專利名稱：一種基于單片機(jī)的汽車節(jié)氣門控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及汽車電子與電器應(yīng)用領(lǐng)域，涉及智能檢測(cè)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單片機(jī)的汽車節(jié)氣門控制器。
背景技術(shù)：
隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，由此產(chǎn)生的能源緊缺、污染排放的問題日益嚴(yán)重。 而發(fā)動(dòng)機(jī)中節(jié)氣門性能的好壞對(duì)汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有著十分重要的影響。傳統(tǒng)的機(jī) 械拉鎖式節(jié)氣門控制雖然有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反應(yīng)快、工作可靠、造價(jià)便宜等優(yōu)點(diǎn)。但由于汽 車工作路況復(fù)雜多變，駕駛員的駕駛技術(shù)參差不齊，機(jī)械拉鎖式節(jié)氣門系統(tǒng)不能根據(jù)駕 駛員的駕駛意圖以及整車行駛狀況確定節(jié)氣門的最佳開度，因此難以利用汽車最佳的動(dòng) 力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。傳統(tǒng)機(jī)械拉鎖式節(jié)氣門的這一大缺陷，制約著汽車朝著環(huán)保、經(jīng)濟(jì) 的方向發(fā)展，同時(shí)阻礙了我國建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的步伐。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于單片機(jī)的汽車節(jié)氣門控制器，該裝置能夠 根據(jù)駕駛員對(duì)加速踏板的不同作用力和作用速度，對(duì)汽車的節(jié)氣門開度和開閉速度進(jìn)行 精確的控制，使得汽車在不同的工況下節(jié)氣門都能達(dá)到最佳的開度，從而保證汽車在實(shí) 際的行駛過程中時(shí)刻具有最佳的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)解決方案予以實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的汽車節(jié)氣門控制器，包括汽車上的加速踏板、節(jié)氣門體和驅(qū) 動(dòng)電機(jī)，其特征在于，在加速踏板上安裝有直流位移傳感器，在節(jié)氣門體上安裝驅(qū)動(dòng)電 機(jī)、節(jié)氣門閥片和位置傳感器，直流位移傳感器與位置傳感器分別和控制單元相連通， 驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別與節(jié)氣門閥片和控制單元相連接。加速踏板和直流位移傳感器構(gòu)成采集單元，直流位移傳感器是一個(gè)根據(jù)位移量 的變化，阻值發(fā)生相應(yīng)變化的可調(diào)電阻，其輸出的電壓值隨著內(nèi)部電阻值的變化而變 化，電壓值變化范圍為0 5V。因此其能實(shí)時(shí)的采集加速踏板的位移變化量，即加速踏板 的行程，并將相應(yīng)的位移變化量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓值傳遞給控制單元。所述控制單元是整個(gè)汽車節(jié)氣門的控制核心，控制單元采用freescale公司生產(chǎn) 的MC9S12XS128單片機(jī)，其能實(shí)時(shí)的接收采集單元所傳送過來的代表加速踏板位移量的 電壓值，將這些電壓信息進(jìn)行快速準(zhǔn)確的處理判斷后，然后向執(zhí)行單元輸出處理后的控 制信號(hào)。所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)，節(jié)氣門閥片，位置傳感器都安裝在節(jié)氣門體里，構(gòu)成執(zhí)行單 元，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和位置傳感器分別與節(jié)氣門閥片相連接。所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流伺服電機(jī)，其能實(shí)時(shí)的接收控制單元所傳送的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控 制信號(hào)，從而帶動(dòng)節(jié)氣門體中的節(jié)氣門閥片轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整節(jié)氣門的開度以及開閉速度。所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用H橋電路對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門體中的節(jié)氣門閥片的打開和閉合，即實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門開度的增大和減小。所述位置 傳感器為兩個(gè)可調(diào)電阻，其能實(shí)時(shí)的檢測(cè)出節(jié)氣門的當(dāng)前開度，并將 當(dāng)前開度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值，傳送給控制單元。所述兩個(gè)可調(diào)電阻的阻值呈反向變化，即一個(gè)電阻值增加，則另一個(gè)電阻值減 少，因此其輸出的電壓也成互補(bǔ)關(guān)系，這樣可以增加該控制器的可靠性。本實(shí)用新型的基于單片機(jī)的汽車節(jié)氣門控制器，根據(jù)直流位移傳感器所采集的 加速踏板行程信息，判斷駕駛員是進(jìn)行加速、急加速、減速還是急減速操作，從而控制 節(jié)氣門的開度以及開閉速度。本實(shí)用新型具有電路簡(jiǎn)單、控制準(zhǔn)確、響應(yīng)迅速、成本低 廉、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。圖3是本實(shí)用新型的工作流程圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型的基于單片機(jī)的汽車節(jié)氣門控制器，包括汽車上的加 速踏板、節(jié)氣門體和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在加速踏板上安裝有直流位移傳感器，在節(jié)氣門體內(nèi)安 裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)、節(jié)氣門閥片和位置傳感器，直流位移傳感器與位置傳感器分別和控制單元 相連通，驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別與節(jié)氣門閥片和控制單元相連接。在本實(shí)施例中，控制單元采用飛思卡爾的MC9S12XS128單片機(jī)；直流位移傳感器是一個(gè)根據(jù)位移量的變化，阻值發(fā)生相應(yīng)變化的可調(diào)電阻。位置傳感器為兩個(gè)可調(diào)電阻，兩個(gè)可調(diào)電阻的阻值呈反向變化，即一個(gè)電阻值 增加，則另一個(gè)電阻值減少。驅(qū)動(dòng)電機(jī)，節(jié)氣門閥片和位置傳感器都安裝在節(jié)氣門體里，構(gòu)成執(zhí)行單元，驅(qū) 動(dòng)電機(jī)和位置傳感器分別與節(jié)氣門閥片相連接。其工作過程是，當(dāng)駕駛員踩下加速踏板時(shí)，直流位移傳感器輸出的電壓從5V逐 漸減小到0V;相反，當(dāng)駕駛員松開加速踏板時(shí)，直流位移傳感器輸出的電壓從OV逐漸 增加到5V，從而能夠?qū)崟r(shí)的對(duì)加速踏板的行程進(jìn)行采集。同時(shí)，電壓變化的斜率體現(xiàn)了 駕駛員踩下或者松開加速踏板的速率。然后直流位移傳感器的輸出與控制單元的A/D端 口相連，其將采集到的加速踏板位移量以模擬電壓信號(hào)的形式傳送到控制單元的A/D端 口，控制單元對(duì)該模擬電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的判斷處理后，輸出PWM控制信 號(hào)。控制單元與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接，其輸出的PWM控制信號(hào)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn) 動(dòng)速度進(jìn)行控制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)節(jié)氣門閥片轉(zhuǎn)動(dòng)，使其打開或閉合，從而實(shí) 現(xiàn)節(jié)氣門開度的變化。位置傳感器與節(jié)氣門閥片和控制單元相連接，其能實(shí)時(shí)的采集節(jié)氣門的當(dāng)前開 度，并將節(jié)氣門的當(dāng)前開度以模擬電壓的形式傳送給控制單元，從而控制單元能夠結(jié)合 節(jié)氣門當(dāng)前的開度和加速踏板行程信息，經(jīng)過運(yùn)算處理后計(jì)算出節(jié)氣門的目標(biāo)開度和開閉速度并產(chǎn)生控制信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門開度的增大和減小，采用H橋電 路來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。具體實(shí)現(xiàn)的電路如圖2所示，圖中，Tl、T2為8050三極管， T3、T4為9013三極管，T5、T6為8550三極管，Tl的基極1，接收極2和發(fā)射極3分 別與T3的發(fā)射極3，T5的發(fā)射極3，地相連接；T2的基極1，接收極2和發(fā)射極3分別 與T4的發(fā)射極3，T6的發(fā)射極3，地相連接；T3的基極1，接收極2和發(fā)射極3分別與 單片機(jī)的PPl 口，T6的基極1，Tl的基極1相連接；T4的基極1，接收極2和發(fā)射極3 分別與單片機(jī)的PP3 口，T5的基極1，T2的基極1相連接； 的基極1，接收極2和發(fā) 射極3分別與Τ4的接收極2，+5V, Tl的接收極2相連接；Τ6的基極1，接收極2和發(fā) 射極3分別與Τ3的接收極2，+5V, Τ2的接收極2相連接；驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正極與Tl的接 收極和Τ5的發(fā)射極相連接，負(fù)極與Τ2的接收極和Τ6的發(fā)射極相連接。當(dāng)單片機(jī)信號(hào)端 ΡΡ3 口輸出高電平信號(hào)時(shí)，三極管Τ4、Τ5、Τ2導(dǎo)通，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)中經(jīng)過的電流方向?yàn)?從左到右，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)。相反，當(dāng)單片機(jī)信號(hào)端口 PPl輸出高電平信號(hào)時(shí)，三 極管Τ3、Tl、Τ6導(dǎo)通，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)中經(jīng)過的電流方向?yàn)閺挠业阶?，從而?shí)現(xiàn)電機(jī)的反 轉(zhuǎn)。如圖3所示，當(dāng)駕駛員踩下或松開加速踏板時(shí)，直流位移傳感器根據(jù)加速踏 板的行程，將相應(yīng)的位移信號(hào)量轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)后傳遞給MC9S12XS128單片機(jī)， MC9S12XS128單片機(jī)對(duì)所輸入的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，得到數(shù)字電壓信號(hào)。 根據(jù)所設(shè)定的電壓與節(jié)氣門開度的對(duì)應(yīng)函數(shù)，MC9S12XS128單片機(jī)經(jīng)過運(yùn)算處理后得到 目標(biāo)節(jié)氣門開度。同時(shí)MC9S12XS128單片機(jī)也對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電壓信號(hào)進(jìn)行二次 微分運(yùn)算，得到加速踏板的加速度曲線。根據(jù)所設(shè)定的加速踏板的加速度曲線與節(jié)氣門 開閉速度的對(duì)應(yīng)函數(shù)，單片機(jī)經(jīng)過運(yùn)算處理后得到節(jié)氣門的開閉速度。同時(shí)，節(jié)氣門位 置傳感器在節(jié)氣門閥片開閉的過程中實(shí)時(shí)的測(cè)量節(jié)氣門的 當(dāng)前開度，節(jié)氣門位置傳感器 可以將節(jié)氣門開度相對(duì)應(yīng)的電阻值轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)后傳遞給MC9S12XS128單片機(jī)， 單片機(jī)將接收到的電壓信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，根據(jù)所得到的數(shù)字電壓信號(hào)計(jì)算出節(jié)氣門 的當(dāng)前開度。單片機(jī)根據(jù)邏輯分析和處理后所得到的節(jié)氣門目標(biāo)開度，節(jié)氣門當(dāng)前開度 和節(jié)氣門開閉速度，判斷出節(jié)氣門開度需要增大還是減小以及節(jié)氣門開閉速度需要增加 還是減小。同時(shí)輸出PWM控制指令，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。驅(qū)動(dòng)電機(jī) 接收到單片機(jī)的PWM控制指令后，根據(jù)指令轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度使得節(jié)氣門轉(zhuǎn)動(dòng)使其達(dá)到所要 求的開度。單片機(jī)通過如上循環(huán)的反饋控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)氣門的最佳的閉環(huán)控制。
權(quán)利要求1.一種基于單片機(jī)的汽車節(jié)氣門控制器，包括汽車上的加速踏板、節(jié)氣門體和驅(qū) 動(dòng)電機(jī)，其特征在于，在加速踏板上安裝有直流位移傳感器，在節(jié)氣門體內(nèi)安裝驅(qū)動(dòng)電 機(jī)、節(jié)氣門閥片和位置傳感器，直流位移傳感器與位置傳感器分別和控制單元相連通， 驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別與節(jié)氣門閥片和控制單元相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的汽車節(jié)氣門控制器，其特征在于，所述的控制單 元采用飛思卡爾的MC9S12XS128單片機(jī)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的汽車節(jié)氣門控制器，其特征在于，所述的驅(qū)動(dòng)電 機(jī)，節(jié)氣門閥片和位置傳感器都安裝在節(jié)氣門體里，構(gòu)成執(zhí)行單元，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和位置傳 感器分別與節(jié)氣門閥片相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的汽車節(jié)氣門控制器，其特征在于，所述的位置傳 感器為兩個(gè)可調(diào)電阻，兩個(gè)可調(diào)電阻的阻值呈反向變化，即一個(gè)電阻值增加，則另一個(gè) 電阻值減少。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于單片機(jī)的汽車節(jié)氣門控制器，包括汽車上的加速踏板、節(jié)氣門體和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在加速踏板上安裝有直流位移傳感器，在節(jié)氣門體內(nèi)安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)、節(jié)氣門閥片和位置傳感器，直流位移傳感器與位置傳感器分別和控制單元相連通，驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別與節(jié)氣門閥片和控制單元相連接。根據(jù)直流位移傳感器所采集的加速踏板行程信息，判斷駕駛員是進(jìn)行加速、急加速、減速還是急減速操作，從而控制節(jié)氣門的開閉以及開閉的速度。本實(shí)用新型具有電路簡(jiǎn)單、控制準(zhǔn)確、響應(yīng)迅速、成本低廉、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F02D11/10GK201794668SQ20102054836
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者任德錕, 謝昊原, 趙康, 韓毅 申請(qǐng)人:長安大學(xué)