專利名稱：帶有非接觸式踏板角位移變送器的汽車加速器踏板的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種汽車部件，尤其是一種電噴式汽車上使用的帶有非接觸式踏板角位移變送器的汽車加速器踏板。
背景技術：
目前，轉動角位移的檢測廣泛地被應用于工業(yè)部門。角位移傳感器應用在汽車加速器踏板上，可以控制引擎單元的閥門開啟；應用在輪船上可以進行舵輪轉軸轉角控制；亦可應用于重型或農業(yè)機械設備的轉角位置控制等裝置上。一般情況下采用把轉動角度通過機械傳動裝置轉成直線位移或轉角以帶動直線電阻器或電位器把角度信號轉成電壓信號。其中非接觸式測量轉動角位移可采用的傳感器有碼盤式傳感器，光柵傳感器，霍爾元件傳感器，磁敏元件傳感器等，在實際使用中應能在環(huán)境溫度在-40℃到+70℃的工作條件下工作，工作壽命至少需達到動作5百萬次以上，并可長期工作在灰塵和振動很大的環(huán)境下。
然而現(xiàn)有的電噴式汽車均采用電位器式傳感器來控制汽車的噴油量。它主要是由一塊噴涂上電阻薄膜軌跡印刷電路板或陶瓷基片組成，由電刷觸點輸出角位移信號的大小。由于電阻值會隨環(huán)境溫度改變而改變，電刷觸點在電阻軌道上滑動，其工作壽命也有限，而電位器輸出的電壓需要電阻器在一個很苛刻的工作環(huán)境下工作，環(huán)境溫度的變化會造成在工廠工作環(huán)境下調試的數(shù)據，在運行環(huán)境下會產生很大的誤差，以致超出允許的檢測范圍。同時，噴涂在印刷板或陶瓷基片上的電阻層與電刷之間的不斷磨損，會影響電位器或傳感器的工作壽命和接觸的可靠性，而灰塵、空氣濕度，振動等參數(shù)亦會增加電氣噪聲和檢測的精度。如果要改進上述存在的問題，所設計的電位器式傳感器無論在機械上，材料的選用上，電氣加工工藝上都會增加生產成本。
而將非接觸式角位移傳感器運用到汽車加速中，其最大的問題是由于踏板的轉角較小，其測量精度無法滿足使用要求，因此，據申請人所知，國內目前尚未見將非接觸式測量轉動角位移技術運用到電噴汽車上用于控制汽車噴油量的相關產品或報道問世。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是提供一種利用非接觸式測量轉動角位移原理設計的帶有非接觸式踏板角位移變送器的汽車加速器踏板，它可將踏板角度的轉動角位移經機械裝置將旋轉角度范圍擴大，并轉換為旋轉磁場，然后根據不同角度位置磁場強度的大小不同，通過磁場到電壓信號的轉換傳感器，非接觸測量該轉換磁場的大小，傳感器輸出信號再經電子電路處理和放大后，輸出滿足汽車引擎控制單元(即ECU或電噴裝置)所需的信號電壓，實現(xiàn)對汽車噴油量的調節(jié)。
本實用新型的技術方案是一種帶有非接觸式踏板角位移變送器的汽車加速器踏板，包括踏板1、底板2，踏板1和底板2的下端均套裝在長軸3上，踏板彈簧4套裝在長軸3上，踏板彈簧4的二端分別與踏板1和底板2相抵，其特征是踏板1上樞裝有油門軸5，油門軸5的一端伸出踏板1的側面并與安裝在該側面上的信號采集變換裝置6相連，油門軸5上安裝有踏板轉角放大裝置7，在底板2上設有與其相配的導向裝置24。
本實用新型還采取了以下技術措施信號采集變換裝置6主要由殼底8、轉子9、長方形導磁體10、11組成，轉子9的一端與油門軸5伸出踏板1的一端插接相連，另一端安裝有永久磁鋼12并位于殼底8上的轉子座13中，在轉子座13外側與永久磁鋼12相對位置處安裝有長方形導磁體10、11，它們相對安裝在轉子座13的兩側，長方形導磁體10的一端連接有插板14，長方形導磁體11的同一端連接有二塊插板15，插板14插入二塊插板15之間，傳感器16、17分別安裝在長方形導磁體10、11二端之間，傳感器16、17將測得的信號送到相應的控制電路。
傳感器16、17可為霍爾傳感器。
踏板轉角放大裝置7主要由左、右擋板18、19、滾輪20組成，左、右擋板18、19的一端均安裝在油門軸5上并與油門軸5同步轉動，左、右擋板18、19的另一端通過鉚釘軸21相連，滾輪20安裝在鉚釘軸21上，在鉚釘軸21上、滾輪20的二側套裝有復位彈簧22、23，滾輪20與底板2上的導向裝置24相對應。
踏板1繞長軸3的轉角β為18±2°，相應地左、右擋板18、19帶動油門軸5轉過的角度α1-α2＝56±2°。
本實用新型的有益效果1、通過機械式角位移放大裝置，成功地將踏板的小角度位移進行放大到滿足測量精度要求的值，解決了非接觸式角位移傳感器在汽車加速中的運用，可為電噴裝置提供滿足要求的電壓信號。
2、無電位器式傳感器存在的電氣磨損，使用壽命遠遠高于現(xiàn)有技術。
3、結構簡單、體積小、安裝方便。
4、可提高汽車電噴裝置的靈敏度，使駕駛更為平穩(wěn)，具有明顯的節(jié)油效果，且工作安全可靠，壽命長。


圖1是本實用新型外形結構示意圖。
圖2是圖1的工作狀態(tài)示意圖。
圖3是圖1的分解結構示意圖。
圖4是本實用新型的信號采集變換裝置6的分解結構示意圖。
圖5是本實用新型的永久磁鋼、導磁體和傳感器的安裝位置平面圖。
圖6是本實用新型實際工作時其輸出電壓與踏板的旋轉角度關系曲線示意圖。
圖7是本實用新型的控制電路的原理框圖。
圖8是圖7的電原理圖。
圖9是本實用新型的踏板轉角放大裝置7的放大原理圖。
圖2、圖6中所示的虛線表示相應部件的原始位置。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
如圖1～9所示。
一種帶有非接觸式踏板角位移變送器的汽車加速器踏板，包括踏板1、底板2，踏板1和底板2的下端均套裝在長軸3上(如圖1、2所示)，長軸3的二端均安裝有長軸襯套25，其中一端上還安裝有開口擋圈26，踏板彈簧4套裝在長軸3上，踏板彈簧4的二端分別與踏板1和底板2相抵，踏板1上樞裝有油門軸5，油門軸5的一端上套裝有滑動軸承套27，滑動軸承套27安裝在踏板1上相應的位置處，在油門軸5的該端上還安裝有油門軸襯套28、平墊片29及開口擋圈30(如圖3所示)，油門軸5的另一端伸出踏板1的側面并通過其上的扁平狀插頭插入安裝在該側面上的信號采集變換裝置6中的轉子9的一端的凹槽中，轉子9的另一端安裝有方形永久磁鋼12并位于殼底8上的轉子座13中，在轉子座13外側與永久磁鋼12相對位置處安裝有長方形導磁體10、11，它們相對安裝在轉子座13的兩側，長方形導磁體10的一端連接有插板14，長方形導磁體11的同一端連接有二塊插板15，插板14插入二塊插板15之間，傳感器16、17(可為霍爾傳感器)分別安裝在長方形導磁體10、11二端之間，傳感器16、17分別通過相應的電路板31、32將測得的信號送到相應的控制電路(如圖7、8所示)，底殼8的上部連接有蓋板33，在轉子9與蓋板33相接觸處還安裝有O型密封圈34(如圖4所示)。在信號采集變換裝置6與踏板1的側面之間還設有起密封作用的橡膠墊37。永久磁鋼12、長方形導磁體10、11和傳感器16、17的安裝位置平面圖如圖5所示。信號采集變換裝置6的立體分解結構如圖4所示。
為了實現(xiàn)油門軸5的轉動角度的放大，本實用新型的油門軸5上安裝有踏板轉角放大裝置7，如圖1、2所示。踏板轉角放大裝置7主要由左、右擋板18、19、滾輪20組成，左、右擋板18、19的一端均安裝在油門軸5上并與油門軸5同步轉動，為了實現(xiàn)油門軸5與左、右擋板18、19的同步轉動，本實施例的油門軸5與左、右擋板18、19相連的部分設計成方形結構，左、右擋板18、19上相應的插裝油門軸5的孔也為方形(具體實施時也可為其它的防止滑動的結構)，左、右擋板18、19的另一端通過鉚釘軸21相連，滾輪20安裝在鉚釘軸21上，在鉚釘軸21上、滾輪20的二側套裝有復位彈簧22、23，復位彈簧22、23均安裝在相應的套管35、36中，滾輪20與底板2上的導向裝置24相對應。踏板1的轉角經踏板轉角放大裝置7放大后，油門軸5的實際轉角見圖9所示，本實施例的踏板1的最大轉角為β度，放大后為α1-α2度，由圖9可所，放大后的角度與左、右擋板18、19的長度及緩沖墊的位置、高度有關，其放大后的角度可穩(wěn)定達到50度左右(最大可達56度)。圖9中踏板1繞長軸3的轉角β為18±2°，相應地右擋板19(或左擋板18)帶動油門軸5轉過的角度等于α1-α2＝50±2°，其中α1為踏板1未動作時的左擋板18或右擋板19與踏板1表面的夾角，α2為踏板1轉動到最大轉角時的左擋板18或右擋板19與踏板1表面的夾角，α1與α2的差值即為踏板1的轉角β放大后的值。
下面對照附圖對本實用新型各零部件的功能和工作原理作進一步的說明。
本實用新型的主要內容是采用霍爾傳感器非接觸地把汽車加速器踏板動作時的角位移轉換為0.5V～4.5V的電壓信號輸出，以滿足汽車引擎控制單元(ECU)所需的電噴控制信號電壓。它包括以下各項內容·汽車加速器踏板的動作范圍約在0°～19°左右，為了增加轉換為旋轉磁場的動態(tài)范圍，通過機械的辦法可把0°～19°的角位移擴大到約0°～60°的旋轉角度。
·此放大的角度旋轉通過轉子9帶動一長方形的永久磁鋼圍繞其長方形的中心軸旋轉，以產生一垂直此中心軸平面以左，右方向旋轉的磁場。
·在此旋轉磁場平面的旋轉范圍內確定一中間位置，設置與此平面平行的上下兩磁場感應鐵片(即導磁體10、11)，此旋轉磁場即可轉為垂直方向的磁場，此感應磁場將隨著永久磁鋼的旋轉而改變大小和正負極性。
·使用霍爾元件將此隨永久磁鋼轉動而改變大小和方向的磁場強度轉變?yōu)殡妷盒盘栞敵?。若所選擇的磁場強度變化范圍落在霍爾元件的線性工作區(qū)，則所轉換的電壓信號將與旋轉磁場的角度成線性關系。
·霍爾元件的輸出信號經運放電路放大并考慮到另點與滿度值的調整，即可產生滿足引擎控制單元(ECU)電噴輸入信號要求的輸出電壓信號。
·放大電路必須滿足低功耗，大動態(tài)范圍及抗電源干擾信號的要求。電路板的制作同時也需滿足安裝在極其有限體積內的要求。
·由于ECU(引擎控制單元)要求加速器踏板動作時同時兩路獨立的但信號完全相同的電壓信號，本實用新型可實現(xiàn)讓一個旋轉磁場同時產生兩個垂直磁場的功能，使用兩個獨立的霍爾元件及信號放大和處理電路，以滿足ECU的要求。
·利用所輸出的模擬電壓信號，通過一比較器電路可產生—由光耦器件輸出的開關信號以指示加速器踏板是否有動作的產生，此開關信號可供ECU判斷踏板的動作狀態(tài)用。開關信號的負載能力為能加載28V電壓、能驅動R＝6.8KΩ和C＝2×4.7nF的負荷，最大負載電流能力10Ma，完全可替代老式機械接觸式限位開關，大大提高位置開關的使用壽命。
圖1、2是汽車加速器踏板和角位移變送器的整體機械結構圖，圖1表達了踏板1和角位移變送器的安裝位置，圖2示意了當踏板1被踩下時整個機械部分的動作情況。
圖3是踏板1的分解結構示意圖，其各部分的功能為長軸襯套、油門軸襯套的作用為隔開長軸、油門軸與鋁質底板、腳踏板，減少軸與踏板之間的摩擦；開口擋圈用于固定長軸、油門軸，防止串動及脫落；踏板彈簧4是使鋁質底板2、踏板1之間的角度回位用的；長軸3是鋁質底板2與踏板1轉動的樞紐；鋁質底板2用于固定在汽車上，具有一定的硬度要求；平墊片用于隔開踏板1與開口擋圈，防止摩擦；踏板1是駕駛員腳部登踏的位置，要求有一定的強度；左、右擋板18、19用來制約滾輪20在指定位置旋轉；鉚釘軸上裝配滾輪20和彈簧23、24，滾輪20在鉚釘軸21上旋轉；
滾輪20在鋁質底板2上滾動形成踏板運動；內套管和外套管用于隔開鉚釘軸21與彈簧23、24，防止不必要的摩擦；滑動軸承套防止了油門軸5與踏板1之間的摩擦，提高了壽命；油門軸5是連接滾輪20運動與踏板1運動的重要樞紐；橡膠墊37防止灰塵、污垢進入信號采集變換裝置6中。
圖4是信號采集變換裝置6零件分解結構示意圖。踏板1的動作帶動油門軸5轉動，通過機械結構擴大了角位移范圍的轉動范圍，以適應使用霍爾元件非接觸地檢測磁場的變化。油門軸5的轉動又帶動了轉子9的轉動。轉子9的尾部安裝有永久磁鋼12，隨著轉子9和永久磁鋼12的轉動，旋轉的角度將轉換為旋轉磁場。在永久磁鋼12的外側的導磁體10、11將隨著永久磁鋼12的轉動被感應出與旋轉角度相關的垂直磁場，此隨角度變化的磁場將由霍爾元件非接觸地把磁場強度轉換成電信號。圖5說明了永久磁鋼12、導磁體10、11和霍爾傳感器16、17的安裝位置平面圖，從圖中可以直觀地了解永久磁鋼12轉動的情況，導磁體10、11將把此轉動磁場轉換為垂直于轉動平面的磁場，霍爾傳感器16、17將把此感應出的磁場強度轉換為電信號，再由后續(xù)電路放大處理。
圖6中的下半部分是踏板1轉動角度與傳感器電路信號(即控制電路)輸出電壓之間的關系曲線圖，上半部分是踏板1轉動位置與開關接點(由光耦器件輸出端產生)之間的關系曲線圖。從下半部分的圖上可以看到踏板1開始踩下的輸出電壓約在0.8伏左右，全行程踩下時(轉動角度為18度)輸出電壓為4.2伏左右，轉動角度與輸出電壓之間應呈線性關系，誤差應小于±2％。從上半部分的圖可以看到當踏板開始踩下并轉動1度和大于1度時，光耦的輸出端阻抗將從開路轉變?yōu)閷?，此信號將提供給ECU(引擎控制單元)作判斷加速器踏板是否有動作用。
圖7是本實用新型的控制電路的方框圖。傳感器16、17采用了霍爾器件，以上所述的感應磁場由霍爾器件轉換為電壓信號，磁場為另處，霍爾器件輸出2.5伏的電壓(基于所加的工作電壓為5伏)，對正方向的磁場霍爾器件16、17將輸出大于2.5伏的電壓，隨著磁場的增強輸出電壓升高，直至霍爾器件進入飽和區(qū)；對反方向的磁場霍爾器件將輸出小于2.5伏的電壓，隨著反方向的磁場增大，霍爾器件的輸出電壓下降至進入截止狀態(tài)。霍爾器件的輸出信號經由運算放大器組成的放大電路放大后通過濾波電路輸出至ECU。放大電路可以調另和調滿度，它的輸出信號還送至電平比較器電路，比較器電路的輸出將控制光耦器件的導通和截止，以供ECU判斷踏板是否動作用。對電信號的放大處理使輸出信號的電平符合ECU對加速器踏板輸出信號電平的要求。由于ECU(引擎控制單元)需要輸入兩路模擬電平信號，因此實際電路有兩個傳感器和兩路電壓放大。具體的電路圖如圖8所示。圖8中U1為四運算放大器。U2為霍爾元件，其輸出信號經分壓后送至運放電路U1B同相端，U1B為同相放大器電路，其放大倍數(shù)由V R1調整，(即調整滿度值)使之符合圖5的要求。U1D是跟隨器，它的輸出電平經R10、VR1至U1B反相端，VR2電位器的中心抽頭端將可調的正電平輸至U1D，作U1B的另點調整用。U1B的輸出信號經濾波電路R14和C1濾波后輸出至ECU。R1起的作用是萬一運放電路損壞，仍然可有較低的電壓信號輸出，保證ECU可繼續(xù)驅動引擎低速工作。
U1C構成比較器電路，R6、R8產生固定分壓值輸出，一旦踏板稍有動作，U1B所產生電壓值即可驅動U1C翻轉，從而驅動光耦電路U3動作，產生如圖5所示的開關量輸出信號。
ECU需要的第二路放大輸出電路工作原理與上述相同，不再贅述。
權利要求1.一種帶有非接觸式踏板角位移變送器的汽車加速器踏板，包括踏板(1)、底板(2)，踏板(1)和底板(2)的下端均套裝在長軸(3)上，踏板彈簧(4)套裝在長軸(3)上，踏板彈簧(4)的二端分別與踏板(1)和底板(2)相抵，其特征是踏板(1)上樞裝有油門軸(5)，油門軸(5)的一端伸出踏板(1)的側面并與安裝在該側面上的信號采集變換裝置(6)相連，油門軸(5)上安裝有踏板轉角放大裝置(7)，在底板(2)上設有與其相配的導向裝置(24)。
2.根據權利要求1所述的帶有非接觸式踏板角位移變送器的汽車加速器踏板，其特征是所述的信號采集變換裝置(6)主要由殼底(8)、轉子(9)、長方形導磁體(10)、(11)組成，轉子(9)的一端與油門軸(5)伸出踏板(1)的一端相連，另一端安裝有永久磁鋼(12)并位于殼底(8)上的轉子座(13)中，在轉子座(13)外側與永久磁鋼(12)相對位置處安裝有長方形導磁體(10)、(11)，它們相對安裝在轉子座(13)的兩側，長方形導磁體(10)的一端連接有插板(14)，長方形導磁體(11)的同一端連接有二塊插板(15)，插板(14)插入二塊插板(15)之間，傳感器(16)、(17)分別安裝在長方形導磁體(10)、(11)二端之間，傳感器(16)、(17)將測得的信號送到相應的控制電路。
3.根據權利要求2所述的帶有非接觸式踏板角位移變送器的汽車加速器踏板，其特征是所述的傳感器(16)、(17)為霍爾傳感器。
4.根據權利要求1所述的帶有非接觸式踏板角位移變送器的汽車加速器踏板，其特征是所述的踏板轉角放大裝置(7)主要由左、右擋板(18)、(19)、滾輪(20)組成，左、右擋板(18)、(19)的一端均安裝在油門軸(5)上并與油門軸(5)同步轉動，左、右擋板(18)、(19)的另一端通過鉚釘軸(21)相連，滾輪(20)安裝在鉚釘軸(21)上，在鉚釘軸(21)上、滾輪(20)的二側套裝有復位彈簧(22)、(23)，滾輪(20)與底板(2)上的導向裝置(24)相對應。
5.根據權利要求4所述的帶有非接觸式踏板角位移變送器的汽車加速器踏板，其特征是踏板(1)繞長軸(3)的轉角β為18±2°，相應地左、右擋板(18)、(19)帶動油門軸(5)轉過的角度α1-α2＝50±2°。
專利摘要本實用新型公開了一種利用非接觸式測量轉動角位移原理設計的帶有非接觸式踏板角位移變送器的汽車加速器踏板，包括踏板(1)、底板(2)，踏板(1)和底板(2)的下端均套裝在長軸(3)上，踏板彈簧(4)套裝在長軸(3)上，踏板彈簧(4)的二端分別與踏板(1)和底板(2)相抵，其特征是踏板(1)上樞裝有油門軸(5)，油門軸(5)的一端伸出踏板(1)的側面并與安裝在該側面上的信號采集變換裝置(6)相連，油門軸(5)上安裝有踏板轉角放大裝置(7)，在底板(2)上設有與其相配的導向裝置(24)。解決了非接觸式角位移傳感器在汽車加速中的運用，可為電噴裝置提供滿足要求的電壓信號。
文檔編號B60K26/02GK2775608SQ20052006893
公開日2006年4月26日 申請日期2005年2月4日 優(yōu)先權日2005年2月4日
發(fā)明者涂平華, 陸履豪, 喬坤, 莊寧鋒 申請人:南京奧聯(lián)汽車電子電器有限公司