特斯拉電門內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理分析

蠟燭再小，也能綻放光芒。

1 前言

前些日子，潮州特斯拉事故鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的。事故原因雙方各執(zhí)一詞！ 特斯拉方面表示行車電腦記錄顯示車子剎車一直沒有被踩下，而且油門踏板被踩到變形。 司機(jī)親屬表示司機(jī)是資深老司機(jī)，不存在操作錯(cuò)誤的可能，而且不認(rèn)可特斯拉和第三方鑒定機(jī)構(gòu)的任何結(jié)果。此類事件影響之大，以至于某寶上悄然流行起，行腳記錄儀——專門記錄是否踩下剎車踏板！ ? 硬件花園不評(píng)論此事件的結(jié)論，僅僅從技術(shù)角度分析以下兩個(gè)問題： 1. 特斯拉的電門有沒有可能由于故障突然加速 2. 受到外界強(qiáng)烈磁場(chǎng)變化會(huì)不會(huì)引起特斯拉電門突然加速

2 特斯拉電門拆解

我們先來看一下特斯拉電門內(nèi)部結(jié)構(gòu)是什么樣，然后再分析其工作原理，最后再回答上述問題！

特斯拉的電門和剎車是集成在一起的。

打開電門位置的塑料蓋板，首先會(huì)看到一塊電路板，這塊電路板采用電渦流傳感器采集電門踏板的位置。

電門踏板的機(jī)械部分，由彈簧、踏板末端塑料摩擦塊，以及最重要的配合電路板工作的金屬感應(yīng)塊組成。電路板右側(cè)的線圈部分正對(duì)應(yīng)著金屬感應(yīng)塊。當(dāng)踩下踏板時(shí)，傳感器感知金屬塊的移動(dòng)。

3 電渦流傳感器原理

下面就來介紹一下電渦流傳感器的工作原理。

在電路板上有3個(gè)線圈，一個(gè)是勵(lì)磁線圈繞組，兩個(gè)是感應(yīng)線圈繞組，感應(yīng)線圈作為信號(hào)繞組。

當(dāng)勵(lì)磁線圈通入交流電（比如5.6MHz的交流信號(hào)）時(shí)，在兩個(gè)感應(yīng)線圈就會(huì)感應(yīng)出交流電壓來，同時(shí)也會(huì)在電門踏板的金屬擋塊上感應(yīng)出電渦流。（上圖右上角所示）渦流會(huì)產(chǎn)生次級(jí)磁場(chǎng)，當(dāng)金屬擋塊移動(dòng)時(shí)，遮住感應(yīng)線圈的面積會(huì)發(fā)生變化，這樣感應(yīng)線圈感應(yīng)出的電壓就會(huì)發(fā)生變化。

根據(jù)感應(yīng)線圈感應(yīng)出的電壓變化關(guān)系就能得出電門踏板的位置。以下是金屬擋塊（又稱轉(zhuǎn)子）與感應(yīng)線圈之間三個(gè)典型的位置。

當(dāng)轉(zhuǎn)子與外側(cè)線圈段對(duì)正時(shí)，感應(yīng)線圈會(huì)感應(yīng)出最高正電壓。

當(dāng)轉(zhuǎn)子與內(nèi)側(cè)線圈段對(duì)正時(shí)，感應(yīng)線圈會(huì)感應(yīng)出最高負(fù)電壓。

當(dāng)轉(zhuǎn)子在中間時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生交變的正弦信號(hào)。?

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈時(shí)就產(chǎn)生周期變化的信號(hào)。通過分析周期信號(hào)的變化規(guī)律（頻率、振幅、相位），就可以得出電門踏板的位置。

4 特斯拉電門電路

以上是電渦流傳感器的工作原理介紹。我們?cè)倩剡^頭來看特斯拉電門的電路設(shè)計(jì)方式。特斯拉使用的是瑞薩（Renesas）電渦流傳感器芯片ZIMD5203（SENT-單邊半字信號(hào)傳輸協(xié)議）。

數(shù)據(jù)手冊(cè)，可以添加硬件花園微信hardware-garden索取。

另外，為了提高可靠性，特斯拉采用的是兩顆ZIMD5203以達(dá)到冗余設(shè)計(jì)！

在正常模式下，兩個(gè)芯片共同驅(qū)動(dòng)勵(lì)磁線圈，通過感應(yīng)線圈感應(yīng)到的信號(hào)，判斷目標(biāo)位置。如果一顆芯片故障，比如電源故障，主機(jī)一方面會(huì)通過出現(xiàn)信號(hào)損失而檢測(cè)到故障狀態(tài)，另一方面第二顆芯片還可以繼續(xù)驅(qū)動(dòng)勵(lì)磁線圈，維持正常的工作。 至此，我們回答文章開頭的兩個(gè)問題。 1.????特斯拉的電門有沒有可能由于故障突然加速 通過電門本身定的冗余設(shè)計(jì)以及主機(jī)的系統(tǒng)判斷機(jī)制，硬件花園認(rèn)為此故障的概率比較低！ 2.????受到外界強(qiáng)烈磁場(chǎng)變化會(huì)不會(huì)引起特斯拉電門突然加速 從原理上講，如果外界有強(qiáng)烈磁場(chǎng)變化的話，那么感應(yīng)線圈感應(yīng)到的信號(hào)，相當(dāng)于疊加的是共模信號(hào)（把感應(yīng)信號(hào)統(tǒng)一抬到某個(gè)水平，會(huì)影響信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍），這在軟件上很好判斷，并加以濾除！只有當(dāng)磁場(chǎng)變化接近于5.6MHz的勵(lì)磁信號(hào)時(shí)，才有可能導(dǎo)致誤判。 另外，有特斯拉汽車的朋友，不妨做個(gè)測(cè)試驗(yàn)證一下！拿塊磁鐵放在特斯拉電門踏板那里，看看會(huì)不會(huì)加速失控，不就得了！

5?延伸知識(shí)

提到車載總線，我們會(huì)立馬想到經(jīng)濟(jì)可靠的CAN、Lin以及成本過高的FlexRay或Ethernet總線。但隨著車載傳感器數(shù)量的增加和對(duì)測(cè)量精度要求的提升，需要一種相比CAN或Lin更便捷、可靠、經(jīng)濟(jì)的車載數(shù)據(jù)通訊解決方案。

GM公司根據(jù)這種需求，首先制定了SENT標(biāo)準(zhǔn)，后來成為SAE J2716標(biāo)準(zhǔn)。隨后一些公司在動(dòng)力系統(tǒng)中逐漸采用該標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)用在整車傳感器、執(zhí)行器及Drive-by-wire線控等子系統(tǒng)中，總之目前越來越多的傳感器都已支持SENT類型的信號(hào)。

SENT 全稱：Single EdgeNibble Transmission，中文名稱為：?jiǎn)芜叞胱謧鬏攨f(xié)議，是SAE推出的一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的、單向傳輸?shù)姆桨?，被用于車載傳感器和電子控制單元（ECU）之間的數(shù)據(jù)傳輸，其主要特點(diǎn)如下： 1、無需接收器和集成發(fā)射器，因此相比CAN或Lin成本更低，且具有不錯(cuò)的傳輸精度和速度，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)30Kb/s。 2、單線數(shù)據(jù)傳輸，減少信號(hào)線，加上電源和地線，總共3線；單向傳輸協(xié)議，數(shù)據(jù)只能從傳感器到ECU，傳輸是連續(xù)的，不需要請(qǐng)求命令。 參考資料： 1.動(dòng)畫詳解電渦流傳感器電渦流傳感器工作原理——汽車技術(shù)分享，視頻號(hào) 2.特斯拉油門位置傳感器-電渦流傳感器介紹——汽車技術(shù)分享，視頻號(hào) 3.SENT信號(hào)——Defry，知乎

編輯：黃飛

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