引子
“機械系統永遠比電子系統安全可靠！”，這是我的老駕駛員朋友長久的執念。
從某種角度講，這是完全可信的的理論！
或許電子系統可靠性稍差，就不能確保安全嗎？
油門與剎車，永遠是事關行車安全的大事。最近，就汽車廣泛裝備的電子油門系統安全性，他又開始“發難”了，“我們過去使用的機械油門安全可靠，用這玩意兒，不怕車輛失控加速停不下來嗎？！”。
鑑於過去確實發生過此類事情，我給他的答覆是：如今成熟的電子控制系統，如果出現安全問題，在機械方面出現故障的可能性反而會更大！
“理由呢？”，“自己上網搜去吧。”，“找不到答案！”。。。。。。
本期筆者會用通俗的講解，從原理上給許多持有類似觀點的讀者以清晰的答案。
的確，絕大部分車主朋友，完全不清楚油門踏板下隱藏著什麼。。。。。。
節氣門
控制汽車動力的“閥門”
簡單來說，內燃機汽車的動力來自於引擎這座“大灶”。
足夠的空氣與燃料充分混合，才能取得良好的燃燒效果。汽車的油門，正是駕駛者控制引擎燃燒做功過程的“閥門”。
我們日常所說的汽車油門，其實是指汽車的節氣門（也稱：節流閥）系統。
駕駛者通過這個“閥門”，控制著流入引擎燃燒室的空氣總量（通常，您是用腳來完成對閥門的管理），車載電子控制單元（ECU）正是根據流入空氣量的多少，按既定程序噴出適量的燃油，來配合整個燃燒過程。當然，您的油門給得越大，更多的空氣會導致噴油系統提供更多的燃油供給，引擎輸出的功率與扭矩也會上升。
但是，您用油門踏板表達的動力控制意圖，如何傳遞到“閥門”處呢？
機械油門
包括筆者在內的不少老駕駛員，都駕駛過這樣的舊式汽車，油門踏板通過機械結構連接到“閥門”（節氣門）外體的搖臂上。
這種連接方式大致有兩種類型，一種為是金屬拉桿方式的硬連接結構，而另一種是內芯為鋼絲拉線（俗稱油門拉線）的軟連接結構。
通過這種最簡單的機械連接方式，實現了將油門踏板的位置（角度）變化，同步傳遞到節氣閥門處，從而實現了兩者之間的聯動功能。
例如：當駕駛員踩下一半油門時，因為此種機械聯動裝置的存在，節氣閥門也會同步實現50%的開度（打開角度），而當駕駛者鬆開油門時，機械彈簧又使之恢復原位。
當然，節氣門如果完全關閉，空氣將無法進入引擎，這將造成引擎立即熄火。但汽車節氣門的設計結構，保留了直接繞開節氣閥門的小流量空氣通道，適量的空氣能維持引擎基本工作，這就是我們常說的“怠速狀態”。
機械油門系統在汽車發展史上存在了相當長的時間，其可靠性與安全性的確不容置疑！
即使是現在，仍有少量車輛（舊式、廉價車型或工程機械）使用這種節氣門控制方式，原因僅有一個：成本！
但是，機械油門存在兩大問題：
1.由於長時間處於往復運動狀態，機械油門聯動裝置的各部位會逐漸磨損松曠，從而引起油門控制精度的嚴重下降，因此其壽命也不會太過長久。
2.這一點是最為致命的！機械油門系統已經無法與汽車電子技術的發展與時俱進了，其它車載電子系統無法與這個純機械裝置協同工作！
它可能僅餘下唯一優點：駕駛者可以任意控制汽車的動力輸出！（特殊需求）
有讀者可能會對此感到非常疑惑，別急，答案在下一小節！
電子油門
電子節氣門控制（ETC）是一種汽車電子技術，ETC系統由三個主要部分組成：油門踏板模塊，節氣門（閥門由電動機驅動），電子控制單元（ECU）或動力控制模塊（PCM）。
電子控制單元通過各種傳感器（油門踏板位置傳感器，發動機轉速傳感器，車速傳感器以及巡航控制等系統）獲取數據，參照預先設置程序，綜合計算出結果，伺服電機打開節氣閥門至指定角度位置，從而保持最佳空氣燃油混合比例（空燃比）。
◥電子油門系統基本架構
讓我們來看看它與機械油門系統的區別：
首先，油門踏板與節氣門之間，已不存在任何實質性的機械連接結構，取代機械聯動裝置的，是油門踏板位置傳感器（APS），其功能為檢測油門踏板的實時位置（角度），將其轉換為電信號，發送給車載電子控制單元（ECU）。
其次，與機械油門相比，電子油門踏板的位置（角度）變化，節氣門不會直接響應，其變化數據須先經車載電子控制單元進行處理，經預設程序綜合分析計算以後，再將“合理”指令發送至節氣門處，由閥門電機具體執行！
電子油門系統的控制方式，在減少了機械運動部件的同時，極大提高了汽車油門操控的靈敏度與精確度（電控特性），車輛的操控性與燃油經濟性都得以大幅提升。
但是，要達到機械油門系統那樣安全與可靠，仍然需要在系統設計上進一步強化。
為提高電子油門安全性與可靠性，節氣門外體上設置有節氣門位置傳感器（TPS），與油門踏板位置傳感器類似，其功能是實時監測節氣門的開度（打開角度），將數據實時回傳ECU，如果回傳的節氣門開度信息與此前發送的數據不符，這顯然代表節氣門執行機構存在某種故障，系統會轉入故障處理程序，並在儀表盤顯示故障信息。
如此週而復始，隨著油門踏板的位置（角度）變化，節氣門的開度也隨之發生相應改變，引擎始終在最佳空燃比的工況下運行。
由此，電子油門系統採用閉環工作的方式，實時監測並可干預駕駛者通過油門踏板執行的任何操作。
最重要的是，ECU絕對不會允許駕駛者任意操控引擎動力，其基本原則是：電子油門控制程序只接收任何給定情況下節氣門的唯一正確開度，對行車安全、引擎安全有負面影響的油門操作，一律不予執行（系統保護）！
沒錯，這看起來的確有些“喧賓奪主”，但優勢也很明顯。
引擎不太可能因駕駛者的恣意操作而損壞！
更重要的是，以往的機械油門系統，無法與其它電子系統進行數據分享與功能協作，但電子油門系統可以！
大部分現代汽車裝備的先進輔助系統，例如：電子巡航控制（ACC），電子牽引力控制（TSC），電子穩定性控制（ESC）以及預碰撞安全等電子系統，均需要對引擎的輸出動力，進行實時精確的管理與控制。
而電子油門系統規範的數據接口，使眾多電子系統的集成變為現實！
冗餘設計 算法安全
電子油門系統安全嗎？
電子油門系統安全嗎？
前文解析的內容，部分回答了這個問題。
閱讀完本節，答案就會非常明晰。
其實，秘密就在電子油門系統功能實現的細節之中。
幸運的是，我們只需要瞭解一種傳感器的工作原理，就能瞭解其整個系統的工作模式與安全機制。
①油門踏板位置傳感器
從外觀上看，電子油門踏板與機械油門踏板並無太大區別。
唯一不同的是，前者增加了小型傳感器，這就是前文提到過的“油門位置傳感器”。
這個不起眼的小玩意兒，如何把油門踏板的實時位置（角度）傳送給車載電子控制單元的呢？
其實，原理並不複雜。
該傳感器的偵測部件與油門踏板聯動，應用電位器原理，將油門踏板實時位置（角度）信息轉換為電信號，傳送給ECU。
滑動臂與油門踏板在整塊電阻軌道上滑動，這種移動會動態改變以滑動臂（電刷）為分界線的電阻R1與R2的阻值。
由於電子油門系統已經提供了穩定的參考電壓，那麼這種滑動變阻的直接結果就是：
當油門踏板處於不同位置時，傳感器輸出端會採集到不同的電壓值。於是，該傳感器實現了這樣的功能：不同的油門踏板位置（角度）=不同的採集電壓值
◥接觸式油門踏板位置傳感器工作原理
上圖可直觀地說明該傳感器的基本工作原理，例如：當滑動臂向右移動時，電阻R1的阻值逐漸減小，傳感器輸出端採集到的電壓值會逐漸增大，這顯然標誌著駕駛者正通過踩下油門踏板，試圖加速。
如果要獲得的精確結果，只需使用我們初中學過的基本物理電學定律即可：
歐姆定律：V（電壓） = I（電流）X R（電阻）
其實，R1與R2的具體數值都很容易算出，直接利用基爾霍夫公式即可：
公式的推導與運算非常簡單，且非本文重點，我們不需深究，重要的是，我們獲得如下認知：
通過油門踏板位置傳感器，電子油門控制系統建立了踏板位置（角度）與傳感器輸出電壓的對應關係。
駕駛者通過操作油門踏板欲實現的加減速意圖，已被傳感器完美採集，並可實時發送至車載電控單元！
劃重點的地方來了！
◥雙傳感單元設計 保證安全與可靠性
典型的電子油門踏板組件裡，廠商至少設置了兩個功能與原理完全相同的傳感單元（僅是工作電壓有所區別）！
以下筆者將專用示波器監測到的一次通過油門踏板加油的全過程，展示給讀者。
◥油門踏板位置傳感器動態採集數據實例
無需專業知識，筆者為大家進行圖表分析：這是一次通過油門踏板，從無油門到油門到底，最後停止加速的全過程。
我們可以清楚地看到：以紅藍線為代表的兩個傳感單元，採集輸出到ECU的電壓值連續變化情況。
您看到其採集到的電壓值，隨油門踏板位置的變化而波動了嗎？
有兩個非常完整的連續增高電壓構成的工作波形（工作電壓較低的傳感單元，波形不太明顯）。
有讀者會問，我明白工作原理了，但這與電子油門的安全性有關嗎？
其秘密在於：該傳感器不但具有兩個傳感單元，而且電子油門控制程序，會綜合計算兩個傳感單元同時採集到的電壓值，來確定最終結果。
這種處理機制最大的優點是：如果單個傳感單元出現故障而產生錯誤數值，控制程序通過對比計算，很容易發現故障問題！
控制程序發現運算結果異常以後，其預設的故障處理程序就會啟動。
或許ECU會允許您緩慢地將車行駛至維修地點，但無論怎樣加油，車輛不會響應駕駛者的請求，直至故障排除。
②節氣門位置傳感器
這部分內容就沒有難度了。
因為節氣門位置傳感器的基本工作原理，與前者完全一樣，亦是將位置信息轉換為電信號，迴轉給ECU，正如前文所述，後者根據採集回傳的數據，監控節氣門是否正常工作。
同樣，此傳感器仍然以至少兩個傳感單元的配置出現，避免因單個傳感單元失效，可能會帶來的安全性與可靠性方面的問題。
◥節氣門位置傳感器動態採集數據實例
上圖為兩個節氣門傳感單元檢測到同一次加油過程，唯一與油門位置傳感器的區別是：兩個傳感單元以相反的模式採集數據。
ECU仍會將兩者數據進行綜合計算，其最終結果才能作為判斷依據。
結論分析
寫到這裡，關於電子油門系統的安全性，讀者朋友們可以得出什麼結論？
本圖文中的電子油門系統，採用了經典的電子冗餘器件配置模式，由兩個功能相同的傳感單元，共同完成同一數據採集，這有效避免了因單個傳感器件故障帶來的諸多問題。
而針對多個傳感單元採集的數據，將“相互監督”式的交叉對比計算結果，作為最終的判定依據，顯然具有高精確性與高容錯性。
而當系統中單個傳感單元出現故障時，控制程序會立即啟動故障處理程序，限制甚至停止引擎動力輸出，防止意外事故發生。
通過本文的解析，面對電子油門系統完善的工作模式與故障處理機制，我們還有什麼理由去質疑其安全性呢？！
（全文完）
延伸閱讀→
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