CN101070790A - 一种汽车电子节气阀系统 - Google Patents
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Abstract
一种汽车电子节气阀系统(俗称油门)，由油门踏板装置(1)，微电脑指令控制系统(2)，节气阀执行装置(3)和数据传输电缆(4)组成。本发明可实现给定目标车速后，汽车可以在速度方面不需驾驶者的脚去控制，即自动驾驶。智能化判断并控制油门开度大小，采用电子节气阀和扭矩结构控制原理，使得发动机时刻处于最优状态，大大改善了整车性能，提高了驾驶舒适性，降低了油耗，减少了排放污染，更好地满足环保要求。电子节气阀最先执行驾驶者的加速信号，并且连续不间断地与发动机、变速箱计算机进行信息交换，将节气阀开启角度保持在最佳状态，可减小变速时的冲击。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子产品，特别提供了一种汽车电子节气阀系统(俗称电子油门)。
背景技术
操纵节气门开度能控制可燃混合气的流量，改变发动机的转速和功率，以适应汽车行驶的需要。传统发动机节气门操纵机构是通过拉索(软钢丝)或者拉杆，一端联接油门踏板(加速踏板)，另一端联接节气门连动板而工作，这种传统油门应用范畴受到限制并缺乏精确性。
现有的一些电子油门控制执行机构是采用电磁铁或电气比例阀，动作不够准确。
所有的传统油门的控制都基于人脑的判断，具有不确定性，油门开度不稳定，导致比电子油门耗更多燃油。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃油比恒定的电子节气阀系统(即电子油门)，电子节气阀最先执行驾驶者的加速信号，并且连续不间断地与发动机、变速箱计算机进行信息交换，将节气阀开启角度保持在最佳状态，可减小变速时的冲击。
所述的电子节气阀系统由油门踏板装置(1)，微电脑指令控制系统(2)，节气阀执行装置(3)和数据传输电缆(4)组成；
其中：油门踏板装置(1)通过数据传输电缆(4)与微电脑指令控制系统(2)连接，节气阀执行装置(3)通过数据传输电缆(4)与微电脑指令控制系统(2)连接，油门踏板给角位移传感器的信号经微电脑指令控制系统(2)处理后，发控制信号给执行部分(3)，控制油门开度的大小，实现汽车节气阀开度的控制。
所述的微电脑指令控制系统(2)由ECT控制板(201)、速度传感器(202)、巡航控制模块(203)、电源(204)组成；
其中：速度传感器(202)、巡航控制模块(203)、电源(204)通过数据传输电缆与ECT控制板(201)连接。
所述的节气阀执行装置(3)由节气阀开度传感器(301)、节气阀门(302)、节气阀门轴(303)、传动齿轮(304)、步进电机(305)、电缆插座(306)、节气阀外壳(307)组成；
其中：节气阀开度传感器(301)位于节气阀外壳(307)的内壁上，节气阀门(302)固连在节气阀门轴(303)上，节气阀门轴(303)安装在节气阀外壳(307)上，步进电机(305)通过螺钉安装在节气阀外壳(307)上，步进电机(305)的轴上装有齿轮，并与节气阀门轴(303)上安装的齿轮相啮合。
所述的油门踏板装置(1)由油门踏板(101)、角位移传感器(102)、油门踏板装置外壳(103)组成；
其中：油门踏板(101)通过转动副与油门踏板装置外壳(103)连接，角位移传感(102)安装在油门踏板装置外壳(103)内。
主控芯片采用MM908E624芯片，MM908E624对外部传感电路的信号进行运算和分析，从而驱动油门步进电机(305)，同时通过LIN总线及时反馈信息。
所述的微电脑指令控制系统(2)中的ECT控制板(201)所采用的A/D转换芯片是MM901E204芯片。
所述的微电脑指令控制系统(2)中的时基电路采用NE555芯片。
所述的电子节气阀系统可实现在给定速度情况下的自动驾驶，即人为给定一个速度，通过电子节气阀系统的控制执行，可不需要驾驶员控制车速，实现在车速方面的自动驾驶。
基于MM908E624芯片微电脑控制的汽车电子控制节气阀(俗称油门)。本发明使用简单方便，有脚踏板位移传感器，微电脑指令控制系统，执行部分(伺服电机)控制油门的开度，实现汽车油门开度的控制。与此同时，通过传感器可以从显示部分得知油门的实际开度，
与传统油门比较，电子油门明显的一点是可以用线束(导线)来代替拉索或者拉杆，在节气门那边装一只微型步进电动机，用步进电动机来驱动节气门开度。即所谓的“导线驾驶”，用导线代替了原来的机械传动机构。但这仅仅是电子油门表面的东西，它的实质和作用仅仅用连接代替方式来解析是远远不够的。首先通过，用脚踏调节位置传感器将需要的油门开度信号传递到主控芯片MM908E624，经过得到的数据(扭矩及转速)分析，从而输出信号驱动步进电动机进行调节油气门开度。
汽车电子控制节气阀(油门)控制系统主要由油门位移传感器DCU(电控单元)、数据总线、步进伺服电动机和节气门执行机构组成。MM908E624单片机主要是为汽车和工业控制而设计的。它们都是由高性能的HC08单片机(MCU)核和SmartMOS集成电路芯片构成，具有集成度高、价格低等特点。
在这里采用此单片机作为控制核心主要基于以下原因：
1、不需要外置晶振减少器件和成本。
2、集成模拟器件使用更方便。
3、芯片性能优异。
在实际应用中将位移传感器安装在方向盘上，可以设定油门的开度(即目标车速)，同时在油门的电机上安装油门开度传感器监测油门开度的实际位置。当数据扫描到位移传感器的模拟输入与油门开度传感器的输入不同有变化时，会瞬间将此信息送往MM908E624，该芯片对信息进行分析，当位移传感器的模拟输入量大于油门开度传感器的反馈量时，驱动执行汽车电子控制节气阀机构(油门)马达正转(即进油量增加、并加速)。反之输入量小于反馈量则相反。通过以上方法实现对油门的控制，保持输出稳定和高的燃烧效率从而减少能源消耗。
此外，电子节气阀系统是通过DCU来调整节气门的，因此可以设置各种功能来改善驾驶的安全性和舒适性，其中最常见的就是ASR(牵引力控制系统)和速度控制系统(巡航控制)。电子油门当ASR系统传感到车轮的旋转速度，ECU(EGAS控制单元)就根据油门踏板的位置、车轮速度和方向盘转向角度等之间的不同而求出滑动率，通过减少节气门开度来调整混合气流量，以降低发动机功率来达到控制目的。而在ASR系统中，电子油门起到十分关键的作用，它涉及整个ASR系统中对车速控制、怠速控制等功能，使系统能迅速准确地执行指令。即当电子油门系统接受到ASR系统指令时，它对节气门控制指令只来自于ASR，这样就可以避免驾车者的误操作。当驾车者使用速度控制系统时，车速传感器将车速信号输入ECU(EGAS控制单元)，再由ECU(EGAS控制单元)输出指令伺服电动机控制节气门开度。在这样的系统中，根据行驶阻力的变化由控制系统自动调节发动机节气门开度，使行驶车速保持稳定。因此系统以兼容巡航控制功能。
电路图设计，利用单片机MM908E624其所带的HC08单片机核基本都是一样的，都包括16K字节的片上flash存储器，512字节的RAM，两个16位2通道的定时器，增强型串行通讯接口(ESCI)，10位或12位精度的模数转换器(A/D)，串行外设接口(SPI)和16个单片机通用I/O口。其中，MM908E624内部的SmartMOS集成电路主要是由三个的高端输出口，LIN总线接口，电压调整器以及运算放大器接口和唤醒接口等构成。MM908E624共有三个高端输出口：其中前两个高端输出接口HS1和HS2，带有过流及过温保护功能，最大输出电流范围为200mA～500mA，可以用来驱动马达。在驱动电感性负载的情况下，这两个输出口的内部还带有钳位电路，可以限制输出的电压。对这两个输出口的控制是通过SPI接口实现的，另外还可以通过PWMIN端口，实现PWM控制功能。在使用PWM功能的时候，芯片内部驱动高端输出接口的电路会把SPI寄存器的HS1ON位(或HS2ON位)和PWMIN输入引脚的电平进行逻辑与运算，然后根据与的结果控制高端输出口的状态。
MM908E624/都带有一个LIN物理层，提供了一个LIN总线端口LIN，该端口为单总线收发，可以与三线LIN总线兼容。LIN(Local InterconnectNetwork)是一种低成本的串行通讯网络，基于SCI(UART)数据格式，采用单主控制器/多从设备的模式，主要用于实现汽车中的分布式电子系统控制。与CAN(Control Area Network)相比，LIN的设计更为简单廉价。在很多应用的场合，使用LIN来替代CAN能够大幅度的降低产品的成本。MM908E624带有一个电压调整器输出接口。在正常模式和STOP模式下，该电压调整器，可以输出一个5V电压，从而可以给单片机供电。但需要注意的是，该端口需外接一个电容来稳定电压的输出。另外，该电压调整器还具有限流功能，主要用于STOP模式下。
主控芯片部分，MM908E624对外部传感电路的信号进行运算和分析，判断是否HS1，HS2端口输出，从而驱动油门马达，并将报警信号输出通过PTA3，PTA4。同时通过LIN总线与主控制器连接及时反馈信息。
RESET部分，通过该复位键L1，及时唤醒芯片进行油门马达反转刹车缓冲。
电源部分，供电采用12V，芯片采用LIN总线供电5V，马达部分采用5V电源供电。
本发明的优点：
本发明可实现给定目标车速后，汽车可以在速度方面不需驾驶者的脚去控制，即自动驾驶。
智能判断功能，自动使油门开度变小变大。可以省油节油，并有利于新驾驶员驾驶避免半途熄火的危险驾驶。
电子节气阀最先执行驾驶者的加速信号，并且连续不间断地与发动机、变速箱计算机进行信息交换，将节气阀开启角度保持在最佳状态，可减小变速时的冲击。
电喷系统采用电子油门和扭矩结构控制原理，使得发动机时刻处于最优状态，大大改善了整车性能，提高了驾驶舒适性，降低了油耗，减少了排放污染；更好地满足环保要求。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为软件总体框图；
图2为软件结构方框；
图3为工作原理方框；
图4为电路原理图；
图5为电子控制节气阀结构图。
具体实施方式
实施例1
所述的电子节气阀系统由油门踏板装置(1)，微电脑指令控制系统(2)，节气阀执行装置(3)和数据传输电缆(4)组成；
其中：油门踏板装置(1)通过数据传输电缆(4)与微电脑指令控制系统(2)连接，节气阀执行装置(3)通过数据传输电缆(4)与微电脑指令控制系统(2)连接，油门踏板给角位移传感器的信号经微电脑指令控制系统(2)处理后，发控制信号给执行部分(3)，控制油门开度的大小，实现汽车油门开度的控制。
所述的微电脑指令控制系统(2)由ECT控制板(201)、速度传感器(202)、巡航控制模块(203)、电源(204)组成；
其中：速度传感器(202)、巡航控制模块(203)、电源(204)通过数据传输电缆与ECT控制板(201)连接。
所述的节气阀执行装置(3)由节气阀开度传感器(301)、节气阀门(302)、节气阀门轴(303)、传动齿轮(304)、步进电机(305)、电缆插座(306)、节气阀外壳(307)组成；
其中：节气阀开度传感器(301)位于节气阀外壳(307)的内壁上，节气阀门(302)固连在节气阀门轴(303)上，节气阀门轴(303)安装在节气阀外壳(307)上，步进电机(305)通过螺钉安装在节气阀外壳(307)上，步进电机(305)的轴上装有齿轮，并与节气阀门轴(303)上安装的齿轮相啮合。
所述的油门踏板装置(1)由油门踏板(101)、角位移传感器(102)、油门踏板装置外壳(103)组成；
其中：油门踏板(101)通过转动副与油门踏板装置外壳(103)连接，角位移传感器(102)安装在油门踏板装置外壳(103)上。
主控芯片采用MM908E624芯片，MM908E624对外部传感电路的信号进行运算和分析，从而驱动油门步进电机(305)，同时通过LIN总线及时反馈信息。
所述的微电脑指令控制系统(2)中的ECT控制板(201)所采用的A/D转换芯片是MM901E204芯片。
所述的微电脑指令控制系统(2)中的时基电路采用NE555芯片。
电路图设计，利用单片机MM908E624其所带的HC08单片机核基本都是一样的，都包括16K字节的片上flash存储器，512字节的RAM，两个16位2通道的定时器，增强型串行通讯接(ESCI)，10位精度的模数转换器(A/D)，串行外设接(SPI)和16个单片机通用I/O口。
所述的电子节气阀系统可实现在给定速度情况下的自动驾驶，即人为给定一个速度，通过电子节气阀系统的控制执行，可不需要驾驶者控制车速，实现在车速方面的自动驾驶。
实施例2
所述的电子节气阀系统由油门踏板装置(1)，微电脑指令控制系统(2)，节气阀执行装置(3)和数据传输电缆(4)组成；
其中：油门踏板装置(1)通过数据传输电缆(4)与微电脑指令控制系统(2)连接，节气阀执行装置(3)通过数据传输电缆(4)与微电脑指令控制系统(2)连接，油门踏板给角位移传感器的信号经微电脑指令控制系统(2)处理后，发控制信号给执行部分(3)，控制油门开度的大小，实现汽车节气阀开度的控制。
所述的微电脑指令控制系统(2)由ECT控制板(201)、速度传感器(202)、巡航控制模块(203)、电源(204)组成；
其中：速度传感器(202)、巡航控制模块(203)、电源(204)通过数据传输电缆与ECT控制板(201)连接。
所述的节气阀执行装置(3)由节气阀开度传感器(301)、节气阀门(302)、节气阀门轴(303)、传动齿轮(304)、步进电机(305)、电缆插座(306)、节气阀外壳(307)组成；
其中：节气阀开度传感器(301)位于节气阀外壳(307)的内壁上，节气阀门(302)固连在节气阀门轴(303)上，节气阀门轴(303)安装在节气阀外壳(307)上，步进电机(305)通过螺钉安装在节气阀外壳(307)上，步进电机(305)的轴上装有齿轮，并与节气阀门轴(303)上安装的齿轮相啮合。
所述的油门踏板装置(1)由油门踏板(101)、角位移传感器(102)、油门踏板装置外壳(103)组成；
其中：油门踏板(101)通过转动副与油门踏板装置外壳(103)连接，角位移传感器(102)安装在油门踏板装置外壳(103)上。
主控芯片采用MM908E624芯片，MM908E624对外部传感电路的信号进行运算和分析，从而驱动油门步进电机(305)，同时通过LIN总线及时反馈信息。
所述的微电脑指令控制系统(2)中的ECT控制板(201)所采用的A/D转换芯片是12位精度的AD574芯片。
所述的微电脑指令控制系统(2)中的时基电路采用NE555芯片。
电路图设计，利用单片机MM908E624其所带的HC08单片机核基本都是一样的，都包括16K字节的片上flash存储器，512字节的RAM，两个16位2通道的定时器，增强型串行通讯接(ESCI)，12位精度的模数转换器(A/D)，串行外设接口(SPI)和16个单片机通用I/O口。
所述的电子节气阀系统可实现在给定速度情况下的自动驾驶，即人为给定一个速度，通过电子节气阀系统的控制执行，可不需要驾驶者控制车速，实现在车速方面的自动驾驶。
Claims (10)
1、一种汽车电子节气阀系统，其特征在于：所述的电子节气阀系统由油门踏板装置(1)，微电脑指令控制系统(2)，节气阀执行装置(3)和数据传输电缆(4)组成；
其中：油门踏板装置(1)通过数据传输电缆(4)与微电脑指令控制系统(2)连接，节气阀执行装置(3)通过数据传输电缆(4)与微电脑指令控制系统(2)连接，油门踏板装置(1)的信号经微电脑指令控制系统(2)处理后，发送控制信号给节气阀执行装置(3)，控制节气阀开度的大小，实现汽车发动机转速的控制。
2、按照权利要求1所述，其特征在于：所述的微电脑指令控制系统(2)由ECT控制板(201)、速度传感器(202)、巡航控制模块(203)、电源(204)组成；
其中：速度传感器(202)、巡航控制模块(203)、电源(204)通过数据传输电缆(4)与ECT控制板(201)连接。
3、按照权利要求1所述，其特征在于：所述的节气阀执行装置(3)由节气阀开度传感器(301)、节气阀门(302)、节气阀门轴(303)、传动齿轮(304)、步进电机(305)、电缆插座(306)、节气阀外壳(307)组成；
其中：节气阀开度传感(301)固定在节气阀外壳(307)的内壁上，节气阀门(302)固连在节气阀门轴(303)上，节气阀门轴(303)安装在节气阀外壳(307)上，步进电机(305)通过螺钉安装在节气阀外壳(307)上，步进电机(305)的轴上装有齿轮，并与节气阀门轴(303)上安装的齿轮相啮合。
4、按照权利要求1所述，其特征在于：所述的油门踏板装置(1)由油门踏板(101)、角位移传感器(102)、油门踏板装置外壳(103)组成；
其中：油门踏板(101)通过转动副与油门踏板装置外壳(103)连接，角位移传感器(102)安装在油门踏板装置外壳(103)内。
5、按照权利要求1或2所述，其特征在于：所述的微电脑指令控制系统(2)的主控芯片采用MM908E624芯片，MM908E624对外部传感电路的信号进行运算和分析，驱动节气阀的步进电机(305)，同时通过LIN总线及时反馈信息。
6、按照权利要求1或2所述，其特征在于：所述的微电脑指令控制系统(2)中的ECT控制板(201)，所采用的A/D转换芯片MM901E204芯片。
7、按照权利要求1或2所述，其特征在于：所述的微电脑指令控制系统(2)中的ECT控制板(201)，所采用的A/D转换芯片是AD574芯片。
8、按照权利要求1或2所述，其特征在于：所述的微电脑指令控制系统(2)中的时基电路采用NE555芯片。
9、按照权利要求1或2所述，其特征在于：所述的微电脑指令控制系统(2)中的放大器采用LF357芯片。
10、按照权利要求1所述，其特征在于：所述的电子节气阀系统可实现在给定速度情况下的自动驾驶，即人为给定一个速度，通过电子节气阀系统的控制执行，可不需要驾驶员控制车速，即自动驾驶。
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