特斯拉电门内部结构和工作原理分析

蜡烛再小，也能绽放光芒。

1 前言

前些日子，潮州特斯拉事故闹得沸沸扬扬的。事故原因双方各执一词！ 特斯拉方面表示行车电脑记录显示车子刹车一直没有被踩下，而且油门踏板被踩到变形。 司机亲属表示司机是资深老司机，不存在操作错误的可能，而且不认可特斯拉和第三方鉴定机构的任何结果。此类事件影响之大，以至于某宝上悄然流行起，行脚记录仪——专门记录是否踩下刹车踏板！   硬件花园不评论此事件的结论，仅仅从技术角度分析以下两个问题： 1. 特斯拉的电门有没有可能由于故障突然加速 2. 受到外界强烈磁场变化会不会引起特斯拉电门突然加速

2 特斯拉电门拆解

我们先来看一下特斯拉电门内部结构是什么样，然后再分析其工作原理，最后再回答上述问题！

特斯拉的电门和刹车是集成在一起的。

打开电门位置的塑料盖板，首先会看到一块电路板，这块电路板采用电涡流传感器采集电门踏板的位置。

电门踏板的机械部分，由弹簧、踏板末端塑料摩擦块，以及最重要的配合电路板工作的金属感应块组成。电路板右侧的线圈部分正对应着金属感应块。当踩下踏板时，传感器感知金属块的移动。

3 电涡流传感器原理

下面就来介绍一下电涡流传感器的工作原理。

在电路板上有3个线圈，一个是励磁线圈绕组，两个是感应线圈绕组，感应线圈作为信号绕组。

当励磁线圈通入交流电（比如5.6MHz的交流信号）时，在两个感应线圈就会感应出交流电压来，同时也会在电门踏板的金属挡块上感应出电涡流。（上图右上角所示）涡流会产生次级磁场，当金属挡块移动时，遮住感应线圈的面积会发生变化，这样感应线圈感应出的电压就会发生变化。

根据感应线圈感应出的电压变化关系就能得出电门踏板的位置。以下是金属挡块（又称转子）与感应线圈之间三个典型的位置。

当转子与外侧线圈段对正时，感应线圈会感应出最高正电压。

当转子与内侧线圈段对正时，感应线圈会感应出最高负电压。

当转子在中间时，就会产生交变的正弦信号。 

当转子转一圈时就产生周期变化的信号。通过分析周期信号的变化规律（频率、振幅、相位），就可以得出电门踏板的位置。

4 特斯拉电门电路

以上是电涡流传感器的工作原理介绍。我们再回过头来看特斯拉电门的电路设计方式。特斯拉使用的是瑞萨（Renesas）电涡流传感器芯片ZIMD5203（SENT-单边半字信号传输协议）。

数据手册，可以添加硬件花园微信hardware-garden索取。

另外，为了提高可靠性，特斯拉采用的是两颗ZIMD5203以达到冗余设计！

在正常模式下，两个芯片共同驱动励磁线圈，通过感应线圈感应到的信号，判断目标位置。如果一颗芯片故障，比如电源故障，主机一方面会通过出现信号损失而检测到故障状态，另一方面第二颗芯片还可以继续驱动励磁线圈，维持正常的工作。 至此，我们回答文章开头的两个问题。 1.    特斯拉的电门有没有可能由于故障突然加速 通过电门本身定的冗余设计以及主机的系统判断机制，硬件花园认为此故障的概率比较低！ 2.    受到外界强烈磁场变化会不会引起特斯拉电门突然加速 从原理上讲，如果外界有强烈磁场变化的话，那么感应线圈感应到的信号，相当于叠加的是共模信号（把感应信号统一抬到某个水平，会影响信号的动态范围），这在软件上很好判断，并加以滤除！只有当磁场变化接近于5.6MHz的励磁信号时，才有可能导致误判。 另外，有特斯拉汽车的朋友，不妨做个测试验证一下！拿块磁铁放在特斯拉电门踏板那里，看看会不会加速失控，不就得了！

5 延伸知识

提到车载总线，我们会立马想到经济可靠的CAN、Lin以及成本过高的FlexRay或Ethernet总线。但随着车载传感器数量的增加和对测量精度要求的提升，需要一种相比CAN或Lin更便捷、可靠、经济的车载数据通讯解决方案。

GM公司根据这种需求，首先制定了SENT标准，后来成为SAE J2716标准。随后一些公司在动力系统中逐渐采用该标准，并应用在整车传感器、执行器及Drive-by-wire线控等子系统中，总之目前越来越多的传感器都已支持SENT类型的信号。

SENT 全称：Single EdgeNibble Transmission，中文名称为：单边半字传输协议，是SAE推出的一种点对点的、单向传输的方案，被用于车载传感器和电子控制单元（ECU）之间的数据传输，其主要特点如下： 1、无需接收器和集成发射器，因此相比CAN或Lin成本更低，且具有不错的传输精度和速度，数字数据传输速度可达30Kb/s。 2、单线数据传输，减少信号线，加上电源和地线，总共3线；单向传输协议，数据只能从传感器到ECU，传输是连续的，不需要请求命令。 参考资料： 1.动画详解电涡流传感器电涡流传感器工作原理——汽车技术分享，视频号 2.特斯拉油门位置传感器-电涡流传感器介绍——汽车技术分享，视频号 3.SENT信号——Defry，知乎

编辑：黄飞