油門控制器是汽車的重要配件之一，它主要由油門踏板,、踏板位移傳感器,、油門電控單元（ECU） 、數(shù)據(jù)總線和執(zhí)行器組成[1],。目前使用的大部分都是電子油門,，它通過檢測油門踏板踩下的角度，產(chǎn)生兩組電壓信號傳送給ECU, ECU對該信息和其他系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行運算處理,，計算出一個控制信號,，通過線路送到伺服電動機繼電器，伺服電動機驅(qū)動節(jié)氣門執(zhí)行機構(gòu),，從而控制車輛的行駛速度?，F(xiàn)行的汽車油門踏板所使用的傳感器均采用碳膜接觸式結(jié)構(gòu)，通過觸點在碳膜上滑動來改變阻值,，時間久了存在磨損、接觸不良,、不回位等安全隱患,。而采用MLX90316設(shè)計的汽車油門腳踏板除了具有靈敏度高、體積小的優(yōu)點外,，更因其非接觸式測量的特點而具有無磨損,、壽命長、抗惡劣環(huán)境,、結(jié)構(gòu)簡單,、安裝方便等優(yōu)勢，具有廣闊的市場前景,。

1 MLX90316芯片介紹
    Melexis公司的MLX90316芯片是一款線性霍爾傳感器[2],，可輸出與芯片表面平行磁場的角度位置信息。該傳感器采用三軸霍爾技術(shù),，在芯片上方放置一個圓盤形磁集中器（IMC）,，將平行作用于芯片表面的磁場集中起來，并在IMC結(jié)構(gòu)的邊緣產(chǎn)生正比于磁場的垂直分量,，通過兩對位于IMC下方的相互垂直的平面霍爾元件檢測平行于芯片表面的磁通密度[3],。兩對霍爾元件的放置方向相互垂直,，并都平行于芯片表面(X和Y方向)。這樣兩對霍爾元件輸出的正比于磁場強度的信號(VX和VY)可以將實際角度編碼為兩個相位差為90°的正弦信號（cos和sin信號）,，VX和VY經(jīng)多路復(fù)用器選通放大,，再由ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。芯片內(nèi)置的 16 位 DSP 對這兩路信號進(jìn)行采樣和處理,，最后的輸出信號可以在0～5 V模擬方式,、PWM模式以及串口通信方式（SPI）中選擇，輸出曲線是完全可以編程的（例如,，偏移值,、增益、鉗位電平等參數(shù)都可編程）,。其芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。

2 MLX90316汽車油門踏板檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計
    采用MLX90316角度傳感器設(shè)計汽車油門踏板檢測系統(tǒng)。將MLX90316芯片裝入汽車油門腳踏板轉(zhuǎn)軸內(nèi),，替代現(xiàn)在的碳膜結(jié)構(gòu),，硬件工作原理及實物如圖2所示。在芯片上方放置的圓盤形永磁鐵與油門腳踏板連接,，當(dāng)踩下踏板時,，驅(qū)動圓盤形磁鐵轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生變化的磁場,，被MLX90316表面的IMC收集,，并在其邊緣產(chǎn)生正比于磁場的垂直分量，由霍爾傳感器檢測,。為方便實驗,，采用步進(jìn)電機驅(qū)動圓盤形永磁鐵，替代油門腳踏板,，以模擬硬件汽車油門腳踏驅(qū)動,，汽車油門腳踏板檢測系統(tǒng)與控制電路的框圖如圖3所示，軟件功能流程如圖4所示,。為了驗證其可行性,，使用精密角度傳感器測試儀[4]，利用計算機并口來控制步進(jìn)電機（步距為0.36°）帶動傳感器的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動,，即永磁鐵在水平方向上的方位角每步改變0.36°,，加在霍爾芯片上的外磁場發(fā)生變化，通過霍爾效應(yīng)使傳感器的輸出電壓發(fā)生改變,。傳感器的輸出信號送入A/D轉(zhuǎn)換器ADS774JP[5],，ADS774JP在并口的控制下對傳感器的輸出電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過并口讀入PC,。

3 實驗結(jié)果與分析
      由于汽車油門腳踏采用的是雙路輸出模式,，因此所制作的傳感器使用的是MLX90316雙芯片版,，集成2個傳感芯片。其測試界面如圖5所示,，第一路輸出中低電平為0.295 V,、高電平為1.850 V，第二路輸出中低電平為0.102 V,、高電平為0.879 V,。為了驗證傳感器，分別對其步進(jìn)電機不同驅(qū)動轉(zhuǎn)速下的獨立線性度,、重復(fù)性,、一致性等做了測量。

3.2 獨立線性度與電機頻率測試
    為全面考察MLX90316傳感器在工作時的獨立線性度,，模擬在較重和重踩踏板情況下,，分別以100 r/s、150 r/s,、200 r/s,、250 r/s、300 r/s,、400 r/s,、500 r/s、600 r/s,、700 r/s,、800 r/s的轉(zhuǎn)速驅(qū)動圓盤形磁鐵，得到各自的獨立線性度與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系,，如圖7所示,。由圖7可見，在各轉(zhuǎn)速情況下,，獨立線性度均小于1.5%，優(yōu)于現(xiàn)行汽車油門腳踏板檢測系統(tǒng),。將MLX90316芯片裝入汽車油門腳踏板轉(zhuǎn)軸內(nèi),，替代現(xiàn)行碳膜電阻油門腳踏板的獨立線性度，達(dá)到了應(yīng)用要求,。圖中隨著轉(zhuǎn)速增加,，獨立線性度有增大的趨勢，這是因為ADS774JP的數(shù)據(jù)采集與頻率相關(guān),，速度太快時可能采集到的數(shù)據(jù)有遺漏,，但不同角度傳感器在測量時對測試轉(zhuǎn)速的改變所引起的獨立線性度變化趨勢基本是一致的。由圖7看出,，轉(zhuǎn)速在50 r/s～300 r/s的情況下較佳,，獨立線性度小于1.03%,，能滿足實際應(yīng)用需要。

3.4 一致性測試

    傳感器的一致性也稱為互換性,，通過對同批次角度傳感器的測量可以看出本測試系統(tǒng)的一致性,。轉(zhuǎn)角范圍為50°，兩路電壓分別為0.1 V～0.9 V和0.3 V～1.85 V的角度傳感器4個,，分別測量12次,，測量時步進(jìn)電機旋轉(zhuǎn)兩周(即720°)，轉(zhuǎn)速為150 r/s,。其測量結(jié)果如圖9所示,，結(jié)果顯示此非接觸式角度傳感器的一致性比較好，其獨立線性度保持在1%左右,，4個電位器的參數(shù)基本保持一致,。

    由于市面上的汽車油門腳踏板都是基于碳膜滑動電阻器式設(shè)計的，存在磨損大,、接觸不良等缺點,，本文設(shè)計了基于MLX90316非接觸式雙路輸出汽車油門腳踏板，并研制了相應(yīng)的測試系統(tǒng),。從檢測結(jié)果來看,，獨立線性度、重復(fù)性和一致性都很好,，可以替代碳膜滑動變阻器結(jié)構(gòu),，具有很大的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1] 李國鋒,，王云.基于單片機的汽車電子油門控制器的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,，2009，35(4)：137-140.
[2] 余貴堂.基于MLX90316的BLDCM控制系統(tǒng)的研究[D]. 武漢：華中科技大學(xué),，2008.
[3] HILIGSMANN V,，RIENDEAU P.Monolithic 360 degrees  rotary position sensor IC automotive applications[J].Proceedings of IEEE Sensors，2004,，3(10)：1137-1142.
[4] 徐文濤,，黃釗洪.基于計算機并口的磁敏無接觸式角度傳感器測試系統(tǒng)[J].傳感器世界，2008(4)：49-52.
[5] 周征.12位A/D轉(zhuǎn)換器ADS774JP及其在高精度檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].國外電子元器件,，2003(4)：35-37.
[6] 何培杰,，陳翠英，王多輝.傳感器獨立線性度的研究[J].傳感器技術(shù),，1999,，18（6)：26-27.