CN102661753B - 一种霍尔传感器及电子节气门控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种霍尔传感器及电子节气门控制系统，属于汽车技术领域。它解决了现有的电子节气门控制系统传动精度和灵敏度不高的问题。本电子节气门控制系统包括踏板总成、发动机ECU和节气门总成，踏板总成包括踏板轴和绕踏板轴转动的踏板，节气门总成包括电机、具有油门的壳体、节气门轴和节气门片，电机通过传动机构与节气门轴连接，电机还与发动机ECU电连接，踏板总成上安装有两个霍尔传感器，两霍尔传感器均与发动机ECU连接且能将电压信息发送给发动机ECU，发动机ECU发出控制信号控制电机驱动节气门轴转动进而控制节气门片的开度大小或者不发出控制信号。本控制系统具有传动精度和灵敏度高的优点。

Description

一种霍尔传感器及电子节气门控制系统

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及一种霍尔传感器及电子节气门控制系统。

背景技术

现有汽车技术中，众所周知，为控制机动气缸的进油量，进而控制发动机的转速和功率，最终实现对机动车车速的控制。在机动车的驾驶室内都设置有油门踏板。传统的油门踏板大都是通过连杆或拉索来实现油门的开度控制，其一系列动作均为机械运动。由于这种油门踏板的一系列动作都是机械运动，使得其传动精度和灵敏度都不高。而普通接触式电控油门又存在可靠性较低和使用寿命较短的问题。

随着科学技术的发展，出现了非接触式电子油门踏板，其将霍尔传感器这一电子元件应用在该技术上，通过霍尔传感器实时检测踏板转动的幅度信息并转换成电压信号，霍尔传感器将电压信号发送给安装在发动机上的ECU，ECU根据其接收到的电压信号来控制油门的开度大小。其霍尔传感器的应用使得能实现非接触式控制，但仍存在着一些问题：一是其踏板信息的转换和传送过程中以及ECU发出的控制信号在发出和传送过程中都有可能出错，当碰到这些出错时，现有的技术方案不具有自我检测功能以及出错时不能做出保护措施，执行了错误的控制信号有时甚至会带来很大的危险；二是普通的霍尔传感器其磁场稳定性和线性度性能不是很好。

霍尔效应的原理是：在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应轻度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压。

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器，线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种磁场稳定性好、线性度高的霍尔传感器。

本发明的另一个发明目的是提出了一种传动精度和灵敏度高的电子节气门控制系统。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种霍尔传感器，包括霍尔元件、线性放大器和射极跟随器，其特征在于：所述的霍尔元件为坡莫合金导磁体，所述的坡莫合金导磁体各成分及其质量百分含量为：Ni:78.5%-81.5%；Mo:2.8%-5.2%；Nb：0.46%-3.18%；Ti:1.8-2.8%,其余为Fe和其它不可避免的杂质。

本发明采用坡莫合金导磁体制成霍尔元件具有很好的线性输出，应用在汽车电子节气门控制系统中可以用来测量极弱的磁场．给出了该霍尔传感器在受到强磁场干扰、灵敏度降低的情况下，由于电子节气门控制系统中的磁铁同极性相对放置，霍尔传感器位置布置和磁铁相对应，从而比普通无导磁体电子油门踏板的同步性指标提高3倍以上，灵敏度高，反应能力快。

本发明在含高镍的镍铁合金中加入铌、钼、钛等各种元素制得了高硬度、高电阻率、低损耗的高磁导率霍尔元件。其中其它不可避免的杂质为C≤0.03%、S≤0.02%、P≤0.02%、Mn≤0.06%、Si≤0.01%等。

一种电子节气门控制系统，包括踏板总成、发动机ECU和节气门总成，所述的踏板总成包括踏板轴和绕踏板轴转动的踏板，所述的节气门总成包括电机、具有油门的壳体、节气门轴和固定在节气门轴上的节气门片，节气门轴安装在壳体上且节气门片位于油门中，电机通过传动机构与节气门轴连接，所述的电机还与发动机ECU电连接，其特征在于：所述的踏板总成上安装有两个霍尔传感器，两霍尔传感器能同时检测踏板绕踏板轴转动的角度信息并将检测到的踏板转动角度信息转换成电压信息，两霍尔传感器均与发动机ECU连接且能将上述电压信息发送给发动机ECU，所述的发动机ECU能对接受到的两霍尔传感器发送的两路电压信息进行分析判断并根据其判断结果发出控制信号控制电机驱动节气门轴转动进而控制节气门片的开度大小或者不发出控制信号。

两霍尔传感器能同时对踏板的转动角度信息进行检测，且其检测的效果完全相同。但其中各自的线性放大器不一样，将两霍尔传感器区别开，分别命名为霍尔传感器一和霍尔传感器二，霍尔传感器二线性放大的倍数是霍尔传感器一的2倍，比如，霍尔传感器一对转换到的电压信号放大2倍，那霍尔传感器二就是对转换到的电压信号放大4倍，因此正常工作情况下，霍尔传感器二输送到发动机ECU上的电压值是霍尔传感器一发送来的2倍。霍尔传感器一是用于将踏板转动角度转换成电压信息给发动机ECU的，而霍尔传感器二是用来检测霍尔传感器一发送来的电压信息有没出错。因此，当发动机ECU接受到这两路电压信息其电压值是2倍关系是，则可以判断霍尔传感器一输送过来的电压信息是正确的，此时发动机ECU根据其接受到的霍尔传感器一发送来的电压信息发出相应的控制信号控制电机驱动节气门打开相应的角度；如果不是2倍关系，则表明其霍尔传感器一输送过来的电压信息是错误的，发动机ECU就不发控制信号给电机，直接对电气门总成进行信号屏蔽，防止执行错误的信息带来严重的安全事故。

在上述的一种电子节气门控制系统中，所述的踏板总成还包括通过螺栓固定安装在一起的外盖、中盖和安装有上述踏板轴的底座，中盖位于外盖和底座之间且底座具有内腔，上述踏板上安装有转轴套且通过转轴套套设在踏板轴上，转轴套上固连有连接有两个磁铁的导磁环，所述的外盖和中盖之间还设有组装板、衬座和由上述两霍尔传感器中的霍尔元件组成的霍尔元件组，霍尔元件组位于上述上述两磁铁之间且安装在衬座上，所述衬座固定安装在组装板上，组装板安装在外盖上，所述的踏板上开有若干限位槽且限位槽和底座内腔上表面之间安装有弹簧座、外弹簧、内弹簧、海绵条和具有若干与上述限位槽相匹配的滑块的滑块座，所述的滑块插入到限位槽中，弹簧座抵靠与滑块座上，内弹簧位于外弹簧内且两者的一端均抵靠在弹簧座上，另一端均抵靠在底座内腔的上表面上，海绵条插入在外弹簧和内弹簧之间。

两霍尔传感器的霍尔元件对称组合在一起，使得踏板转动通过转轴套、导磁环带动两磁铁转动时，其两磁铁对两霍尔传感器的霍尔元件的电磁影响是相同的，其霍尔元件两端上的电压是相同的。海绵条能防止内、外弹簧在工作时交织在一起影响工作。内、外弹簧起到对踏板的复位作用。

在上述的一种电子节气门控制系统中，所述的导磁环通过周向限位结构固连在转轴套上。

在上述的一种电子节气门控制系统中，所述的周向限位结构包括均匀开设在导磁环上的四个凹槽和固定安装在转轴套上的与上述凹槽相对应的四个连接柱，所述连接柱的顶端部分往外延伸形成限位块，所述的限位块能插入到相对应的凹槽中构成周向限位。

在上述的一种电子节气门控制系统中，所述的节气门总成还包括盖板和两个位置传感器，上述的电机和节气门轴安装在壳体的一端并通过盖板封装，两位置传感器安装在壳体的另一端上且能对节气门片的开度大小信息进行检测，所述的两位置传感器与上述的发动机ECU连接并能将检测到的开度大小信息反馈给发动机ECU。

两位置传感器均是霍尔传感器，且能同时对节气门片的开度大小进行检测，两位置传感器分别命名为位置传感器一和位置传感器二，位置传感器一对节气门片的实际开度进行检测并反馈这一信息给发动机ECU，发动机ECU根据这一反馈信息可以判断出电机执行是否正常，即实际的开度与发动机ECU发出的控制开度是否一致；位置传感器二是对位置传感器一检测到的开度大小信息是否正确的判断，发动机ECU接受到位置传感器二和位置传感器一发送的两个开度大小信息相同时，说明位置传感器一正常工作，否则，说明位置传感器一可能出现故障了。当上述两种情况有出现时，发动机ECU控制电机驱动节气门片复位处于关闭状态，以防止危险的发生。

在上述的一种电子节气门控制系统中，所述的传动机构为减速齿轮。节气门轴外周壁上具有齿轮结构。齿轮减速比比较大，使得节气门片的开度控制更为精确。

与现有技术相比，本发明具有如下几个优点：

1、本发明中的霍尔传感器磁场稳定性好，线性度高；

2、踏板总成改成轴心直接驱动方式，提高机械结构的稳定性和同心度，有效抑制了磁场变化引起的电压漂移，线性度误差可以控制到±1%；

3、独创内置高频和瞬态电压抑制器，ESD防护能力达到±8KV，可抵抗强大的非正常电压冲击，有效保护传感器芯片，可满足各种环境使用的车辆要求，适应性强，可靠性高；

4、具有完善的故障检测能力以及安全的保护措施。

附图说明

图1是踏板总成的结构示意图。

图2是节气门总成的结构示意图。

图3是本发明的原理框图。

图4是踏板总成上的两霍尔传感器转换的信号输出图。

图中，1、踏板；1a、限位槽；2、转轴套；2a、连接柱；3、外盖；4、中盖；5、底座；5a、踏板轴；6、组装板；7、衬座；8、霍尔元件；9、磁铁；10、导磁环；11、滑块座；11a、滑块；12、弹簧座；13、外弹簧；14、内弹簧；15、海绵条；16、壳体；17、电机；18、减速齿轮；19、节气门轴；20、节气门片；21、盖板；22、位置传感器一；23、位置传感器二；24、霍尔传感器一；25、霍尔传感器二；26、发动机ECU。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本实施例中的霍尔传感器包括霍尔元件、线性放大器和射极跟随器，霍尔元件为由表1中质量百分含量的成分制成坡莫合金导磁体，由于电子节气门控制系统中的磁铁同极性相对放置，霍尔传感器位置布置和磁铁相对应。

表1：坡莫合金导磁体各成分及其质量百分含量

采用现有普通的方法用上述成分制成坡莫合金导磁体和坡莫合金导磁体制成霍尔元件。

如图1、2和3所示，本电子节气门控制系统包括踏板总成、发动机ECU26和节气门总成，踏板总成包括踏板轴5a和绕踏板轴5a转动的踏板1，节气门总成包括电机17、具有油门的壳体16、节气门轴19和固定在节气门轴19上的节气门片20，节气门轴19安装在壳体16上且节气门片20位于油门中，电机17通过传动机构与节气门轴19连接，电机17还与发动机ECU26电连接，踏板总成上安装有两个霍尔传感器，两霍尔传感器能同时检测踏板1绕踏板轴5a转动的角度信息并将检测到的踏板1转动角度信息转换成电压信息，两霍尔传感器均与发动机ECU26连接且能将上述电压信息发送给发动机ECU26，发动机ECU26能对接受到的两霍尔传感器发送的两路电压信息进行分析判断并根据其判断结果发出控制信号控制电机17驱动节气门轴19转动进而控制节气门片20的开度大小或者不发出控制信号。

如图1所示，踏板总成还包括通过螺栓固定安装在一起的外盖3、中盖4和安装有踏板轴5a的底座5，中盖4位于外盖3和底座5之间且底座5具有内腔，踏板1上安装有转轴套2且通过转轴套2套设在踏板轴5a上，转轴套2上固连有连接有两个磁铁9的导磁环10，外盖3和中盖4之间还设有组装板6、衬座7和由上述两霍尔传感器中的霍尔元件8组成的霍尔元件组，霍尔元件组位于上述上述两磁铁9之间且安装在衬座7上，所述衬座7固定安装在组装板6上，组装板6安装在外盖3上，踏板1上开有若干限位槽1a且限位槽1a和底座5内腔上表面之间安装有弹簧座12、外弹簧13、内弹簧14、海绵条15和具有若干与上述限位槽1a相匹配的滑块11a的滑块座11，滑块11a插入到限位槽1a中，弹簧座12抵靠与滑块座11上，内弹簧14位于外弹簧13内且两者的一端均抵靠在弹簧座12上，另一端均抵靠在底座5内腔的上表面上，海绵条15插入在外弹簧13和内弹簧14之间。

本实施例中的导磁环10是通过周向限位结构固连在转轴套2上，其周向限位结构包括均匀开设在导磁环10上的四个凹槽和固定安装在转轴套2上的与凹槽相对应的四个连接柱2a，连接柱2a的顶端部分往外延伸形成限位块，限位块能插入到相对应的凹槽中构成周向限位，如图1所示。

如图2所示，节气门总成还包括盖板21和两个位置传感器，电机17和节气门轴19安装在壳体16的一端并通过盖板21封装，节气门轴19外周壁上具有齿轮结构，电机17输出轴上固连有齿轮，电机17和节气门轴19之间通过减速齿轮18连接，两位置传感器安装在壳体16的另一端上且能对节气门片20的开度大小信息进行检测，两位置传感器与上述的发动机ECU26连接并能将检测到的开度大小信息反馈给发动机ECU26。

两位置传感器分别为位置传感器一22和位置传感器二23，位置传感器一22对节气门片20的实际开度进行检测并反馈这一信息给发动机ECU26，发动机ECU26根据这一反馈信息可以判断出电机17执行是否正常，即实际的开度与发动机ECU26发出的控制开度是否一致；位置传感器二23是对位置传感器一22检测到的开度大小信息是否正确的判断，发动机ECU26接受到位置传感器二23和位置传感器一22发送的两个开度大小信息相同时，说明位置传感器一22正常工作，否则，说明位置传感器一22可能出现故障了。

本实施例中踏板总成上的两霍尔传感器分别为霍尔传感器一24和霍尔传感器二25，霍尔传感器一24是用于将踏板1转动角度转换成电压信息给发动机ECU26的，而霍尔传感器二25是用来检测霍尔传感器一24发送来的电压信息有没出错，其霍尔传感器二25输送的电压值是霍尔传感器一24的2倍。如图4是本实施例中两霍尔传感器的信号输出图，踏板1的转动角度范围为0～14.6℃，对应的，A对应霍尔传感器一24的信号输出，其输出电压范围为0.375±0.1V～1.92±0.15V，B对应霍尔传感器二25的信号输出，其输出电压范围为0.75±0.1V～3.84±0.15V。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种电子节气门控制系统，包括踏板总成、发动机ECU(26)和节气门总成，所述的踏板总成包括踏板轴(5a)和绕踏板轴(5a)转动的踏板(1)，所述的节气门总成包括电机(17)、具有油门的壳体(16)、节气门轴(19)和固定在节气门轴(19)上的节气门片(20)，节气门轴(19)安装在壳体(16)上且节气门片(20)位于油门中，电机(17)通过传动机构与节气门轴(19)连接，所述的电机(17)还与发动机ECU(26)电连接，其特征在于：所述的踏板总成上安装有霍尔传感器一和霍尔传感器二，霍尔传感器一和霍尔传感器二能同时检测踏板(1)绕踏板轴(5a)转动的角度信息并将检测到的踏板(1)转动角度信息转换成电压信息，霍尔传感器一和霍尔传感器二均与发动机ECU(26)连接且能将上述电压信息发送给发动机ECU(26)，所述的发动机ECU(26)能对接受到的霍尔传感器一和霍尔传感器二发送的两路电压信息进行分析判断并根据其判断结果发出控制信号控制电机(17)驱动节气门轴(19)转动进而控制节气门片(20)的开度大小或者不发出控制信号；

所述霍尔传感器一和霍尔传感器二，均包括霍尔元件(8)、线性放大器和射极跟随器，所述的霍尔元件(8)为坡莫合金导磁体，所述的坡莫合金导磁体各成分及其质量百分含量为：Ni:80.5％；Mo:5.2％；Nb：2.06％；Ti:1.8％,其余为Fe和其它不可避免的杂质；

所述霍尔传感器二的线性放大器的放大倍数为霍尔传感器一的两倍；所述霍尔传感器一是用于将踏板转动角度转换成电压信息给发动机ECU，所述霍尔传感器二是用来检测霍尔传感器一发送来的电压信息有没出错；当发动机ECU接受到这两路电压信息其电压值是2倍关系时，则可以判断霍尔传感器一输送过来的电压信息是正确的，此时发动机ECU根据其接受到的霍尔传感器一发送来的电压信息发出相应的控制信号控制电机驱动节气门打开相应的角度；如果不是2倍关系，则表明其霍尔传感器一输送过来的电压信息是错误的，发动机ECU就不发控制信号给电机，直接对节气门总成进行信号屏蔽；

所述的节气门总成还包括盖板(21)和两个位置传感器，上述的电机(17)和节气门轴(19)安装在壳体(16)的一端并通过盖板(21)封装，两位置传感器安装在壳体(16)的另一端上且能对节气门片(20)的开度大小信息进行检测，所述的两位置传感器与上述的发动机ECU(26)连接并能将检测到的开度大小信息反馈给发动机ECU(26)。

2.根据权利要求1所述的一种电子节气门控制系统，其特征在于，所述的踏板总成还包括通过螺栓固定安装在一起的外盖(3)、中盖(4)和安装有上述踏板轴(5a)的底座(5)，中盖(4)位于外盖(3)和底座(5)之间且底座(5)具有内腔，上述踏板(1)上安装有转轴套(2)且通过转轴套(2)套设在踏板轴(5a)上，转轴套(2)上固连有导磁环(10)，所述导磁环(10)连接有两个磁铁(9)，所述的外盖(3)和中盖(4)之间还设有组装板(6)、衬座(7)和由上述两霍尔传感器中的霍尔元件(8)组成的霍尔元件组，霍尔元件组位于上述两磁铁(9)之间且安装在衬座(7)上，所述衬座(7)固定安装在组装板(6)上，组装板(6)安装在外盖(3)上，所述的踏板(1)上开有若干限位槽(1a)且限位槽(1a)和底座(5)内腔上表面之间安装有弹簧座(12)、外弹簧(13)、内弹簧(14)、海绵条(15)和具有若干与上述限位槽(1a)相匹配的滑块(11a)的滑块座(11)，所述的滑块(11a)插入到限位槽(1a)中，弹簧座(12)抵靠与滑块座(11)上，内弹簧(14)位于外弹簧(13)内且两者的一端均抵靠在弹簧座(12)上，另一端均抵靠在底座(5)内腔的上表面上，海绵条(15)插入在外弹簧(13)和内弹簧(14)之间。

3.根据权利要求2所述的一种电子节气门控制系统，其特征在于，所述的导磁环(10)通过周向限位结构固连在转轴套(2)上。

4.根据权利要求3所述的一种电子节气门控制系统，其特征在于，所述的周向限位结构包括均匀开设在导磁环(10)上的四个凹槽和固定安装在转轴套(2)上的与上述凹槽相对应的四个连接柱(2a)，所述连接柱(2a)的顶端部分往外延伸形成限位块，所述的限位块能插入到相对应的凹槽中构成周向限位。

5.根据权利要求1所述的一种电子节气门控制系统，其特征在于，所述的传动机构为减速齿轮(18)。