CN101817377A - 线驱动非接触式电容型油门控制装置及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线驱动非接触式电容型油门控制装置及其形成方法。提供了电容型位置传感器，其包括静止电极和可旋转电极。可旋转电极可附连到油门杆从而使得可旋转电极随着油门杆旋转。在可旋转电极和静止电极之间的电容随着油门杆位置的改变而变动。油门杆的位置可通过测量电极之间的电容来测量，并基于所感测的位置而产生信号。信号可利用一条或多条电线电传送到ECU即电子控制单元。信号可以用变动电压的形式进行传送，其继而控制车辆油门。

Description

线驱动非接触式电容型油门控制装置及其形成方法

技术领域

实施例通常涉及非接触式油门控制装置。实施例还涉及电容型位置传感器。实施例此外涉及运用于诸如越野车辆、全地形车辆、摩托车、雪上汽车等等的汽车应用中的油门控制部件。

背景技术

油门控制着吸入内燃机的空气的流动、或空气与燃料的流动，以控制发动机产生的功率。发动机功率限定了在特定载荷条件下发动机或其所附连着的车辆的速度，因此，油门装置的可靠控制是重要的。众所周知，车辆运用的实际上是机械式和电子式的油门控制。例如，如越野车，例如ATV(全地形车辆)或雪上汽车使用小型汽油动力发动机工作。为了操纵这种发动机，操作者启动油门杆、或安装在控制着发动机油门的操纵柄上的转把(twist grip)。

拇指杠杆或油门通常安装于右操纵柄和/或与右操纵柄集成一体以便控制发动机油门。当乘员握住此操纵柄时，乘员的拇指通过向操纵柄推动油门并将其保持在适当的位置来操作油门。油门设计为当油门压下时具有一个速度范围。如果油门保持全开，可获得最高速度。然而，在将油门保持于“关闭”和“全开”之间会产生中等速度。为了防止油门在开启位置“咬缸(sticking)”，如果释放油门，则典型地使用弹簧来推压该油门使之返回到关闭位置。

在多数现有技术的系统中，直接机械联动件控制着油门，该联动件典型地是呈从油门杆或转把到与发动机相关联的油门装置处而布设的缆索的形式。这样的油门传动是机械的，因此，缆索容易受到很多磨损和断裂。尽管机械联动件简单且直观，然而这些部件不能容易地适用于对发动机进行电子控制，比如其在很复杂的减排系统的情况下、或为了其他特征(例如，自动车速控制)而可能希望的。缆索在不利的天气条件下也容易卡住，诸如下雪、积冰、在泥泞道路上行驶等等。此外，频繁的维修和对油门装置的监控需要将其保持在恰当的工作条件下。因此，相信解决这些问题的方案包括：与电容位置传感器相关联的改进的线驱动非接触式油门控制装置的实现，其在本文中将加以详细描述。

发明内容

以下提供简要的说明来便利对所披露实施例特有的一些创新特征的理解，而不是旨在作完全的说明。通过将说明书、权利要求书、附图以及摘要看成整体，可获得对实施例各方面的全面评价。

因此，本发明一个方面是提供一种使用在油门控制装置中的改进的电容型位置传感器。

本发明另一方面是提供一种改进的线驱动非接触式电容型油门控制装置。

前述方面和其他目的和优点现在可如以下描述而实现。披露了线驱动非接触式电容型油门控制装置以及其形成方法。这些方法包括电容型位置传感器的使用，电容型位置传感器包括静止电极和可旋转电极。可旋转电极可附连到油门杆上从而使得该可旋转电极随着油门杆的旋转而旋转。在可旋转电极与静止电极之间的电容随着油门杆位置而改变。油门杆的位置可通过测量电极之间的电容来加以测量，并且基于所感测的位置来生成信号。该信号可运用电线以变动电压的形式而被电传送到ECU(电子控制单元)，其继而控制着车辆油门。

线驱动非接触式电容型油门控制装置可被用作越野车的油门控制，因此去除了对油门缆索及目前运用于例如ATV’s和雪上汽车中的其他机械部件的需要。该装置可定制使用具有类似的车辆油门杆应用的任意类型旋转传感器。这种感测技术不易受磨损和断裂，且油门控制装置的寿命可惊人地增加，其还不需要定期维护。

附图说明

附图，其中相同的附图标记贯穿这些单独的视图代表相同或功能类似的元件、并且被合及形成说明书的一部分，进一步阐明实施例，并与详细说明一起作为对以下公开的实施例的解释说明。

图1所示为可根据优选实施例实施的非接触式电容型油门控制装置的三维透视图；

图2所示为可根据优选实施例实施的具有静止电极和可旋转电极的非接触式电容型油门控制装置的分解图；

图3至6所示为可根据优选实施例实施的拇指杠杆分别转动‘0’度、‘10’度、‘40’度和‘80’度的透视图；

图7所示为可根据优选实施例实施的操作的高层流程图，图示了用于确定油门杆位置的方法的逻辑操作步骤；

图8所示为可根据优选实施例实施的图示出角度偏移的静止电极和可旋转电极的示意图；和

图9所示为可根据优选实施例实施的图示出油门控制装置的电极之间电容的示范性图示。

具体实施方式

在这些非限制性实例中讨论的特殊值和结构可加以变动，且仅仅被引用来描述至少一个实施例而不是旨在限制其范围。

图1示出了可根据优选实施例实施的非接触式电容型油门控制装置100的三维透视图。注意在图1至9中，相同或相似的部件或元件通常由相同的附图标记标示。优选地，非接触式电容型油门控制装置100包括安装在其上的用于位置感测的一对电极120和130。非接触式电容型油门控制装置100通常包括与操纵柄150相关联的油门杆140。与操纵柄150相关联的油门杆140具有长的、延伸出的部分。操纵柄150的长度同样可以根据不同驾驶者的喜好加以调节。

油门杆140可通过运用扭簧(未示出)来安装在操纵柄150上，其控制着发动机油门。非接触式电容型油门控制装置100还包括可旋转电极130，其可安装在油门杆140上。油门杆140相对于油门阀(未示出)的开启而转动并进一步具有静止电极120。静止电极120和可旋转电极130优选地是由铜或铝构成。当然，可以理解到，根据设计要点，可运用其他类型的薄膜来代替铜或铝。可旋转电极130可附连至在油门杆140且其可绕油门杆140旋转。在可旋转电极130与静止电极120之间的电容随着油门杆140的位置变化。

油门杆140的位置可通过测量两个电极120和130之间的电容来加以测量，并且基于所感测到的位置产生信号。通常，电容可作为对于在两个电极(比如静止电极120和可旋转电极130)之间给定电位而言所存储的(或分离的)电荷量的量度。通过测量电极120与130之间的电容，油门控制杆140的位置可同时得以测量。注意油门控制装置作为非接触式电容传感器可去除对油门缆索及传统地运用于越野车辆中的其他机械部件的需要。

图2示出了可根据优选实施例实施的具有静止电极和可旋转电极的非接触式电容型油门控制装置100的分解图。线驱动油门控制装置100典型地包括油门杆140，与PCB壳220相关联的PCB 210。线驱动技术在汽车工业中代替了具有电控制系统的传统的机械和流体控制系统。PCB 210可被运用来通过利用从层压到非导电基层的铜薄片蚀刻出的传导路径、或迹线机械支撑和电连接电子元件如电极120和130。

可提供传感元件，其优选为与油门杆140相关联的可旋转电极130和静止电极120。优选地，可旋转电极130和静止电极120可构造为感测油门杆140的位置。在优选实施例中，静止电极120可被安装在安装支架230上并相对于油门杆140静止。操纵柄150的伸出部分端接在安装支架230处。安装支架230优选可操作地设计并构造为将油门杆140安装到操纵柄150。尽管油门杆140可容纳在其他位置和/或方向，油门杆140优选容纳在安装支架230内且优选与其同轴。优选的油门杆140是扭转油门，其容纳绕其转动的操纵柄150。

安装支架230包括弯曲体，如图2所示。在优选实施例中，根据设计要点，油门杆140可由塑料或其他类似材料成整件地浇铸成型。当然，油门杆140可由其他材料构成，例如金属。注意本文中所讨论的实施例不能以任意狭义加以理解。可理解到的是，这些实施例公开了对本发明更好地加以理解所必须的优选形式的结构细节，且本领域技术人员可以在本发明的范围内而不脱离其构思做出改变。

轴环240位于油门杆140的外围上以随其转动，轴环240具有绕其外围成形的夹紧表面。轴环240能够不可转动地安装在油门杆140上，用于将夹紧表面和手柄接合并选择性地保持在任意理想油门调节处。锁紧垫圈250可构造为在预定位置锁紧可旋转电极120和油门杆140。油门控制装置100的电极120和130可作为电容传感器以便去除在越野车辆上对油门缆索的需要。随着油门杆140转动，可旋转电极130也可转动。这导致在电极120和130之间的电容的变化。

在电极120和130之间的电容中测量到的变化被运用来测量油门杆140的位置，且基于所感测的位置而产生相应的信号。信号继而可输送到电子控制单元(ECU)260，其转化为用来控制车辆油门的电压值。ECU 260从其他传感器(诸如加速度踏板位置传感器、发动机转速传感器、车辆速度传感器等等)所测量得到的数据中通过计算来确定所需要的油门位置。线驱动技术去除了对油门缆索在例如ATV’s和雪上汽车上的需要。

图3至6所示为可根据优选实施例实施的拇指杠杆相对于可旋转电极130分别转动‘0’度、‘10’度、‘40’度和‘80’度的透视图。图7所示为可根据优选实施例实施的高层操作流程图，其图示了用于通过运用非接触式电容型油门控制装置100来确定油门杆140位置的方法700的逻辑操作步骤。可旋转电极130可经由轴环240连接到油门杆140，如流程块710所示。

静止电极120可安装在安装支架230上，如流程块720所示。此外，在电极120和130之间的电容可在可旋转电极130绕油门杆140旋转时加以测量，如流程块730所示。油门杆140的位置可运用在电极120和130之间所测量到的电容来确定，如流程块740所示。其后，如流程块750所示，可基于感应位置而产生信号，且信号可被传送到ECU 260。ECU 260可被运用来控制车辆油门，如流程块760所示。

图8所示为可根据优选实施例实施的图示出角度偏移的静止电极120和可旋转电极130的示意图800。电容C可定义为每电压的电荷，如以下公式(1)所示。

C＝Q/V                          (1)

静止电极120和可旋转电极130的有效面积可如公式(2)所示计算：

其中R₁表示电极120和130的内半径、且R₂表示电极120和130的外半径，且α表示在电极120和130之间的旋转角度，为弧度。在油门控制装置100的电极120和130之间的电场可通过运用高斯定律来描述如下：

$2\left(D\right)[\frac{{R_2}^2}{2}-\frac{{R_1}^2}{2}]\·[\mathrm{\π}-\mathrm{\α}]=Q$

$2\left(\mathrm{\ϵE}\right)[\frac{{R_2}^2}{2}-\frac{{R_1}^2}{2}]\·[\mathrm{\π}-\mathrm{\α}]=Q---\left(3\right)$

其中，分别地，变量D表示电通量密度，变量E表示电场强度，变量Q表示在电极120和130处的电荷。在电极120和130之间的电场通常可通过如下公式(4)计算。

$\left(E\right)=\frac{Q}{\mathrm{\ϵ}(\mathrm{\π}-\mathrm{\α})({R_2}^2-{R_1}^2)}---\left(4\right)$

在电极120和130之间的电位差可通过以下公式(5)计算。

图9图示出可根据优选实施例实施的、图解了油门控制装置的电极120和130之间的电容的示范性曲线图900。在电极之间的电容可通过如下公式(6)而在数学上精确地进行计算。

$\left(C\right)=\frac{Q}{V}=\frac{\mathrm{\ϵ}(\mathrm{\π}-\mathrm{\α})({R_2}^2-{R_1}^2)}{L}---\left(6\right)$

例如，曲线图900图示出了分别在弧度π和弧度π/2处的在电极120和130之间的电容。在电极120和130之间的电容中测量到的变化被利用来测量油门杆140的位置。这种感测技术不产生磨损和断裂且油门控制装置100的寿命可惊人地增加，也不需要定期维护。ECU 260从诸如加速度踏板位置传感器、发动机转速传感器、车辆速度传感器等等这样的其他传感器测量得到的数据中通过计算来确定所需要的油门位置。非接触式电容型油门控制装置100可被运用来作为在越野车辆中的油门控制，去除了对油门缆索及传统地使用的其他机械部件的需要。

将会理解到的是，以上所公开的变化和其他特征及作用，或其变形，可理想地结合到许多其他不同的系统或应用中。而且，由本领域技术人员随后获得的无法预料的或不曾预料到的备选方案、改进、变化或改善也旨在被包含于以下权利要求中。

Claims (20)

1.一种线驱动非接触式电容型油门控制装置，包括：

至少一个电容型位置传感器，其包括附连到布置在安装支架内的操纵柄上的油门杆处的可旋转电极，其中当所述油门杆转动时所述可旋转电极转动；和

与所述至少一个电容型位置传感器相关联的静止电极，以便通过测量所述可旋转电极与所述静止电极之间的电容检测所述油门杆的位置，其中在所述可旋转电极和所述静止电极之间的所述电容相对于所述油门杆的所述位置变化。

2.权利要求1的装置，其还包括与所述至少一个电容型位置传感器相关联的电子控制单元。

3.权利要求2的装置，其中所述电子控制单元运用多条电线来与所述至少一个电容型传感器相关联，以便基于所感测的位置来产生呈变动电压形式的信号，并由此控制车辆油门且去除对油门缆索的需要。

4.权利要求1的装置，其还包括由印刷电路板壳保护的印刷电路板以便运用多条传导路径来机械支撑和电连接所述至少一个电容型位置传感器。

5.权利要求4的装置，其中所述多条传导路径是由层压到非导电基层上的金属薄片蚀刻而成。

6.权利要求5的装置，其中所述金属薄片包括铜。

7.权利要求1的装置，其中所述油门杆还包括位于所述油门杆的外围上以绕其转动的轴环。

8.权利要求1的装置，其还包括：

与所述至少一个电容型位置传感器相关联的电子控制单元；和

由印刷电路板壳保护的印刷电路板，以便利用多条传导路径来机械支撑和电连接所述至少一个电容型位置传感器。

9.权利要求8的装置，其中所述电子控制单元利用多条电线与所述至少一个电容型传感器相关联以便基于所感测的位置来产生呈变动电压形式的信号，并由此控制车辆油门且去除对油门缆索的需要。

10.权利要求8的装置，其中所述多个传导路径是由层压到非导电基层上的金属薄片蚀刻而成。

11.权利要求8的装置，其中所述油门杆还包括位于所述油门杆的外围上以绕其转动的轴环。

12.一种线驱动非接触式电容型油门控制装置，包括：

至少一个电容型位置传感器，其包括附连至布置于安装支架内的操纵柄上的油门杆处的可旋转电极，其中当所述油门杆转动时所述可旋转电极转动；

与所述至少一个电容型位置传感器相关联的静止电极，以便通过测量所述可旋转电极与所述静止电极之间的电容检测所述油门杆的位置，其中在所述可旋转电极和所述静止电极之间的所述电容相对于所述油门杆的所述位置变化；和

与所述至少一个电容型位置传感器相关联的电子控制单元，其中所述电子控制单元利用多条电线来与所述至少一个电容型传感器相关联以便基于所感测的位置来产生呈变动电压形式的信号，并由此控制车辆油门且去除对油门缆索的需要。

13.权利要求12的装置，其还包括由印刷电路板壳保护的印刷电路板，以便利用多条传导路径来机械支撑和电连接所述至少一个电容型位置传感器，其中所述多条传导路径由层压到非导电基层上的金属薄片蚀刻而成。

14.权利要求12的装置，其中所述油门杆还包括位于所述油门杆的外围上以绕其转动的轴环。

15.一种形成线驱动非接触式电容型油门控制装置的方法，包括：

构造至少一个电容型位置传感器以包括附连到布置于安装支架内的操纵柄上的油门杆处的可旋转电极，其中当所述油门杆转动时所述可旋转电极转动；和

将静止电极与所述至少一个电容型位置传感器相关联，以便通过测量所述可旋转电极和所述静止电极之间的电容来检测所述油门杆的位置，其中在所述可旋转电极和所述静止电极之间的所述电容相对于所述油门杆的所述位置变化。

16.权利要求15的方法，其还包括将电子控制单元与所述至少一个电容型位置传感器相关联。

17.权利要求16的方法，其还包括利用多条电线将所述电子控制单元与所述至少一个电容型传感器相关联，以便基于所感测的位置来产生呈变动电压形式的信号，并因此控制车辆油门且去除对油门缆索的需要。

18.权利要求15的方法，其还包括通过印刷电路板壳保护印刷电路板，以便利用多条传导路径来机械支撑和电连接所述至少一个电容型位置传感器。

19.权利要求18的方法，其还包括由层压到非导电基层上的金属薄片蚀刻形成所述多条传导路径。

20.权利要求15的方法，其还包括构造所述油门杆以进一步包括位于所述油门杆的外围用以绕其转动的轴环。

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