CN200945826Y - 车辆油门的手动和自动一体化控制装置 - Google Patents
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Abstract
车辆油门的手动和自动一体化控制装置，属于车辆智能零部件领域，目的是提供一种能适应对各种类型车辆的油门实施人工控制和自动控制相结合的装置，本实用新型控制部分中的三根步进电机驱动线与机电部分的步进电机相连，控制部分中的开关信号数据线与机电部分的定位传感器相连，控制部分中的模拟信号数据线与机电部分的步进电机传感器相连，且控制部分中的计算机控制单元ECU与机电部分中的步进电机的机体均接地。本实用新型通过对节气门采用三轮盘四拨块驱动机构的刚性连接，故对节气门的操纵控制更直接更可靠，响应更迅速，当电路出现故障时，并不影响人工控制节气门，而且其结构简单、紧凑，便于在各种类型的车辆上实施。
Description
技术领域
本实用新型涉及车辆智能零部件领域，具体说是对各种类型车辆上的油门实施手动控制和自动控制的部件。
背景技术
目前用于车辆上的节气门(油门)人工控制、自动控制枝术，仅限于少数高挡轿车的巡航控制系统与现在正进行开发研制的智能辅助驾驶系统车辆上，使用范围小。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能适应对各种类型车辆的油门实施人工控制和自动控制相结合的装置。
本实用新型由控制部分和机电部分组成，控制部分B中的三根步进电机驱动线与机电部分A的步进电机1相连；控制部分B中的开关信号数据线与机电部分A的定位传感器16相连；控制部分B中的模拟信号数据线与机电部分A的步进电机传感器12相连，且控制部分B中的计算机控制单元ECU与机电部分A中的步进电机1的机体均接地。
控制部分B由计算机控制单元ECU、步进电机正转驱动电路、步进电机反转驱动电路、定位传感器开关信号输入电路、步进电机传感器模拟信号输入电路组成，定位传感器开关信号输入电路和步进电机传感器模拟信号输入电路中的输入信号，同车辆原配置C的节气门传感器23和车速传感器(24)的模拟输入信号，作为计算机控制单元ECU的输入信息，而直接通过其各自的数据线将计算机控制单元ECU与各传感器相连接；作为计算机控制单元ECU输出执行的步进电机正转驱动电路和步进电机反转驱动电路，其各自电路分别为三个功率驱动放大器，其放大器的输入端(基极)与计算机控制单元ECU的输出端连接，放大器的输出端(集电极)通过驱动导线与步进电机1连接，放大器的另一端(发射极)接地。
自动控制部分与机电部分通过三根步进电机1驱动线，—根定位传感器16开关信号数据传输线，—根步进电机传感器12模拟信号数据传输线相连接。步进电机1通过机体接地与人工控制、自动控制油门装置控制部分的计算机控制单元ECU的接地，沟通闭合回路，与车辆的节气门传感器23，与车速传感器24资源共享，分线接入计算机控制单元ECU。三根步进电机驱动线按顺序接受计算机控制单元ECU发出的脉冲驱动指令，控制步进电机1的转动量大小，驱使步进电机1正转或反转；步进电机1转动通过节气门轮盘7与连接胶套10带动步进电机传感器12转动，步进电机传感器12产生变化的模拟信号通过数据传输线传至计算机控制单元ECU；当驾驶人员没有踩加油踏板时，加油踏板的回位弹簧将加油踏板轮盘9拉回至初始位置。加油踏板轮盘9上的环形磁铁17与定位传感器16接触，产生低电压信号通过数据传输线向计算机控制单元ECU输入。
机电部分A由步进电机1、支架、三轮盘机构、四拨块驱动机构、步进电机传感器12和定位传感器16组成，三轮盘机构和四拨块驱动机构置于支架中；置步进电机支架3上的步进电机1，其上的步进电机轴2与三轮盘机构中的步进电机驱动轮盘5的左端轴固接；步进电机传感器12经连接胶套10，与步进电机驱动轮盘5的右端轴连接，步进电机1处于工作状态时，使步进电机轴2的转动，同时带动步进电机驱动轮盘5正转(向a加油方向)或反转(向b减油方向)。为了能使计算机控制单元ECU分辩步进电机1驱动时所处位置，；定位传感器16装于右支架4-2内侧，用以确定油门踏板轮盘9的初始位置，使计算机控制单元ECU判别自动控制工况与人工控制工况，完成工作的转换。
支架由左支架4-1、右支架4-2、底座4-3、步进电机支架3和传感器支架11组成，左支架4-1、右支架4-2与底座4-3固接；步进电机支架3与左支架4-1、底座4-3固接；传感器支架11固接于右支架4-2外侧。
三轮盘机构，是以步进电机驱动轮盘5为支撑盘，在其梯形台轴上，分别顺序套装有节气门轮盘7和油门踏板轮盘9；节气门轮盘7和油门踏板轮盘9分别通过节气门轮盘卡环8-1和油门踏板轮盘卡环8-2限位，但可绕步进电机驱动轮盘5的梯形台轴转动；另在油门踏板轮盘9上装有环型磁铁17，且与定位传感器16对应；步进电机驱动轮盘5的左、右两端轴，分别与左支架4-1和右支架4-2的中心孔连接
四拨块驱动机构，即在步进电机驱动轮盘5上所装的正转拨块15、反转拨块6，在节气门轮盘7上所装的节气门轮盘拨块14，在油门踏板轮盘9上所装的油门踏板轮盘拨块13；节气门轮盘7上的节气门轮盘拨块14是一个长型圆销，其左侧与步进电机正转拨块15相连，右侧与油门踏板轮盘拨块13相连；节气门20经旋转臂22外端，通过节气门拉索18与节气门轮盘7连接，节气门20同时通过旋转臂22外端与节气门回位弹簧19连接；脚踏板经脚踏板拉索21与油门踏板轮盘9连接。回位弹簧19产生的拉力将节气门20关闭，与此通过绳索18带动节气门轮盘7转至初始位置(发动机怠速位置)，节气门轮盘7上的节气门轮盘拨块14推油门踏板轮盘拨块13而使加油踏板轮盘9转至环形磁铁17与定位传感器16接触。
油门踏板轮盘9的脚踏板拉索21的作用力，使油门踏板轮盘9上的油门踏板轮盘拨块13与节气门轮盘7上的节气门轮盘拨块14接触，这样就保证了本实用新型在安装时保持与原有车辆节气门安装位置的一致性。
本实用新型依靠安装在油门踏板轮盘9、节气门轮盘7和步进电机驱动轮盘5上四个拨块的作用，而实现人工控制或自动控制油门(节气门20)。
本实用新型的工作过程是：
人工控制油门(节气门20)时，驾驶员踏下油门脚踏板，带动脚踏板拉索21向c加油方向移动，同时带动油门踏板轮盘9向c加油方向转动(在步进电机轮盘5上的固定台阶轴上转动)，油门踏板轮盘拨块13带动节气门轮盘拨块14，从而带动节气门轮盘7转动。节气门轮盘7转动的同时，经节气门拉索18的带动节气门旋转臂22转动打开节气门20，而进行加油。节气门轮盘拨块14的左端脱离步进电机正转拨块15(向a加油方向转动)；当驾驶员放松油门脚踏板时，节气门回位弹簧19的拉力作用使节气门轮盘7向关闭节气门方向移动(向b减油方向转动)，节气门轮盘拨块14拨动油门踏板轮盘拨块13，而带动油门踏板轮盘9一起回转。
自动控制油门(节气门20)时，驾驶员不踏油门脚踏板，油门脚踏板回位弹簧拉脚踏板拉索21带动油门踏板轮盘9回至环型磁铁17与定位传感器16接触位置。步进电机1在计算机控制单元ECU的指令下驱动而正转(a加油)或反转(b减油)，并带动步进电机轮盘5的转动。在步进电机轮盘5上的步进电机正转拨块15与步进电机反转拨块6的转动下，经节气门轮盘拨块14带动节气门轮盘7转动，向a加油方向或b减油方向转动，而带动节气门20的开启和关闭。
自动控制油门(节气门20)工况运行时，驾驶员踏下油门脚踏板时，经脚踏板绳索21带油门踏板轮盘向c加油方向转动，使环型磁铁17脱离定位传感器16位置。定位传感器16产生高电平信号经开关信号数据传输线输入计算机控制单元ECU，ECU指令步进电机1，退出自动控制状态。
自动控制向人工控制功能转换：自动控制油门(节气门20)时，驾驶员不踏油门脚踏板，在回位弹簧19的作用下，使油门踏板轮盘9回到原位，油门踏板轮盘9上的环型磁铁17与定位传感器16接触，此时定位传感器16产生低电平，该低电平的电信号经开关信号数据线向计算机控制单元ECU输入，指示此时系统处于自动控制工况的状态。一旦驾驶员踏下油门脚踏板，带动油门踏板轮盘9转动，环型磁铁17与定位传感器16脱离，定位传感器16产生由低电平到高电平变化的电信号，向计算机控制单元ECU输入，计算机控制单元ECU则发出反转驱动脉冲指令，驱动步进电机1反转，并停止自动驱动，取消控制状态。
本实用新型的电路控制方案是：
驾驶员踏下油门脚踏板，带动油门踏板轮盘9向加油方向转动的同时，定位传感器16脱离环型磁铁17磁场的有效作用位置，定位传感器16输出电压信号从原来的低电平变为高电平(其电压变化的范围0V～+5V)。计算机控制单元ECU在接受到由开关信号数据线输入的高电平信号后，采取对步进电机1不控制策略。
在与智能辅助驾驶系统配合工作时，步进电机1正转或反转的指令是由上位管理计算机系统发出。
步进电机1转动时，步进电机传感器12依据步进电机1转动角度的大小，对应输出线性变化的模拟信号，并经模拟信号数据传输线向计算机控制单元ECU输入。计算机控制单元ECU依据上位管理计算机系统的指令，对输入模拟信号大小差值进行修正，从而控制步进电机1的转动量。
本实用新型的积极效果在于：
本实用新型通过对节气门采用三轮盘四拨块驱动机构的刚性连接，故对节气门的操纵控制更直接更可靠，响应更迅速，当电路出现故障时，并不影响人工控制节气门，而且其结构简单、紧凑，便于在各种类型的车辆上实施。
附图说明
图1为车辆油门的手动和自动一体化控制装置的总体结构示意图
图2为车辆油门的手动和自动一体化控制装置的机械结构立体图
图3为车辆油门的手动和自动一体化控制装置的机械结构剖视图
图中：A.机电部分 B.控制部分 C.车辆原配置1.步进电机 2.步进电机轴 3.步进电机支架 4-1.左支架 4-2.右支架 4-3.底座 5.步进电机驱动轮盘 6.步进电机反转拨块 7.节气门轮盘 8-1.节气门轮盘卡环 8-2.油门踏板轮盘卡环 9.油门踏板轮盘 10.连接胶套 11.传感器支架 12.步进电机传感器 13.油门踏板轮盘拨块 14.节气门轮盘拨块 15.步进电机正转拨块 16.定位传感器 17.环型磁铁 18.节气门绳索 19.节气门回位弹簧 20.节气门 21.脚踏板绳索 22.节气门旋转臂 23.节气门传感器 24.车速传感器 a.步进电机加油方向 b.步进电机减油方向 c.脚踏板加油方向
具体实施方式
本实用新型由控制部分B、机电部分A组成。自动控制部分B与机电部分A通过三根步进电机驱动线，—根定位传感器16开关信号数据传输线，—根步进电机传感器12模拟信号数据传输线相连接。控制部分B由计算机控制单元ECU、步进电机正转驱动电路、步进电机反转驱动电路、定位传感器开关信号输入电路、步进电机传感器模拟信号输入电路组成，定位传感器开关信号输入电路和步进电机传感器模拟信号输入电路中的输入信号，同车辆原配置C的节气门传感器23和车速传感器24的模拟输入信号，作为计算机控制单元ECU的输入信息，而直接通过其各自的数据线将计算机控制单元ECU与各传感器相连接；作为计算机控制单元ECU输出执行的步进电机正转驱动电路和步进电机反转驱动电路，其各自电路分别为三个功率驱动放大器，其放大器的输入端(基极)与计算机控制单元ECU的输出端连接，放大器的输出端(集电极)通过驱动导线与步进电机1连接，放大器的另一端(发射极)接地。
计算机控制单元ECU的内部存储有步进电机正转驱动程序与数据，步进电机反转驱动程序与数据，开关信号、模拟信号输入处理程序与数据，节气门传感器23与车速传感24信号的输入与锁定程序，以及依据车速传感器24信号的变化量或执行上位计算机管理系统的执行指令时(如用与智能辅助驾驶系统时本计算机控制单元ECU)对步进电机最佳控制修正程序与数据。
步进电机1通过机体接地与控制部分的计算机控制单元ECU的接地，沟通闭合回路。三根步进电机驱动线按顺序接受计算机控制单元ECU发出的脉冲驱动指令，控制步进电机1的转动量大小，驱使步进电机1正转或反转；步进电机1转动通过节气门轮盘7与连接胶套10带动步进电机传感器12转动，步进电机传感器12产生变化的模拟信号通过数据传输线传至计算机控制单元ECU；当驾驶人员没有踩加油踏板时，加油踏板的回位弹簧将加油踏板轮盘9拉回至初始位置。加油踏板轮盘9上的环形磁铁17与定位传感器16接触，产生低电压信号通过数据传输线向计算机管理系统输入。
本实用新型由步进电机1、步进电机驱动轮盘5、步进电机反转拨块6、步进电机正转拨块15、节气门轮盘7、节气门轮盘拨块14、连接胶套10、步进电机传感器12、定位传感器16所组成的自动控制部分；和由油门踏板轮盘9、油门踏板轮盘拨块13、节气门轮盘7、14节气门轮盘拨块、定位传感器16所组成的人工控制操纵部分；前述的自动控制部分与人工控制操纵部分构成的装置，该装置由步进电机支架3、左支架4-1、右支架4-2、步进电机传感器固定支架11、底座支架4-3使其成一个整体。
本实用新型安装在车辆上的发动机节气门20与驾驶员油门脚踏板之间。(其连接方式见图2)节气门20的旋转臂22外端通过节气门绳索18连按节气门轮盘7，旋转臂22外端同时通过回位弹簧19固定于节气门20体上，这样回位弹簧19产生的拉力将节气门20关闭。与此通过绳索带动节气门轮盘7转至初始位置(发动机怠速位置)，节气门轮盘7上的拨块(销)14推油门踏板轮盘拨块13而使加油踏板轮盘9转至环形磁铁17与定位传感器16接触。
驾驶员踏下油门脚踏板，带动油门踏板轮盘9向加油方向转动的同时，定位传感器16脱离环型磁铁17磁场的有效作用位置，定位传感器16输出电压信号从原来的低电平变为高电平(其电压变化的范围0V～+5V)。计算机控制单元ECU在接受到由开管信号数据线输入的高电平信号后，采取对步进电机1不控制策略。
本实用新型与智能辅助驾驶系统配合工作时，驱动步进电机1工作，使步进电机1正转或反转的指令是由管理本实用新型的上位管理计算机系统发出。
步进电机1转动时，步进电机传感器12依据步进电机1转动角度的大小，对应输出线性变化的模拟信号，该模拟信号经模拟信号数据传输线向本计算机控制单元ECU输入。本计算机控制单元ECU依据上位管理计算机系统的指令，对输入模拟信号大小差值进行修正，从而控制步进电机1的转动量。
定位传感器16采用霍耳非接触式定位传感器，环型磁铁采用D＝1.5mm高磁磁铁；
步进电机传感器12采用旋转式线性传感器，精度0.5％；
步进电机1采用三相四线小型电机。
Claims (6)
1.一种车辆油门的手动和自动一体化控制装置，由控制部分和机电部分组成，其特征在于控制部分(B)中的三根步进电机驱动线与机电部分(A)的步进电机(1)相连；控制部分(B)中的开关信号数据线与机电部分(A)的定位传感器(16)相连；控制部分(B)中的模拟信号数据线与机电部分(A)的步进电机传感器(12)相连，且控制部分(B)中的计算机控制单元ECU与机电部分(A)中的步进电机(1)的机体均接地。
2.按权利要求1所述的车辆油门的手动和自动一体化控制装置，其特征在于所述的控制部分(B)由计算机控制单元ECU、步进电机正转驱动电路、步进电机反转驱动电路、定位传感器开关信号输入电路、步进电机传感器模拟信号输入电路组成，定位传感器开关信号输入电路和步进电机传感器模拟信号输入电路中的输入信号，同车辆原配置(C)的节气门传感器(23)和车速传感器(24)的模拟输入信号，作为计算机控制单元ECU的输入信息，而直接通过其各自的数据线将计算机控制单元ECU与各传感器相连接，作为计算机控制单元ECU输出执行的步进电机正转驱动电路和步进电机反转驱动电路，其各自电路分别为三个功率驱动放大器，其放大器的输入端基极与计算机控制单元ECU的输出端连接，放大器的输出端集电极通过驱动导线与步进电机(1)连接，放大器的另一端发射极接地。
3.按权利要求1所述的车辆油门的手动和自动一体化控制装置，其特征在于所述的机电部分(A)由步进电机(1)、支架、三轮盘机构、四拨块驱动机构、步进电机传感器(12)和定位传感器(16)组成，三轮盘机构和四拨块驱动机构置于支架中；置步进电机支架(3)上的步进电机(1)，其上的步进电机轴(2)与三轮盘机构中的步进电机驱动轮盘(5)的左端轴固接；步进电机传感器(12)经连接胶套(10)，与步进电机驱动轮盘(5)的右端轴连接；定位传感器(16)装于右支架(4-2)内侧。
4.按权利要求3所述的车辆油门的手动和自动一体化控制装置，其特征在于所述的支架由左支架(4-1)、右支架(4-2)、底座(4-3)、步进电机支架(3)和传感器支架(11)组成，左支架(4-1)、右支架(4-2)与底座(4-3)固接；步进电机支架(3)与左支架(4-1)、底座(4-3)固接；传感器支架(11)固接于右支架(4-2)外侧。
5.按权利要求3所述的车辆油门的手动和自动一体化控制装置，其特征在于所述的三轮盘机构，是以步进电机驱动轮盘(5)为支撑盘，在其梯形台轴上，分别顺序套装有节气门轮盘(7)和油门踏板轮盘(9)；节气门轮盘(7)和油门踏板轮盘(9)分别通过节气门轮盘卡环(8-1)和油门踏板轮盘卡环(8-2)限位，但可绕步进电机驱动轮盘(5)的梯形台轴转动；另在油门踏板轮盘(9)上装有环型磁铁(17)，且与定位传感器(16)对应；步进电机驱动轮盘(5)的左、右两端轴，分别与左支架(4-1)和右支架(4-2)的中心孔连接。
6.按权利要求3所述的车辆油门的手动和自动一体化控制装置，其特征在于所述的四拨块驱动机构，即在步进电机驱动轮盘(5)上所装的正转拨块(15)、反转拨块(6)，在节气门轮盘(7)上所装的节气门轮盘拨块(14)，在油门踏板轮盘(9)上所装的油门踏板轮盘拨块(13)；节气门轮盘(7)上的节气门轮盘拨块(14)是一个长型圆销，其左侧与步进电机正转拨块(15)相连，右侧与油门踏板轮盘拨块(13)相连；节气门(20)经旋转臂(22)外端，通过节气门拉索(18)与节气门轮盘(7)连接，节气门(20)同时通过旋转臂(22)外端与节气门回位弹簧(19)连接；脚踏板经脚踏板拉索(21)与油门踏板轮盘(9)连接。
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| CN102182567A (zh) * | 2011-04-15 | 2011-09-14 | 吉林大学 | 汽车电子油门踏板控制系统 |
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