汽車改裝車上裝油門的幾種控制方法

張 禹，楊智超

（1.遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001；2.遼寧石油化工大學(xué)工訓(xùn)中心，遼寧 撫順 113001）

汽車改裝車是在汽車底盤(pán)上進(jìn)行改裝的專用車輛，改裝部分統(tǒng)稱為上裝，當(dāng)上裝作業(yè)時(shí)，通常需要對(duì)底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)油門的控制。例如，消防車、汽車起重機(jī)等，本文僅對(duì)改裝車在駐車情況下作業(yè)時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油門的幾種控制方法進(jìn)行介紹。

對(duì)油門的控制是由傳感器（如油門踏板或其它器件）發(fā)出電信號(hào)至ECU（Engine Controlling Unit ，即發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元），ECU輸出對(duì)應(yīng)的電信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的供油量來(lái)完成的，這種油門控制通過(guò)對(duì)ECU的編程可獲得多種油門控制方式，在實(shí)際應(yīng)用中具有方便性和靈活性。消防車的油門控制根據(jù)不同的使用要求，從轉(zhuǎn)速的設(shè)置和操縱方式上各有不同，本文介紹幾種常用的上裝油門的控制方法。

1 旋鈕式

PTO（Power Take Off）即取力器，是汽車改裝車（例如消防車）上的一個(gè)專有名詞。這種油門控制方式在多種車型上均得到應(yīng)用，它由底盤(pán)自帶的PTO開(kāi)關(guān)和PTO旋鈕組成。當(dāng)PTO開(kāi)關(guān)工作時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU得到PTO工作指令，并使駕駛室油門踏板無(wú)效，ECU輸出5 V油門信號(hào)電源給PTO油門旋鈕，見(jiàn)圖1。PTO旋鈕就是電位器，旋鈕內(nèi)部電路見(jiàn)虛線框內(nèi)，通常R1=R2=10%R，例如R1=R2=200 Ω，R=2 kΩ。當(dāng)旋鈕回0位時(shí)，信號(hào)線上的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，信號(hào)線輸出電壓的范圍是0.4～4.6 V，對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為怠速到額定轉(zhuǎn)速，由圖1可知：為獲得0.4～4.6 V的輸出電壓，在電位器兩端串聯(lián)了10%的固定電阻。當(dāng)改裝車需要多處油門控制時(shí)，可在PTO插座上并聯(lián)多個(gè)PTO旋鈕，如圖1中畫(huà)了3個(gè)PTO旋鈕，這時(shí)應(yīng)注意：由于旋鈕的增多，使ECU輸出電流增加，不要超出ECU的帶載能力。在圖1中，各旋鈕輸出端串聯(lián)了二極管后再并聯(lián)是防止一個(gè)旋鈕轉(zhuǎn)到最大而另一個(gè)旋鈕在最小造成電源短路而設(shè)置的，當(dāng)3個(gè)旋鈕均有輸出時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速取決于輸出電壓較大的旋鈕，二極管將產(chǎn)生約0.4 V的壓降，使最高轉(zhuǎn)速約低于額定轉(zhuǎn)速10%，但通常情況下不影響實(shí)際使用。在消防車上上裝部分可需要多處油門控制（如下車、水泵、上車等），但每處的油門控制不存在同時(shí)工作的情況，每處的油門控制結(jié)束后均需要回到最小。當(dāng)工作結(jié)束后，必須斷開(kāi)PTO開(kāi)關(guān)。

圖1 PTO旋鈕式油門原理圖

2 三鍵式

顧名思義，這種方式需要3個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)完成，3個(gè)開(kāi)關(guān)分別接于ECU，其中PTO ON/OFF開(kāi)關(guān)為自鎖式，閉合時(shí)使ECU得到24V油門調(diào)節(jié)信號(hào)，當(dāng)按住PTO SET+開(kāi)關(guān)時(shí)，油門開(kāi)始加速，隨著開(kāi)關(guān)接通時(shí)間的推移發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸增高；按住PTO RESUME-開(kāi)關(guān)時(shí)，油門開(kāi)始下降。通過(guò)編程可分別設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)油門的上升、下降速率和轉(zhuǎn)速范圍，通常加、減速率在50～100（r/min）/s之間可選，轉(zhuǎn)速范圍可在怠速到額定轉(zhuǎn)速之間選擇。

當(dāng)上裝需要多處油門控制時(shí)需要繼電器轉(zhuǎn)換，見(jiàn)圖2。當(dāng)取力器工作的同時(shí)PTO ON/OFF給ECU供電，發(fā)動(dòng)機(jī)油門由上裝控制。為了滿足上裝多處油門的要求，用2個(gè)繼電器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，當(dāng)某一開(kāi)關(guān)（雙向自復(fù)位式）擲向上方端子時(shí)，繼電器K1得電，使PTO SET+得電，發(fā)動(dòng)機(jī)獲得加速；擲向下方端子時(shí)繼電器K2得電，使PTO RESUME-得電，發(fā)動(dòng)機(jī)獲得減速，K1、K2是互鎖的，以防止不同位置的加、減速開(kāi)關(guān)同時(shí)操作，這樣的開(kāi)關(guān)可設(shè)置多個(gè)。取力器工作時(shí)PTO轉(zhuǎn)換盒使駕駛室油門踏板無(wú)效，可提醒駕駛員上裝作業(yè)結(jié)束時(shí)斷開(kāi)取力器。轉(zhuǎn)換盒原理可見(jiàn)下文。

圖2 三鍵式油門原理圖

3 雙路式

由于上裝的不同，油門的操作方式也將有所不同，如水罐消防車可采用手油門控制方式，即手動(dòng)式，手油門控制器與汽車駕駛室的油門踏板的原理、參數(shù)是一樣的，只是操縱方式不同，電氣原理圖見(jiàn)圖3。系統(tǒng)由ECU、PTO油門轉(zhuǎn)換盒和油門踏板、手油門等器件組成，經(jīng)PTO油門轉(zhuǎn)換盒可分別使汽車駕駛室的油門踏板有效或上裝的手油門有效，當(dāng)取力器接通時(shí)PTO轉(zhuǎn)換盒將接通上裝手油門，使汽車駕駛室的油門踏板無(wú)效。PTO油門轉(zhuǎn)換盒其實(shí)就是由3個(gè)繼電器組成的6路轉(zhuǎn)換接點(diǎn)，繼電器的線圈部分圖3中未畫(huà)出。汽車在行駛狀態(tài)（取力器斷開(kāi)）時(shí)，上裝手油門無(wú)效，汽車駕駛室的油門踏板有效。

為了保證系統(tǒng)工作的可靠性，由ECU對(duì)油門踏板或手油門提供2路獨(dú)立的+5V電源，油門踏板、手油門由2路獨(dú)立的用霍爾元件制成的傳感器和位置檢測(cè)單元所組成。當(dāng)踩下油門踏板時(shí)，一組傳感器輸出0.75～3.84V，另一組傳感器輸出0.375～1.92V，每組輸出信號(hào)與發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速、額定轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)。為了提高可靠性，這里采用了冗余設(shè)計(jì)（Redundant Design）的方法，兩組傳感器互為備份并比較，兩組輸出的電壓信號(hào)是2倍的線性關(guān)系，其誤差為∣U1/2-U2∣≤0.07V，誤差超出這個(gè)范圍系統(tǒng)就會(huì)報(bào)錯(cuò)，并進(jìn)入減油模式，避免飛車危險(xiǎn)，減油模式的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可通過(guò)對(duì)ECU編程獲得。如前所述，PTO轉(zhuǎn)換盒可提醒駕駛員上裝作業(yè)完成后斷開(kāi)取力器。

圖3 雙路式手油門原理圖

4 其他幾種油門方式

由于消防車上裝的不同可根據(jù)需要選擇不同的油門控制方式，除以上介紹的3種方式外還有以下幾種。

1）PTO巡航油門。由巡航加減、定速巡航和巡航恢復(fù)3個(gè)巡航按鈕組成，從操作方式上講與三鍵式油門是類似的。按巡航恢復(fù)按鈕，即開(kāi)通巡航功能，隨即可由怠速開(kāi)始；按巡航加減按鈕可使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)平滑連續(xù)加速減速可調(diào)，轉(zhuǎn)速調(diào)整率可設(shè)50～100（r/min）/s之間，轉(zhuǎn)速范圍可設(shè)怠速到額定轉(zhuǎn)速；按定速巡航按鈕，即退出（關(guān)閉）巡航功能。

2）單路式手油門。如之前所述的旋鈕式油門，但從操作方式上講，有時(shí)要求手動(dòng)式才符合使用習(xí)慣，就需要按照這種旋鈕式的電壓信號(hào)對(duì)油門的控制原理，把旋鈕改為單路的電壓輸出的手動(dòng)式油門控制器，通常原理上也是霍爾式的。

3）伺服油門。有一些消防車的上裝油門需要與某些工況（動(dòng)作）同時(shí)產(chǎn)生，即在做某一工況時(shí)要求發(fā)動(dòng)機(jī)輸出所需要的轉(zhuǎn)速，如舉高消防車操作支腿或臂架時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出高于怠速的轉(zhuǎn)速以增加機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度等，也就是說(shuō)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作開(kāi)始時(shí)油門同時(shí)增加，動(dòng)作結(jié)束時(shí)油門同時(shí)減小并回怠速，這就是伺服油門。伺服油門的實(shí)現(xiàn)是控制某一工況產(chǎn)生時(shí)同時(shí)給ECU油門信號(hào)，并通過(guò)編程確定油門大?。òl(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速），實(shí)現(xiàn)油門的伺服控制。

以上僅是幾種消防車上裝油門的控制方法，在不同的應(yīng)用場(chǎng)合中，還會(huì)有其他的方法，具體情況亦將有所不同。