懸掛式汽車電子油門踏板功能測試系統

1 系統總體設計
該懸掛式電子油門踏板測試系統總體上由控制柜加測試工作臺的形式組成，這樣可以方便現場布線，同時在系統出現故障時方便維修。由于不同型號的踏板尺寸不同，運動行程不同，所以在機械設計方面要考慮到方便踏板的安裝和拆卸。在實際應用中，可拆卸的托板將踏板固定在工作臺上，通過絲桿結構調節踏板與工作臺之間的空間距離，使踏板的安裝和拆卸十分方便。另外由于工作臺機械加工的周期相對較長，所以采取該方式可以在完成機械加工期間對控制柜進行安裝、布線和調試，這樣做大大縮短了系統整體安裝調試的時間，提高了工作效率。實際工作過程中，測試系統中的伺服電機、壓力傳感器以及扭矩傳感器通過機械結構固定在工作臺上，相關信號傳輸線從工作臺連接到控制柜，所有設備電源由控制柜輸出。工控機控制伺服電機轉動，通過機械連接帶動踏板運動，在此運動過程中工控機將采集壓力、扭矩以及踏板電信號，并對整個運動和采集過程進行監控。

2 硬件設計
懸掛式電子油門踏板功能測試系統的硬件主要實現以下功能：通過電機提供足夠的動力和扭矩帶動踏板做模擬實際工作情況的運動，在該運動過程中，踏板的力特性被傳感器轉換為電信號，經過調理電路后和踏板的電信號一起被數據采集卡高速同步采集記錄，整個運動過程由運動控制卡控制，并隨時根據傳感器和電機的信號反饋調整運動狀態。
根據硬件部分所要實現的功能，可以將系統硬件的構成分成三大部分(如圖1所示)：第一部分是動力部分，主要由伺服電機、伺服驅動器和減速機組成，主要負責提供動力和扭矩帶動踏板運動；第二部分是信號調理部分，主要由放大器、信號調理電路和直流穩壓電源組成，主要負責對傳感器采集的和踏板本身的原始電信號進行調理轉換；第三部分是數據采集部分，主要由扭矩傳感器、壓力傳感器、運動控制卡和數據采集卡組成，主要負責將力特性轉換為電信號、對所有電信號進行高速同步采集記錄和對整個運動過程實施監控。下面將對各個部分做詳細的介紹。

2．1 動力部分
動力部分為整個系統提供足夠的動力和扭矩，以帶動踏板做模擬實際工作的運動。動力部分的硬件設計主要就是對硬件的選取，即對伺服電機和與其對應的伺服驅動器和減速機的選取。根據測試要求，懸掛式電子油門踏板功能測試系統選用了日本安川SGMGH-09ACA61伺服電機配合SGDM-10ADA伺服驅動器，該套產品屬于安川公司(YASKAWA)的∑-Ⅱ系列工業用伺服驅動系統，主要具有以下優點：
(1)縮短了參數設定和維護時間；
(2)采用了高分辨率串行編碼器(16 b，17 b)，提高了定位精度。
在伺服電機和伺服驅動器安裝完畢后，應對伺服驅動單元進行一些基本設定，從而保證伺服驅動器能夠在電機高速運轉的情況下進行準確定位。SGDM系列伺服單元配有自動測量機械特性、設定必要的伺服增益的“在線自動調諧功能”，使用該功能，可以很容易地進行伺服增益調節。圖2是在線自動調諧的流程圖。在選用合適的伺服電機和伺服驅動器后，還需要選用合適的行星減速機，用來降低轉速、提升扭矩、匹配慣量。結合所選擇的伺服電機和伺服驅動器，本功能測試系統選擇了APEX-AB090-010-S2-P1行星式伺服專用精密減速機。實際的使用結果表明，該型號減速機能夠很好地和所選電機配合，為系統提供了足夠的輸出扭矩，保證了系統正常、穩定的運行。