、力传感器、角度传感器、光电限位开关、微型控制器单元、RS-232串行通信接口连接为其供电，测试时利用单片机对电子油门的双路输出信号、力信号、旋转的角度、油门上下极限位置进行采集，同时，控制电机运行驱动油门踏板来模拟油门被踩踏的状态，采集到的数据经RS-232接口送PC机，利用VB或LABVIEW工具软件设计上位机应用程序对数据进行记录、分析和显示；所述信号预处理单元用于对电子油门踏板输出的双路电压信号、力传感器电压信号、温度传感器信号和角度传感器输出的电压信号进行预先滤波处理，减小噪声干扰，提高信号的信噪比，使用无源阻容低通滤波电路或采用以集成运算放大器为核心的高阶有源低通滤波电路。

所述角度传感器为精密导电塑料电位器，线性度为±0.1%，用于测量电子油门踏板转过的相对角度，角度范围由两只光电限位开关界定。

所述力传感器采用单点式称重传感器，额定载荷：15kg；综合误差：±0.02%F.S；工作温度范围：-40～+80℃。

所述温度传感器采用ANALOG DEVICES公司的单片集成电流型传感器AD590，其输出电流与绝对温度成确定比例,在规定的电源电压范围内，输出灵敏度可达1µA/K,测温范围为-55℃~+150℃，非线性误差为±0.3℃。

所述A/D转换单元为单片集成ADC或微型控制器单元自带的片内集成ADC，根据测量精度的要求合理选择ADC的位数，位数为12位或16位或24位。

所述光电限位开关采用5mm对射式“U”型槽式光电开关，输出方式为常开和常闭双输出。

所述直流减速电机驱动器为专用集成驱动器，自带外部换向控制功能。

所述RS-232串行通信接口采用MAX232芯片，完成串口通信的电平转换功能。

所述电源单元将DC12V降压转换为DC5V，为系统其它单元部分供电。

所述PC机通过RS-232接口接收测试数据，生成测试曲线，测试数据分析计算，完成测试结果的保存。

本发明的有益效果：

为了测试电子油门踏板的输出电压-旋转角度的线性度，双路输出直线的同步度以及对回弹力-旋转角度的关系曲线，需要对踏板输出的电压信号、旋转角度信号以及回弹力的大小进行精确测量，为了保证测量的精确，选用低温票系数的12位以上的A/D转换器，在保证必要的分辨率的前提下从关键器件的选择上减小非线性误差，考虑到力传感器自身的输出特性的非线性以及温度漂移等非线性因素的影响，采用增加温度传感器的方法，增加冗余信息的采集，利用温度数据对力传感器的输出做温度漂移的非线性补偿，借助高阶拟合算法实现软补偿；为了提高各个输入信号的信噪比，在硬件设计上对各路输入信号做滤波预处理，同时再程序设计中引入滤波算法，实现软、硬结合的双重滤波技术。

本发明电路结构简单，设计制造成本低廉，检测精度高、测试结果直观，易于保存、测试过程自动化程度高。能极大的减轻工人对油门踏板检测的工作量，提高生产效率和产品品质。对于优化产品质量，提高产品的市场竞争力具有重要的意义。

附图说明

图1:本发明结构原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来对本发明做进一步描述：

如图1所示的电子油门踏板专用测试电路系统，包括被测电子油门踏板试件1、角度传感器10、力传感器11、温度传感器12、信号预处理单元2、A/D转换单元3、微型控制器单元5、光电限位开关4、RS-232接口6、直流减速电机驱动器8、电源单元9、PC机7；

其中，电子油门踏板、力传感器、温度传感器和角度传感器都与信号预处理单元连接，信号预处理单元连接与A/D转换单元连接，A/D转换单元与微型控制器单元连接，RS-232串行通信接口与微型控制器单元连接，所述微型控制单元分别对A/D转换单元、光电限位开关、RS-232串行通信接口和直流减速电机驱动器连接与控制，所述电源单元分别与电子油门踏板、力传感器、温度传感器、角度传感器、光电限位开关、微型控制器单元、RS-232串行通信接口连接为其供电，测试时利用单片机对电子油门的双路输出信号、力传感器输出信号、温度传感器信号、旋转的角度、油门上下极限位置进行采集，同时，控制电机运行驱动油门踏板来模拟油门被踩踏的状态，采集到的数据经RS-232接口送PC机，利用VB、VC或LABVIEW等工具软件设计上位机应用程序对数据进行记录、分析、存储和显示。

所述角度传感器为精密导电塑料电位器，线性度为±0.1%，用于测量电子油门踏板转过的相对角度，角度范围由两只光电限位开关界定。

所述信号预处理单元用于对电子油门踏板输出的双路电压信号、力传感器输出信号、温度传感器输出信号和角度传感器输出的电压信号进行预先滤波处理，减小噪声干扰，提高信号的信噪比，可以使用无源阻容低通滤波电路或采用以集成运算放大器为核心的高阶有源低通滤波电路。

所述A/D转换单元为单片集成ADC或微型控制器单元自带的片内集成ADC，根据测量精度的要求合理选择ADC的位数，位数为12位或16位或24位。

所述光电限位开关采用5mm间隙的对射式“U”型槽式光电开关，输出方式为常开和常闭双输出。

所述直流减速电机驱动器为专用集成驱动器，自带外部换向控制功能。

所述RS-232串行通信接口采用MAX232芯片，完成串口通信的电平转换功能。

所述电源单元将DC12V降压转换为DC5V，为系统其它单元部分供电。

所述PC机通过RS-232接口接收测试数据，生成测试曲线，测试数据分析计算，完成测试结果的保存。

实施实例：

如图1所示的电子油门踏板专用测试电路系统，包括被测电子油门踏板试件1、角度传感器10、力传感器11、温度传感器12、信号预处理单元2、A/D转换单元3、微型控制器单元5、光电限位开关4、RS-232接口6、直流减速电机驱动器8、电源单元9、PC机7；

其中，电子油门踏板、力传感器、温度传感器和角度传感器都与信号预处理单元连接，信号预处理单元连接与A/D转换单元连接，A/D转换单元与微型控制器单元连接，RS-232串行通信接口与微型控制器单元连接，所述微型控制单元分别对A/D转换单元、光电限位开关、RS-232串行通信接口和直流减速电机驱动器连接与控制，所述电源单元分别与电子油门踏板、角度传感器、力传感器、温度传感器、光电限位开关、微型控制器单元、RS-232串行通信接口连接为其供电，测试时利用单片机对电子油门的双路输出信号、旋转的角度、回弹力、温度、油门上下极限位置进行采集，同时，控制电机运行驱动油门踏板来模拟油门被踩踏的状态，采集到的数据经RS-232接口送PC机，利用VB或LABVIEW工具软件设计上位机应用程序对数据进行记录、分析和显示。

所述角度传感器为精密导电塑料电位器，线性度为±0.1%，用于测量电子油门踏板转过的相对角度，角度范围由两只光电限位开关界定。

其中，信号预处理单元2接收被测电子油门踏板试件1、力传感器11、温度传感器12和角度传感器10的输出的模拟电压信号，该模拟电压经信号预处理单元2低通滤波后输入到A/D转换单元3；经量化后的数字信号被送入微型控制器单元5。

所述A/D转换单元3为单片集成ADC或微型控制器单元自带的片内集成ADC，位数为12位，A/D转换单元3将对模拟电压进行采样量化得到对应的数字量。

所述力传感器用于测量电子油门踏板回弹力的大小。由于该传感器在其工作温度范围内存在温度漂移的问题，为了提高测量的精度，必须对力传感器的输出进行温度漂移的补偿处理。

所述温度补偿处理算法可以由微型控制器的程序实现，也可以由上位PC机的程序完成。

所述温度传感器用于测量力传感器的工作温度，作为对其温度补偿的计算因子。

其中，光电限位开关4用来界定踏板旋转过的角度范围，采5mm对射式“U”型槽式光电开关，输出方式为常开和常闭双输出，角度传感器10用于对该角度区间进行细分，光电限位开关4和角度传感器10配合使用完成被测电子油门踏板试件1旋转的绝对角度的测量。

微型控制器单元5驱动A/D转换单元3进行模数转换的操作，微型控制器单元5将控制直流减速电机驱动器8驱动电机转动，所述直流减速电机驱动器8为专用集成驱动器，自带外部换向控制功能；微型控制器单元5通过RS-232接口6与PC机7连接，通过RS-232接口接收测试数据，生成测试曲线，测试数据分析计算，完成测试结果的保存，RS-232串行通信接口采用MAX232芯片，完成串口通信的电平转换功能，所述电源单元9将DC12V降压转换为DC5V，为被测电子油门踏板试件1、信号预处理单元2、A/D转换单元3、微型控制器单元5、RS-232接口6、直流减速电机驱动器8分别提供12V和5V直流电源。

具体工作过程：

首先把被测电子油门踏板试件1固定在测试专用夹具上，系统上电复位，PC机7通过RS-232接口6发送“开始测试”命令，在上位光电限位开关处于被遮挡状态下，微型控制器单元5控制直流减速电机驱动器8驱动电机顺时针转动，同时微型控制器单元5控制A/D转换单元3对被测电子油门踏板试件1的双路输出信号、角度传感器10输出的角度信号、力传感器11输出信号和温度传感器12输出信号同步进行采集，微型控制器单元5把转换后的数字信号通过RS-232接口6发送给PC机7；当踏板运动到下限位置，即下位光电限位开关被遮挡时，电机立即换向逆时针转动，同时微型控制器单元5控制A/D转换单元3对被测电子油门踏板试件1的双路输出信号、角度传感器10输出的角度信号、力传感器11输出信号和温度传感器12输出信号同步进行采集，同时，微型控制器单元5把转换后的数字信号通过RS-232接口6实时发送给PC机7；当上位光电限位开关再次被遮挡时电机停止转动，测试结束。

综上，本发明达到预期目的。

Claims (4)

1.电子油门踏板专用测试电路系统，其特征在于：其特征在于：包括力传感器、角度传感器、信号预处理单元、A/D转换单元、微型控制器单元、光电限位开关、RS-232接口、直流减速电机驱动器、电源单元和PC机；其中，电子油门踏板、力传感器和角度传感器与信号预处理单元连接，信号预处理单元连接与A/D转换单元连接，A/D转换单元与微型控制器单元连接，RS-232串行通信接口与微型控制器单元连接，所述微型控制单元分别对A/D转换单元、光电限位开关、RS-232串行通信接口和直流减速电机驱动器连接与控制，所述直流减速电机驱动器为专用集成驱动器，自带外部换向控制功能，所述电源单元分别与电子油门踏板、力传感器、角度传感器、光电限位开关、微型控制器单元、RS-232串行通信接口连接为其供电，测试时利用单片机对电子油门的双路输出信号、力信号、旋转的角度、油门上下极限位置进行采集，同时，控制电机运行驱动油门踏板来模拟油门被踩踏的状态，采集到的数据经RS-232接口送PC机，利用VB或LABVIEW工具软件设计上位机应用程序对数据进行记录、分析和显示，所述电源单元将DC12V降压转换为DC5V，为系统其它单元部分供电，所述PC机通过RS-232接口接收测试数据，生成测试曲线，测试数据分析计算，完成测试结果的保存；所述信号预处理单元用于对电子油门踏板输出的双路电压信号、力传感器电压信号、温度传感器信号和角度传感器输出的电压信号进行预先滤波处理，减小噪声干扰，提高信号的信噪比，使用无源阻容低通滤波电路或采用以集成运算放大器为核心的高阶有源低通滤波电路。

2.根据权利要求1所述的电子油门踏板专用测试电路系统，其特征在于：所述角度传感器为精密导电塑料电位器，线性度为±0.1%，用于测量电子油门踏板转过的相对角度，角度范围由两只光电限位开关界定，所述力传感器采用单点式称重传感器，额定载荷：15kg；综合误差：±0.02%F.S；工作温度范围：-40～+80℃；所述温度传感器采用ANALOG DEVICES公司的单片集成电流型传感器AD590，其输出电流与绝对温度成确定比例,在规定的电源电压范围内，输出灵敏度可达1µA/K,测温范围为-55℃~+150℃，非线性误差为±0.3℃，所述光电限位开关采用5mm对射式“U”型槽式光电开关，输出方式为常开和常闭双输出。

3.根据权利要求1所述的电子油门踏板专用测试电路系统，其特征在于：所述A/D转换单元为单片集成ADC或微型控制器单元自带的片内集成ADC，根据测量精度的要求合理选择ADC的位数，位数为12位或16位或24位。

4.根据权利要求1所述的电子油门踏板专用测试电路系统，其特征在于：所述RS-232串行通信接口采用MAX232芯片，完成串口通信的电平转换功能。