基于PC機與單片機的電子油門檢測系統(tǒng)

　　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(jì)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(dāng)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 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(guān)，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。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(guān)量檢測、單信號檢測、單信號加開關(guān)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(dāng)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(yīng)就是這兩個輸出壓力間的差異。可接受的最大差距為Ua的士1%。

　　(7)重復(fù)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 O.5%。

　　(8)傾斜誤差：計算公式如下：

　　式中：VGR是關(guān)于坡度的變量;△X表示彎曲點之間的距離，單位為mm;△Us1是滿荷載Vs1和慢速Vs1之間的區(qū)別;Us1n和Us1n-1表示在位置n處和n-1處的電壓;Xn和Xn-1表示在位置n處和n-1處的行程。

　　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(shè)計最復(fù)雜的一款油門。在以角度為橫坐標(biāo)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(shè)定值，Θ為角度傳感器檢測值。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(biāo)2 mm處)即F1點，感知點(橫坐標(biāo)50 mm處)即F2點，最大力點即F3點。

　　例如設(shè)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(shè)定要求，判斷該點距離設(shè)定的50 mm的距離是否小于設(shè)定值(圖2中為2 mm);從KD力最大值點對應(yīng)行程加上0.7 mm后行程位置對應(yīng)的輸出電信號是否為4.1 V(設(shè)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(shè)定范圍之內(nèi)。單信號加開關(guān)量檢測是在單信號檢測的基礎(chǔ)上增加了開關(guān)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定。雙信號加開關(guān)量檢測主要是在上述雙信號檢測基礎(chǔ)上增加了一個開關(guān)量檢測，在設(shè)定電壓范圍內(nèi)檢測開關(guān)電壓的高低變化，進而判斷其正確性，具體如圖4所示。

　　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(rèn)設(shè)置為9 600 b/s，此項可調(diào)節(jié)。設(shè)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(jié)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(biāo)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 O.5度為一個值)，最后為6個0xCC字節(jié)作為數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。數(shù)據(jù)內(nèi)容為10位A/D采集的原始值，基準(zhǔn)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?jǐn)?shù)據(jù)類型具體定義見表1所示。

　　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(shè)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(gòu)成，它們是油門通信模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、信息管理模塊，總體設(shè)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(shè)置初始化(讀取后臺數(shù)據(jù)庫中的第一條記錄作為默認(rèn)設(shè)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(shè)置條件判斷該產(chǎn)品合格否，并將結(jié)果進行存儲等后期處理。

　　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(jié)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。

　　在菜單的命令選擇區(qū)域內(nèi)，當(dāng)點擊產(chǎn)品信息參數(shù)，則出現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)置界面，對油門標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進行設(shè)置，配置后的當(dāng)前信息會出現(xiàn)在顯示設(shè)置信息界面中;當(dāng)點擊歷史紀(jì)錄，則出現(xiàn)以往設(shè)置并檢驗過的產(chǎn)品件號，任意點擊其中一個，則顯示設(shè)置信息界面會顯示出該產(chǎn)品的各項參數(shù);當(dāng)點擊打印保存，對當(dāng)前產(chǎn)品的設(shè)置信息、檢驗結(jié)果及當(dāng)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(jié)果顯示區(qū)，點擊“顯示設(shè)置信息”按鈕可查看當(dāng)前產(chǎn)品的設(shè)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(jié)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(shè)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(shè)計可靠，測試效果良好。