一种用于大学生方程式赛车的电子节气门控制系统的制作方法

本实用新型涉及大学生方程式赛车发动机的进气系统技术领域，尤其是一种用于大学生方程式赛车的电子节气门控制系统。

背景技术：

大学生方程式汽车大赛(FSAE)是一项面向大学生的综合性工程教育赛事，自1978年开办以来，距今已有30多年时间，赛事遍及全世界24个国家。该赛事一般由各国汽车工程学会举办，由在校大学生组队参加，要求车队遵循共同的标准和规则限制，自行设计制造出一辆小型单人赛车，类似于简化版的一级方程式赛车F1，要求赛车在加速、制动、操控性方面都有较高水准并且足够稳定耐久。参赛的车辆要进行一系列测试项目，其中包括：技术检查、直线加速、八字绕环、高速避障、耐久测试和经济性测试。中国大学生方程式汽车大赛(FSC)也自2010年开始举办，目前已举办七届，每年有七十多所汽车院校和数千名学生参赛。各车队赛车上用的发动机是通常是大排量摩托车配备的发动机，比如常用的本田CBR600RR发动机，这是一款本田摩托车配备的发动机。

目前，国内绝大多数方程式赛车都是采用机械式拉线节气门，由于传统的机械式拉线节气门完全由车手主观控制节气门开度，已无法满足赛车行驶的安全性、动力性、操纵稳定性以及燃油经济性的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种能够根据发动机的工况、赛车的行驶状态对节气门的开度作出实时调节，实现牵引力控制、冷启动控制和换挡平顺性控制，响应速度快、可靠性高的用于大学生方程式赛车的电子节气门控制系统。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种用于大学生方程式赛车的电子节气门控制系统，包括控制器，其第一信号输入端接加速踏板模块的信号输出端，其第二信号输入端与制动油压传感器的输出端相连，其第三信号输入端接故障检测单元的信号输出端，其信号输出端通过电机驱动电路与电子节气门体的信号输入端相连，电子节气门体输出反馈信号至控制器的第四信号输入端。

所述加速踏板模块由加速踏板以及安装在加速踏板上的加速踏板位置传感器组成，加速踏板位置传感器的输出端与控制器的第一信号输出端相连，所述加速踏板位置传感器采用双电位计式传感器。

所述控制器包括CAN通讯模块、A/D模块和PWM输出模块和STM32F103RC单片机，所述STM32F103RC单片机通过A/D模块分别与制动油压传感器和加速踏板模块相连，所述STM32F103RC单片机通过CAN通讯模块与外界通讯，所述STM32F103RC单片机通过PWM输出模块与电机驱动电路相连。

所述电机驱动电路采用TLE6209芯片，该芯片的9、12、13、14引脚均接控制器的信号输出端，该芯片的2、3、18、19引脚均接电子节气门体的信号输入端。

所述电子节气门体包括直流电机、减速机构、回位弹簧、节气门阀片和节气门位置传感器，所述直流电机与电机驱动电路的信号输出端相连，所述直流电机经过减速机构和回位弹簧相连，所述回位弹簧和节气门阀片相连，节气门位置传感器安装在节气门阀片上，所述节气门位置传感器的信号输出端与控制器的第四信号输入端相连，所述节气门位置传感器采用无触点的双向电位计式传感器。

所述故障检测单元包括制动失效检测模块、加速踏板位置传感器故障检测模块、节气门位置传感器故障检测模块和电子节气门控制系统可信度检测模块。

所述制动油压传感器采用陶瓷型压力变送器。

由上述技术方案可知，本实用新型的优点在于：第一，本实用新型结构简单，仅有一个控制器，此结构有利于降低控制器的成本；第二，本实用新型由多种控制集成，能满足赛车对动力性与操纵稳定性的追求；第三，本实用新型的节气门位置传感器、加速踏板位置传感器都采用冗余设计，保证系统的稳定性与安全性；第四，本实用新型的故障检测单元实时监测传感器故障以及驾驶员的误操作，保证驾驶员的安全；第五，本实用新型满足大学生方程式赛车的需求时，通过改进能应用于电喷摩托车。

附图说明

图1为本实用新型的系统组成框图；

图2为图1中电机驱动电路的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种用于大学生方程式赛车的电子节气门控制系统，包括控制器1，其第一信号输入端接加速踏板模块的信号输出端，其第二信号输入端与制动油压传感器的输出端相连，其第三信号输入端接故障检测单元的信号输出端，其信号输出端通过电机驱动电路与电子节气门体2的信号输入端相连，电子节气门体2输出反馈信号至控制器1的第四信号输入端。所述加速踏板模块由加速踏板以及安装在加速踏板上的加速踏板位置传感器组成，加速踏板位置传感器的输出端与控制器1的第一信号输出端相连。所述加速踏板模块通过A/D模块将加速踏板的位置信号转换为电压信号输入到控制器，所述控制器根据加速踏板位置以及通过CAN总线读取到发动机的一些其他传感器的信号计算出电子节气门体2应有的开度，然后发出控制信号给电机驱动电路，电机驱动电路驱动直流电机带动电子节气门体到相应的开度，所述节气门位置传感器通过A/D模块将节气门位置信号转换为电信号输入控制器1，实现节气门位置信号的反馈。

如图1所示，所述控制器1包括CAN通讯模块、A/D模块和PWM输出模块和STM32F103RC单片机，所述STM32F103RC单片机通过A/D模块分别与制动油压传感器和加速踏板模块相连，所述STM32F103RC单片机通过CAN通讯模块与外界通讯，所述STM32F103RC单片机通过PWM输出模块与电机驱动电路相连。所述电子节气门体2包括直流电机、减速机构、回位弹簧、节气门阀片和节气门位置传感器，所述直流电机与电机驱动电路的信号输出端相连，所述直流电机经过减速机构和回位弹簧相连，所述回位弹簧和节气门阀片相连，节气门位置传感器安装在节气门阀片上，所述节气门位置传感器的信号输出端与控制器1的第四信号输入端相连。电机驱动电路对直流电机发出驱动信号，驱动电子节气门体2到相应的开度，节气门位置传感器连接A/D模块，将节气门位置信号反馈给控制器1。

如图1所示，所述故障检测单元包括制动失效检测模块、加速踏板位置传感器故障检测模块、节气门位置传感器故障检测模块和电子节气门控制系统可信度检测模块。所述制动失效检测模块由制动油压传感器通过A/D模块将制动踏板位置信号转化为电压信号发送给控制器1，控制器1通过检测信号值判断制动是否失效；所述加速踏板位置传感器故障检测模块由两路电压信号斜率不同的加速踏板位置传感器通过A/D模块将加速踏板位置信号转化为电压信号发送给控制器1，控制器1通过检测这两路信号值判断加速踏板位置传感器是否失效；所述节气门位置传感器故障检测模块由两路电压信号反向变化的节气门位置传感器通过A/D模块将节气门位置信号转化为电压信号发送给控制器1，控制器1通过检测这两路信号值判断节气门位置传感器是否失效；所述电子节气门控制系统可信度检测模块采集制动油压信号发送到控制器1，当表示机械式的制动系统被驱动，且节气门位置传感器信号表示的节气门开度超过一个许可的开度并持续1秒以上，则电子节气门电源即会被完全切断。

如图2所示，所述电机驱动电路采用TLE6209芯片，该芯片的9、12、13、14引脚均接控制器1的信号输出端，该芯片的2、3、18、19引脚均接电子节气门体2的信号输入端。节气门位置传感器采用无触点的双向电位计式传感器，当节气门开度改变时，输出的两个电压信号是反向变化的，提高了单片机对节气门位置的控制准确度。加速踏板位置传感器采用双电位计式传感器，安装在加速踏旋转轴上，同时输出两个大小同向变化，但变化斜率不同的电压信号，用于检测加速踏板的位置变化，提高测量精度。制动油压传感器采用陶瓷型压力变送器，高精度、高稳定、高可靠性，输出电压信号反应制动液压力大小。

综上所述，本实用新型不仅结构简单，而且可靠性高，具有节气门位置传感器故障检测、踏板位置传感器故障检测、制动失效保护及防止车手误操作带来的危险行为，在操控过程中能够精确控制，保证赛车的操纵稳定性和驾驶安全性。