CN108061561A - 凸轮轴位置传感器及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种凸轮轴位置传感器及车辆。该凸轮轴位置传感器包括设置在凸轮轴位置传感器本体上以用于检测凸轮轴位置信息的第一检测元件，以及与第一检测元件电连接的处理电路，处理电路用于将第一检测元件所检测到的凸轮轴位置信息转换为数字信号，设置在凸轮轴位置传感器本体上的至少一个第二检测元件，第二检测元件用于检测发动机的运行状态；信号采集模块，用于采集第二检测元件所检测的信号；信号编码模块，用于将信号采集模块采集到的信号转换为高频数字信号；以及信号耦合电路，用于接收处理电路输出的数字信号和信号编码模块输出的高频数字信号，并用于将数字信号和高频数字信号耦合后输出给车辆的电子控制单元。

Description

凸轮轴位置传感器及车辆

技术领域

本发明涉及传感器领域，更具体地，涉及一种凸轮轴位置传感器及车辆。

背景技术

目前的发动机凸轮轴位置传感器只用于检测发动机凸轮轴信号轮位置信息，是ECU(电子控制单元)判断发动机活塞位置，控制发动机点火时基的主要信号源。凸轮轴位置传感器信号的准确与否对发动机的可靠性、燃油经济性、整车的舒适性都起到至关重要的作用。在很多车型中，个别发动机为了提高凸轮轴位置的准确度，通常会安装两个凸轮轴位置传感器。

此外，在车辆上为了让ECU感受到车辆及其发动机的各种状态，通常需要安装多个不同种类的传感器，其中包括用于检测位置、速度、温度、压力、流量、震动、气体等不同功能的传感器。对于这些传感器通常还需要大量的线路与ECU相连，这无形中会占用大量的车内空间，大大降低了车辆的舒适性和实用性。

发明内容

本发明旨在提供一种至少具有两种检测功能的凸轮轴位置传感器，以改善现有技术中发动机凸轮轴位置传感器检测功能单一，汽车内安装的多种其他种类传感器造成占用大量车内空间的现象。

一个方面，本发明提供的一种凸轮轴位置传感器，包括：设置在凸轮轴位置传感器本体上以用于检测凸轮轴位置信息的第一检测元件，以及与第一检测元件电连接的处理电路，处理电路用于将第一检测元件所检测到的凸轮轴位置信息转换为数字信号，该凸轮轴位置传感器还包括：设置在凸轮轴位置传感器本体上的至少一个第二检测元件，第二检测元件用于检测发动机的运行状态；信号采集模块，用于采集第二检测元件所检测的信号；信号编码模块，用于将信号采集模块采集到的信号转换为高频数字信号；以及信号耦合电路，用于接收处理电路输出的数字信号和信号编码模块输出的高频数字信号，并用于将数字信号和高频数字信号耦合后输出给车辆的电子控制单元。

进一步地，第二检测元件为温度检测元件、压力检测元件和震动检测元件中的至少一者，温度检测元件用于检测发动机内润滑油的油温，压力检测元件用于检测发动机内润滑油的油压，震动检测元件用于检测发动机的震动。

进一步地，该凸轮轴位置传感器还包括与信号耦合电路电连接的可编程逻辑电路，可编程逻辑电路通过与上位机通讯调整编程以控制信号耦合电路的耦合时基。

进一步地，第一检测元件为霍尔芯片。

进一步地，凸轮轴位置传感器本体具有柱形部；第一检测元件、温度检测元件和压力检测元件布置于柱形部的同一端；震动检测元件布置于柱形部的中间位置。

另一个方面，本发明还提供了一种车辆，该车辆设置有根据上述的凸轮轴位置传感器。

进一步地，车辆包括电子控制单元，电子控制单元包括：解码模块，解码模块用于接收信号耦合电路输出的耦合信号并对耦合信号进行解码；分析模块，分析模块用于接收解码模块输出的已解码的信号，并基于已解码的信号分析发动机的运行状态；输出模块，输出模块用于输出分析模块的分析结果。

进一步地，电子控制单元还包括：电连接在分析模块与输出模块之间的判断模块，判断模块用于接收分析模块的分析结果并将分析结果与预设值进行比较，以判断发动机是否正常运行，并将判断结果发送给输出模块；与输出模块信号连接的报警模块，用于当判断模块判断出发动机处于不正常运行状态时发出报警信息。

本发明提供的凸轮轴位置传感器在原有尺寸的基础上，集合了温度检测元件，使得凸轮轴位置传感器同时具有温度检测等功能，有效改善了车内空间，并能进一步降低车辆的制造成本。

附图说明

图1A为根据本发明的一个示例性实施例的凸轮轴位置传感器的立体图；

图1B为根据本发明的一个示例性实施例的凸轮轴位置传感器的内部元件布局图；

图2为根据本发明的一个示例性实施例的凸轮轴位置传感器的模块图；

图3A为示出了常规的凸轮轴位置传感器的输出信号的示意图；

图3B为示出了根据本发明的一个示例性实施例的凸轮轴位置传感器的输出信号的示意图；

图4为设置有根据本发明的凸轮轴位置传感器的车辆的ECU的工作原理图。

具体实施方式

下面将参照附图并通过实施例来描述根据本发明实现的凸轮轴位置传感器。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。

图1A示出了根据本发明的凸轮轴位置传感器1的立体图，图1B示出了根据本发明的凸轮轴位置传感器1的内部元件布局图。参考图1A和图1B，凸轮轴位置传感器本体具有柱形部，在柱形部的一端设置有用于检测凸轮轴位置信息的第一检测元件2(例如为霍尔芯片)。请一并参考图2，该第一检测元件2与处理电路11电连接，该处理电路11优选将所述第一检测元件2所检测到的凸轮轴信号(模拟信号)转换为数字信号。

为进一步扩展凸轮轴位置传感器1的检测功能，本发明实施例在凸轮轴位置传感器本体上还设置有用于检测发动机的运行状态的其它一个或多个检测元件。例如，根据本发明的一优选实施例，在柱形部的第一检测元件2所处的端部还设置有用于检测发动机内润滑油的油压的压力检测元件3和用于检测发动机内润滑油的油温的温度检测元件4，并且在柱形部的中间位置设置有用于检测发动机震动的震动检测元件5。可以理解，在其他实施例中，加载于凸轮轴位置传感器1本体上的检测元件并不限于上述的温度检测元件4、压力检测元件3和震动检测元件5，还可以加载其他类型的用于检测发动机运行状态的检测元件，在此不再赘述。

结合参考图2，为使凸轮轴位置传感器1具有多种检测功能，在凸轮轴位置传感器1的本体内还布置有信号采集模块12、信号编码模块13以及信号耦合电路14(参见图2)。当第二检测元件例如同时包括上述的压力检测元件3、温度检测元件4和震动检测元件5时，信号采集模块12与各第二检测元件分别电连接，以分别接收各第二检测元件所检测到的信号。当然，当第二检测元件只具有其中的一者或两者时，信号采集模块12则用于接收其中的一者或两者所检测到的信号。信号编码模块13与信号采集模块12电连接，该信号编码模块13将信号采集模块12所采集的信号转换为高频数字信号。信号编码模块13和处理电路11分别与信号耦合电路14电连接，以将从所述信号编码模块13输出的高频数字信号与从所述处理电路11输出的数字信号进行耦合后输出给车辆的电子控制单元，从而使该凸轮轴位置传感器1集合了多种传感器的检测功能。此外，信号耦合电路14也可与可编程逻辑电路15电连接，该可编程逻辑电路15可通过与上位机通讯控制信号耦合电路14的耦合时基，并可根据客户和ECU的不同要求进行编程调整。

下文将详述图2中各个模块之间的信号传输与处理过程。其中，霍尔芯片检测凸轮轴位置信息，并将所检测的凸轮轴位置信息传输至处理电路11，该处理电路11的作用包括但不限于将霍尔芯片所检测到的模拟信号转换为数字信号。信号采集模块12接收及采集温度检测元件4、压力检测元件3以及震动检测元件5所检测的信号(例如模拟信号)，并将所采集的信号传输至信号编码模块13，所述信号编码模块13优选将所述信号采集模块12所采集的模拟信号转换为高频数字信号。处理电路11输出的数字信号(凸轮轴位置信号)和信号编码模块13输出的高频数字信号(该高频数字信号中包含与发动机润滑油油温、油压以及发动机震动有关的信息)被传输至信号耦合电路14，该信号耦合电路14将两路信号耦合后输出给车辆的ECU。此外，可编程逻辑电路15可通过与上位机通讯控制输入至信号耦合电路14的两路信号的耦合时基，并可根据客户和ECU的不同要求进行编程调整。ECU对凸轮轴位置传感器输出的带有编码信息的信号进行解码，分析，判断后输出。如上配置的电路的一端接地GND，并且连接有电源以给各个模块供电。

图3A示出了目前的仅具有第一检测元件的常规凸轮轴位置传感器的输出信号。图3B示出了根据本发明实施例的凸轮轴位置传感器的输出信号。如图3A所示，利用常规的凸轮轴位置传感器检测凸轮轴信号轮的位置信息，经由处理电路对所检测到的位置信息进行滤波、模数转换等处理后输出与凸轮轴位置信息有关的方波信号8。如图3B所示，利用根据本发明的凸轮轴位置传感器检测凸轮轴位置、发动机内润滑油的油温、油压以及发动机震动等信息，通过信号编码模块对由凸轮轴位置传感器检测到的信息进行处理并将其转换为高频数字信号9，将来自霍尔芯片的方波信号8与来自信号编码模块的高频数字信号9输入至信号耦合电路中进行耦合后，输出耦合信号10。由于信号耦合模块与可编程逻辑电路连接，因此可根据客户和ECU的要求对可编程逻辑电路进行编程调整，并可通过上位机通讯控制耦合电路的耦合时基，这样，可以根据需要，选择性地在某一时段或时刻将其他检测元件检测得到的高频数字信号9与第一检测元件所检测得到的方波信号8进行耦合。

图4示出了设置有凸轮轴位置传感器1的车辆的ECU的工作原理图。如图4中所示，根据本发明的一个优选实施例，从凸轮轴位置传感器1输出的耦合信号10被发送至车辆ECU，该ECU包括解码模块、分析模块、判断模块以及输出模块，并具体经过如下过程来监控发动机的运行状态：解码模块接收耦合信号并将耦合信号解码成凸轮轴位置信息和多个反映发动机运行状态的信号；分析模块基于已解码的各信号分析发动机的运行状态；输出模块可以直接将分析模块的分析结果输出给整车控制系统，由整车控制系统判断车辆的下一步动作。或者，还可以包括电连接在分析模块与输出模块之间的判断模块，判断模块用于接收所述分析模块的分析结果并将所述分析结果与预设值进行比较，以判断发动机是否正常运行，并将判断结果发送给输出模块。此外，ECU还可包括与输出模块信号连接的报警模块，当判断得出发动机运行不正常时，报警模块发出报警信息，以提醒车辆内对应的执行机构或驾驶员。

综上所述，根据本发明的凸轮轴位置传感器利用凸轮轴位置传感器位置上的优势，集凸轮轴位置检测、震动检测、温度检测、压力检测等功能于一身；在不改变原有尺寸的情况下，在原有凸轮轴位置传感器的集成电路上集成了例如震动检测单元、温度检测单元、压力检测单元；在原有凸轮轴信号的基础上，通过编码加入例如震动、温度、压力的检测信号，ECU再通过对这些信号进行解码、分析、判断后输出，从而能够更好地监测车辆发动机的运行状态。因此，根据本发明的凸轮轴位置传感器不仅提高了车辆的品质和燃油经济性，还降低了车辆的故障率，对凸轮轴传感器的研发、生产工艺也可起到监测作用。

本领域普通技术人员可以理解：虽然在以上各实施例中仅列举了温度检测元件、压力检测元件、震动检测元件，但本申请并不排除在凸轮轴位置传感器上也可设置用于检测车辆/发动机运行状态的其它任何可能的检测元件中的一种或多种，并且不排除包括其它类似的处理电路、编码模块、耦合电路及可编程逻辑电路。本申请的凸轮轴位置传感器中的各种检测元件、信号采集模块、信号编码模块、可编程逻辑电路及处理电路是使用硬件逻辑实现特定功能的电路级硬件，并且各个硬件之间的连接关系是明确的硬件连接关系。本申请利用上述硬件来实现与上位机之间的网络连接以及各模块之间的电连接，并且完成信号处理操作。

在本申请中，本领域普通技术人员可以理解，所揭露的系统可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块的功能可以结合或者某个模块的功能可以被进一步拆分。在本申请各个实施方式中的各模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种凸轮轴位置传感器(1)，包括：设置在所述凸轮轴位置传感器本体上以用于检测凸轮轴位置信息的第一检测元件(2)，以及与所述第一检测元件电连接的处理电路(11)，所述处理电路(11)用于将所述第一检测元件(2)所检测到的凸轮轴位置信息转换为数字信号，其特征在于，还包括：

设置在凸轮轴位置传感器本体上的至少一个第二检测元件，所述第二检测元件用于检测发动机的运行状态；

信号采集模块(12)，用于采集所述第二检测元件所检测的信号；

信号编码模块(13)，用于将所述信号采集模块(12)采集到的信号转换为高频数字信号；以及

信号耦合电路(14)，用于接收所述处理电路(11)输出的数字信号和所述信号编码模块(13)输出的高频数字信号，并用于将所述数字信号和所述高频数字信号耦合后输出给车辆的电子控制单元。

2.根据权利要求1所述的凸轮轴位置传感器，其特征在于，所述第二检测元件为温度检测元件(4)、压力检测元件(3)和震动检测元件(5)中的至少一者，所述温度检测元件用于检测发动机内润滑油的油温，所述压力检测元件用于检测发动机内润滑油的油压，所述震动检测元件用于检测发动机的震动。

3.根据权利要求1所述的凸轮轴位置传感器，其特征在于，还包括与所述信号耦合电路(14)电连接的可编程逻辑电路(15)，所述可编程逻辑电路(15)通过与上位机通讯调整编程以控制所述信号耦合电路(14)的耦合时基。

4.根据权利要求1所述的凸轮轴位置传感器，其特征在于，所述第一检测元件为霍尔芯片。

5.根据权利要求2所述的凸轮轴位置传感器，其特征在于，所述凸轮轴位置传感器本体具有柱形部；所述第一检测元件、所述温度检测元件(4)和所述压力检测元件(3)布置于所述柱形部的同一端；所述震动检测元件(5)布置于所述柱形部的中间位置。

6.一种车辆，其特征在于，设置有根据权利要求1至5中任一项所述的凸轮轴位置传感器(1)。

7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述车辆包括电子控制单元，所述电子控制单元包括：

解码模块，所述解码模块用于接收所述信号耦合电路输出的耦合信号并对所述耦合信号进行解码；

分析模块，所述分析模块用于接收所述解码模块输出的已解码的信号，并基于所述已解码的信号分析发动机的运行状态；

输出模块，所述输出模块用于输出所述分析模块的分析结果。

8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述电子控制单元还包括：

电连接在所述分析模块与所述输出模块之间的判断模块，所述判断模块用于接收所述分析模块的分析结果并将所述分析结果与预设值进行比较，以判断发动机是否正常运行，并将判断结果发送给输出模块；

与所述输出模块信号连接的报警模块，用于当所述判断模块判断出发动机处于不正常运行状态时发出报警信息。