CN208040543U - 一种汽车电子节气门控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于汽车电控领域，具体的说是一种汽车电子节气门控制系统。该系统包括PC机、快速原型控制器、步进电机驱动器、直流电源、步进电机、直线运动滑台模组合和加速踏板位置传感器；PC机通过TCP/IP协议以局域网的方式与快速原型控制器相连；步进电机驱动器、直流电源和快速原型控制器通过电线连接；步进电机驱动器与步进电机相连；加速踏板位置传感器通过电线与快速原型控制器和发动机ECU相连接；发动机ECU与节气门相连；直线运动滑台模组合与步进电机相固定。本实用新型是一种可以依据外部需求，修正汽车加速踏板的位置信号，从而实现发动机转矩控制的汽车电子节气门控制系统。

Description

一种汽车电子节气门控制系统

技术领域

本实用新型属于汽车电控领域，具体的说是一种根据控制算法需要，修改汽车加速踏板位置传感器信号，从而完成汽车电子节气门开度的汽车电子节气门控制系统。

背景技术

电子节气门(Electronic Throttle)是汽车发动机的重要控制部件。

近年来，随着电子技术、计算机技术和信息技术的发展和应用，汽车电子控制技术得到了迅猛的发展，尤其在控制精度、控制范围、智能化和网络化等多方面有了较大的突破。汽车上装备的电控系统越来越多，如牵引力控制系统(TCS)和电子稳定控制系统(ESC)等都需要对发动机转矩进行控制。随着汽车智能化的发展，汽车驾驶员辅助系统(ADAS)的装备率越来越高，如自适应巡航控制系统(ACC)和自动泊车系统等也需要对发动机转矩进行控制。目前，常用的方法有两种：一是利用发动机电控系统标定转矩调节功能，其他电控单元与发动机ECU通信，实现转矩调节；二是在汽车上安装自动驾驶仪，对汽车加速踏板施加外力，从而实现对发动机转矩的控制。对于未标定转矩调节功能的发动机电控系统，采用第二种方法对发动机转矩进行控制。但是自动驾驶仪存在价格高昂、结构复杂和占用空间大等诸多缺点。

发明内容

本实用新型提供了一种可以依据外部需求，修正汽车加速踏板的位置信号，从而实现发动机转矩控制的汽车电子节气门控制系统，该控制系统和控制方法具有结构简单、可靠性高、对发动机系统改动小等优点。

本实用新型技术方案结合附图说明如下：

一种汽车电子节气门控制系统，该系统包括PC机、快速原型控制器、步进电机驱动器、直流电源、步进电机1、直线运动滑台模组合和加速踏板位置传感器15；其中所述的 PC机通过TCP/IP协议以局域网的方式与快速原型控制器相连；所述的步进电机驱动器、直流电源和快速原型控制器通过电线连接；所述的步进电机驱动器与步进电机1相连；所述的加速踏板位置传感器15通过电线与快速原型控制器和发动机ECU相连接；所述的发动机ECU与节气门相连；所述的直线运动滑台模组合与步进电机1相固定。

所述的直线运动滑台模组合包括固定板2、连接件Ⅰ3、轴承Ⅰ4、限位板Ⅰ5、丝杆 6、滑台7、限位板Ⅱ8、轴承Ⅱ9、底板11、连接件Ⅱ13和加速踏板位置传感器15；所述的固定板2、连接件3、轴承Ⅰ4、限位板Ⅰ5、丝杆6、滑台7、限位板Ⅱ8、轴承Ⅱ9均设置在底板11上；所述的步进电机1的一端通过螺栓Ⅰ12固定在固定板2的一端；所述的丝杆6的一端穿过限位板Ⅰ5通过连接件Ⅰ3与步进电机1的输出端连接；所述的限位板Ⅰ5 上固定有穿过丝杆6的轴承Ⅰ4；所述的丝杆6的另一端穿过滑台7与限位板Ⅱ8连接；所述的限位板Ⅱ8上固定有穿过丝杆6的轴承Ⅱ9；所述的连接件Ⅱ13的一端通过螺栓Ⅱ14 固定在滑台7上，另一端通过连接销16与加速踏板位置传感器15滑动配合。

所述的滑台7上开有两个固定螺栓Ⅱ14的螺孔10。

所述的连接件Ⅱ13是由垂直连接板和水平连接板一体成型的；所述的垂直连接板上开有与螺孔10位置相对应的通孔17；所述的水平连接板的右侧设置有连接销16。

本实用新型的有益效果为：

1)本实用新型所述的汽车电子节气门控制系统可以完成发动机转矩控制任务，解决了智能/自动驾驶车辆开发过程中发动机控制的问题。

2)针对未标定发动机转矩调节功能或者未开放通信协议的发动机电控单元,提供了一种发动机转矩控制系统及方法。

3)本实用新型所述的汽车电子节气门控制系统,与双节气门方案相比,大幅提高了发动机的响应速度。汽车电子节气门控制系统处于后备箱而非发动机舱,从而改善了工作环境, 提高了稳定性。

4)与自动驾驶仪方案相比，本实用新型所提供的汽车电子节气门控制系统及方；法，减小了执行机构的复杂程度，降低了智能/自动驾驶车辆开发过程中的成本，节约了车内的空间。

5)本实用新型提供了一种针对直线往复运动形式加速踏板位置传感器的汽车电子节气门控制系统，解决了直线往复运动不易传递、不易控制的问题。

附图说明

图1为本实用新型的部分结构示意图；

图2为本实用新型中直线运动滑台模组的结构示意图；

图3为本实用新型中直线运动滑台模组与加速踏板位置传感器连接结构轴测投影图；

图4为本实用新型中步进电机驱动器引脚功能定义示意图；

图5为本实用新型中加速踏板位置传感器引脚功能定义示意图；

图6为本实用新型中滑台与加速踏板位置传感器的连接装置结构图；

图7为本实用新型中底板结构图。

图中：1、步进电机；2、固定板；3、连接件Ⅰ；4、轴承Ⅰ；5、限位板Ⅰ；6、丝杆； 7、滑台；8、限位板Ⅱ；9、轴承Ⅱ；10、螺孔；11、底板；12、螺栓Ⅰ；13、连接件Ⅱ； 14、螺栓Ⅱ；15、加速踏板位置传感器；16、连接销；17、通孔。

具体实施方式

参阅图1、图2，一种汽车电子节气门控制系统，该系统包括PC机、快速原型控制器、步进电机驱动器、直流电源、步进电机1、直线运动滑台模组合和加速踏板位置传感器15。

所述的快速原型控制器可以采用dSPACE公司MicroAutoBox。

所述的直流电源为24V直流电源。

所述的步进电机1为两相四线步进电机，可以采用型号为FLS40C7的步进电机。

所述的步进电机驱动器可以采用FUYU公司型号为FMDD50D40NOM的两相四线驱动器。

所述的加速踏板位置传感器15可以采用大众速腾车加速踏板位置传感器。

所述的PC机通过TCP/IP协议以局域网的方式与dSPACE/MicroAutoBox相连；所述的步进电机驱动器、24V直流电源和快速原型控制器通过电线连接；具体连接方式为：24V直流电源的正、负极分别与步进电机驱动器的V+、V-相连接；24V直流电源的正、负极分别与dSPACE/MicroAutoBox专用电源线的正、负极相连接；步进电机驱动器与 dSPACE/MicroAutoBox的连接采用共阴极接法，即步进电机驱动器上的脉冲+、方向+和脱机+分别与dSPACE/MicroAutoBox相应的信号线相连接，脉冲-、方向-和脱机-连接到一个公共地(GND端)。

所述的步进电机1与步进电机驱动器的连接方式为：步进电机1的黑色导线与步进电机驱动器的A+引脚相连接，步进电机1的绿色导线与步进电机驱动器的A-引脚相连接，步进电机1的红色导线与步进电机驱动器的B+引脚相连接，步进电机1的蓝色导线与步进电机驱动器的B-引脚相连接。所述步进电机1通过直线运动滑台模组与加速踏板位置传感器 15相连接。

参阅图1，通过PC机完成控制算法搭建，编译后下载至原型控制器MicroAutoBox中，并通过安装在PC机上的软件ControlDesk实现控制命令、参数的修改。通过24V直流电源给MicroAutoBox和步进电机驱动器供电，MicroAutoBox将上层控制算法产生的控制命令通过脉冲信号发送至步进电机驱动器，步进电机驱动器驱动步进电机产生直线运动，推动加速踏板位置传感器产生直线运动。加速踏板位置传感器15由MicroAutoBox产生的5V直流电供电。最终，加速踏板位置传感器15将其实时位置信息(电压信号)发送至原型控制器MicroAutoBox和发动机ECU

参阅图2、图6，所述的直线运动滑台模组合包括固定板2、连接件Ⅰ3、轴承Ⅰ4、限位板Ⅰ5、丝杆6、滑台7、限位板Ⅱ8、轴承Ⅱ9、底板11、连接件Ⅱ13和加速踏板位置传感器15；

所述的固定板2、连接件3、轴承Ⅰ4、限位板Ⅰ5、丝杆6、滑台7、限位板Ⅱ8、轴承Ⅱ9均设置在底板11上；

所述的步进电机1的一端通过四个螺栓Ⅰ12固定在固定板2的一端；所述的丝杆6的一端穿过限位板Ⅰ5通过连接件Ⅰ3与步进电机1的输出端连接；所述的限位板Ⅰ5上固定有穿过丝杆6的轴承Ⅰ4；所述的丝杆6的另一端穿过滑台7与限位板Ⅱ8连接；所述的限位板Ⅱ8上固定有穿过丝杆6的轴承Ⅱ9；所述的限位板Ⅰ5和限位板Ⅱ8通过轴Ⅰ承4和轴承Ⅱ9将丝杆6固定在中间，保证丝杆6与电机转轴同轴，同时减小转动阻力。丝杆6将电机的转动转化为滑台7的直线运动，底板11对滑台的转动起到限制作用。加速踏板位置传感器15通过连接件13Ⅱ安装在滑台7的侧面，其中连接件Ⅱ13通过螺栓Ⅱ14与滑台7固定在一起。

所述的加速踏板传感器15通过电线与快速原型控制器MicroAutoBox和发动机ECU相连接。加速踏板传感器15的额定电压为5V，通过发动机ECU进行供电；加速踏板传感器 15通过一个六针的接口与发动机ECU相连。加速踏板传感器15通过导线将踏板位置信息传送至dSPACE/MicroAutoBox，具体的连接方式为将加速踏板传感器的信号1和信号2两个引脚与dSPACE/MicroAutoBox的输入端相连，电源1-和电源2-连接至MicroAutoBox的 GND端(阴极)，并将MicroAutoBox的VSENS和VDRIVE引脚短接，为传感器提供5V 电压。

步进电机驱动器将控制信号发送至步进电机1，使得丝杆6产生回转运动。丝杆6的回转运动使得滑台7产生水平方向上的直线运动。通过控制步进电机1的转动方向即可改变滑台7的运动方向。滑台7与加速踏板位置传感器15通过连接件Ⅱ13相连接。滑台7在水平方向的直线往复运动推动传感器15产生相应的直线往复运动。

参阅图5，所述的连接件Ⅱ13是由垂直连接板和水平连接板一体成型的；所述的垂直连接板上开有与螺孔10位置相对应的通孔17；所述的水平连接板的右侧设置有连接销16。所述的通孔17为直径4mm的通孔，连接销16为直径6mm的圆柱。

参阅图3、图4，步进电机驱动器V+、V-引脚通过电线分别连接至24V直流电源的正、负极。A+、A-、B+、B-分别连接至步进电机的黑、绿、红、蓝四根导线。采用共阴极接法对脉冲+、脉冲-、方向+、方向-、脱机+和脱机-等引脚进行连接，具体连接方式为：脉冲-、方向-和脱机-三个引脚共同连接至MicroAutoBox的GND端(阴极)，脉冲+、方向+和脱机 +分别与其定义相同的脉冲输出端相连接。如图4所示，加速踏板位置传感器共有6个引脚，从1号至6号引脚的定义分别为：电源1+、电源2+、电源1-、信号1、电源2-和信号2。其中，加速踏板位置传感器由MicroAutoBox提供5V的直流电源供电。具体连接方式为：电源1-和电源2-连接至MicroAutoBox的GND端(阴极)，并将MicroAutoBox的VSENS 和VDRIVE引脚短接，为传感器5V供电。将加速踏板位置传感器信号1和信号2引脚连接至MicroAutoBox的信号采集引脚端。最后，通过导线将引脚1至引脚6分别连接至发动机ECU相应的引脚处，将加速踏板位置传感,5的位置信息发送至发动机ECU，使得节气门产生相应的运动。

一种汽车电子节气门控制系统的控制方法，该方法包括以下步骤:

步骤一、初始化；

11)打开PC机，按照控制需求在Matlab/Simulink中搭建控制算法，在Matlab命令窗口输入“rti”命令，调用dSPACE实时仿真模块(real time simulation)中的信号采集/发射模块，建立模型与加速踏板位置传感器15的输入输出关系；

12)开启dSPACE/MicroAutoBox，并与PC机相连。采用24V直流电源为步进电机1 供电，并完成其与步进电机控制器、加速踏板位置传感器15、发动机ECU和 dSPACE/MicroAutoBox之间的连接；

13)在Matlab/Simulink软件中将控制算法编译。打开ControlDesk软件，在ControlDesk 软件中对dSPACE/MicroAutoBox进行注册。将步进电机1的控制算法、信号采集/发射模块，下载至dSPACE/MicroAutoBox中。

步骤二、标定；

在PC机中点击ControlDesk软件的start trigger进入测试环节；并在ControlDesk中不断修改加速踏板位置传感器15的目标位置值，观察并记录与之相对的节气门开度值。将加速踏板位置传感器15的行程分为二十等分，并反复完成多组测试求均值，完成节气门开度标定。

步骤三、节气门开度控制；

在PC机中给定发动机节气门开度变化曲线，通过快速原型控制器 dSPACE/MicroAutoBox控制步进电机1，使得加速踏板位置传感器15产生相应的位置变化，并将加速踏板位置传感器15的位置信息传送给dSPACE/MicroAutoBox和发动机ECU，完成节气门控制，并记录相应的数据。

步骤四、数据分析；

将记录好的数据进行分析，观察节气门开度跟随曲线是否符合需求；若不符合需求修改控制算法，重复步骤一、二、三，直至满足需求为止；

步骤五、结束试验，关闭试验设备；

关闭PC机，切断dSPACE/MicroAutoBox和步进电机控制器的电源，关闭相关硬件设备。

Claims (4)

1.一种汽车电子节气门控制系统，其特征在于，该系统包括PC机、快速原型控制器、步进电机驱动器、直流电源、步进电机(1)、直线运动滑台模组合和加速踏板位置传感器(15)；其中所述的PC机通过TCP/IP协议以局域网的方式与快速原型控制器相连；所述的步进电机驱动器、直流电源和快速原型控制器通过电线连接；所述的步进电机驱动器与步进电机(1)相连；所述的加速踏板位置传感器(15)通过电线与快速原型控制器和发动机ECU相连接；所述的发动机ECU与节气门相连；所述的直线运动滑台模组合与步进电机(1)相固定。

2.根据权利要求1所述的一种汽车电子节气门控制系统，其特征在于，所述的直线运动滑台模组合包括固定板(2)、连接件Ⅰ(3)、轴承Ⅰ(4)、限位板Ⅰ(5)、丝杆(6)、滑台(7)、限位板Ⅱ(8)、轴承Ⅱ(9)、底板(11)、连接件Ⅱ(13)和加速踏板位置传感器(15)；所述的固定板(2)、连接件Ⅰ(3)、轴承Ⅰ(4)、限位板Ⅰ(5)、丝杆(6)、滑台(7)、限位板Ⅱ(8)、轴承Ⅱ(9)均设置在底板(11)上；所述的步进电机(1)的一端通过螺栓Ⅰ(12)固定在固定板(2)的一端；所述的丝杆(6)的一端穿过限位板Ⅰ(5)通过连接件Ⅰ(3)与步进电机(1)的输出端连接；所述的限位板Ⅰ(5)上固定有穿过丝杆(6)的轴承Ⅰ(4)；所述的丝杆(6)的另一端穿过滑台(7)与限位板Ⅱ(8)连接；所述的限位板Ⅱ(8)上固定有穿过丝杆(6)的轴承Ⅱ(9)；所述的连接件Ⅱ(13)的一端通过螺栓Ⅱ(14)固定在滑台(7)上，另一端通过连接销(16)与加速踏板位置传感器(15)滑动配合。

3.根据权利要求2所述的一种汽车电子节气门控制系统，其特征在于，所述的滑台(7)上开有两个固定螺栓Ⅱ(14)的螺孔(10)。

4.根据权利要求3所述的一种汽车电子节气门控制系统，其特征在于，所述的连接件Ⅱ(13)是由垂直连接板和水平连接板一体成型的；所述的垂直连接板上开有与螺孔(10)位置相对应的通孔(17)；所述的水平连接板的右侧设置有连接销(16)。