專利名稱：非接觸式智能電子油門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明型涉及發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制系統(tǒng)，特別是屬于汽車內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)電子油門控 制總成技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前汽車內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的油門系統(tǒng)分為機(jī)械式和電子式兩種。機(jī)械式是采 用了鋼絲和扛桿與節(jié)氣門軸相連，駕駛員通過腳踩油門來拉動(dòng)鋼絲，控制節(jié)氣門 的開度，改變發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。機(jī)械式油門主要用于機(jī)械式節(jié)氣門，其主要問 題是采用鋼絲連接，易磨損，控制不精確，現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)正逐步采用電子 油門代替。
現(xiàn)在電子油門多采用的是接觸式角度傳感器，其原理同滑線變阻器原理，其 電阻體使用時(shí)有磨損，因此使用壽命不高，同時(shí)由于是采用觸角接觸，在強(qiáng)振動(dòng)、 高油污、高粉塵、溫度及濕度等極端環(huán)境下存在著環(huán)境適應(yīng)性不好的問題，還存 在功能單一的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種非接觸式電子油門，以精確描述駕駛員的操作，達(dá) 到更精確的控制發(fā)動(dòng)機(jī)工況、更有效減少有害排放量的要求，同時(shí)達(dá)到長壽命、 多功能、智能化的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種非接觸式智能電子油門，包括傳感器，傳 感器結(jié)構(gòu)為傳感器軸設(shè)置在本體上，且該軸上固定有兩個(gè)磁體，位置上互為 90°的兩路線性霍爾傳感器固定在電路板上，電路板固定在本體上，且霍爾傳感 器位于兩個(gè)磁體產(chǎn)生的勻磁場以內(nèi)，該磁場的強(qiáng)度小于霍爾傳感器的飽和強(qiáng)度； 還具有由踏板控制的傳感器軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)壓板安裝在本體上，中軸架設(shè)在本體的 限位缺口與壓板的開孔上，且中軸上壓板以內(nèi)位置還順次設(shè)置有彈簧卡子、限位 板以及復(fù)位簧，復(fù)位簧一端與本體連接，另一端固定在限位板上，且安裝到位時(shí) 產(chǎn)生一個(gè)回復(fù)力，中軸伸出本體的一端用作與踏板連接，另一端與傳感器軸連接； 還具有單片機(jī)主控制器。當(dāng)踏動(dòng)踏板時(shí)，帶動(dòng)中軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)傳感器軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以及傳感器上兩個(gè) 磁體形成的勻磁場轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使在勻磁場中的兩個(gè)霍爾傳感器產(chǎn)生正弦和余弦電 壓信號(hào)，單片機(jī)采集霍爾傳感器的電壓信號(hào)，通過程序求得角度并輸出相應(yīng)的調(diào)制波。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明與采用了霍爾器件為非接觸式傳感器，具有壽命長、 精度高、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)由于采用了單片機(jī)為主控制器， 實(shí)現(xiàn)多功能和智能化功能，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的工作量，增加了駕駛性等優(yōu)點(diǎn)。


圖la是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖lb是本發(fā)明的爆炸結(jié)構(gòu)圖2a是本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)圖2b是本發(fā)明的傳感器爆炸結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明的電路原理圖4是圖3所示單片機(jī)進(jìn)行控制的程序流程圖5是圖lb所示本體上限位缺口與限位板之間配合限位關(guān)系示意圖； 圖6a、 6b分別是圖lb所示中軸的主視圖和仰視圖。
具體實(shí)施例方式
如圖la、 lb所示，踏板l、復(fù)位簧3、中軸4、限位板5、彈簧卡子6、壓 板7、傳感器8、螺釘9、螺釘IO、螺釘11都安裝在本體2上。圖2中，傳感器 8結(jié)構(gòu)為傳感器軸82設(shè)置在本體81上，且該軸上固定有兩個(gè)磁體83，位置上 互為90°的兩路線性霍爾傳感器84a、 84b固定在電路板84上，電路板固定在 本體81上，且霍爾傳感器84a、 84b位于兩個(gè)磁體83產(chǎn)生的勻磁場以內(nèi)，該磁 場的強(qiáng)度小于霍爾傳感器的飽和強(qiáng)度；還具有由踏板1控制的傳感器軸82驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)壓板7安裝在本體2上，中軸4架設(shè)在本體2的限位缺口與壓板7的開孔 上，且中軸上壓板7以內(nèi)位置還順次設(shè)置有彈簧卡子6、限位板5以及復(fù)位簧3， 復(fù)位簧一端與本體2連接，另一端固定在限位板5上，且安裝到位時(shí)產(chǎn)生一個(gè)回 復(fù)力，中軸伸出本體2的一端用作與踏板連接，另一端與傳感器軸82連接。
本體2實(shí)現(xiàn)了主支承體的作用，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)動(dòng)角度限位，中軸4及復(fù)位簧3 固定作用。當(dāng)踩動(dòng)踏板l時(shí)，帶動(dòng)中軸4轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)傳感器的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，中軸4的轉(zhuǎn)動(dòng)角度由本體2上的限位缺口與限位板5確定，到頭后不再轉(zhuǎn)動(dòng)，松開踏 板1后，復(fù)位簧3帶動(dòng)中軸4、踏板l及傳感器的轉(zhuǎn)軸回到初始位置。中軸4一 端架設(shè)在本體2上，另一端架設(shè)在壓板7的孔中，使其能在本體2內(nèi)自由活動(dòng)。 彈簧卡子6安裝于中軸4上的孔中，起到在軸向固定限位板5的作用。中軸4 與限位板5及本體2上的限位缺口的關(guān)系如圖5所示。
如圖2 (指圖2a、圖2b，下同)所示，傳感器軸82、磁體83、電路板84、 蓋板85安裝在傳感器本體1上，電路原理圖如圖3，單片機(jī)主控制器包括單 片機(jī)采用了ATmega8單片機(jī)，該單片機(jī)功能多，內(nèi)部集成有多路A/D采集器， 2路定時(shí)器，3路脈寬調(diào)制輸出等特點(diǎn)，用單片機(jī)采集兩個(gè)線性霍爾傳感器來的 正弦和余弦電壓信號(hào)，通過程序求得角度并輸出相應(yīng)的脈寬調(diào)制波；電壓解調(diào)電 路主要由結(jié)構(gòu)相同的兩路解調(diào)電路組成，單路電路結(jié)構(gòu)為單片機(jī)ATmega8 的13腳輸出脈寬調(diào)制波，連接到電阻Rl的一端，電容Cl串接在Rl和R2的結(jié) 點(diǎn)與地之間，電容C2—端接于R2外端，另一端接地，解調(diào)后的電壓由R2的外 端輸出，另一路電壓解調(diào)電路由電阻R3、 R4，電容C3、 C4組成；阻抗匹配放大 電路主要由相同兩路射隨器組成，單路電路結(jié)構(gòu)為R2外端接于運(yùn)算放大器 279的3腳，運(yùn)算放大器279的2腳與1腳電連接后對(duì)外輸出。其原理是，線性 霍爾器件在一個(gè)恒定均勻磁場中旋轉(zhuǎn)時(shí)線性霍爾器件會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電壓，以 兩路線性霍爾器件為角度傳感器，同時(shí)以單片機(jī)為主控制器實(shí)現(xiàn)了角度信號(hào)的采 集處理，電壓信號(hào)輸出，同時(shí)根據(jù)用戶控制按鈕的操作情況實(shí)現(xiàn)加速控制和定速 控制功能。電路板84上采用兩路線性霍爾器件為角度傳感器，兩路傳感器在位 置上互為90° ，當(dāng)在恒定的磁場中變化角度位置時(shí)會(huì)輸出兩路電壓信號(hào)， 一路 為正弦信號(hào)， 一路為余弦信號(hào)。磁體83安裝在傳感器軸82上，保證兩磁體間產(chǎn) 生均勻磁場，且強(qiáng)度不能超過線性霍爾傳感器的飽和強(qiáng)度。圖2中，電路板4 采用單片機(jī)進(jìn)行采集處理角度信號(hào)，兩路信號(hào)可分別為正弦和余弦函數(shù)值，兩路
信號(hào)值相除可得正切值和余切值，反函數(shù)后得角度，取角度值的平均值為最終角 度值，提高了精度和抗干擾能力。電路板84采用了單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)加速功能， 按下外接控制按鍵即可實(shí)現(xiàn)2倍加速，斷開可解除該功能。電路板84采用了單 片機(jī)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)輸出鎖定，當(dāng)按下外接設(shè)置按鍵后，單片機(jī)檢測并保存車速信號(hào) 為設(shè)定車速，鎖定當(dāng)前輸出信號(hào)，當(dāng)車速不超過以設(shè)定車速為基準(zhǔn)的一個(gè)變化范圍時(shí)，輸出信號(hào)不變，如超出范圍調(diào)節(jié)輸出信號(hào)，使車速保持在設(shè)定車速允許的 變化范圍內(nèi)，按下外接解除按鈕可解鎖定狀態(tài)，以實(shí)測的角度為輸出。
整個(gè)電路功能是這樣實(shí)現(xiàn)的當(dāng)傳感器軸82轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)兩個(gè)磁體形成的 勻磁場轉(zhuǎn)動(dòng)，使處在勻磁場中的兩個(gè)霍爾傳感器84a、 84b產(chǎn)生電壓信號(hào)，單片 機(jī)D1 (型號(hào)MCU)采集到霍爾傳感器的電信號(hào)，通過程序求得角度并輸出相應(yīng)的 脈寬調(diào)制波，通過圖3中電阻R1、 R2、 R3、 R4和電容C1、 C2、 C3、 C4組成的網(wǎng) 絡(luò)形成相應(yīng)的電壓，經(jīng)圖3中運(yùn)算放大器N1A和N1B (均為運(yùn)算放大器279)組 成的兩路射隨器電路輸出，達(dá)到阻抗匹配的功能。此時(shí)如外接加速按鈕被按下使 圖3中PLUS端為低，Dl檢測到后，將輸出電壓以原信號(hào)值的2倍輸出。如外接 速度設(shè)定按鈕被按下使圖3中L0CK端為低，單片機(jī)檢測到后，將鎖定目前的輸 出電壓，并以鎖定時(shí)檢測到的速度SPEED為設(shè)定速度，根據(jù)輸入的速度信號(hào)動(dòng)態(tài) 地調(diào)整輸出電壓，使速度信號(hào)保持在以設(shè)定速度為基準(zhǔn)的一個(gè)可接受的范圍內(nèi)， 如外接解鎖按鈕被按下使圖3中UNLOCK端為低，則解除鎖定，以實(shí)測信號(hào)為輸 出。
圖4示出，單片機(jī)主控制器的控制方法，按以下步驟進(jìn)行-
a) 、程序開始；
b) 、初始化端口及寄存器；
c) 、檢測兩路霍爾傳感器輸入的正弦和余弦電壓信號(hào)，兩路信號(hào)值除得到正 切值和余切值，反函數(shù)后得到角度值，取角度值的平均值為最終角度值；
d) 、按最終角度輸出相對(duì)應(yīng)的脈寬調(diào)制波；
e) 、輸入外接按鈕狀態(tài)當(dāng)外接加速按鈕被按下、單片機(jī)MCU的2腳輸入低 電平時(shí)，其輸出電壓為原電壓值的2倍；當(dāng)外接速度設(shè)定按鈕被按下、單片機(jī) MCU的3腳輸入低電平時(shí)，鎖定目前的輸出信號(hào)，并以鎖定時(shí)檢測到的速度為設(shè) 定速度，根據(jù)輸入的速度信號(hào)動(dòng)態(tài)地調(diào)整輸出信號(hào)，使速度信號(hào)保持在以設(shè)定速 度為基礎(chǔ)的一個(gè)可接受的范圍內(nèi)；當(dāng)外接解鎖按鈕被按下、單片機(jī)MCU的30腳 輸入低電平時(shí)，則解除鎖定，以實(shí)測信號(hào)輸出。
程序主要實(shí)現(xiàn)了角度傳感器的輸入采集、轉(zhuǎn)換，并輸出，同時(shí)接收速度信號(hào) 脈沖，計(jì)算速度，同時(shí)采集外部控制信號(hào)，并根據(jù)外部控制做相應(yīng)動(dòng)作。
權(quán)利要求
1、一種非接觸式智能電子油門，包括，傳感器(8)，其特征是所述傳感器(8)結(jié)構(gòu)為傳感器軸(82)設(shè)置在本體(81)上，且該軸上固定有兩個(gè)磁體(83)，位置上互為90°的兩路線性霍爾傳感器(84a、84b)固定在電路板(84)上，電路板固定在本體(81)上，且霍爾傳感器(84a、84b)位于兩個(gè)磁體(83)產(chǎn)生的勻磁場以內(nèi)，該磁場的強(qiáng)度小于霍爾傳感器的飽和強(qiáng)度；還具有由踏板(1)控制的傳感器軸(82)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)壓板(7)安裝在本體(2)上，中軸(4)架設(shè)在本體(2)的限位缺口與壓板(7)的開孔上，且中軸上壓板(7)以內(nèi)位置還順次設(shè)置有彈簧卡子(6)、限位板(5)以及復(fù)位簧(3)，復(fù)位簧一端與本體(2)連接，另一端固定在限位板(5)上，且安裝到位時(shí)產(chǎn)生一個(gè)回復(fù)力，中軸伸出本體(2)的一端用作與踏板連接，另一端與傳感器軸(82)連接；還具有單片機(jī)主控制器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述非接觸式智能電子油門，其特征是所述單片機(jī)主 控制器包括單片機(jī)單片機(jī)ATmega8采集兩個(gè)線性霍爾傳感器來的正弦和余弦電壓信 號(hào)，通過程序求得角度并輸出相應(yīng)的調(diào)制波；電壓解調(diào)電路主要由結(jié)構(gòu)相同的兩路解調(diào)電路組成，單路電路結(jié)構(gòu)為單片機(jī)ATmega8的13腳輸出脈寬調(diào)制波，連接到電阻Rl的一端，電容Cl串接在 R1和R2的結(jié)點(diǎn)與地之間，電容C2—端接于R2外端，另一端接地，解調(diào)后的電 壓由R2的外端輸出；另一路電壓解調(diào)電路由電阻R3、 R4，電容C3、 C4組成；阻抗匹配放大電路主要由相同兩路射隨器組成，單路電路結(jié)構(gòu)為R2外 端接于運(yùn)算放大器279的3腳，運(yùn)算放大器279的2腳與1腳電連接后對(duì)外輸出。
3、 一種如權(quán)利要求2所說的單片機(jī)主控制器的控制方法，其特征是按以下步驟進(jìn)行a) 、程序開始；b) 、初始化端口及寄存器；c) 、檢測兩路霍爾傳感器輸入的正弦和余弦電壓信號(hào)，兩路信號(hào)值除得到正 切值和余切值，反函數(shù)后得到角度值，取角度值的平均值為最終角度值；d) 、按最終角度輸出相對(duì)應(yīng)的脈寬調(diào)制波；e) 、輸入外接按鈕狀態(tài)當(dāng)外接加速按鈕被按下、單片機(jī)MCU的2腳輸入低電平時(shí)，其輸出電壓為原電壓值的2倍；當(dāng)外接速度設(shè)定按鈕被按下、單片機(jī) MCU的3腳輸入低電平時(shí)，鎖定目前的輸出電壓，并以鎖定時(shí)檢測到的速度為設(shè) 定速度，根據(jù)輸入的速度信號(hào)動(dòng)態(tài)地調(diào)整輸出信號(hào)，使速度信號(hào)保持在以設(shè)定速度為基礎(chǔ)的一個(gè)可接受的范圍內(nèi)；當(dāng)外接解鎖按鈕被按下、單片機(jī)MCU的30腳 輸入低電平時(shí)，則解除鎖定，以實(shí)測信號(hào)輸出。
全文摘要
一種非接觸式智能電子油門，屬汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用智能式電子油門控制總成。傳感器結(jié)構(gòu)為傳感器軸上固定有兩個(gè)磁體，位置上互為90°的兩路線性霍爾傳感器固定在電路板上，電路板固定在本體上，且霍爾傳感器位于兩個(gè)磁體產(chǎn)生的勻磁場以內(nèi)；還有由踏板控制的傳感器軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)壓板安裝在本體上，中軸架設(shè)在本體的限位缺口與壓板的開孔上，且中軸上還設(shè)置有彈簧卡子、限位板以及復(fù)位簧，復(fù)位簧一端與本體連接，另一端固定在限位板上，且安裝到位時(shí)產(chǎn)生一個(gè)回復(fù)力，中軸伸出本體的一端用作與踏板連接，另一端與傳感器軸連接；還有單片機(jī)主控制器。它具有壽命長、精度高、可靠性高以及智能化控制的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/042GK101412372SQ20081014761
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者萬里軍, 偉 張, 張德政, 楊燕紅, 肖傳良 申請(qǐng)人:四川紅光汽車機(jī)電有限公司