合肥雄强数控电子油门踏板工作原理及电子油门性能指标分析

合肥雄强数控定做汽车电子油门踏板烧录检测试验台

1-电子油门控制系统工作原理

随着汽车电子技术的迅猛发展，基于电传线控驾驶（drive-by-wire）理念的电子油门踏板取代传统拉线式油门踏板已成为必然趋势。传统的油门控制系统原理如图 1 所示，油门踏板通过拉杆与节气门形成刚性连接，直接操纵节气门的开度，从而控制进入发动机燃烧室的汽油量。传统的油门控制系统结构简单，但机械结构易磨损，且对供油的控制不够，节气门开度仅取决于油门踏板的位置，因而无法确保汽车发动机管理系统处于佳工作状态。

在电子油门控制系统中，电子油门踏板通过踏板位置传感器将油门需求信号转化为电压信号发送至 ECU，ECU 综合当前车速、车距、节气门开度、发动机转速等信息，计算出节气门的佳开度。ECU 控制直流电机输出扭矩，不断调节电子节气门开度，节气门位置传感器将节气门位置信号反馈给 ECU 形成闭环控制，终使电子节气门稳定至佳开度。电子油门控制系统的原理如图 2。

合肥雄强数控定做汽车电子油门踏板烧录检测试验台

与传统油门相比，电子油门控制系统的油门控制方式更加可靠且无机械磨损。根据汽车的各种行驶信息，调节进入气缸的燃油空气混合气，改善发动机的燃烧状况，很大程度上提高了汽车的动力性和燃油经济性。另外，电子油门控制系统通过数据总线与其他 ECU 通信，协调牵引力控制和定速巡航等电控系统来提升驾驶的舒适性和安全性。
 2-电子油门踏板的工作原理
（1）电子油门踏板的机械结构根据机械结构和安装方式，电子油门踏板可分为地板式和悬挂式两种，地板式电子油门踏板的结构如图 3。

地板式电子油门踏板主要由踏板位置传感器、踏板、复位机构、底座等组成。其中复位机构是由踏板轴、内扭簧、外扭簧、弹簧中套组成，内、外组合扭簧由弹簧中套隔开并联穿过踏板轴，踏板轴跟随踏板一起转动。踏板底座加工有若干安装孔，可将其固定于驾驶室地板上。工作原理：在加载过程中，内、外扭簧同时被压缩，踏板带动滚轮铆合体和踏板轴转动，滚轮铆合体的滚轮在二折板上滚动，当滚轮铆合体的限位支架部分与踏板完全接触时，电子油门踏板处于满载状态。在卸载过程中，内、外扭簧被释放，直到踏板完全复位。在踏板运动过程中，踏板位置传感器实时检测踏板轴的转动角度，其输出电压信号通过接插件接入 ECU。

合肥雄强数控定做汽车电子油门踏板烧录检测试验台

悬挂式电子油门踏板的结构如图 4。悬挂式电子油门踏板的复位弹簧采用两个圆柱螺旋弹簧，当踏板受力时，摇臂带动踏板轴转动，内、外复位弹簧被压缩，踏板位置传感器实时检测踏板轴的转动角度。悬挂式电子油门踏板和地板式电子油门踏板的工作原理相同，二者的区别主要体现在结构上。地板式踏板的设计更符合人体工程学，长途驾驶时能有效降低疲劳程度，但由于体积较大且成本较高，地板式踏板主要应用于卡车、客车以及部分轿车，其他车型多使用悬挂式电子油门踏板。
（2）电子油门踏板的电气原理按照踏板位置传感器的类型，电子油门踏板可分为接触式和非接触式两类。接触式电子油门踏板采用电位计作为踏板位置传感器，由于存在易磨损、寿命短等缺点几乎被淘汰。目前应用广泛的是基于霍尔效应的非接触式可编程电子油门踏板，该类油门踏板的踏板位置传感器具有可编程特性，方便踏板位置传感器的输出特性的设置和调节，并且具有寿命长、精度高等优点。本文选取基于霍尔效应的非接触式可编程电子油门踏板作为测试对象。

根据踏板位置传感器中霍尔芯片的个数，电子油门踏板又可分为双路式和单路式两类。双路式油门踏板的位置传感器采用冗余设计思想，两个霍尔元件同时检测磁场转角变化，霍尔电压经信号处理电路放大、滤波、平移以及限幅等处理后形成两路踏板位置电压信号 PPS1 和 PPS2，如图 5。当踏板运动时，固定于踏板轴端的磁铁随之转动形成旋转磁场，霍尔元件周围的磁场方向发生变化。由霍尔效应可知，当电流与外加磁场方向垂直时，霍尔元件在垂直于电流和磁场的侧面产生霍尔电压。

式中：UH 为霍尔电压；KH 为霍尔灵敏度；B 为磁感应强度；I 为工作电流；d为半导体基片的厚度；φ 为电流方向与磁力线夹角，与踏板机械转角成正比。由上式可知，当磁场均匀且电流稳定时，霍尔电压仅与踏板转角有关，选取合适转角范围即可得到理想的线性关系。ECU 通过比较两路踏板位置电压信号的相关性可判断踏板位置传感器工作是否正常，双路式电子油门踏板多用于舒适性要求较高的乘用车。单路式油门踏板的位置传感器采用单个霍尔元件检测磁场，图 6 为单路式电子油门踏板电路原理图。电压检测电路通过检测踏板位置信号 PPS1，控制怠速电子开关 K1 和非怠速电子开关 K2 的状态。ECU 根据怠速开关信号 S1 和非怠速开关信号 S2 的状态对发动机的工况进行管理