CN101412372A - 非接触式智能电子油门 - Google Patents

Abstract

一种非接触式智能电子油门，属汽车发动机用智能式电子油门控制总成。传感器结构为：传感器轴上固定有两个磁体，位置上互为90°的两路线性霍尔传感器固定在电路板上，电路板固定在本体上，且霍尔传感器位于两个磁体产生的匀磁场以内；还有由踏板控制的传感器轴驱动机构：压板安装在本体上，中轴架设在本体的限位缺口与压板的开孔上，且中轴上还设置有弹簧卡子、限位板以及复位簧，复位簧一端与本体连接，另一端固定在限位板上，且安装到位时产生一个回复力，中轴伸出本体的一端用作与踏板连接，另一端与传感器轴连接；还有单片机主控制器。它具有寿命长、精度高、可靠性高以及智能化控制的特点。

Description

非接触式智能电子油门

技术领域

本发明型涉及发动机油门控制系统，特别是属于汽车内燃发动机电子油门控制总成技术领域。

背景技术

目前汽车内燃发动机系统的油门系统分为机械式和电子式两种。机械式是采用了钢丝和扛杆与节气门轴相连，驾驶员通过脚踩油门来拉动钢丝，控制节气门的开度，改变发动机的输出功率。机械式油门主要用于机械式节气门，其主要问题是采用钢丝连接，易磨损，控制不精确，现在发动机控制系统正逐步采用电子油门代替。

现在电子油门多采用的是接触式角度传感器，其原理同滑线变阻器原理，其电阻体使用时有磨损，因此使用寿命不高，同时由于是采用触角接触，在强振动、高油污、高粉尘、温度及湿度等极端环境下存在着环境适应性不好的问题，还存在功能单一的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种非接触式电子油门，以精确描述驾驶员的操作，达到更精确的控制发动机工况、更有效减少有害排放量的要求，同时达到长寿命、多功能、智能化的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种非接触式智能电子油门，包括传感器，传感器结构为：传感器轴设置在本体上，且该轴上固定有两个磁体，位置上互为90°的两路线性霍尔传感器固定在电路板上，电路板固定在本体上，且霍尔传感器位于两个磁体产生的匀磁场以内，该磁场的强度小于霍尔传感器的饱和强度；还具有由踏板控制的传感器轴驱动机构：压板安装在本体上，中轴架设在本体的限位缺口与压板的开孔上，且中轴上压板以内位置还顺次设置有弹簧卡子、限位板以及复位簧，复位簧一端与本体连接，另一端固定在限位板上，且安装到位时产生一个回复力，中轴伸出本体的一端用作与踏板连接，另一端与传感器轴连接；还具有单片机主控制器。

当踏动踏板时，带动中轴转动，进而带动传感器轴转动，以及传感器上两个磁体形成的匀磁场转动，从而使在匀磁场中的两个霍尔传感器产生正弦和余弦电压信号，单片机采集霍尔传感器的电压信号，通过程序求得角度并输出相应的调制波。

与现有技术相比，本发明与采用了霍尔器件为非接触式传感器，具有寿命长、精度高、可靠性高、环境适应性强的特点，同时由于采用了单片机为主控制器，实现多功能和智能化功能，减少了发动机控制器的工作量，增加了驾驶性等优点。

附图说明

图1a是本发明的结构图；

图1b是本发明的爆炸结构图；

图2a是本发明的传感器结构图；

图2b是本发明的传感器爆炸结构图；

图3是本发明的电路原理图；

图4是图3所示单片机进行控制的程序流程图；

图5是图1b所示本体上限位缺口与限位板之间配合限位关系示意图；

图6a、6b分别是图1b所示中轴的主视图和仰视图。

具体实施方式

如图1a、1b所示，踏板1、复位簧3、中轴4、限位板5、弹簧卡子6、压板7、传感器8、螺钉9、螺钉10、螺钉11都安装在本体2上。图2中，传感器8结构为：传感器轴82设置在本体81上，且该轴上固定有两个磁体83，位置上互为90°的两路线性霍尔传感器84a、84b固定在电路板84上，电路板固定在本体81上，且霍尔传感器84a、84b位于两个磁体83产生的匀磁场以内，该磁场的强度小于霍尔传感器的饱和强度；还具有由踏板1控制的传感器轴82驱动机构：压板7安装在本体2上，中轴4架设在本体2的限位缺口与压板7的开孔上，且中轴上压板7以内位置还顺次设置有弹簧卡子6、限位板5以及复位簧3，复位簧一端与本体2连接，另一端固定在限位板5上，且安装到位时产生一个回复力，中轴伸出本体2的一端用作与踏板连接，另一端与传感器轴82连接。

本体2实现了主支承体的作用，实现了转动角度限位，中轴4及复位簧3固定作用。当踩动踏板1时，带动中轴4转动，进而带动传感器的轴转动，中轴4的转动角度由本体2上的限位缺口与限位板5确定，到头后不再转动，松开踏板1后，复位簧3带动中轴4、踏板1及传感器的转轴回到初始位置。中轴4一端架设在本体2上，另一端架设在压板7的孔中，使其能在本体2内自由活动。弹簧卡子6安装于中轴4上的孔中，起到在轴向固定限位板5的作用。中轴4与限位板5及本体2上的限位缺口的关系如图5所示。

如图2(指图2a、图2b，下同)所示，传感器轴82、磁体83、电路板84、盖板85安装在传感器本体1上，电路原理图如图3，单片机主控制器包括：单片机：采用了ATmega8单片机，该单片机功能多，内部集成有多路A/D采集器，2路定时器，3路脉宽调制输出等特点，用单片机采集两个线性霍尔传感器来的正弦和余弦电压信号，通过程序求得角度并输出相应的脉宽调制波；电压解调电路：主要由结构相同的两路解调电路组成，单路电路结构为：单片机ATmega8的13脚输出脉宽调制波，连接到电阻R1的一端，电容C1串接在R1和R2的结点与地之间，电容C2一端接于R2外端，另一端接地，解调后的电压由R2的外端输出，另一路电压解调电路由电阻R3、R4，电容C3、C4组成；阻抗匹配放大电路：主要由相同两路射随器组成，单路电路结构为：R2外端接于运算放大器279的3脚，运算放大器279的2脚与1脚电连接后对外输出。其原理是，线性霍尔器件在一个恒定均匀磁场中旋转时线性霍尔器件会产生一个相应的电压，以两路线性霍尔器件为角度传感器，同时以单片机为主控制器实现了角度信号的采集处理，电压信号输出，同时根据用户控制按钮的操作情况实现加速控制和定速控制功能。电路板84上采用两路线性霍尔器件为角度传感器，两路传感器在位置上互为90°，当在恒定的磁场中变化角度位置时会输出两路电压信号，一路为正弦信号，一路为余弦信号。磁体83安装在传感器轴82上，保证两磁体间产生均匀磁场，且强度不能超过线性霍尔传感器的饱和强度。图2中，电路板4采用单片机进行采集处理角度信号，两路信号可分别为正弦和余弦函数值，两路信号值相除可得正切值和余切值，反函数后得角度，取角度值的平均值为最终角度值，提高了精度和抗干扰能力。电路板84采用了单片机实现了信号加速功能，按下外接控制按键即可实现2倍加速，断开可解除该功能。电路板84采用了单片机实现了信号输出锁定，当按下外接设置按键后，单片机检测并保存车速信号为设定车速，锁定当前输出信号，当车速不超过以设定车速为基准的一个变化范围时，输出信号不变，如超出范围调节输出信号，使车速保持在设定车速允许的变化范围内，按下外接解除按钮可解锁定状态，以实测的角度为输出。

整个电路功能是这样实现的：当传感器轴82转动时，带动两个磁体形成的匀磁场转动，使处在匀磁场中的两个霍尔传感器84a、84b产生电压信号，单片机D1(型号MCU)采集到霍尔传感器的电信号，通过程序求得角度并输出相应的脉宽调制波，通过图3中电阻R1、R2、R3、R4和电容C1、C2、C3、C4组成的网络形成相应的电压，经图3中运算放大器N1A和N1B(均为运算放大器279)组成的两路射随器电路输出，达到阻抗匹配的功能。此时如外接加速按钮被按下使图3中PLUS端为低，D1检测到后，将输出电压以原信号值的2倍输出。如外接速度设定按钮被按下使图3中LOCK端为低，单片机检测到后，将锁定目前的输出电压，并以锁定时检测到的速度SPEED为设定速度，根据输入的速度信号动态地调整输出电压，使速度信号保持在以设定速度为基准的一个可接受的范围内，如外接解锁按钮被按下使图3中UNLOCK端为低，则解除锁定，以实测信号为输出。

图4示出，单片机主控制器的控制方法，按以下步骤进行：

a)、程序开始；

b)、初始化端口及寄存器；

c)、检测两路霍尔传感器输入的正弦和余弦电压信号，两路信号值除得到正切值和余切值，反函数后得到角度值，取角度值的平均值为最终角度值；

d)、按最终角度输出相对应的脉宽调制波；

e)、输入外接按钮状态：当外接加速按钮被按下、单片机MCU的2脚输入低电平时，其输出电压为原电压值的2倍；当外接速度设定按钮被按下、单片机MCU的3脚输入低电平时，锁定目前的输出信号，并以锁定时检测到的速度为设定速度，根据输入的速度信号动态地调整输出信号，使速度信号保持在以设定速度为基础的一个可接受的范围内；当外接解锁按钮被按下、单片机MCU的30脚输入低电平时，则解除锁定，以实测信号输出。

程序主要实现了角度传感器的输入采集、转换，并输出，同时接收速度信号脉冲，计算速度，同时采集外部控制信号，并根据外部控制做相应动作。

Claims (3)

1、一种非接触式智能电子油门，包括，传感器(8)，其特征是：所述传感器(8)结构为：传感器轴(82)设置在本体(81)上，且该轴上固定有两个磁体(83)，位置上互为90°的两路线性霍尔传感器(84a、84b)固定在电路板(84)上，电路板固定在本体(81)上，且霍尔传感器(84a、84b)位于两个磁体(83)产生的匀磁场以内，该磁场的强度小于霍尔传感器的饱和强度；还具有由踏板(1)控制的传感器轴(82)驱动机构：压板(7)安装在本体(2)上，中轴(4)架设在本体(2)的限位缺口与压板(7)的开孔上，且中轴上压板(7)以内位置还顺次设置有弹簧卡子(6)、限位板(5)以及复位簧(3)，复位簧一端与本体(2)连接，另一端固定在限位板(5)上，且安装到位时产生一个回复力，中轴伸出本体(2)的一端用作与踏板连接，另一端与传感器轴(82)连接；还具有单片机主控制器。

2、根据权利要求1所述非接触式智能电子油门，其特征是：所述单片机主控制器包括：

单片机：单片机ATmega8采集两个线性霍尔传感器来的正弦和余弦电压信号，通过程序求得角度并输出相应的调制波；

电压解调电路：主要由结构相同的两路解调电路组成，单路电路结构为：单片机ATmega8的13脚输出脉宽调制波，连接到电阻R1的一端，电容C1串接在R1和R2的结点与地之间，电容C2一端接于R2外端，另一端接地，解调后的电压由R2的外端输出；另一路电压解调电路由电阻R3、R4，电容C3、C4组成；

阻抗匹配放大电路：主要由相同两路射随器组成，单路电路结构为：R2外端接于运算放大器279的3脚，运算放大器279的2脚与1脚电连接后对外输出。

3、一种如权利要求2所说的单片机主控制器的控制方法，其特征是：按以下步骤进行：

a)、程序开始；

b)、初始化端口及寄存器；

c)、检测两路霍尔传感器输入的正弦和余弦电压信号，两路信号值除得到正切值和余切值，反函数后得到角度值，取角度值的平均值为最终角度值；

d)、按最终角度输出相对应的脉宽调制波；

e)、输入外接按钮状态：当外接加速按钮被按下、单片机MCU的2脚输入低电平时，其输出电压为原电压值的2倍；当外接速度设定按钮被按下、单片机MCU的3脚输入低电平时，锁定目前的输出电压，并以锁定时检测到的速度为设定速度，根据输入的速度信号动态地调整输出信号，使速度信号保持在以设定速度为基础的一个可接受的范围内；当外接解锁按钮被按下、单片机MCU的30脚输入低电平时，则解除锁定，以实测信号输出。

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