專利名稱：電子節(jié)氣門體位置控制儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)電子節(jié)氣門片位置的檢測裝置，具體來說涉及用
于檢測汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的節(jié)氣門體總成的位置控制儀器。
背景技術(shù)：
汽車發(fā)動機(jī)系統(tǒng)節(jié)氣門體總成的作用是控制發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣流量，決定發(fā)動機(jī)的運 行工況。駕駛員通過操作油門踏板來操縱節(jié)氣門開度。傳統(tǒng)節(jié)氣門體總成采用機(jī)械連接方 式，通過拉桿或拉索傳動連接油門踏板和節(jié)氣門體總成，因此節(jié)氣門開度完全取決于油門 踏板的位置，即駕駛員的操作意圖，但從動力性和經(jīng)濟(jì)性角度來看，發(fā)動機(jī)并不總是完全處 于最佳運行工況，而且駕駛員的誤操作也給安全性帶來隱患。電子節(jié)氣門體取消了傳統(tǒng)的 機(jī)械連接，通過電控單元驅(qū)動電子節(jié)氣門體快速精確地開度到位。它的優(yōu)點在于能根據(jù)駕 駛員的需求以及整車各種行駛狀況確定節(jié)氣門的最佳開度，即最佳位置。使發(fā)動機(jī)排放達(dá) 到最佳，動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性最佳， 電子節(jié)氣門體的研究工作起源于20世紀(jì)70年代，80年代開始有產(chǎn)品問世，近10 年來，國外對電子節(jié)氣門的研究取得了非常迅速的發(fā)展。其位置控制系統(tǒng)跟隨發(fā)展，發(fā)展趨 勢可總結(jié)為在控制策略上由硬件分離式發(fā)展到模塊式，從純硬件系統(tǒng)發(fā)展到軟硬件結(jié)合 的計算機(jī)控制系統(tǒng)，從單一的控制功能發(fā)展到集成多種控制功能，提高了汽車發(fā)動機(jī)的動 力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、排放性和乘坐舒適性。其一，由于現(xiàn)有節(jié)氣門體是在扭力彈簧作 用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動位置的變化，單獨依靠現(xiàn)有脈寬調(diào)制脈沖信號(P麗)來控制直流伺服系統(tǒng)， 門片位置的準(zhǔn)確控制是一個難題。其二，由啟動、加速、制動(門片鎖定位置)和工況的變 化，對電子節(jié)氣門體總成采用一般硬件邏輯電路設(shè)計是比較復(fù)雜的，而且如果需要改變運 轉(zhuǎn)曲線時，硬件電路修改麻煩，難以實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電子節(jié)氣門體位置控制儀，以使電子節(jié)氣門體的閥片需 要設(shè)置的開度通過精密電位器W2來準(zhǔn)確控制(由精密電位器W2精確的旋轉(zhuǎn)到設(shè)置的位 置，并由數(shù)顯表顯示該位置值)。 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種電子節(jié)氣門體位置控制儀，主要由兩路開 關(guān)電源電路DC12V ;DC5V;89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)；(非接觸式)雙反饋位置傳感器 (infineon4997);位置信號反饋接口電路；液晶顯示電路；(面板鍵盤開關(guān)信號)模數(shù)轉(zhuǎn)換 電路；電機(jī)方向控制電路；位置信號(P麗)脈寬調(diào)制產(chǎn)生電路；位置鎖定信號產(chǎn)生電路；直 流伺服系統(tǒng)功率驅(qū)動電路組成一個雙反饋閉環(huán)位置控制電氣系統(tǒng)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點是 1、構(gòu)思巧妙、可隨節(jié)氣門片不同位置的要求，由精密電位器W2設(shè)置，并用數(shù)字顯 示出位置值，在計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制下，準(zhǔn)確控制門片的位置。以保證電子節(jié)氣門產(chǎn)品的質(zhì)量。
2、由于門片在扭力彈簧的作用下隨轉(zhuǎn)動位置的變化，扭力跟隨變化，要想準(zhǔn)確控 制位置是本發(fā)明的一個難題，單用(P麗)信號來控制直流伺服系統(tǒng)，其門片位置是波動的， 故加入了位置鎖定電路，這樣節(jié)氣門片的位置被鎖定，沒有波動，達(dá)到了精確控制門片位置 的目的。 3、直流伺服系統(tǒng)驅(qū)動采用了 L298N模塊，使方向和位置控制更加容易實現(xiàn)。
本發(fā)明的工作過程簡述如下 1、電源插頭插入220V市電交流電源上，通過兩組開關(guān)電源得到DC12V、 DC5V。
DC12V供給L298N直流伺服系統(tǒng)功率驅(qū)動電路以及位置反饋信號接口電路，DC5V供給89C51
單片機(jī)控制系統(tǒng)、非接觸式雙反饋位置傳感器、液晶顯示電路、電機(jī)方向控制電路、位置信
號(P麗)脈寬產(chǎn)生電路以及位置鎖定信號產(chǎn)生電路。 2、將扁形電纜插頭插入節(jié)氣門總成上的扁形卡槽內(nèi)。 3、在面板上調(diào)節(jié)精密電位器(W2)，通過數(shù)顯表顯示出門片要轉(zhuǎn)到的位置；這個位 置值同時送到了反饋信號輸入比較控制接口電路(即位置信號反饋接口電路)，作為接口 電路的基本定值。 4、電子節(jié)氣門體是與發(fā)動機(jī)一起工作的，工況變化較大，要想較好的控制門片的 位置難度較大。而門片位置又是發(fā)動機(jī)在該速度下動力性和燃燒性最佳。設(shè)計該電子節(jié)氣 門位置控制儀是控制電子節(jié)氣門產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵檢測設(shè)備。 我們知道電子節(jié)氣門片在扭力彈簧的作用下，門片轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生一個扭矩，而扭 矩是跟隨門片轉(zhuǎn)動位置變化而變化的。根據(jù)彈簧運動方程，門片轉(zhuǎn)動時其彈簧的扭力方向 位移變化AL與轉(zhuǎn)動力矩AG具有線性關(guān)系S卩AL二K^AG，式中Ke為彈簧靈敏系數(shù)。
又根據(jù)電機(jī)運動方程d"/dt = (M-Mf-Bj/J，式中d"/dt為角加加速度；"為 角速度；M為電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩；Mf和BW為負(fù)載轉(zhuǎn)矩及負(fù)載載摩擦系數(shù)；J為電機(jī)及負(fù)載慣量。
由啟動、加速、制動(門片鎖定位置)和工況的變化，對電子節(jié)氣門體總成采用一 般硬件邏輯電路設(shè)計是比較復(fù)雜的，而且如果需要改變運轉(zhuǎn)曲線時，硬件電路修改麻煩，故 采用微處理機(jī)控制，根據(jù)以上的數(shù)學(xué)模型編制不同的工作程序?qū)崿F(xiàn)較為容易。
本儀器工作過程如下 按啟動鍵，計算機(jī)按事先編制好的工作程序由89C51的16腳P3.6輸出(P麗)脈 寬調(diào)制脈沖信號，由89C51的14腳P3. 4輸出方向控制信號，經(jīng)L298N功率放大器驅(qū)動直流 電機(jī)，再由傳動機(jī)構(gòu)(電機(jī)齒輪與中間齒輪嚙合，中間齒輪與扇形齒輪嚙合)帶動門片軸 轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)動一定的角度，由位置傳感器(infineon4997)輸出雙反饋位置信號輸入到運算 放大器A1組成的比較電路與R10和W2組成的基本位置設(shè)定值進(jìn)行比較，相符時，比較電路 BG2導(dǎo)通驅(qū)動中繼電器K3動作。輸出一個邏輯低電平給計算機(jī)系統(tǒng)89C51的5腳Pl. 4，作 為輸入，計算機(jī)系統(tǒng)接收到信號后經(jīng)處理，立即發(fā)出停止位置(P麗)脈寬調(diào)制脈沖信號輸 出，轉(zhuǎn)為由89C51的17腳P3. 7輸出一個邏輯低電平控制信號去打開位置鎖定信號電路，通 過BG1導(dǎo)通使繼電器K1， K2同時動作，Kl斷開L298N的輸出，K2接通鎖定電路，通過WGY 穩(wěn)壓，給直流伺服系統(tǒng)提供一個恒定的電位，以鎖定門片的位置。非接觸式雙反饋位置傳感 器(infineon4997)輸出信號，其兩路輸出電壓反向變化，但它們電壓值之和始終等于傳感 器電源電壓值，故專門由一路運放A3組成的加法電路接受兩路反饋位置信號相加，其輸出 接到LM339(A2)的5腳與由開關(guān)電源DC12V輸出，通過CW7805三端穩(wěn)壓器輸出DC5V(接到A2的4腳)作為基準(zhǔn)電源電壓值進(jìn)行比較，沒有達(dá)到這個值，說明位置傳感器出現(xiàn)故障，通 過比較接口電路A2使BG3導(dǎo)通，發(fā)出一個邏輯低電平信號給計算機(jī)系統(tǒng)89C51的6腳Pl. 5 作為輸入，經(jīng)處理自動發(fā)出聲光報警信號，使控制儀停止工作。同樣以及沒有達(dá)到當(dāng)前門片 設(shè)定值或因設(shè)備發(fā)生故障時，計算機(jī)便同樣自動發(fā)出聲光報警，使控制儀停止工作。


圖1是本發(fā)明的電原理框圖； 圖2是圖1所示位置信號反饋比較接口電路圖； 圖3是圖1所示直流伺服系統(tǒng)功率驅(qū)動電路圖和位置鎖定信號產(chǎn)生電路圖。
具體實施例方式
圖1示出，一種電子節(jié)氣門體位置控制儀，主要由DC12V和DC5V開關(guān)電源電路1， 89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)2，液晶顯示電路5，電機(jī)方向控制電路7，位置信號脈寬調(diào)制產(chǎn)生電 路8，位置傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路6以及位置信號反饋接口電路4、直流伺服系統(tǒng)功率驅(qū)動電 路10以及位置鎖定信號產(chǎn)生電路9組成。液晶顯示電路5和電機(jī)方向控制電路7以及位 置信號脈寬調(diào)制產(chǎn)生電路8均與89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)2連接。雙反饋位置傳感器的輸出 信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入至單片機(jī)。 位置傳感器采用型號為infineon4997的(非接觸式)雙反饋位置傳感器3 ;
圖2示出，位置信號反饋接口電路4結(jié)構(gòu)為主要由運算放大器741和運算放大器 LM339以及繼電器K3組成，上述位置傳感器3的一路反饋信號輸出端串接電阻R4后接至運 算放大器741的負(fù)輸入端，電阻RF連接在運算放大器741的負(fù)輸入端與輸出端之間；運算 放大器741的正輸入端串接電阻后接地，運算放大器741的輸出端接于型號為LM339的運 算放大器A1的正輸入端，上述位置傳感器3的另一路反饋信號輸出端接于A1的負(fù)輸入端， Al的正輸入端串接電位器W2后接地，電阻RIO連接在A1的正輸入端和DC12V電源正極之 間，電阻Rll連接在A1的輸出端與DC12V電源正極之間，A1的輸出端接二極管D8正極，D8 負(fù)極串接電阻R12后接于三極管BG2的基極，BG2發(fā)射極接地，BG2的集電極接二極管D9正 極，D9負(fù)極接DC12V電源正極，繼電器K3連接BG2集電極與DC12V電源正極之間；用作輸 出一個邏輯電平給單片機(jī)，單片機(jī)立即停止位置脈寬調(diào)制脈沖信號輸出，轉(zhuǎn)為輸出一個控 制信號去打開位置鎖定信號電路9 ; 圖3示出，位置鎖定信號產(chǎn)生電路9和集成塊L298N組成直流伺服系統(tǒng)功率驅(qū)動 電路10 :集成塊L298N的控制信號5腳和6腳分別接于單片機(jī)89C51的14腳和16腳，二極 管Dl負(fù)極和二極管D2負(fù)極均接DC12V電源正極，二極管D3正極和二極管D4正極均接地， D3負(fù)極接于Dl正極，D4負(fù)極接于D2正極，Dl正極接于L298N的2腳，D4負(fù)極接于L298N 的3腳。用作接收單片機(jī)鎖定信號的是型號為3CG130的三極管BG1基極接于單片機(jī)89C51 的17腳，BG1的集電極接地，BG1的發(fā)射極接二極管D5正極，D5負(fù)極接DC5V電源正極，繼 電器Kl和繼電器K2均與二極管D5并聯(lián)，繼電器Kl的一個常閉觸點Kl-l連接在電機(jī)M — 端與二極管D1正極之間，繼電器K1的另一個常閉觸點Kl-2連接在電機(jī)M另一端與二極管 D4負(fù)極之間，繼電器K2的一個常開觸點K2-l連接在電機(jī)M —端與二極管D5負(fù)極之間，繼 電器K2的另一個常開觸點K2-2連接在電機(jī)M另一端與穩(wěn)壓管WGY正極之間，穩(wěn)壓管WGY負(fù)極接于二極管D5負(fù)極，D5正極串接電阻Rl后接DC5V電源正極，電阻R2 —端接于二極 管D5正極，另一端接地、并同時接于穩(wěn)壓管WGY正極。(運算放大器的正、負(fù)輸入端分別稱 為同相輸入端和異相輸入端)。 參見圖2，還具有聲光報警電路以及通過繼電器K4控制該聲光報警電路的觸發(fā)電 路型號為LM339的運算放大器A2的負(fù)輸入端接于三端穩(wěn)壓器CW7805的輸出端，A2的正 輸入端接于運算放大器741的輸出端，A2的輸出端接于二極管D6正極，D6負(fù)極串接電阻 R9后接于三極管BG3的基極，BG3的發(fā)射極接地，繼電器K4連接在BG3集電極與DC12V電 源正極之間，二極管D7正極接于BG3集電極，D7負(fù)極接于DC12V電源正極，電阻R8連接在 D6正極與DC12V電源正極之間，上述所有電阻均為精密電阻，電位器W2為精密電位器。
權(quán)利要求
一種電子節(jié)氣門體位置控制儀，包括，DC12V和DC5V開關(guān)電源電路(1)，89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)(2)，液晶顯示電路(5)，電機(jī)方向控制電路(7)，位置信號脈寬調(diào)制產(chǎn)生電路(8)，位置傳感器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(6)，其特征是所述位置傳感器采用型號為infineon4997的非接觸式雙反饋位置傳感器(3)；還具有，位置信號反饋比較接口電路(4)主要由運算放大器741和運算放大器LM339以及繼電器K3組成，上述位置傳感器(3)的一路反饋信號輸出端串接電阻R4后接至運算放大器741的負(fù)輸入端，電阻RF連接在運算放大器741的負(fù)輸入端與輸出端之間；運算放大器741的正輸入端串接電阻后接地，運算放大器741的輸出端接于型號為LM339的運算放大器A1的正輸入端，上述位置傳感器(3)的另一路反饋信號輸出端接于A1的負(fù)輸入端，A1的正輸入端串接電位器W2后接地，電阻R10連接在A1的正輸入端和DC12V電源正極之間，電阻R11連接在A1的輸出端與DC12V電源正極之間，A1的輸出端接二極管D8正極，D8負(fù)極串接電阻R12后接于三極管BG2的基極，BG2發(fā)射極接地，BG2的集電極接二極管D9正極，D9負(fù)極接DC12V電源正極，繼電器K3連接BG2集電極與DC12V電源正極之間，用作輸出一個邏輯電平給單片機(jī)，單片機(jī)立即停止位置脈寬調(diào)制脈沖信號輸出，轉(zhuǎn)為輸出一個控制信號去打開位置鎖定信號電路(9)。位置鎖定信號產(chǎn)生電路(9)和集成塊L298N組成直流伺服系統(tǒng)功率驅(qū)動電路(10)集成塊L298N的輸入控制信號5腳和6腳分別接于單片機(jī)89C51的14腳和16腳，二極管D1負(fù)極和二極管D2負(fù)極均接DC12V電源正極，二極管D3正極和二極管D4正極均接地，D3負(fù)極接于D1正極，D4負(fù)極接于D2正極，D1正極接于L298N的2腳，D4負(fù)極接于L298N的3腳，用作接收單片機(jī)鎖定信號、型號為3CG130的三極管BG1基極接于單片機(jī)89C51的17腳，BG1的集電極接地，BG1的發(fā)射極接二極管D5正極，D5負(fù)極接DC5V電源正極，繼電器K1和繼電器K2均與二極管D5并聯(lián)，繼電器K1的一個常閉觸點K1-1連接在電機(jī)M一端與二極管D1正極之間，繼電器K1的另一個常閉觸點K1-2連接在電機(jī)M另一端與二極管D4負(fù)極之間，繼電器K2的一個常開觸點K2-1連接在電機(jī)M一端與二極管D5負(fù)極之間，繼電器K2的另一個常開觸點K2-2連接在電機(jī)M另一端與穩(wěn)壓管WGY正極之間，穩(wěn)壓管WGY負(fù)極接于二極管D5負(fù)極，D5正極串接電阻R1后接DC5V電源正極，電阻R2一端接于二極管D5正極，另一端接地、并同時接于穩(wěn)壓管WGY正極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述電子節(jié)氣門體位置控制儀，其特征是還具有聲光報警電路以 及通過繼電器K4控制該聲光報警電路的觸發(fā)電路型號為LM339的運算放大器A2的負(fù)輸 入端接于三端穩(wěn)壓器CW7805的輸出端，A2的正輸入端接于運算放大器741的輸出端，A2的 輸出端接于二極管D6正極，D6負(fù)極串接電阻R9后接于三極管BG3的基極，BG3的發(fā)射極接 地，繼電器K4連接在BG3集電極與DC12V電源正極之間，二極管D7正極接于BG3集電極， D7負(fù)極接于DC12V電源正極，電阻R8連接在D6正極與DC12V電源正極之間。
全文摘要
一種電子節(jié)氣門體位置控制儀，屬用于汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，通過準(zhǔn)確控制節(jié)氣門片開度位置從而控制進(jìn)氣量的儀器。主要由DC12V、DC5V開關(guān)電源，89C51單片機(jī)控制系統(tǒng)、液晶顯示電路、電機(jī)方向控制電路、位置信號脈寬調(diào)制產(chǎn)生電路、L298N模塊直流伺服系統(tǒng)功率驅(qū)動電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，特別是采用非接觸式雙反饋位置傳感器和位置鎖定信號產(chǎn)生電路，從而使節(jié)氣門片的位置被鎖定，沒有波動，達(dá)到精確控制節(jié)氣門片位置的目的，最終使發(fā)動機(jī)處于動力性和燃燒性最佳的工作狀況。
文檔編號F02D41/04GK101694183SQ200910167910
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者萬里軍, 夏秋耕, 張德政, 李剛, 杜昌學(xué), 肖傳良 申請人:四川紅光汽車機(jī)電有限公司;