非接觸式智能電子油門的製作方法

2023-06-03 05:27:01

專利名稱：非接觸式智能電子油門的製作方法
技術領域：
本發明型涉及發動機油門控制系統，特別是屬於汽車內燃發動機電子油門控 制總成技術領域。
背景技術：
目前汽車內燃發動機系統的油門系統分為機械式和電子式兩種。機械式是採 用了鋼絲和扛杆與節氣門軸相連，駕駛員通過腳踩油門來拉動鋼絲，控制節氣門 的開度，改變發動機的輸出功率。機械式油門主要用於機械式節氣門，其主要問 題是採用鋼絲連接，易磨損，控制不精確，現在發動機控制系統正逐步採用電子 油門代替。
現在電子油門多採用的是接觸式角度傳感器，其原理同滑線變阻器原理，其 電阻體使用時有磨損，因此使用壽命不高，同時由於是採用觸角接觸，在強振動、 高油汙、高粉塵、溫度及溼度等極端環境下存在著環境適應性不好的問題，還存 在功能單一的問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種非接觸式電子油門，以精確描述駕駛員的操作，達 到更精確的控制發動機工況、更有效減少有害排放量的要求，同時達到長壽命、 多功能、智能化的目的。
本發明的目的是這樣實現的 一種非接觸式智能電子油門，包括傳感器，傳 感器結構為傳感器軸設置在本體上，且該軸上固定有兩個磁體，位置上互為 90°的兩路線性霍爾傳感器固定在電路板上，電路板固定在本體上，且霍爾傳感 器位於兩個磁體產生的勻磁場以內，該磁場的強度小於霍爾傳感器的飽和強度； 還具有由踏板控制的傳感器軸驅動機構壓板安裝在本體上，中軸架設在本體的 限位缺口與壓板的開孔上，且中軸上壓板以內位置還順次設置有彈簧卡子、限位 板以及復位簧，復位簧一端與本體連接，另一端固定在限位板上，且安裝到位時 產生一個回復力，中軸伸出本體的一端用作與踏板連接，另一端與傳感器軸連接； 還具有單片機主控制器。當踏動踏板時，帶動中軸轉動，進而帶動傳感器軸轉動，以及傳感器上兩個 磁體形成的勻磁場轉動，從而使在勻磁場中的兩個霍爾傳感器產生正弦和餘弦電 壓信號，單片機採集霍爾傳感器的電壓信號，通過程序求得角度並輸出相應的調製波。
與現有技術相比，本發明與採用了霍爾器件為非接觸式傳感器，具有壽命長、 精度高、可靠性高、環境適應性強的特點，同時由於採用了單片機為主控制器， 實現多功能和智能化功能，減少了發動機控制器的工作量，增加了駕駛性等優點。


圖la是本發明的結構圖lb是本發明的爆炸結構圖2a是本發明的傳感器結構圖2b是本發明的傳感器爆炸結構圖3是本發明的電路原理圖4是圖3所示單片機進行控制的程序流程圖5是圖lb所示本體上限位缺口與限位板之間配合限位關係示意圖； 圖6a、 6b分別是圖lb所示中軸的主視圖和仰視圖。
具體實施例方式
如圖la、 lb所示，踏板l、復位簧3、中軸4、限位板5、彈簧卡子6、壓 板7、傳感器8、螺釘9、螺釘IO、螺釘11都安裝在本體2上。圖2中，傳感器 8結構為傳感器軸82設置在本體81上，且該軸上固定有兩個磁體83，位置上 互為90°的兩路線性霍爾傳感器84a、 84b固定在電路板84上，電路板固定在 本體81上，且霍爾傳感器84a、 84b位於兩個磁體83產生的勻磁場以內，該磁 場的強度小於霍爾傳感器的飽和強度；還具有由踏板1控制的傳感器軸82驅動 機構壓板7安裝在本體2上，中軸4架設在本體2的限位缺口與壓板7的開孔 上，且中軸上壓板7以內位置還順次設置有彈簧卡子6、限位板5以及復位簧3， 復位簧一端與本體2連接，另一端固定在限位板5上，且安裝到位時產生一個回 復力，中軸伸出本體2的一端用作與踏板連接，另一端與傳感器軸82連接。
本體2實現了主支承體的作用，實現了轉動角度限位，中軸4及復位簧3 固定作用。當踩動踏板l時，帶動中軸4轉動，進而帶動傳感器的軸轉動，中軸4的轉動角度由本體2上的限位缺口與限位板5確定，到頭後不再轉動，鬆開踏 板1後，復位簧3帶動中軸4、踏板l及傳感器的轉軸回到初始位置。中軸4一 端架設在本體2上，另一端架設在壓板7的孔中，使其能在本體2內自由活動。 彈簧卡子6安裝於中軸4上的孔中，起到在軸向固定限位板5的作用。中軸4 與限位板5及本體2上的限位缺口的關係如圖5所示。
如圖2 (指圖2a、圖2b，下同)所示，傳感器軸82、磁體83、電路板84、 蓋板85安裝在傳感器本體1上，電路原理圖如圖3，單片機主控制器包括單 片機採用了ATmega8單片機，該單片機功能多，內部集成有多路A/D採集器， 2路定時器，3路脈寬調製輸出等特點，用單片機採集兩個線性霍爾傳感器來的 正弦和餘弦電壓信號，通過程序求得角度並輸出相應的脈寬調製波；電壓解調電 路主要由結構相同的兩路解調電路組成，單路電路結構為單片機ATmega8 的13腳輸出脈寬調製波，連接到電阻Rl的一端，電容Cl串接在Rl和R2的結 點與地之間，電容C2—端接於R2外端，另一端接地，解調後的電壓由R2的外 端輸出，另一路電壓解調電路由電阻R3、 R4，電容C3、 C4組成；阻抗匹配放大 電路主要由相同兩路射隨器組成，單路電路結構為R2外端接於運算放大器 279的3腳，運算放大器279的2腳與1腳電連接後對外輸出。其原理是，線性 霍爾器件在一個恆定均勻磁場中旋轉時線性霍爾器件會產生一個相應的電壓，以 兩路線性霍爾器件為角度傳感器，同時以單片機為主控制器實現了角度信號的採 集處理，電壓信號輸出，同時根據用戶控制按鈕的操作情況實現加速控制和定速 控制功能。電路板84上採用兩路線性霍爾器件為角度傳感器，兩路傳感器在位 置上互為90° ，當在恆定的磁場中變化角度位置時會輸出兩路電壓信號， 一路 為正弦信號， 一路為餘弦信號。磁體83安裝在傳感器軸82上，保證兩磁體間產 生均勻磁場，且強度不能超過線性霍爾傳感器的飽和強度。圖2中，電路板4 採用單片機進行採集處理角度信號，兩路信號可分別為正弦和餘弦函數值，兩路
信號值相除可得正切值和餘切值，反函數後得角度，取角度值的平均值為最終角 度值，提高了精度和抗幹擾能力。電路板84採用了單片機實現了信號加速功能， 按下外接控制按鍵即可實現2倍加速，斷開可解除該功能。電路板84採用了單 片機實現了信號輸出鎖定，當按下外接設置按鍵後，單片機檢測並保存車速信號 為設定車速，鎖定當前輸出信號，當車速不超過以設定車速為基準的一個變化範圍時，輸出信號不變，如超出範圍調節輸出信號，使車速保持在設定車速允許的 變化範圍內，按下外接解除按鈕可解鎖定狀態，以實測的角度為輸出。
整個電路功能是這樣實現的當傳感器軸82轉動時，帶動兩個磁體形成的 勻磁場轉動，使處在勻磁場中的兩個霍爾傳感器84a、 84b產生電壓信號，單片 機D1 (型號MCU)採集到霍爾傳感器的電信號，通過程序求得角度並輸出相應的 脈寬調製波，通過圖3中電阻R1、 R2、 R3、 R4和電容C1、 C2、 C3、 C4組成的網 絡形成相應的電壓，經圖3中運算放大器N1A和N1B (均為運算放大器279)組 成的兩路射隨器電路輸出，達到阻抗匹配的功能。此時如外接加速按鈕被按下使 圖3中PLUS端為低，Dl檢測到後，將輸出電壓以原信號值的2倍輸出。如外接 速度設定按鈕被按下使圖3中L0CK端為低，單片機檢測到後，將鎖定目前的輸 出電壓，並以鎖定時檢測到的速度SPEED為設定速度，根據輸入的速度信號動態 地調整輸出電壓，使速度信號保持在以設定速度為基準的一個可接受的範圍內， 如外接解鎖按鈕被按下使圖3中UNLOCK端為低，則解除鎖定，以實測信號為輸 出。
圖4示出，單片機主控制器的控制方法，按以下步驟進行-
a) 、程序開始；
b) 、初始化埠及寄存器；
c) 、檢測兩路霍爾傳感器輸入的正弦和餘弦電壓信號，兩路信號值除得到正 切值和餘切值，反函數後得到角度值，取角度值的平均值為最終角度值；
d) 、按最終角度輸出相對應的脈寬調製波；
e) 、輸入外接按鈕狀態當外接加速按鈕被按下、單片機MCU的2腳輸入低 電平時，其輸出電壓為原電壓值的2倍；當外接速度設定按鈕被按下、單片機 MCU的3腳輸入低電平時，鎖定目前的輸出信號，並以鎖定時檢測到的速度為設 定速度，根據輸入的速度信號動態地調整輸出信號，使速度信號保持在以設定速 度為基礎的一個可接受的範圍內；當外接解鎖按鈕被按下、單片機MCU的30腳 輸入低電平時，則解除鎖定，以實測信號輸出。
程序主要實現了角度傳感器的輸入採集、轉換，並輸出，同時接收速度信號 脈衝，計算速度，同時採集外部控制信號，並根據外部控制做相應動作。
權利要求
1、一種非接觸式智能電子油門，包括，傳感器(8)，其特徵是所述傳感器(8)結構為傳感器軸(82)設置在本體(81)上，且該軸上固定有兩個磁體(83)，位置上互為90°的兩路線性霍爾傳感器(84a、84b)固定在電路板(84)上，電路板固定在本體(81)上，且霍爾傳感器(84a、84b)位於兩個磁體(83)產生的勻磁場以內，該磁場的強度小於霍爾傳感器的飽和強度；還具有由踏板(1)控制的傳感器軸(82)驅動機構壓板(7)安裝在本體(2)上，中軸(4)架設在本體(2)的限位缺口與壓板(7)的開孔上，且中軸上壓板(7)以內位置還順次設置有彈簧卡子(6)、限位板(5)以及復位簧(3)，復位簧一端與本體(2)連接，另一端固定在限位板(5)上，且安裝到位時產生一個回復力，中軸伸出本體(2)的一端用作與踏板連接，另一端與傳感器軸(82)連接；還具有單片機主控制器。
2、 根據權利要求l所述非接觸式智能電子油門，其特徵是所述單片機主 控制器包括單片機單片機ATmega8採集兩個線性霍爾傳感器來的正弦和餘弦電壓信 號，通過程序求得角度並輸出相應的調製波；電壓解調電路主要由結構相同的兩路解調電路組成，單路電路結構為單片機ATmega8的13腳輸出脈寬調製波，連接到電阻Rl的一端，電容Cl串接在 R1和R2的結點與地之間，電容C2—端接於R2外端，另一端接地，解調後的電 壓由R2的外端輸出；另一路電壓解調電路由電阻R3、 R4，電容C3、 C4組成；阻抗匹配放大電路主要由相同兩路射隨器組成，單路電路結構為R2外 端接於運算放大器279的3腳，運算放大器279的2腳與1腳電連接後對外輸出。
3、 一種如權利要求2所說的單片機主控制器的控制方法，其特徵是按以下步驟進行a) 、程序開始；b) 、初始化埠及寄存器；c) 、檢測兩路霍爾傳感器輸入的正弦和餘弦電壓信號，兩路信號值除得到正 切值和餘切值，反函數後得到角度值，取角度值的平均值為最終角度值；d) 、按最終角度輸出相對應的脈寬調製波；e) 、輸入外接按鈕狀態當外接加速按鈕被按下、單片機MCU的2腳輸入低電平時，其輸出電壓為原電壓值的2倍；當外接速度設定按鈕被按下、單片機 MCU的3腳輸入低電平時，鎖定目前的輸出電壓，並以鎖定時檢測到的速度為設 定速度，根據輸入的速度信號動態地調整輸出信號，使速度信號保持在以設定速度為基礎的一個可接受的範圍內；當外接解鎖按鈕被按下、單片機MCU的30腳 輸入低電平時，則解除鎖定，以實測信號輸出。
全文摘要
一種非接觸式智能電子油門，屬汽車發動機用智能式電子油門控制總成。傳感器結構為傳感器軸上固定有兩個磁體，位置上互為90°的兩路線性霍爾傳感器固定在電路板上，電路板固定在本體上，且霍爾傳感器位於兩個磁體產生的勻磁場以內；還有由踏板控制的傳感器軸驅動機構壓板安裝在本體上，中軸架設在本體的限位缺口與壓板的開孔上，且中軸上還設置有彈簧卡子、限位板以及復位簧，復位簧一端與本體連接，另一端固定在限位板上，且安裝到位時產生一個回復力，中軸伸出本體的一端用作與踏板連接，另一端與傳感器軸連接；還有單片機主控制器。它具有壽命長、精度高、可靠性高以及智能化控制的特點。
文檔編號G05B19/042GK101412372SQ20081014761
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月20日 優先權日2008年11月20日
發明者萬裡軍, 偉 張, 張德政, 楊燕紅, 肖傳良 申請人:四川紅光汽車機電有限公司