懸掛式汽車電子油門踏板功能測(cè)試系統(tǒng)
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為提高駕駛性能，并滿足更高的排放水平要求，新一代的電控發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中需要電子油門踏板直接提供電信號(hào)。就目前的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)而言，要達(dá)到歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)必須采用電控技術(shù)。2007年7月1日，我國已全面實(shí)施歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，電控發(fā)動(dòng)機(jī)的市場(chǎng)保有量增大，對(duì)于電子油門踏板的需求也相應(yīng)增大。但是，目前國內(nèi)技術(shù)水平比較落后，產(chǎn)品問題較多，要做出好的產(chǎn)品還需要時(shí)間，因此，近兩年內(nèi)，國內(nèi)客卡車電子油門踏板還將以國外產(chǎn)品為主。為了打破國外產(chǎn)品的壟斷地位，盡快研制出性能穩(wěn)定的國產(chǎn)電子油門踏板，需要對(duì)踏板的力特性及電信號(hào)特性進(jìn)行測(cè)試并記錄。鑒于此，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的懸掛式電子油門踏板功能測(cè)試系統(tǒng)的研制迫在眉睫。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
該懸掛式電子油門踏板測(cè)試系統(tǒng)總體上由控制柜加測(cè)試工作臺(tái)的形式組成，這樣可以方便現(xiàn)場(chǎng)布線，同時(shí)在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)方便維修。由于不同型號(hào)的踏板尺寸不同，運(yùn)動(dòng)行程不同，所以在機(jī)械設(shè)計(jì)方面要考慮到方便踏板的安裝和拆卸。在實(shí)際應(yīng)用中，可拆卸的托板將踏板固定在工作臺(tái)上，通過絲桿結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)踏板與工作臺(tái)之間的空間距離，使踏板的安裝和拆卸十分方便。另外由于工作臺(tái)機(jī)械加工的周期相對(duì)較長，所以采取該方式可以在完成機(jī)械加工期間對(duì)控制柜進(jìn)行安裝、布線和調(diào)試，這樣做大大縮短了系統(tǒng)整體安裝調(diào)試的時(shí)間，提高了工作效率。實(shí)際工作過程中，測(cè)試系統(tǒng)中的伺服電機(jī)、壓力傳感器以及扭矩傳感器通過機(jī)械結(jié)構(gòu)固定在工作臺(tái)上，相關(guān)信號(hào)傳輸線從工作臺(tái)連接到控制柜，所有設(shè)備電源由控制柜輸出。工控機(jī)控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過機(jī)械連接帶動(dòng)踏板運(yùn)動(dòng)，在此運(yùn)動(dòng)過程中工控機(jī)將采集壓力、扭矩以及踏板電信號(hào)，并對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)和采集過程進(jìn)行監(jiān)控。
2 硬件設(shè)計(jì)
懸掛式電子油門踏板功能測(cè)試系統(tǒng)的硬件主要實(shí)現(xiàn)以下功能：通過電機(jī)提供足夠的動(dòng)力和扭矩帶動(dòng)踏板做模擬實(shí)際工作情況的運(yùn)動(dòng)，在該運(yùn)動(dòng)過程中，踏板的力特性被傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理電路后和踏板的電信號(hào)一起被數(shù)據(jù)采集卡高速同步采集記錄，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程由運(yùn)動(dòng)控制卡控制，并隨時(shí)根據(jù)傳感器和電機(jī)的信號(hào)反饋調(diào)整運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
根據(jù)硬件部分所要實(shí)現(xiàn)的功能，可以將系統(tǒng)硬件的構(gòu)成分成三大部分(如圖1所示)：第一部分是動(dòng)力部分，主要由伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器和減速機(jī)組成，主要負(fù)責(zé)提供動(dòng)力和扭矩帶動(dòng)踏板運(yùn)動(dòng)；第二部分是信號(hào)調(diào)理部分，主要由放大器、信號(hào)調(diào)理電路和直流穩(wěn)壓電源組成，主要負(fù)責(zé)對(duì)傳感器采集的和踏板本身的原始電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理轉(zhuǎn)換；第三部分是數(shù)據(jù)采集部分，主要由扭矩傳感器、壓力傳感器、運(yùn)動(dòng)控制卡和數(shù)據(jù)采集卡組成，主要負(fù)責(zé)將力特性轉(zhuǎn)換為電信號(hào)、對(duì)所有電信號(hào)進(jìn)行高速同步采集記錄和對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程實(shí)施監(jiān)控。下面將對(duì)各個(gè)部分做詳細(xì)的介紹。
2．1 動(dòng)力部分
動(dòng)力部分為整個(gè)系統(tǒng)提供足夠的動(dòng)力和扭矩，以帶動(dòng)踏板做模擬實(shí)際工作的運(yùn)動(dòng)。動(dòng)力部分的硬件設(shè)計(jì)主要就是對(duì)硬件的選取，即對(duì)伺服電機(jī)和與其對(duì)應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)器和減速機(jī)的選取。根據(jù)測(cè)試要求，懸掛式電子油門踏板功能測(cè)試系統(tǒng)選用了日本安川SGMGH-09ACA61伺服電機(jī)配合SGDM-10ADA伺服驅(qū)動(dòng)器，該套產(chǎn)品屬于安川公司(YASKAWA)的∑-Ⅱ系列工業(yè)用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)縮短了參數(shù)設(shè)定和維護(hù)時(shí)間；
(2)采用了高分辨率串行編碼器(16 b，17 b)，提高了定位精度。
在伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器安裝完畢后，應(yīng)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行一些基本設(shè)定，從而保證伺服驅(qū)動(dòng)器能夠在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行準(zhǔn)確定位。SGDM系列伺服單元配有自動(dòng)測(cè)量機(jī)械特性、設(shè)定必要的伺服增益的“在線自動(dòng)調(diào)諧功能”，使用該功能，可以很容易地進(jìn)行伺服增益調(diào)節(jié)。圖2是在線自動(dòng)調(diào)諧的流程圖。在選用合適的伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器后，還需要選用合適的行星減速機(jī)，用來降低轉(zhuǎn)速、提升扭矩、匹配慣量。結(jié)合所選擇的伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器，本功能測(cè)試系統(tǒng)選擇了APEX-AB090-010-S2-P1行星式伺服專用精密減速機(jī)。實(shí)際的使用結(jié)果表明，該型號(hào)減速機(jī)能夠很好地和所選電機(jī)配合，為系統(tǒng)提供了足夠的輸出扭矩，保證了系統(tǒng)正常、穩(wěn)定的運(yùn)行。
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評(píng)論