摘要: 针对国际同行对电子油门试验要求，研制了一种性能稳定可靠的电子油门踏板耐久性及性能试验装置。此装置采用单作用气缸作驱动力，PLC调整运动周期进行耐久性考核，用非接触式角度传感器和高速率数据采集卡进行性能测试，满足了国内外最苛刻通行综合技术要求，已通过试验考核并投入使用。
关键词: 电子油门； 耐久性； 性能测试； 气动控制； 低成本
中图分类号：U467.5+23 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2011）02-0067-04
An Auto Electronic Accelerator Pedal Test-equipment’s Manufacture
XI He-feng，BAI Song-qi，ZHANG Qi-feng，DING Ji-xian
（Dongfeng Commercial Vehicle Technical Center of DFL ，Wuhan 430056，China ）
Abstract：According to the test requirement of electronic accelerator pedal from International Industry， it developed a stable and reliable electronic accelerator pedal experimental device. This device is used to test the durability and performance of the electronic accelerator pedal and it used a single acting cylinder for driving force. PLC adjusts the movement cycle to check the durability and the performance is tested by non-contact angle sensor and high speed data acquisition card. The device has met all kinds of common technology demands from home and abroad，and it has passed the assessment test， and then put into use.
Key words：electronic accelerator；durability；performance test；pneumatic control；low cost
随国Ⅲ排放全面实施，电子油门成为车辆标配，是电喷系统和车辆安全最重要的部件之一［1］。中国作为全球最大汽车市场在电子油门产品开发和试验手段上仍处弱势。为市场安全需求和产品研发水平的提高，具有自主知识产权电子油门踏板测试系统的研制迫在眉睫。
经过精心策划建造调试，我们自主研发的电子油门耐久性及性能试验系统建成并通过考核试验。经对十几处技术细节巧妙设计和精确论证，使其具有易用性、耐用性、低功耗、低噪音等特点，美观大气造型新颖，可做到无人值守。模块化结构通用性、设计可扩展性极强，低运行成本和易维护保养非常适合现代汽车电气试验室使用。本试验装置综合性能指标国内领先，试验运行成本国内最低。
1 项目背景及开发目标
1.1 国内外现状描述
汽车踏板装置相关行标对耐久性试验规定为200万次［2］，但作为应与车辆等寿命的安全件，行业上开发试验和产品型式试验普遍参考德国标准和众多国际主流电子油门跨国生产企业的厂标［3］，将耐久性试验定位于1 000万次。
国内外同行，有采用电液伺服系统配工装夹具开发踏板耐久性试验设备；有采用电动机作动力拉索传动方式完成试验；或采用电机和复杂同步机构，存在试验费用过高（一轮十几万至几十万支出）、动能损耗大、振动噪声大、设备成本过高、通用性差等问题。行业内缺乏实用的耐久性及性能试验系统，相关国标制定缺乏硬件设备支持。
1.2 设计要求
根据试验条件及需求，对新研制试验装置制定如下技术要求：
1）便于试验时间参量变更，主控系统为可编程控制器。
2）能调整踏板驱动力，循环频率、气缸运动速度可调，能达100次/分。
3）性能测试直接在电脑上生成样件特性曲线，可打印、存储、回放。
4）同时能进行三件样品的试验［4］，且踏板运行能单独控制。
5）实现多种不同安装方式样件兼容，换装夹具或附件快速简便。
6）模块化设计，方便进行高低温湿度（三综合）试验扩展。
7）运行平稳，无明显振动，噪音小于70 dB。
8）能昼夜连续可靠运行，实现低压保护、自动监控，可无人值守。
9）系统可靠性1000万次以上。
2 装置总体设计
2.1 装置组成及结构
系统组成如图1所示。
图1 系统结构
本装置分为耐久性测试和性能测试两个部分。
耐久性测试采用压缩空气作动力源，巧妙降低能耗成本，且气压传动方式解决了其他采用电机、液压传动、凸轮等方式可能造成的功耗大、振动噪声大、反应慢、难以实现保护、工作适应性差等弊端。运用气缸活塞杆运动带动曲柄使摆臂作圆弧往复运动来适应电子油门脚踏板操作动作，运动位置调整简单。选用短行程、大截面、单作用气缸作动力及低压力工作气源，气缸采用垂直安装，使耗气量及冲击振动减少，气缸垂直运动摩擦阻力最低，运行安静，延长使用寿命，有连续工作时间长维护量小的特点。将试验驱动力调节转化为系统气压控制。PLC程序输出脉冲控制试验频率，调整三个样件动作间歇，减小振动延长台架寿命。
性能测试系统利用数据采集卡、角度传感器、电子油门信号传感器进行电子油门踏板输出电压、角度参数对应关系的检测［5］，控制软件（见图2）在中文Windows操作系统下用DELPHI开发。只要配有USB接口的工控机或笔记本，均可作此试验台的性能试验计算机控制系统。可直接在电脑上生成样件的特性曲线，可打印、存储、回放进行分析。将电子油门和输出电信号之间的精确关系直接在电脑上生成实物样件的特性曲线，方便观察和分析行程角和电信号之间的关系。将性能测试和耐久性测试结合，优化试验设备，提高试验效率。
图2 性能检测控制软件
2.2 耐久性测试主体单元构造
装置主体正面构造如图3所示。主体架由钢板制作的底板和12根并列垂直连接的铝型材组成立面安装板。三组相同电子油门踏板（试件）高低错落地固定在立面安装板上。直线运动转换为摆动运动，由转轴头、转轴座、转轴联接杆和摆臂机构组成，并通过转轴座与立面安装板固定，由制造保证使其旋转中心与油门踏板摆动轴心在同一平面内，这样完全固定时，只须调整其中某一部件的上下位置即可达到理想同轴。
图3 主体单元的构造
气缸下端与气缸固定座相连，气缸固定座固定在立面安装板上，气缸上端活塞杆与杆端轴承连接并用螺母锁定，防止间距变化。
当软管输入压缩空气时，经过双向速度阀的控制输送到单作用气缸下端气口，活塞杆工作时，转轴头被杆端轴承推动作绕踏板中心的转动，与转轴头相连的摆臂作弧形摆动。
摆臂端部在作用点安装了摆动力传递机构，由螺杆式铰链头、L形座和铰链式圆盘头组成。铰链式圆盘头的活动铰接作用，使其圆盘平面始终能随从踏板面相贴合，模拟出人工脚踏操作状态。
中间试验工位有踏板摆角与电信号关系的性能测试功能，其角度传感器通过安装座可在位置调整杆上滑动并定位，可随耐久试验需求进行性能测试。位置调整杆固定在转轴座侧面，角度传感器始终与转轴联接杆保持精确同轴，用波纹管软传动轴进行传动连接。
2.3 气动原理
图4为气动控制原理部分简图。打开电源和气源，压缩气体进入三联件，经空气过滤器、减压阀调制到系统需求输入压力范围，经油雾器（因气缸允许无润滑油运行，为保持工作环境空气洁净，可以不加注润滑油）后分两路：一路气体进入小型压力开关（图4“3”），小型压力开关被设定在保护压力值上，根据输入气压大小决定PLC是否运行，实现气压过低保护；另一路经减压阀（图4“1”）第二次降压到气缸正常工作压力范围，进入集装板输入口。
在集装板内气体分为四路，其中三路分别进入对应的三个受控电磁阀输入口，第四路经管接件后再分为三路，各输送到六个手动按钮阀输入口（图4“7”）。三个方向电磁阀受PLC控制，气体通路按PLC循环程序分时段，交叉换向改变气缸进气或排气，完成试验循环程序。对应本装置气动系统负载率，试验所需驱动力乘以比例系数通过对系统气压的调节来控制。
图4 气动控制原理部分简图
耐久性试验时二位手动旋钮阀默认置于自动状态，从电磁阀送出受控气体经双向速度阀（图4“6”）到对应气缸（图4“5”），气缸按调定速度作自动进退运行。当气缸行程需要与踏板位置作间隔调整或要观察慢速动作时，可运用点动方式控制气缸进退，此时将需调整工位的二位手动旋钮阀置于手动状态，二位手动旋钮阀切断主路气口，将气缸通路切换给控制点动的按钮阀。这时按钮阀与集装板分支末端另一按钮阀相结合，共同控制该气缸点动慢进退运动。
2.4 耐久测试控制原理
图5为耐久测试电气控制原理部分简图。当试验台接通气源，打开带指示灯的电源总开关，控制系统上电初始化后处于待机状态。开关电源所有输出均为独立通道，同时为PLC和性能测试角度传感器供电。
闭合运行开关，控制系统通过压力开关检测气压，如气压不足，警示灯长亮，继电器常闭端断开，PLC中断程序指令，系统待机；如气压满足要求，警示灯闪烁，继电器常闭端闭合，控制系统转入正常运行状态。
当突然断电或用急停开关停止试验台运行时，整个系统掉电停止工作，所有电磁阀复位，电源总开关上指示灯指示此时试验台电源是否正常。
采用急停开关停车后再次运行前，先断开运行开关，然后闭合急停开关及运行开关，PLC会立刻初始化转入正常循环运行，计数器继续累计计数。停电引起停车后电源重新上电时，控制系统可安全恢复到停电前状态继续运行，避免供电停电而造成试验重复计数。
为气动平稳、低噪音运行，三组工位受PLC不同控制单元指令交替循环运行。PLC脉冲占空比、周期依据试验频率需求而定，以此控制踏板运行速度。同时PLC判断是否达到设定试验次数，次数满足设备停止运行。
3 成本及推广价值
本装置耐久性测试部分成本总计4万元以内。性能测试部分成本6千元以内（电脑除外）。常温下每分100次循环，三样件同时运行，总累计1 000万次的耐久性试验，一轮耐久性试验周期包括准备、试验、结果报告总耗时90天为一个计算单位。其过程发生的主要成本：踏板夹具制作、试验设备用电、试验耗气、试验台折旧费、人工费、管理费总成本在5万元以内（1000万次）。行业中因为油门踏板耐久性试验特殊性和困难性，200万次耐久性试验成本在12万元~40万元不等。
若仅用本试验台来完成200万次试验只有当前行业成本的1/10左右，且存在材料成本、人工费大幅降低的可能，可产生积极可观的经济效益。
4 结束语
对汽车踏板装置耐久性试验的规定，行业标准与实际使用和考核测试现状相比过低，相关国标缺失。当前现状与试验特殊性和困难性、成本代价极大、试验周期极长有关。
本系统避免了同行繁杂的设计思路和高昂的试验费用，以简洁巧妙的方法解决了行业的难题，严谨实用，成本极低，能很好的满足电子油门生产厂家的设计验证需求和主机厂对电子油门的质量检验要求，耐久性综合性能指标突破1 000万次，可完全替代进口设备，极具行业推广价值。可将设计思想用于多种电子传感器耐久及性能试验装置的开发，简洁高效实用的设计思路具有行业借鉴意义。
参考文献：
［1］ BOSCH公司.汽车电气与电子［M］. 魏春源，译.北京：北京理工大学出版社，2004.
［2］ QC/T 788-2007，汽车踏板装置性能要求及台架试验方法［S］.
［3］ Tom Denton.汽车电气与电子控制系统［M］.北京：机械工业出版社，2008.
［4］ QC/T 413-2002，汽车电气设备基本技术条件［S］.
［5］ 李坤，龚宗洋.悬挂式电子油门踏板功能试验台研制［J］.现代电子技术，2007，（24）:192-194.
推荐访问： 耐久 踏板 油门 性及 装置
