CN104316299B - 一种电子节气门体耐久试验控制仪及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子节气门体耐久试验控制仪，它包括可编程控制器、功率放大驱动器、模数转换器、传感器和显示控制触摸屏，传感器的输出与模数转换器的输入连接，模数转换器的输出与可编程控制器连接，显示控制触摸屏经RS485接口也与可编程控制器连接，可编程控制器的控制输出与功率放大驱动器的控制输入连接，功率放大驱动器的控制输出与直流电机连接。本发明通过准确控制节气门片开度位置和各区间循环运动，加大电子节气门片运动量来检测电子节气门的耐久性，使电子节气门体门片在各区间的位置控制稳定，最终使电子节气门体总成与发动机处于动力性和燃烧性最佳的效果，进而保障汽车整机质量。

Description

一种电子节气门体耐久试验控制仪及其试验方法

技术领域

本发明涉及一种电子节气门体耐久试验控制仪。

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，决定汽车发动机的运行工况。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，即最佳开度位置。使汽车发动机的排放达到最佳，同时动力性和燃油经济性达到最佳。

电子节气门体总成的研究工作起源于20世纪70年代，80年代开始有产品问世，近十多年来，国外对电子节气门总成的研究取得了非常迅速的发展。尤其是位置控制系统跟随电子节气门总成发展，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传感器控制功能，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。

电子节气门体总成是与发动机一起工作的，工况变化较大，要想较好的提高汽车发动机的动力性、经济性，跟随控制门片的适合位置难度较大。而门片位置又是与发动机在该速度下的动力性和燃烧性最佳有密切联系。设计和制造电子节气门耐久试验控制仪是控制电子节气门总成产品质量的关键检测设备。从而保证跟随在控制门片的适合位置使发动机在该速度下的动力性和燃烧性最佳。

该非标设备的控制难点之一，是由于现有汽车节气门体总成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）和方向信号来控制直流伺服系统，门片位置的准确控制是一个难题。

该非标设备的控制难点之二， 电子节气总成门片在扭力弹簧的作用下，门片转动时在弹簧的作用下会产生一个扭矩（这个扭矩使门片在静态时处在高怠速状态），而扭矩大小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=KG*ΔG，式中KG为弹簧灵敏系数。

又根据电机运动方程：dω/dt=(M-Mf-BW)/J，式中：dω/dt为角加加速度；ω为角速度；M为电机电磁转矩；Mf和BW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、门片位置锁定所组成的控制系统，在工况变化的情况下，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，位置控制难以实现，更何况在小区间频繁振动加位置控制的耐久测试则更是难上加难。故采用微处理机控制，根据以上所述硬件结构和采样数据建立的数学模型，编制功能不同的系统控制工作程序实现较为容易。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电子节气门体耐久试验控制仪。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电子节气门体耐久试验控制仪，其特征在于：它包括可编程控制器、功率放大驱动器、模数转换器、传感器和显示控制触摸屏，传感器的输出与模数转换器的输入连接，模数转换器的输出与可编程控制器连接，显示控制触摸屏经RS485接口与可编程控制器连接，可编程控制器的控制输出与功率放大驱动器的输入端连接，功率放大驱动器的控制输出与直流电机连接。

一种电子节气门体耐久试验控制仪还包括两组开关电源，外部电源通过两组开关电源变换处理后，得到DC12V和DC24V直流输出，其中，DC12V供给功率放大驱动器，DC24V供给触摸屏。

所述的传感器为非接触式双反馈位置传感器，传感器的电源由功率放大驱动器供给。

所述的可编程控制器的控制输出包括一个脉宽调制脉冲信号、两个方向控制信号和一个位置锁定控制信号。

所述的功率放大驱动器设有3个接线柱，分别为P1、P2和P3，其中，P1为功率放大驱动器的输入，P2连接电机，P3连接DC12V。

一种电子节气门体耐久试验控制仪还包括一个操作台，所述的操作台包括用于安装电子节气门体的夹具和工作台、启动和停止按钮。

所述的可编程控制器的型号为三菱FX3U-PLC。

所述的模数转换器的型号为三菱FX2N-2AD。

所述的功率模块放大器的型号为AQMH3615NS。

一种电子节气门体耐久试验控制仪的试验方法，包括以下步骤：

S1：接通电源：电源抽头插入电源上，通过开关电源变换处理，得到DC12V和DC24V直流输出；

S2：仪器初始化：将扁形电缆插头插入节气门总成上的扁形卡槽内,在模数转换器面板上调节精密电位器，记录传感器的位置数据即门片的初始位置数据；

S3：数据初始化：按启动键，可编程控制器输出脉宽调制脉冲信号、方向控制信号，经过功率放大驱动器驱动直流电机，再由传动机构带动门片轴转动，每转动一定的角度，由传感器输出双反馈位置信号输入到模数转换器进行模数转换，再经可编程控制器进行初始化，读入数据；

S4：建立数据模型：将采样的门片静态位置数据存入D210寄存器，将采样的门片从静态运行到全开处的全开数据存入D220寄存器，将采样的门片从全开运行到全闭处的全闭数据存入D230寄存器，再分别计算出1%，4%，25%，100%的值的基础数据并分别存入D250、D260、D270和D220寄存器中，根据这些值算出脉宽的调节斜率并存入各区间的相应寄存器，进入一区间；

S5：一区间操作：在1%处，电机从1%→4%处运行，置开度增加，置一区间控制脉宽斜率减少数据，置电机反转；在4%处位置控制信号动作，可编程控制器给出位置锁定控制信号，延时后发出控制信号，电机从4%→1%处运行，置开度减少，置一区间控制脉宽斜率减少数据，置电机反转，返回1%，循环17次，并自动进入二区间；

S6:二区间操作：在1%处，电机从1%→25%处运行，置开度增加，置二区间控制脉宽斜率减少数据，置电机正转；在25%处位置控制信号动作, 可编程控制器给出位置锁定控制信号，延时后发出控制信号，电机从25%→1%处运行，置开度减少，置二区间控制脉宽斜率减少数据，置电机反转，返回1%，循环2次，并自动进入三区间；

S7:三区间操作：在1%处，电机从1%→100%全开处运行，置开度增加，置三区间控制脉宽斜率减少数据，置电机正转；在100%处位置控制信号动作, 可编程控制器给出位置锁定控制信号，延时后发出控制信号，电机从100%→1%处运行，置三区间控制脉冲宽斜率减少数据，置开度减少，置电机反转；当停在1%处，一次循环结束，计数一次，自动返回一区间即步骤S5进入下一次循环，直到累计50万次后程序发出停止工作控制信号而结束。

本发明的有益效果是：1、可随节气门片不同位置的要求，由可编程控制器及其软件控制系统，通过设置不同的控制参数，在计算机控制系统的控制下，准确控制门片的位置并在不同的区间内作循环运动。累计循环次数，以确保电子节气门总成产品的质量。

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，并在不同的区间内作循环运动是本发明的一个难题，单用脉宽调制脉冲信号来控制功率放大驱动器，其门片位置是会产生波动的，这样就会造成不能准确的采样位置数据，故加入了功率锁定控制系统，即在工艺要求的几个点上输出适合该点固定的功率。这样节气门片的位置在工艺要求的点上被锁定，没有波动，达到了精确控制门片位置和区间循环振动的目的。如果波动就采样不到数据，此时通过延时产生声光报警。

3、功率放大驱动器采用了AQMH3615NS模块，有以下特点：

（1）支持电压范围宽即6V～36V，并自身产生DC5V电源；

（2）持续负载电流大，功耗低；

（3）支持脉宽调制脉冲信号即PMW信号和方向控制信号，脉宽调制脉冲信号有效范围在0.1%～100%，使得方向和位置控制更加容易实现。

附图说明

图1为本发明原理框图；

图2为本发明方法流程图；

图3为传感器图；

图4为功率放大驱动器图；

图5为可编辑控制器图；

图6为模数转换器图；

图7为开关电源图；

图8为门片振动区间示意图。

图中，1-电机电源0V，2-传感器电源V-，3-传感器电源V+，4-电机电源V+，5-传感器信号输出A，6-传感器信号输出B。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：如图1所示，一种电子节气门体耐久试验控制仪，其特征在于：它包括可编程控制器、功率放大驱动器、模数转换器、传感器和显示控制触摸屏，传感器的输出与模数转换器的输入连接，模数转换器的输出与可编程控制器连接，显示控制触摸屏经RS485接口与可编程控制器连接，可编程控制器的控制输出与功率放大驱动器的输入端连接，功率放大驱动器的控制输出与直流电机连接。

一种电子节气门体耐久试验控制仪还包括两组开关电源，外部电源通过两组开关电源变换处理后，得到DC12V和DC24V直流输出，其中，DC12V供给功率放大驱动器，DC24V供给触摸屏。

所述的传感器为非接触式双反馈位置传感器，传感器的电源由功率放大驱动器供给。

所述的可编程控制器的控制输出包括一个脉宽调制脉冲信号、两个方向控制信号和一个位置锁定控制信号。

所述的功率放大驱动器设有3个接线柱，分别为P1、P2和P3，其中，P1为功率放大驱动器的输入，P2连接电机，P3连接DC12V。

一种电子节气门体耐久试验控制仪还包括一个操作台，所述的操作台包括用于安装电子节气门体的夹具和工作台、启动和停止按钮。

所述的可编程控制器的型号为三菱FX3U-PLC。

所述的模数转换器的型号为三菱FX2N-2AD。

所述的功率模块放大器的型号为AQMH3615NS。

如图2所示，一种电子节气门体耐久试验控制仪的的步骤如下：

1.将电源插头插入220V市电交流电源上，通过两组开关电源得到DC12V、DC24V。其中，DC12V供给功率放大驱动器, 非接触式双反馈位置传感器的电源由功率放大驱动器供给，触摸屏人机界面由DC24V供给。

2.将扁形电缆插头插入节气门体上的扁形卡槽内。在模数转换器的转换面板上调节精密电位器，通过可编程控制器的软件系统显示出位置传感器的位置数据，这个数据作为可编程控制器的A/D转换的基础数据，这样就与门片的位置值相匹配了。

3．按启动键，可编程控制器按事先编制好的工作程序由Y0端输出脉宽调制脉冲信号即PMW信号，由Y2端和Y3端输出方向控制信号，经功率放大驱动器驱动直流电机，再由传动机构即电机齿轮与中间齿轮啮合以及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，由传感器输出双反馈位置信号输入到模数转换器进行模数转换，经可编程逻辑器进行初始化，读入数据，然后进行逻辑计算，建立基础控制数据即各区间点的位置数据。当采样数据出错，通过延时产生声光报警。

将采样的门片的静态位置数据存入D210寄存器中；门片从静态运行到全开处，采样电机全开数据存入D220寄存器中；门片从全开运行到全闭处，采样门片全闭数据存入D230寄存器中。这样从全闭到全开为0%～100%的开度位置，为建立数学模型算出1%，4%，25%，100%的值的基础数据，分别存入D250，D260，D270，D220寄存器。根据这些值算出控制脉宽斜率，存入各区间的寄存器中，完成电子节气门体初始化并自动进入一区间。

4．一区间操作：在1%处，电机从1%→4%处运行，置开度增加，置一区间控制脉宽斜率减少数据，置电机反转；在4%处位置控制信号动作，可编程控制器给出位置锁定控制信号，延时后发出控制信号，电机从4%→1%处运行，置开度减少，置一区间控制脉宽斜率减少数据，置电机反转，返回1%，循环17次，并自动进入二区间；

5．二区间操作：在1%处，电机从1%→25%处运行，置开度增加，置二区间控制脉宽斜率减少数据，置电机正转；在25%处位置控制信号动作, 可编程控制器给出位置锁定控制信号，延时后发出控制信号，电机从25%→1%处运行，置开度减少，置二区间控制脉宽斜率减少数据，置电机反转，返回1%，循环2次，并自动进入三区间；

6．三区间操作：在1%处，电机从1%→100%全开处运行，置开度增加，置三区间控制脉宽斜率减少数据，置电机正转；在100%处位置控制信号动作, 可编程控制器给出位置锁定控制信号，延时后发出控制信号，电机从100%→1%处运行，置三区间控制脉冲宽斜率减少数据，置开度减少，置电机反转；当停在1%处，一次循环结束，计数一次，自动返回一区间即步骤S5进入下一次循环，直到累计50万次后程序发出停止工作控制信号而结束。

7．累计50万次后程序发出停止工作控制信号而结束。

如图8所示，门片在圆周8.79°～87°内旋转，需要设置的几种不同开度是通过在不同的区间，按事先设置好的位置参数和频率在不同的区间循环振动。所述的1%～4%即8.79°～11.16°开度位置，频率4HZ，为一区间循环运动17次；所述的1%～25%既8.79°～27.75°开度位置，频率2HZ，为二区间循环运动2次；所述的1%～100%既8.79°～87°开度位置，频率1HZ，为三区间循环运动1次。

如图3所示，传感器信号输出A端随开度增加电压减小，传感器信号输出B端随开度增加电压增加。

如图4所示，功率放大驱动器有3个插头，分别为插头P1、P2和P3，所述的插头P1为功率放大驱动器的控制输入，与可逻辑控制块连接，插头P2连接电机，插头P3连接DC12V。

如图5所示，可编程控制器的输出端Y0输出脉宽调制脉冲信号，输出端Y2输出正方向控制信号，输出端Y3输出反方向控制信号，输出端Y6输出位置锁定控制信号。

如图6所示，模数转换器的两个com端与电源连接，两个vino端与可编程控制器的输入端连接。

Claims (1)

1.一种电子节气门体耐久试验控制仪的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：接通电源：电源抽头插入电源上，通过开关电源变换处理，得到DC12V和DC24V直流输出；

S2：仪器初始化：将扁形电缆插头插入节气门总成上的扁形卡槽内,在模数转换器面板上调节精密电位器，记录传感器的位置数据即门片的初始位置数据；

S3：数据初始化：按启动按钮，可编程控制器输出脉宽调制脉冲信号、方向控制信号，经过功率放大驱动器驱动直流电机，再由传动机构带动门片轴转动，每转动一定的角度，由传感器输出双反馈位置信号输入到模数转换器进行模数转换，再经可编程控制器进行初始化，读入数据；

S4：建立数据模型：将采样的门片静态位置数据存入D210寄存器，将采样的门片从静态运行到全开处的全开数据存入D220寄存器，将采样的门片从全开运行到全闭处的全闭数据存入D230寄存器，再分别计算出1%，4%，25%，100%的值的基础数据并分别存入D250、D260、D270和D220寄存器中，根据这些值算出脉宽的调节斜率并存入各区间的相应寄存器，进入一区间；

S5：一区间操作：在1%处，电机从1%→4%处运行，置开度增加，置一区间控制脉宽斜率减少数据，置电机反转；在4%处位置控制信号动作，可编程控制器给出位置锁定控制信号，延时后发出控制信号，电机从4%→1%处运行，置开度减少，置一区间控制脉宽斜率减少数据，置电机反转，返回1%，循环17次，并自动进入二区间；

S6:二区间操作：在1%处，电机从1%→25%处运行，置开度增加，置二区间控制脉宽斜率减少数据，置电机正转；在25%处位置控制信号动作, 可编程控制器给出位置锁定控制信号，延时后发出控制信号，电机从25%→1%处运行，置开度减少，置二区间控制脉宽斜率减少数据，置电机反转，返回1%，循环2次，并自动进入三区间；

S7:三区间操作：在1%处，电机从1%→100%全开处运行，置开度增加，置三区间控制脉宽斜率减少数据，置电机正转；在100%处位置控制信号动作, 可编程控制器给出位置锁定控制信号，延时后发出控制信号，电机从100%→1%处运行，置三区间控制脉冲宽斜率减少数据，置开度减少，置电机反转；当停在1%处，一次循环结束，计数一次，自动返回一区间即步骤S5进入下一次循环，直到累计50万次后程序发出停止工作控制信号而结束。