汽车改装车上装油门的几种控制方法

张 禹，杨智超

（1.辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁 抚顺 113001；2.辽宁石油化工大学工训中心，辽宁 抚顺 113001）

汽车改装车是在汽车底盘上进行改装的专用车辆，改装部分统称为上装，当上装作业时，通常需要对底盘发动机油门的控制。例如，消防车、汽车起重机等，本文仅对改装车在驻车情况下作业时对发动机油门的几种控制方法进行介绍。

对油门的控制是由传感器（如油门踏板或其它器件）发出电信号至ECU（Engine Controlling Unit ，即发动机控制单元），ECU输出对应的电信号控制发动机的供油量来完成的，这种油门控制通过对ECU的编程可获得多种油门控制方式，在实际应用中具有方便性和灵活性。消防车的油门控制根据不同的使用要求，从转速的设置和操纵方式上各有不同，本文介绍几种常用的上装油门的控制方法。

1 旋钮式

PTO（Power Take Off）即取力器，是汽车改装车（例如消防车）上的一个专有名词。这种油门控制方式在多种车型上均得到应用，它由底盘自带的PTO开关和PTO旋钮组成。当PTO开关工作时，使发动机控制单元ECU得到PTO工作指令，并使驾驶室油门踏板无效，ECU输出5 V油门信号电源给PTO油门旋钮，见图1。PTO旋钮就是电位器，旋钮内部电路见虚线框内，通常R1=R2=10%R，例如R1=R2=200 Ω，R=2 kΩ。当旋钮回0位时，信号线上的开关断开；当顺时针旋转时，信号线输出电压的范围是0.4～4.6 V，对应的发动机转速为怠速到额定转速，由图1可知：为获得0.4～4.6 V的输出电压，在电位器两端串联了10%的固定电阻。当改装车需要多处油门控制时，可在PTO插座上并联多个PTO旋钮，如图1中画了3个PTO旋钮，这时应注意：由于旋钮的增多，使ECU输出电流增加，不要超出ECU的带载能力。在图1中，各旋钮输出端串联了二极管后再并联是防止一个旋钮转到最大而另一个旋钮在最小造成电源短路而设置的，当3个旋钮均有输出时，发动机转速取决于输出电压较大的旋钮，二极管将产生约0.4 V的压降，使最高转速约低于额定转速10%，但通常情况下不影响实际使用。在消防车上上装部分可需要多处油门控制（如下车、水泵、上车等），但每处的油门控制不存在同时工作的情况，每处的油门控制结束后均需要回到最小。当工作结束后，必须断开PTO开关。

图1 PTO旋钮式油门原理图

2 三键式

顾名思义，这种方式需要3个开关来完成，3个开关分别接于ECU，其中PTO ON/OFF开关为自锁式，闭合时使ECU得到24V油门调节信号，当按住PTO SET+开关时，油门开始加速，随着开关接通时间的推移发动机转速逐渐增高；按住PTO RESUME-开关时，油门开始下降。通过编程可分别设置发动机油门的上升、下降速率和转速范围，通常加、减速率在50～100（r/min）/s之间可选，转速范围可在怠速到额定转速之间选择。

当上装需要多处油门控制时需要继电器转换，见图2。当取力器工作的同时PTO ON/OFF给ECU供电，发动机油门由上装控制。为了满足上装多处油门的要求，用2个继电器实现转换，当某一开关（双向自复位式）掷向上方端子时，继电器K1得电，使PTO SET+得电，发动机获得加速；掷向下方端子时继电器K2得电，使PTO RESUME-得电，发动机获得减速，K1、K2是互锁的，以防止不同位置的加、减速开关同时操作，这样的开关可设置多个。取力器工作时PTO转换盒使驾驶室油门踏板无效，可提醒驾驶员上装作业结束时断开取力器。转换盒原理可见下文。

图2 三键式油门原理图

3 双路式

由于上装的不同，油门的操作方式也将有所不同，如水罐消防车可采用手油门控制方式，即手动式，手油门控制器与汽车驾驶室的油门踏板的原理、参数是一样的，只是操纵方式不同，电气原理图见图3。系统由ECU、PTO油门转换盒和油门踏板、手油门等器件组成，经PTO油门转换盒可分别使汽车驾驶室的油门踏板有效或上装的手油门有效，当取力器接通时PTO转换盒将接通上装手油门，使汽车驾驶室的油门踏板无效。PTO油门转换盒其实就是由3个继电器组成的6路转换接点，继电器的线圈部分图3中未画出。汽车在行驶状态（取力器断开）时，上装手油门无效，汽车驾驶室的油门踏板有效。

为了保证系统工作的可靠性，由ECU对油门踏板或手油门提供2路独立的+5V电源，油门踏板、手油门由2路独立的用霍尔元件制成的传感器和位置检测单元所组成。当踩下油门踏板时，一组传感器输出0.75～3.84V，另一组传感器输出0.375～1.92V，每组输出信号与发动机的怠速、额定转速相对应。为了提高可靠性，这里采用了冗余设计（Redundant Design）的方法，两组传感器互为备份并比较，两组输出的电压信号是2倍的线性关系，其误差为∣U1/2-U2∣≤0.07V，误差超出这个范围系统就会报错，并进入减油模式，避免飞车危险，减油模式的发动机转速可通过对ECU编程获得。如前所述，PTO转换盒可提醒驾驶员上装作业完成后断开取力器。

图3 双路式手油门原理图

4 其他几种油门方式

由于消防车上装的不同可根据需要选择不同的油门控制方式，除以上介绍的3种方式外还有以下几种。

1）PTO巡航油门。由巡航加减、定速巡航和巡航恢复3个巡航按钮组成，从操作方式上讲与三键式油门是类似的。按巡航恢复按钮，即开通巡航功能，随即可由怠速开始；按巡航加减按钮可使发动机转速在预先设定的范围内平滑连续加速减速可调，转速调整率可设50～100（r/min）/s之间，转速范围可设怠速到额定转速；按定速巡航按钮，即退出（关闭）巡航功能。

2）单路式手油门。如之前所述的旋钮式油门，但从操作方式上讲，有时要求手动式才符合使用习惯，就需要按照这种旋钮式的电压信号对油门的控制原理，把旋钮改为单路的电压输出的手动式油门控制器，通常原理上也是霍尔式的。

3）伺服油门。有一些消防车的上装油门需要与某些工况（动作）同时产生，即在做某一工况时要求发动机输出所需要的转速，如举高消防车操作支腿或臂架时，发动机输出高于怠速的转速以增加机构的运动速度等，也就是说机构的动作开始时油门同时增加，动作结束时油门同时减小并回怠速，这就是伺服油门。伺服油门的实现是控制某一工况产生时同时给ECU油门信号，并通过编程确定油门大小（发动机转速），实现油门的伺服控制。

以上仅是几种消防车上装油门的控制方法，在不同的应用场合中，还会有其他的方法，具体情况亦将有所不同。