CN101694183B

CN101694183B - 电子节气门体位置控制仪

Info

Publication number: CN101694183B
Application number: CN2009101679108A
Authority: CN
Inventors: 肖传良; 李刚; 张德政; 杜昌学; 万里军; 夏秋耕
Original assignee: Sichuan Hongguang Auto Machinery Electric Co Ltd
Current assignee: Sichuan Hongguang Auto Machinery Electric Co Ltd
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-10-16
Also published as: CN101694183A

Abstract

一种电子节气门体位置控制仪，属用于汽车发动机进气系统，通过准确控制节气门片开度位置从而控制进气量的仪器。主要由DC12V、DC5V开关电源，89C51单片机控制系统、液晶显示电路、电机方向控制电路、位置信号脉宽调制产生电路、L298N模块直流伺服系统功率驱动电路、模数转换电路，特别是采用非接触式双反馈位置传感器和位置锁定信号产生电路，从而使节气门片的位置被锁定，没有波动，达到精确控制节气门片位置的目的，最终使发动机处于动力性和燃烧性最佳的工作状况。

Description

电子节气门体位置控制仪

技术领域

本发明涉及汽车发动机进气系统电子节气门片位置的检测装置，具体来说涉及用于检测汽车发动机进气系统的节气门体总成的位置控制仪器。

背景技术

汽车发动机系统节气门体总成的作用是控制发动机的进气流量，决定发动机的运行工况。驾驶员通过操作油门踏板来操纵节气门开度。传统节气门体总成采用机械连接方式，通过拉杆或拉索传动连接油门踏板和节气门体总成，因此节气门开度完全取决于油门踏板的位置，即驾驶员的操作意图，但从动力性和经济性角度来看，发动机并不总是完全处于最佳运行工况，而且驾驶员的误操作也给安全性带来隐患。电子节气门体取消了传统的机械连接，通过电控单元驱动电子节气门体快速精确地开度到位。它的优点在于能根据驾驶员的需求以及整车各种行驶状况确定节气门的最佳开度，即最佳位置。使发动机排放达到最佳，动力性和燃油经济性最佳，

电子节气门体的研究工作起源于20世纪70年代，80年代开始有产品问世，近10年来，国外对电子节气门的研究取得了非常迅速的发展。其位置控制系统跟随发展，发展趋势可总结为：在控制策略上由硬件分离式发展到模块式，从纯硬件系统发展到软硬件结合的计算机控制系统，从单一的控制功能发展到集成多种控制功能，提高了汽车发动机的动力性、经济性、操纵稳定性、排放性和乘坐舒适性。其一，由于现有节气门体是在扭力弹簧作用下产生转动位置的变化，单独依靠现有脉宽调制脉冲信号(PWM)来控制直流伺服系统，门片位置的准确控制是一个难题。其二，由启动、加速、制动(门片锁定位置)和工况的变化，对电子节气门体总成采用一般硬件逻辑电路设计是比较复杂的，而且如果需要改变运转曲线时，硬件电路修改麻烦，难以实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子节气门体位置控制仪，以使电子节气门体的阀片需要设置的开度通过精密电位器W2来准确控制(由精密电位器W2精确的旋转到设置的位置，并由数显表显示该位置值)。

本发明的目的是这样实现的：一种电子节气门体位置控制仪，主要由两路开关电源电路DC12V；DC5V；89C51单片机控制系统；(非接触式)双反馈位置传感器(infineon4997)；位置信号反馈接口电路；液晶显示电路；(面板键盘开关信号)模数转换电路；电机方向控制电路；位置信号(PWM)脉宽调制产生电路；位置锁定信号产生电路；直流伺服系统功率驱动电路组成一个双反馈闭环位置控制电气系统。

与现有技术相比，本发明的特点是：

1、构思巧妙、可随节气门片不同位置的要求，由精密电位器W2设置，并用数字显示出位置值，在计算机控制系统的控制下，准确控制门片的位置。以保证电子节气门产品的质量。

2、由于门片在扭力弹簧的作用下随转动位置的变化，扭力跟随变化，要想准确控制位置是本发明的一个难题，单用(PWM)信号来控制直流伺服系统，其门片位置是波动的，故加入了位置锁定电路，这样节气门片的位置被锁定，没有波动，达到了精确控制门片位置的目的。

3、直流伺服系统驱动采用了L298N模块，使方向和位置控制更加容易实现。

本发明的工作过程简述如下：

1、电源插头插入220V市电交流电源上，通过两组开关电源得到DC12V、DC5V。DC12V供给L298N直流伺服系统功率驱动电路以及位置反馈信号接口电路，DC5V供给89C51单片机控制系统、非接触式双反馈位置传感器、液晶显示电路、电机方向控制电路、位置信号(PWM)脉宽产生电路以及位置锁定信号产生电路。

2、将扁形电缆插头插入节气门总成上的扁形卡槽内。

3、在面板上调节精密电位器(W2)，通过数显表显示出门片要转到的位置；这个位置值同时送到了反馈信号输入比较控制接口电路(即位置信号反馈接口电路)，作为接口电路的基本定值。

4、电子节气门体是与发动机一起工作的，工况变化较大，要想较好的控制门片的位置难度较大。而门片位置又是发动机在该速度下动力性和燃烧性最佳。设计该电子节气门位置控制仪是控制电子节气门产品质量的关键检测设备。

我们知道电子节气门片在扭力弹簧的作用下，门片转动时会产生一个扭矩，而扭矩是跟随门片转动位置变化而变化的。根据弹簧运动方程，门片转动时其弹簧的扭力方向位移变化ΔL与转动力矩ΔG具有线性关系：即：ΔL＝K_G*ΔG，式中K_G为弹簧灵敏系数。

又根据电机运动方程：dω/dt＝(M-M_f-B_W)/J，式中：dω/dt为角加加速度；ω为角速度；M为电机电磁转矩；M_f和B_W为负载转矩及负载载摩擦系数；J为电机及负载惯量。

由启动、加速、制动(门片锁定位置)和工况的变化，对电子节气门体总成采用一般硬件逻辑电路设计是比较复杂的，而且如果需要改变运转曲线时，硬件电路修改麻烦，故采用微处理机控制，根据以上的数学模型编制不同的工作程序实现较为容易。

本仪器工作过程如下：

按启动键，计算机按事先编制好的工作程序由89C51的16脚P3.6输出(PWM)脉宽调制脉冲信号，由89C51的14脚P3.4输出方向控制信号，经L298N功率放大器驱动直流电机，再由传动机构(电机齿轮与中间齿轮啮合，中间齿轮与扇形齿轮啮合)带动门片轴转动，每转动一定的角度，由位置传感器(infineon4997)输出双反馈位置信号输入到运算放大器A1组成的比较电路与R10和W2组成的基本位置设定值进行比较，相符时，比较电路BG2导通驱动中继电器K3动作。输出一个逻辑低电平给计算机系统89C51的5脚P1.4，作为输入，计算机系统接收到信号后经处理，立即发出停止位置(PWM)脉宽调制脉冲信号输出，转为由89C51的17脚P3.7输出一个逻辑低电平控制信号去打开位置锁定信号电路，通过BG1导通使继电器K1，K2同时动作，K1断开L298N的输出，K2接通锁定电路，通过WGY稳压，给直流伺服系统提供一个恒定的电位，以锁定门片的位置。非接触式双反馈位置传感器(infineon4997)输出信号，其两路输出电压反向变化，但它们电压值之和始终等于传感器电源电压值，故专门由一路运放A3组成的加法电路接受两路反馈位置信号相加，其输出接到LM339(A2)的5脚与由开关电源DC12V输出，通过CW7805三端稳压器输出DC5V(接到A2的4脚)作为基准电源电压值进行比较，没有达到这个值，说明位置传感器出现故障，通过比较接口电路A2使BG3导通，发出一个逻辑低电平信号给计算机系统89C51的6脚P1.5作为输入，经处理自动发出声光报警信号，使控制仪停止工作。同样以及没有达到当前门片设定值或因设备发生故障时，计算机便同样自动发出声光报警，使控制仪停止工作。

附图说明

图1是本发明的电原理框图；

图2是图1所示位置信号反馈比较接口电路图；

图3是图1所示直流伺服系统功率驱动电路图和位置锁定信号产生电路图。

具体实施方式

图1示出，一种电子节气门体位置控制仪，主要由DC12V和DC5V开关电源电路1，89C51单片机控制系统2，液晶显示电路5，电机方向控制电路7，位置信号脉宽调制产生电路8，位置传感器，模数转换电路6以及位置信号反馈接口电路4、直流伺服系统功率驱动电路10以及位置锁定信号产生电路9组成。液晶显示电路5和电机方向控制电路7以及位置信号脉宽调制产生电路8均与89C51单片机控制系统2连接。双反馈位置传感器的输出信号经模数转换电路输入至单片机。

位置传感器采用型号为infineon4997的(非接触式)双反馈位置传感器3；

图2示出，位置信号反馈接口电路4结构为：主要由运算放大器741和运算放大器LM339以及继电器K3组成，上述位置传感器3的一路反馈信号输出端串接电阻R4后接至运算放大器741的负输入端，电阻RF连接在运算放大器741的负输入端与输出端之间；运算放大器741的正输入端串接电阻后接地，运算放大器741的输出端接于型号为LM339的运算放大器A1的正输入端，上述位置传感器3的另一路反馈信号输出端接于A1的负输入端，A1的正输入端串接电位器W2后接地，电阻R10连接在A1的正输入端和DC12V电源正极之间，电阻R11连接在A1的输出端与DC12V电源正极之间，A1的输出端接二极管D8正极，D8负极串接电阻R12后接于三极管BG2的基极，BG2发射极接地，BG2的集电极接二极管D9正极，D9负极接DC12V电源正极，继电器K3连接BG2集电极与DC12V电源正极之间；用作输出一个逻辑电平给单片机，单片机立即停止位置脉宽调制脉冲信号输出，转为输出一个控制信号去打开位置锁定信号电路9；

图3示出，位置锁定信号产生电路9和集成块L298N组成直流伺服系统功率驱动电路10：集成块L298N的控制信号5脚和6脚分别接于单片机89C51的14脚和16脚，二极管D1负极和二极管D2负极均接DC12V电源正极，二极管D3正极和二极管D4正极均接地，D3负极接于D1正极，D4负极接于D2正极，D1正极接于L298N的2脚，D4负极接于L298N的3脚。用作接收单片机锁定信号的是型号为3CG130的三极管BG1基极接于单片机89C51的17脚，BG1的集电极接地，BG1的发射极接二极管D5正极，D5负极接DC5V电源正极，继电器K1和继电器K2均与二极管D5并联，继电器K1的一个常闭触点K1-1连接在电机M一端与二极管D1正极之间，继电器K1的另一个常闭触点K1-2连接在电机M另一端与二极管D4负极之间，继电器K2的一个常开触点K2-1连接在电机M一端与二极管D5负极之间，继电器K2的另一个常开触点K2-2连接在电机M另一端与稳压管WGY正极之间，稳压管WGY负极接于二极管D5负极，D5正极串接电阻R1后接DC5V电源正极，电阻R2一端接于二极管D5正极，另一端接地、并同时接于稳压管WGY正极。(运算放大器的正、负输入端分别称为同相输入端和异相输入端)。

参见图2，还具有声光报警电路以及通过继电器K4控制该声光报警电路的触发电路：型号为LM339的运算放大器A2的负输入端接于三端稳压器CW7805的输出端，A2的正输入端接于运算放大器741的输出端，A2的输出端接于二极管D6正极，D6负极串接电阻R9后接于三极管BG3的基极，BG3的发射极接地，继电器K4连接在BG3集电极与DC12V电源正极之间，二极管D7正极接于BG3集电极，D7负极接于DC12V电源正极，电阻R8连接在D6正极与DC12V电源正极之间，上述所有电阻均为精密电阻，电位器W2为精密电位器。

Claims

1.一种电子节气门体位置控制仪，包括，DC12V和DC5V开关电源电路(1)，89C51单片机控制系统(2)，液晶显示电路(5)，电机方向控制电路(7)，位置信号脉宽调制产生电路(8)，位置传感器以及模数转换电路(6)，其特征是：所述位置传感器采用型号为infineon4997的非接触式双反馈位置传感器(3)；还具有，

位置信号反馈比较接口电路(4)：主要由运算放大器741和运算放大器LM339以及继电器K3组成，上述位置传感器(3)的一路反馈信号输出端串接电阻R4后接至运算放大器741的负输入端，电阻RF连接在运算放大器741的负输入端与输出端之间；运算放大器741的正输入端串接电阻后接地，运算放大器741的输出端接于型号为LM339的运算放大器A1的正输入端，上述位置传感器(3)的另一路反馈信号输出端接于A1的负输入端，A1的正输入端串接电位器W2后接地，电阻R10连接在A1的正输入端和DC12V电源正极之间，电阻R11连接在A1的输出端与DC12V电源正极之间，A1的输出端接二极管D8正极，D8负极串接电阻R12后接于三极管BG2的基极，BG2发射极接地，BG2的集电极接二极管D9正极，D9负极接DC12V电源正极，继电器K3连接BG2集电极与DC12V电源正极之间，用作输出一个逻辑电平给单片机，单片机立即停止位置脉宽调制脉冲信号输出，转为输出一个控制信号去打开位置锁定信号电路(9)；

位置锁定信号产生电路(9)和集成块L298N组成直流伺服系统功率驱动电路(10)：集成块L298N的输入控制信号5脚和6脚分别接于单片机89C51的14脚和16脚，二极管D1负极和二极管D2负极均接DC12V电源正极，二极管D3正极和二极管D4正极均接地，D3负极接于D1正极，D4负极接于D2正极，D1正极接于L298N的2脚，D4负极接于L298N的3脚，用作接收单片机锁定信号、型号为3CG130的三极管BG1基极接于单片机89C51的17脚，BG1的集电极接地，BG1的发射极接二极管D5正极，D5负极接DC5V电源正极，继电器K1和继电器K2均与二极管D5并联，继电器K1的一个常闭触点K1-1连接在电机M一端与二极管D1正极之间，继电器K1的另一个常闭触点K1-2连接在电机M另一端与二极管D4负极之间，继电器K2的一个常开触点K2-1连接在电机M一端与二极管D5负极之间，继电器K2的另一个常开触点K2-2连接在电机M另一端与稳压管WGY正极之间，稳压管WGY负极接于二极管D5负极，D5正极串接电阻R1后接DC5V电源正极，电阻R2一端接于二极管D5正极，另一端接地、并同时接于稳压管WGY正极。

2.根据权利要求1所述电子节气门体位置控制仪，其特征是：还具有声光报警电路以及通过继电器K4控制该声光报警电路的触发电路：型号为LM339的运算放大器A2的负输入端接于三端稳压器CW7805的输出端，A2的正输入端接于运算放大器741的输出端，A2的输出端接于二极管D6正极，D6负极串接电阻R9后接于三极管BG3的基极，BG3的发射极接地，继电器K4连接在BG3集电极与DC12V电源正极之间，二极管D7正极接于BG3集电极，D7负极接于DC12V电源正极，电阻R8连接在D6正极与DC12V电源正极之间。