专利名称：电子节气门体位置控制仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车发动机进气系统电子节气门片位置的检测装置，具体来说涉及用
于检测汽车发动机进气系统的节气门体总成的位置控制仪器。
背景技术：
汽车发动机系统节气门体总成的作用是控制发动机的进气流量，决定发动机的运 行工况。驾驶员通过操作油门踏板来操纵节气门开度。传统节气门体总成采用机械连接方 式，通过拉杆或拉索传动连接油门踏板和节气门体总成，因此节气门开度完全取决于油门 踏板的位置，即驾驶员的操作意图，但从动力性和经济性角度来看，发动机并不总是完全处 于最佳运行工况，而且驾驶员的误操作也给安全性带来隐患。电子节气门体取消了传统的 机械连接，通过电控单元驱动电子节气门体快速精确地开度到位。它的优点在于能根据驾 驶员的需求以及整车各种行驶状况确定节气门的最佳开度，即最佳位置。使发动机排放达 到最佳，动力性和燃油经济性最佳， 电子节气门体的研究工作起源于20世纪70年代，80年代开始有产品问世，近10 年来，国外对电子节气门的研究取得了非常迅速的发展。其位置控制系统跟随发展，发展趋 势可总结为在控制策略上由硬件分离式发展到模块式，从纯硬件系统发展到软硬件结合 的计算机控制系统，从单一的控制功能发展到集成多种控制功能，提高了汽车发动机的动 力性、经济性、操纵稳定性、排放性和乘坐舒适性。其一，由于现有节气门体是在扭力弹簧作 用下产生转动位置的变化，单独依靠现有脉宽调制脉冲信号(P丽)来控制直流伺服系统， 门片位置的准确控制是一个难题。其二，由启动、加速、制动(门片锁定位置)和工况的变 化，对电子节气门体总成采用一般硬件逻辑电路设计是比较复杂的，而且如果需要改变运 转曲线时，硬件电路修改麻烦，难以实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种电子节气门体位置控制仪，以使电子节气门体的阀片需 要设置的开度通过精密电位器W2来准确控制(由精密电位器W2精确的旋转到设置的位 置，并由数显表显示该位置值)。 本发明的目的是这样实现的一种电子节气门体位置控制仪，主要由两路开 关电源电路DC12V ;DC5V;89C51单片机控制系统；(非接触式)双反馈位置传感器 (infineon4997);位置信号反馈接口电路；液晶显示电路；(面板键盘开关信号)模数转换 电路；电机方向控制电路；位置信号(P丽)脉宽调制产生电路；位置锁定信号产生电路；直 流伺服系统功率驱动电路组成一个双反馈闭环位置控制电气系统。
与现有技术相比，本发明的特点是 1、构思巧妙、可随节气门片不同位置的要求，由精密电位器W2设置，并用数字显 示出位置值，在计算机控制系统的控制下，准确控制门片的位置。以保证电子节气门产品的质量。
2、由于门片在扭力弹簧的作用下随转动位置的变化，扭力跟随变化，要想准确控 制位置是本发明的一个难题，单用(P丽)信号来控制直流伺服系统，其门片位置是波动的， 故加入了位置锁定电路，这样节气门片的位置被锁定，没有波动，达到了精确控制门片位置 的目的。 3、直流伺服系统驱动采用了 L298N模块，使方向和位置控制更加容易实现。
本发明的工作过程简述如下 1、电源插头插入220V市电交流电源上，通过两组开关电源得到DC12V、 DC5V。
DC12V供给L298N直流伺服系统功率驱动电路以及位置反馈信号接口电路，DC5V供给89C51
单片机控制系统、非接触式双反馈位置传感器、液晶显示电路、电机方向控制电路、位置信
号(P丽)脉宽产生电路以及位置锁定信号产生电路。 2、将扁形电缆插头插入节气门总成上的扁形卡槽内。 3、在面板上调节精密电位器(W2)，通过数显表显示出门片要转到的位置；这个位 置值同时送到了反馈信号输入比较控制接口电路(即位置信号反馈接口电路)，作为接口 电路的基本定值。 4、电子节气门体是与发动机一起工作的，工况变化较大，要想较好的控制门片的 位置难度较大。而门片位置又是发动机在该速度下动力性和燃烧性最佳。设计该电子节气 门位置控制仪是控制电子节气门产品质量的关键检测设备。 我们知道电子节气门片在扭力弹簧的作用下，门片转动时会产生一个扭矩，而扭 矩是跟随门片转动位置变化而变化的。根据弹簧运动方程，门片转动时其弹簧的扭力方向 位移变化AL与转动力矩AG具有线性关系S卩AL二K^AG，式中Ke为弹簧灵敏系数。
又根据电机运动方程d"/dt = (M-Mf-Bj/J，式中d"/dt为角加加速度；"为 角速度；M为电机电磁转矩；Mf和BW为负载转矩及负载载摩擦系数；J为电机及负载惯量。
由启动、加速、制动(门片锁定位置)和工况的变化，对电子节气门体总成采用一 般硬件逻辑电路设计是比较复杂的，而且如果需要改变运转曲线时，硬件电路修改麻烦，故 采用微处理机控制，根据以上的数学模型编制不同的工作程序实现较为容易。
本仪器工作过程如下 按启动键，计算机按事先编制好的工作程序由89C51的16脚P3.6输出(P丽)脉 宽调制脉冲信号，由89C51的14脚P3. 4输出方向控制信号，经L298N功率放大器驱动直流 电机，再由传动机构(电机齿轮与中间齿轮啮合，中间齿轮与扇形齿轮啮合)带动门片轴 转动，每转动一定的角度，由位置传感器(infineon4997)输出双反馈位置信号输入到运算 放大器A1组成的比较电路与R10和W2组成的基本位置设定值进行比较，相符时，比较电路 BG2导通驱动中继电器K3动作。输出一个逻辑低电平给计算机系统89C51的5脚Pl. 4，作 为输入，计算机系统接收到信号后经处理，立即发出停止位置(P丽)脉宽调制脉冲信号输 出，转为由89C51的17脚P3. 7输出一个逻辑低电平控制信号去打开位置锁定信号电路，通 过BG1导通使继电器K1， K2同时动作，Kl断开L298N的输出，K2接通锁定电路，通过WGY 稳压，给直流伺服系统提供一个恒定的电位，以锁定门片的位置。非接触式双反馈位置传感 器(infineon4997)输出信号，其两路输出电压反向变化，但它们电压值之和始终等于传感 器电源电压值，故专门由一路运放A3组成的加法电路接受两路反馈位置信号相加，其输出 接到LM339(A2)的5脚与由开关电源DC12V输出，通过CW7805三端稳压器输出DC5V(接到A2的4脚)作为基准电源电压值进行比较，没有达到这个值，说明位置传感器出现故障，通 过比较接口电路A2使BG3导通，发出一个逻辑低电平信号给计算机系统89C51的6脚Pl. 5 作为输入，经处理自动发出声光报警信号，使控制仪停止工作。同样以及没有达到当前门片 设定值或因设备发生故障时，计算机便同样自动发出声光报警，使控制仪停止工作。
图1是本发明的电原理框图； 图2是图1所示位置信号反馈比较接口电路图； 图3是图1所示直流伺服系统功率驱动电路图和位置锁定信号产生电路图。
具体实施例方式
图1示出，一种电子节气门体位置控制仪，主要由DC12V和DC5V开关电源电路1， 89C51单片机控制系统2，液晶显示电路5，电机方向控制电路7，位置信号脉宽调制产生电 路8，位置传感器，模数转换电路6以及位置信号反馈接口电路4、直流伺服系统功率驱动电 路10以及位置锁定信号产生电路9组成。液晶显示电路5和电机方向控制电路7以及位 置信号脉宽调制产生电路8均与89C51单片机控制系统2连接。双反馈位置传感器的输出 信号经模数转换电路输入至单片机。 位置传感器采用型号为infineon4997的(非接触式)双反馈位置传感器3 ;
图2示出，位置信号反馈接口电路4结构为主要由运算放大器741和运算放大器 LM339以及继电器K3组成，上述位置传感器3的一路反馈信号输出端串接电阻R4后接至运 算放大器741的负输入端，电阻RF连接在运算放大器741的负输入端与输出端之间；运算 放大器741的正输入端串接电阻后接地，运算放大器741的输出端接于型号为LM339的运 算放大器A1的正输入端，上述位置传感器3的另一路反馈信号输出端接于A1的负输入端， Al的正输入端串接电位器W2后接地，电阻RIO连接在A1的正输入端和DC12V电源正极之 间，电阻Rll连接在A1的输出端与DC12V电源正极之间，A1的输出端接二极管D8正极，D8 负极串接电阻R12后接于三极管BG2的基极，BG2发射极接地，BG2的集电极接二极管D9正 极，D9负极接DC12V电源正极，继电器K3连接BG2集电极与DC12V电源正极之间；用作输 出一个逻辑电平给单片机，单片机立即停止位置脉宽调制脉冲信号输出，转为输出一个控 制信号去打开位置锁定信号电路9 ; 图3示出，位置锁定信号产生电路9和集成块L298N组成直流伺服系统功率驱动 电路10 :集成块L298N的控制信号5脚和6脚分别接于单片机89C51的14脚和16脚，二极 管Dl负极和二极管D2负极均接DC12V电源正极，二极管D3正极和二极管D4正极均接地， D3负极接于Dl正极，D4负极接于D2正极，Dl正极接于L298N的2脚，D4负极接于L298N 的3脚。用作接收单片机锁定信号的是型号为3CG130的三极管BG1基极接于单片机89C51 的17脚，BG1的集电极接地，BG1的发射极接二极管D5正极，D5负极接DC5V电源正极，继 电器Kl和继电器K2均与二极管D5并联，继电器Kl的一个常闭触点Kl-l连接在电机M — 端与二极管D1正极之间，继电器K1的另一个常闭触点Kl-2连接在电机M另一端与二极管 D4负极之间，继电器K2的一个常开触点K2-l连接在电机M —端与二极管D5负极之间，继 电器K2的另一个常开触点K2-2连接在电机M另一端与稳压管WGY正极之间，稳压管WGY负极接于二极管D5负极，D5正极串接电阻Rl后接DC5V电源正极，电阻R2 —端接于二极 管D5正极，另一端接地、并同时接于稳压管WGY正极。(运算放大器的正、负输入端分别称 为同相输入端和异相输入端)。 参见图2，还具有声光报警电路以及通过继电器K4控制该声光报警电路的触发电 路型号为LM339的运算放大器A2的负输入端接于三端稳压器CW7805的输出端，A2的正 输入端接于运算放大器741的输出端，A2的输出端接于二极管D6正极，D6负极串接电阻 R9后接于三极管BG3的基极，BG3的发射极接地，继电器K4连接在BG3集电极与DC12V电 源正极之间，二极管D7正极接于BG3集电极，D7负极接于DC12V电源正极，电阻R8连接在 D6正极与DC12V电源正极之间，上述所有电阻均为精密电阻，电位器W2为精密电位器。
权利要求
一种电子节气门体位置控制仪，包括，DC12V和DC5V开关电源电路(1)，89C51单片机控制系统(2)，液晶显示电路(5)，电机方向控制电路(7)，位置信号脉宽调制产生电路(8)，位置传感器以及模数转换电路(6)，其特征是所述位置传感器采用型号为infineon4997的非接触式双反馈位置传感器(3)；还具有，位置信号反馈比较接口电路(4)主要由运算放大器741和运算放大器LM339以及继电器K3组成，上述位置传感器(3)的一路反馈信号输出端串接电阻R4后接至运算放大器741的负输入端，电阻RF连接在运算放大器741的负输入端与输出端之间；运算放大器741的正输入端串接电阻后接地，运算放大器741的输出端接于型号为LM339的运算放大器A1的正输入端，上述位置传感器(3)的另一路反馈信号输出端接于A1的负输入端，A1的正输入端串接电位器W2后接地，电阻R10连接在A1的正输入端和DC12V电源正极之间，电阻R11连接在A1的输出端与DC12V电源正极之间，A1的输出端接二极管D8正极，D8负极串接电阻R12后接于三极管BG2的基极，BG2发射极接地，BG2的集电极接二极管D9正极，D9负极接DC12V电源正极，继电器K3连接BG2集电极与DC12V电源正极之间，用作输出一个逻辑电平给单片机，单片机立即停止位置脉宽调制脉冲信号输出，转为输出一个控制信号去打开位置锁定信号电路(9)。位置锁定信号产生电路(9)和集成块L298N组成直流伺服系统功率驱动电路(10)集成块L298N的输入控制信号5脚和6脚分别接于单片机89C51的14脚和16脚，二极管D1负极和二极管D2负极均接DC12V电源正极，二极管D3正极和二极管D4正极均接地，D3负极接于D1正极，D4负极接于D2正极，D1正极接于L298N的2脚，D4负极接于L298N的3脚，用作接收单片机锁定信号、型号为3CG130的三极管BG1基极接于单片机89C51的17脚，BG1的集电极接地，BG1的发射极接二极管D5正极，D5负极接DC5V电源正极，继电器K1和继电器K2均与二极管D5并联，继电器K1的一个常闭触点K1-1连接在电机M一端与二极管D1正极之间，继电器K1的另一个常闭触点K1-2连接在电机M另一端与二极管D4负极之间，继电器K2的一个常开触点K2-1连接在电机M一端与二极管D5负极之间，继电器K2的另一个常开触点K2-2连接在电机M另一端与稳压管WGY正极之间，稳压管WGY负极接于二极管D5负极，D5正极串接电阻R1后接DC5V电源正极，电阻R2一端接于二极管D5正极，另一端接地、并同时接于稳压管WGY正极。
2. 根据权利要求1所述电子节气门体位置控制仪，其特征是还具有声光报警电路以 及通过继电器K4控制该声光报警电路的触发电路型号为LM339的运算放大器A2的负输 入端接于三端稳压器CW7805的输出端，A2的正输入端接于运算放大器741的输出端，A2的 输出端接于二极管D6正极，D6负极串接电阻R9后接于三极管BG3的基极，BG3的发射极接 地，继电器K4连接在BG3集电极与DC12V电源正极之间，二极管D7正极接于BG3集电极， D7负极接于DC12V电源正极，电阻R8连接在D6正极与DC12V电源正极之间。
全文摘要
一种电子节气门体位置控制仪，属用于汽车发动机进气系统，通过准确控制节气门片开度位置从而控制进气量的仪器。主要由DC12V、DC5V开关电源，89C51单片机控制系统、液晶显示电路、电机方向控制电路、位置信号脉宽调制产生电路、L298N模块直流伺服系统功率驱动电路、模数转换电路，特别是采用非接触式双反馈位置传感器和位置锁定信号产生电路，从而使节气门片的位置被锁定，没有波动，达到精确控制节气门片位置的目的，最终使发动机处于动力性和燃烧性最佳的工作状况。
文档编号F02D41/04GK101694183SQ200910167910
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月16日 优先权日2009年10月16日
发明者万里军, 夏秋耕, 张德政, 李刚, 杜昌学, 肖传良 申请人:四川红光汽车机电有限公司;