CN101189418B - 节气门控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于将信号传输给机动车发动机的电子燃油控制系统的节气门控制装置，其包括电磁场发生器和被安置于电磁场附近的第一电磁场感应器和第二电磁场感应器。电磁场和第一、第二感应器相互之间是可操作的，并且该感应器能响应于这种相对操作。感应器被配置为独立地传输代表所述相对操作的信号。

Description

节气门控制方法及装置
相关申请
本申请要求基于2005年3月14日提交的名称为“Non-ContactingPosition Sensor with Electrically Independent Analog and DigitalOutputs”(“具有电子独立模拟与数字输出的非接触式位置感应器”)的申请号为60/661,642的美国临时专利申请的权益。
技术领域
本发明涉及对机动车的控制，例如机动车发动机的节气门控制，在这里可能需要或者使用多余的控制输入。
背景技术
卡车的电子节气门控制通常包括多余的控制输入。实例在共同拥有的专利号为5,321,980、5,237,891、5,133,225和4,976,166的美国专利中公开，这些美国专利的公开技术通过引用结合于本文中。发动机节气门适用于响应一个控制感应器的变化的电子输入而产生发动机的增速/减速。第二输入产生“开/关”电子信号，例如如果处于“开”的位置，这表示卡车踏板的怠速位置，并且在必要时其将覆盖掉第一信号以将发动机速度降回到怠速。反之亦如此，即变化的信号表示卡车踏板的怠速位置，且“开/关”信号表示踏板已被压下，在这种情况下将又产生低速(例如怠速)。
传统上，这些感应器依靠基于接触开关和电位计的技术，该技术通常限制工作寿命和可靠性。普通形式的这些感应器提供与节气门控制被压下(模拟位置信号)的程度成比例的输出电压，和被用来验证节气门控制是否处于“怠速”状态(怠速有效开关)的一个或多个开关输出。
本发明的目的是例如采用非接触式节气门控制感应器，来提供典型接触式节气门控制信号产生的安全特征，从而获得更长的磨损寿命而没有减少节气门控制的可靠性。
发明实施例简述
本发明的实施例利用电磁场发生器以及两个或多个独立的电磁场感应器(sensor)。感应器和电磁场可配置为相互之间移动，在这里这一移动可由部件的物理移动所致、例如驾驶员的手或脚促动节气门踏板或杆。但是，感应器都可读出和/或感应磁场的同一相对移动，它们在电子上都是独立的，使得它们各自将自己独立的电信号和/或电子信号传达给发动机以控制例如节气门。在一个实施例中，一个感应器可产生成比例的模拟输出(例如，变量)以及另一个二进制数字输出(例如，开/关)。成比例的信号/输出可以支配发动机的速度，除非第二感应器的开/关输出指示怠速位置，使得发动机将减速至怠速位置。
附图说明
图1是可适用于本发明的设计用来将期望的速度信号传达到卡车发动机的脚踏板的侧视图。
图2是说明根据本发明的节气门操作的示意图。
图3是根据本发明的实施例的节气门控制的示意图。
图4至图7说明了根据本发明实施例的各种节气门控制装置。
示例性实施例详述
将使用本领域的那些技术人员通常采用的用语描述示例性实施例的各个方面，以将它们工作的内容传达给本领域的其他技术人员。然而，对于本领域的那些技术人员明显的是仅用一些所描述的方面可实现替代的实施例。为了说明，阐述了特定材质和配置以彻底理解示例性实施例。然而，对于本领域的一名技术人员明显的是在没有特定细节的情况下，可实现替代的实施例。在其它实例中，为了不模糊示例性实施例，省略或简化了众所周知的特征。
而且，各个操作将作为多个离散操作依次以最有助于理解本发明的方式描述。然而，描述的顺序不应该理解为暗示这些操作一定是顺序相关的。特别地，这些操作无需按说明的顺序执行。
在下文的描述和权利要求中：
“在一个实施例中”这一短语可重复使用。这一短语通常不指同一实施例，然而，它可以指同一实施例。“包括”、“具有”和“包含”这些用语是同义词，除非上下文特别指示。
“A/B”这一短语意思为“A或者B”。“A和/或B”这一短语意思为“(A)、(B)或者(A和B)”。“A、B和C中至少其中之一”这一短语意思为“(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或者(A、B和C)”。“(A)B”这一短语意思为“(B)或者(AB)”，也就是A是可选项。
可使用“耦合的”和“连接的”这两个用语以及它们的引申义。应理解这些用语并非特定为彼此的同义词。而是，在特定的实施例中，“连接的”可用来表示两个或多个元件直接相互物理接触或者电接触。“耦合的”可意思为两个或多个元件直接物理接触或者电接触。然而，“耦合的”还可意思为两个或多个元件不直接相互接触，但是仍然相互协作或相互作用。
图1说明了可装配于卡车或其他类型重型设备的驾驶室中的脚踏板10的实例。踏板10可围绕枢转点12枢转，枢转点12固定于装配支架14上。踏板10的形成部件是含有配置为产生节气门控制输出的构件的壳体18。臂22可从壳体18中突出，使得滚轴24可沿支架14的斜面16上下直线地移动。踏板10在箭头30、32指示的方向上的促动使得臂22围绕例如枢转点25做如箭头26、28指示的枢转移动。壳体18的构件可配置为探测踏板10的位置，并且经由在电缆20上被发送给机动车的电子燃油控制系统的信号传送这一位置。
图2说明了根据本发明的实施例的节气门控制装置的示意图，其构件可包括：
1)电磁场发生器34；
2)探测器/感应器36，其适用于探测和/或感应电磁场并且提供成比例的模拟输出信号50；
3)第二探测器/感应器38，其独立于第一感应器36并且适用于探测和/或感应电磁场，将测量结果与阈值探测器44中的预定阈值相比较，并且提供二进制开/关输出信号52；以及
4)操作部件35，其适用于相对于感应器36和38操作电磁场。
在各个实施例中，感应器可安置于电磁场发生器附近，也是电磁场附近，使得能够更改、操作和/或改变电磁场发生器之间的耦合。在使用中，“附近的”意思为被安置于临近的、下一个、旁边和/或在可探测的范围之内。这样场探测器/感应器通常是经由例如机械链接的部件的物理位置(直线的、转动的和/或其他的)的函数，这通过下文可更能理解。在一个实施例中，第二感应器可适用于直接输出二进制和/或数字输出。
本发明的实施例可包括两个电独立和隔离的感应器，其配置为对于磁场作相对移动并且产生基于其上的独立输出。因此，在任一感应器中出现的故障经常会导致被标识为故障的输出状况。而且，在一个感应器电路上的故障通常不能串联并且导致另一感应器电路中的故障。
在各个实施例中，电磁场发生器可以是基于磁的发生器。图3说明了这样一个实例。电磁场发生器包括由磁轭(yoke)348承载的一个或多个磁体340、342。磁轭348可配置为根据如箭头360所说明的外部输入而转动，外部输入例如操作员推动节气门踏板。磁轭348还可配置为围绕两个磁场探测器344、346转动，例如该探测器可对以某一轴线定向的场敏感。由于探测器的方向敏感性，磁轭348的转动成为改变场发生器和探测器344、346之间耦合的方式。感应器344、346可适用于分别产生模拟输出信号350和数字输出信号352。
在一个实施例中，可使用磁通集中器以增强由电磁场发生器产生的磁场。在各个实施例中，磁场探测器可使用霍尔效应(Hall-effect)和/或磁阻技术。磁场探测器还可配置为或者提供成比例的线性输出信号和/或提供二进制数字输出信号，这可在预定的磁场级别开启和关闭。在示例性实施例中，一个探测器344可提供模拟输出信号350，然而另一个探测器346提供二进制数字输出信号352，这两个信号都被发送给发动机以控制节气门。
本发明的实施例不限制到基于旋转磁的位置感应器，但是可包括基于其它磁的感应器。图4示出相关实施例，在该实施例中可探测直线位置。正如在前一实例中的，模拟输出感应器444和数字二进制输出感应器446都可使用。磁体454、456被耦合到磁轭458上，并且相应地相对于感应器444和446直线地(如箭头460指示的)移动，以由此探测磁场中的变化。在一个实施例中，探测器444提供模拟输出信号450，然而另一探测器446提供二进制输出信号452，这两个信号都被发送给发动机以控制节气门。
在各个实施例中，可使用基于感应的电磁场发生器。图5说明了这样一个实例，在这里电磁场发生器包括生成时变(time-varying)电压信号的振荡器562，时变电压信号被传送到发电线圈564，使得可产生时变磁场。磁场探测器可包括被放置在发电线圈564附近的感应线圈566、568。相应的信号探测器576、578被用于将由各个感应线圈566、568提供的时变信号转换成连续的输出信号570、572。一个输出信号570可提供模拟输出信号，并且然后将另一输出信号572与使用例如阈值探测器574而来的预定阈值进行比较，阈值探测器574可配置为产生二进制数字输出580。
在一个实施例中，可移动铁氧体棒582可用来改变发电线圈564和感应线圈566、568之间的磁耦合。当将棒582向一个感应线圈移动时，更多产生的磁场将被引向那个线圈。因此，至少可如箭头584所示的直线地移动棒582。
图6说明了基于感应(induction)的节气门控制，在这里导电部件转动以相对于感应线圈移动，从而操作相对于感应线圈产生的磁场。振荡器662生成被传送到发电线圈664的时变电压信号。可使导电部件682介于发电线圈664和一对感应线圈666、668之间。在该实例中，导电部件682适用于转动和操作(例如、吸收)磁场，因此可选择地屏蔽与其转动呈函数关系的感应线圈666、668。当使用图5说明的实施例时，相应的信号探测器676、678可用来将由各感应线圈666、668提供的信号分别转换成连续的输出信号670、672。一个输出信号670可提供模拟输出信号，并且然后将另一个输出信号672与使用例如阈值探测器674而来的预定阈值进行比较，阈值探测器674可配置为产生二进制数字输出680。
在各个实施例中，基于电容的磁场发生器可用来产生控制信号。图7说明了这样一个实例，在这里电磁场发生器包括耦合于场发生板和/或线圈764上的振荡器762。可接地的断续器(interrupter)板782介于场发生板764和两个感应板766、768之间。当断续器板782移动时(如箭头784所示)，其提供在发生板764和感应板766、768之间的可变耦合。
而且，相应的信号探测器776、778可用来将各感应板766、768提供的信号分别转换成连续的输出信号770、772。一个输出信号770可提供模拟输出信号，并且然后将另一个输出信号772与使用例如阈值探测器774而来的预定阈值进行比较，阈值探测器774可配置为产生二进制数字输出780。
在各个描述的实施例中，相对于感应器操作(例如，磁体的移动和/或断续部件的移动)电磁场时，在各个其他的实施例中，感应器可配置为相对于电磁场发生器操作(例如、通过扭矩和切断)从而更改由感应器感应到的磁场通量。
虽然根据机动车上的节气门控制已经描述了示例性实施例，但机动车广泛地应用到移动机器例如汽车、卡车、工程机械、飞机、船舶、火车等。而且，本发明的控制系统还应用到各种机动车控制上，包括但不限于节气门控制、动力输出控制等。
尽管为了说明优选实施例，本文已说明和描述了某些实施例，本领域的那些普通技术人员将理解被精心考虑以实现同一目的的广范围的替换和/或等价的实施例或实现方式可替换所示出和描述的实施例。本领域的那些技术人员将容易地理解根据本发明的实施例可以非常广范围的方式实现。本申请意图覆盖本文所讨论的实施例的任何适应和变型。因此，很显然，根据本发明的实施例仅被权利要求和其等同技术所限制。

Claims (8)

1.一种用于产生并且传输信号给机动车控制系统的控制装置，包括：
电磁场发生器，其配置为产生电磁场；
第一感应器和第二感应器，其安置于所述电磁场发生器附近；
控制部件，其配置为相对于所述第一感应器和第二感应器操作所述电磁场，其中所述电磁场的操作由所述控制部件的物理移动产生；以及
其中，所述第一感应器配置为探测所述电磁场的操作并且产生模拟输出，且其中，所述第二感应器配置为探测所述电磁场的操作并且独立地产生二进制输出；且
其中：
所述发生器包括可转动圆形磁轭，所述磁轭具有产生跨越所述磁轭中心开口的电磁场的相对布置的磁体，所述感应器固定地装配于所述开口内，由此所述磁轭的旋转运动改变相对于所述感应器的所述电磁场，或者
所述发生器包括可直线地移动的磁轭，所述磁轭承载细长的间隔开的磁体，所述感应器固定地装配于所述磁体之间的位置处，由此所述磁体的直线移动改变相对于所述感应器的所述电磁场；或者
所述发生器是振荡器-线圈电磁场发生器，并且所述感应器包括感应线圈，所述控制装置还包括导电部件，所述导电部件相对于所述感应线圈可移动，用于改变相对于所述感应线圈的所述电磁场；或者
所述发生器是振荡器-线圈电磁场发生器，并且其中所述感应器包括感应线圈，所述控制装置还包括在所述电磁场内转动的导电部件，所述转动的导电部件配置为通过其旋转运动来改变相对于所述感应线圈的所述电磁场的效应；或者
所述发生器产生电磁场，所述感应器具有安置于所述电磁场内的感应板，所述控制装置还包括可移动板，所述可移动板可移动地布置于所述发生器和感应板之间，以可变地屏蔽所述感应板，从而操作由所述感应板感应的电磁场。
2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制部件是由机动车驾驶员的脚操作的脚踏板。
3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述控制部件是由机动车驾驶员操作的手动杆。
4.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述电磁场的操作包括相对于第一感应器和第二感应器移动所述电磁场。
5.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述第一感应器和第二感应器是静止的并且所述电磁场相对于所述感应器移动。
6.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述第二感应器配置为输出模拟信号，并且其中所述控制装置还包括适用于接收所述第二感应器模拟信号并产生所述二进制输出的比较器。
7.一种机动车节气门控制装置，包括：
电磁场发生器，其配置为产生电磁场；
第一感应器，其适用于探测所述电磁场，并提供成比例的第一模拟输出信号；
第二感应器，其独立于所述第一感应器，所述第二感应器配置为感应所述电磁场，产生第二模拟输出信号，将所述第二模拟输出信号与预定阈值进行比较，并且提供二进制开/关输出信号；以及
控制部件，其适用于相对于所述第一感应器和第二感应器操作所述电磁场；且
其中：
所述电磁场发生器包括可转动圆形磁轭，所述磁轭具有产生跨越所述磁轭中心开口的电磁场的相对布置的磁体，所述感应器固定地装配于所述开口内，由此所述磁轭的旋转运动改变相对于所述感应器的所述电磁场，或者
所述电磁场发生器包括可直线地移动的磁轭，所述磁轭承载细长的间隔开的磁体，所述感应器固定地装配于所述磁体之间的位置处，由此所述磁体的直线移动改变相对于所述感应器的所述电磁场；或者
所述电磁场发生器是振荡器-线圈电磁场发生器，并且所述感应器包括感应线圈，所述节气门控制装置还包括导电部件，所述导电部件相对于所述感应线圈可移动，用于改变相对于所述感应线圈的所述电磁场；或者
所述电磁场发生器是振荡器-线圈电磁场发生器，并且其中所述感应器包括感应线圈，所述节气门控制装置还包括在所述电磁场内转动的导电部件，所述转动的导电部件配置为通过其旋转运动来改变相对于所述感应线圈的所述电磁场的效应；或者
所述电磁场发生器产生电磁场，所述感应器具有安置于所述电磁场内的感应板，所述控制装置还包括可移动板，所述可移动板可移动地布置于所述发生器和感应板之间，以可变地屏蔽所述感应板，从而操作由所述感应板感应的电磁场。
8.如权利要求7所述的机动车节气门控制装置，其特征在于，还包括适用于将所述第二模拟输出信号与所述预定阈值进行比较，并且根据比较结果产生所述二进制开/关输出信号的比较器。
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