CN101672223A - 线控驱动型节气门控制设备及制造方法 - Google Patents

线控驱动型节气门控制设备及制造方法 Download PDF

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Abstract

一种线控驱动节气门控制设备及其制造方法。所述设备包括霍尔效应磁性传感器。指压杆能够组装到柱形孔内的安装架中，所述指压杆能够转动到所需角度。所述指压杆能够利用键槽机构与包括磁体的磁体保持器机械连接。所述磁体保持器可以置于外壳内，所述外壳容许磁体保持器转动并且限制其它运动。当指压杆转动时，该杆带动磁体保持器转动，随后利用来自相关的霍尔效应芯片的变化的电压输出检测到节气门的位置。根据感应位置可产生信号。

Description

线控驱动型节气门控制设备及制造方法
技术领域
本发明的实施例主要涉及霍尔效应元件。本发明的实施例还涉及霍尔效应磁性传感器。此外，本发明的实施例还涉及节气门控制装置。
背景技术
节气门控制可以引入内燃机的空气流量或空气和燃料混合流量，用来控制发动机产生的功率。在给定负载的条件下，发动机功率决定了发动机或车辆能够达到的速度，因此实现对节气门调整的可靠控制是非常重要的。已公知，车辆使用本质为机械或电力的节气门控制。例如，越野车，如全地形车(ATV)或雪地车使用小型汽油发动机工作。为了操作这样的发动机，操作人员要启动安装在控制发动机节气门的手柄杆上的指压杆或转动手柄。
指压杆或节气门通常安装在右手柄杆处，用来控制发动机节气门。在驾驶员抓住该手柄杆时，驾驶员的拇指通过向手柄杆方向推动节气门并将其保持在适当位置来操作节气门。节气门设计成随着节气门下压提供一系列档位的速度。如果节气门保持完全打开，则达到最高速度。然而，将节气门保持在“关闭”和“开启”之间则达到中间水平的速度。为了避免节气门始终处于开启位置，通常使用弹簧在放开节气门时使节气门回到“关闭”位置。
在大多数现有技术的节气门结构中，使用直接机械连杆机构控制节气门，典型地为从指压杆或转动手柄到发动机节气门机构之间的拉索(cable)。这样的节气门致动本质上是机械式的，拉索磨损和破损比较严重。虽然机械连杆机构简单直观，但这种部件不易于适用电子控制如希望带有复杂减排系统或其它如车辆自动速度控制的系统中的发动机。
线控驱动型节气门控制可以用来省去指压杆和节气门机构之间的机械连杆机构，以及减少活动元件的数量由此减轻发动机的重量。大体上讲，线控驱动型节气门控制机构使用与磁体关联的霍尔效应芯片作为节气门控制的位置传感器。霍尔效应芯片和磁体之间的距离应该在所有情况下都保持恒定以便于精确检测节气门位置。实施该方法对于现有技术设计而言比较困难，因为节气门控制通常会承受较多震动、运动和外力。
综上所述，需要有一种与霍尔效应磁性传感器有关的改进的线控驱动型节气门控制设备。还需要一种能够进行有效的位置感应的改进的机械设计，下面即给出了详细的描述。
发明内容
下面概述是为了便于本领域技术人员理解公开的实施例的一部分特有的创造性特征，而并不旨在进行完整描述。对实施例的各个方面的完整的描述可以在结合全部说明书、权利要求书、附图和摘要整体得出。
因此，本发明的一个方面在于提供一种改进的线控驱动型节气门控制设备。
本发明的进一步方面在于提供一种使用了磁性传感器的改进的线控驱动型节气门控制设备，所述磁性传感器为例如霍尔效应磁性传感器。
本发明的另一个方面在于提供一种改进的机械设计，用于保持霍尔效应芯片和磁体之间的恒定距离，以便于精确检测节气门位置。
本发明的又一个方面在于提供一种构造改进的线控驱动型节气门控制设备的方法。
上述各个方面和其它的目的和优点现在可以如本文所述地实现。公开了一种线控驱动型节气门控制设备及其制造方法，其中所述线控驱动型节气门控制设备使用了霍尔效应磁性传感器。指压杆可被组装到柱形孔内的安装架中，其可以转到所需角度。指压杆可以与带有磁体的磁体保持器机械连接，例如利用键槽机构连接。磁体保持器可以置于外壳内，以便容许磁体保持器转动，并限制其它部件的运动。当指压杆转动时，所述杆同样转动磁体保持器，所述磁体保持器进而根据来自关联的霍尔效应芯片的变化的输出电压能够检测到节气门的位置。根据感应到的位置可产生信号。所述信号通过电线以例如变化的电压的形式传送到ECU(电子控制单元)中，从而控制车辆节气门。
磁体通常与霍尔效应磁性传感器磁性连通。该霍尔效应传感器可以用作，例如，越野车辆的节气门控制，因此不需要拉索和例如在ATV和雪地车中出现的其它机械部件。这样一种机械设计容许磁体转动，但不容许其它形式的运动，并不承受震动和其它可能会使感应能力失真的外力。然而，霍尔效应芯片和磁体之间的距离在所有情况下均保持恒定，并且可以精确检测节气门位置。公开的实施例可以定制为进行类似汽车指压杆应用的任何形式的转动传感器。
附图说明
在附图中使用同样的附图标记表示相同或功能相似的元件，附图被包括在说明书中且构成说明书的一部分，附图与具体描述相结合进一步阐述实施例，用于解释说明本文所公开的实施例。
图1示出了根据一个优选实施例的一种带有霍尔效应磁性传感器的线控驱动型节气门控制设备的透视图；
图2示出了根据一个优选实施例的一种带有磁体保持器的线控驱动型节气门控制设备的截面图；和
图3示出了操作流程图，图中示了根据一个优选实施例的一种设计线控驱动型节气门控制设备的方法的逻辑操作步骤。
具体实施方式
这些非限制性实例中提到的特定数值和构造是可以变化的，并且仅仅被引用来说明至少一个实施例，而不为了限制其范围。
图1示出了根据一个优选实施方式的带有霍尔效应磁性传感器120的线控驱动型节气门控制设备100的透视图。如图2所示，霍尔效应磁性传感器120一般包括带有霍尔芯片125的PCB组件和带有磁体210的磁体保持器130。霍尔效应磁性传感器120是一种利用霍尔效应检测磁场的磁性传感器。当将载流导体被放入由磁体210产生的磁场中时产生霍尔效应。产生同时垂直于电流和磁场方向的电压。该电压的大小与其处的磁场强度的大小成正比。指压杆140可以通过键槽机构与磁体保持器130机械连接。指压杆140可以组装到柱形孔(未示出)内的安装架110中，所述安装架能够转到某一所需角度。该磁体保持器130内放置对角磁化的磁体210。
霍尔芯片125包括霍尔元件，该霍尔芯片通常由半导体材料制成。与手柄杆160相关的指压杆140具有长的延伸部。手柄杆160的长度也可以根据不同驾驶员的需要而调整。指压杆140可以用扭簧145安装在手柄杆160上，该手柄杆控制发动机节气门。磁体保持器130可被放置在外壳150内，该外壳容许磁体保持器130转动，并且限制其它各种运动，如上下运动或倾斜运动。这种除转动外的对其它运动的限制对于精确感应指压杆的位置非常关键。
图2示出了带有磁体保持器130的线控驱动型节气门控制设备100的截面图，该磁体保持器根据优选实施方式实现。注意到图1-3中相同或相似的部分或元件通常使用相同的附图标记进行表示。提供感应应件，优选为带有磁场的磁体210，磁体210与指压杆140和安装架110关联。优选地，该霍尔效应传感器芯片125构造成能够检测到该磁场，从而感应到指压杆140的位置。在优选实施例中，霍尔效应磁性传感器120可以安装在安装架110上，并与指压杆140呈非接触关联关系。
磁体210可以通过粘结剂和注入环氧树脂置于磁体保持器130上。手柄杆160的延伸部终止于安装架110处。安装架110优选可操作地设计且被构造成将指压杆140安装在手柄杆160上。指压杆140优选地容纳在安装架110内并优选与该架同轴，尽管指压杆140可被接收在其它位置和/或其它方向上。该优选的指压杆140通常构成扭转节气门，其容纳手柄杆160绕其转动。如图所示，安装架110包括弯曲本体。在优选实施例中，指压杆140可以由塑料或类似材料一体模制成形。当然，也可以由金属制成。注意到这里讨论的实施例不应以任何受限制的角度解释。然而可以理解，上述实施例披露了更好理解本发明所必须的优选形式的结构细节，并且在不脱离本发明的发明观念下，在本发明的范围内由本领域技术人员进行改动。
手柄杆160可以通过磁体210连接到带有霍尔传感器芯片125的PCB组件上，磁体210与磁体保持器130关联。在汽车工业中，线控驱动技术将利用电子控制系统取代传统的机械和液压控制系统。位置感应磁体210如此定位以使磁通线与指压杆140的转动轴平行地辐射。指压杆140的转动实现了磁体保持器130绕截流阀轴线的角运动。当指压杆140转动时，与磁体210关联的磁体保持器130转动，从而利用来自霍尔效应芯片125的变化电压感应出节气门的位置。注意到这种设计主要有助于转动磁体210，但所有其它动作，例如上下运动和倾斜运动等等均可能受到限制。因此，霍尔效应芯片125和磁体210之间的距离在所有情况下都能够保持恒定，从而用来精确检测节气门位置。
霍尔效应磁性传感器120是一种响应于由位置感应磁体210的角运动产生的磁场中的变化的磁性传感器。霍尔效应磁性传感器120感应到的变化磁场被发送到ECU 220中，该变化磁场被转换为电压值来控制车辆的节气门。ECU 220通过计算其它传感器如加速踏板位置传感器、发动机转速传感器、车辆速度传感器等测量的数据来决定所需的节气门位置。线控驱动技术不需要例如在ATV和雪地车中的节气门拉索。霍尔效应磁性传感器120可用作越野车中的节气门控制，而不需要通常使用的拉索和其它机械部件。
图3示出了具体操作流程图，给出了设计根据优选实施例实现的线控驱动型节气门控制设备100的方法300的逻辑操作步骤。如方框310中所述，磁体210装入磁体保持器130内并用环氧树脂固定其位置。如方框320中所述，磁体保持器130置于磁体外壳150内，在这里磁体保持器130仅能转动，但限制其它方向的运动例如上下运动、倾斜运动等。如方框330所述，包括了霍尔效应芯片125的PCB组件可以放置在磁体外壳150上。使用霍尔效应磁性传感器120检测指压杆140的位置。如方框340所述，磁体外壳150可被连接到安装架110上。如方框350所述，将指压杆140组装到柱形孔内的安装架110中，其在柱形孔中能够转到所需角度。此后，如方框360所述，指压杆140可以通过键槽机构连接到磁体保持器130上。
如方框370所述，包括磁体210和霍尔效应芯片125的霍尔效应磁性传感器120可以用于指压杆140的位置感应。霍尔效应磁性传感器120能随指压杆140的运动产生变化的电压。这样的机械设计转动磁体210而不容许任何其它形式的运动，不会承受震动和其它能够使感应能力失真的外力。霍尔效应芯片125和磁体210之间的距离在任何情况下保持恒定，从而能够精确检测节气门位置，且能够经受震动和其它能够使感应能力失真的外力。设备100可以定制为进行类似汽车指压杆应用的任何形式的转动传感器。
可以理解的是上述公开的技术方案的变形和其它特征与功能，或其替代物，可以理想地组合到许多其它不同系统或应用中。此外，本领域技术人员可以随后作出的各种目前未看到或未预料到的替代、改变、变形或改进，这些也落入下面的权利要求书所限定的保护范围内。

Claims (14)

1、一种节气门控制设备，包括：
磁体保持器，所述磁体保持器包括位置感应磁体；
指压杆，所述指压杆在柱形孔处与安装架连接，所述柱形孔形成在所述安装架中，其中所述指压杆与所述磁体保持器机械连接，其中所述磁体保持器置于外壳内，所述外壳容许所述磁体保持器转动，同时限制其它部件的运动；和
磁性位置传感器，所述磁性位置传感器与所述位置感应磁体磁性连通，并与所述指压杆呈非接触关联关系，其中所述磁体保持器随所述指压杆转动而转动，以便使得所述磁性位置传感器能够检测所述指压杆在手柄杆上的位置并且根据响应提供变化的电压输出。
2、如权利要求1所述的设备，进一步包括：电子控制单元，所述电子控制单元与所述磁性位置传感器关联，所述磁性位置传感器根据所述指压杆的感应位置产生所述变化的电压输出形式的信号，从而控制车辆节气门并消除了对节气门拉索的需求。
3、如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述指压杆利用键槽机构与所述磁体保持器连接。
4、如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述位置感应磁体是对角磁化的。
5、如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述位置感应磁体通过粘结剂和注入环氧树脂被置于所述磁体外壳内。
6、如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述磁性位置传感器和所述位置感应磁体在不同操作和环境条件下均保持分开恒定距离。
7、如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述磁性位置传感器包括霍尔效应传感器。
8、一种节气门控制方法，包括：
构造包括位置感应磁体的磁体保持器；
在柱形孔处将指压杆连接到安装架上，所述柱形孔形成在所述安装架中，其中所述指压杆与所述磁体保持器机械连接；
将所述磁体保持器置于外壳内，所述外壳容许所述磁体保持器转动并且限制其它部件的运动；以及
定位磁性位置传感器以与所述位置感应磁体磁性连通，但不与所述指压杆接触，其中所述磁体保持器随所述指压杆转动而转动，从而使得所述磁性位置传感器检测所述指压杆在手柄杆上的位置并且根据响应提供变化的电压输出。
9、如权利要求8所述的方法，进一步包括：将电子控制单元与所述磁性位置传感器关联，所述磁性位置传感器根据所述指压杆的感应位置以所述变化的电压输出的形式产生信号，从而控制车辆节气门并消除对节气门拉索的需求。
10、如权利要求8所述的方法，其特征在于，利用键槽机构连接所述指压杆与所述磁体保持器。
11、如权利要求8所述的方法，进一步包括对角磁化所述位置感应磁体。
12、如权利要求8所述的方法，进一步包括通过粘结剂和注入环氧树脂将所述位置感应磁体置于所述磁体外壳内。
13、如权利要求8所述的方法，进一步包括在不同操作和环境条件下均保持所述磁性位置传感器和所述位置感应磁体之间的距离恒定。
14、如权利要求8所述的方法，进一步包括构造包括霍尔效应传感器的所述磁性位置传感器。
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