一种输出多路信号的非接触式汽车电子油门角度传感器
技术领域
本发明涉及一种电子油门的角度传感器,尤其涉及一种输出多路信号的非接触式汽车电子油门角度传感器。
背景技术
汽车行进中,传统发动机操纵机构是通过拉索(软钢丝)或者拉杆,一端联接油门加速脚踏板,另一端联接节气门连动板而工作。但这种传统油门应用范畴受到限制并缺乏精确性,在日新月异的汽车电子技术发展形势下,电子油门应运而生。
电子油门控制***主要由油门踏板、电位器、ECU(电子控制单元)、数据总线、伺服电动机和节气门执行机构组成。早期,这里的电位器是采用滑动电阻式,它有诸多缺点,因为它是有接触点的,存在易磨损(旋转寿命:约300万次)、可靠性差、偶尔产生的电火花会干扰ECU的工作状态(因而埋下安全隐患)等诸多缺点。因此,近年来国外纷纷研发并推广应用磁敏非接触式角度传感器。磁敏非接触式角度传感器是使磁敏元件置于旋转磁场中,它因随着转动角度的不同而输出大小不同的电压。它是非接触式的,不会磨损也没有杂音(旋转寿命:≥1000万次),适合各种要求严格的汽车电子化与工业控制的应用,但同时现有的磁敏非接触式角度传感器也存在只有线性信号输出的缺点。
发明内容
本发明目的在于提供一种既可以输出线性信号,同时也可以输出两路以上脉冲信号的非接触式汽车电子油门角度传感器。
本发明的目的可以通过以下方案实现:一种输出多路信号的非接触式汽车电子油门角度传感器,包括:
旋转磁铁,用于产生对应油门角度变化的磁信号;
敏感单元,用于接收磁铁产生的磁信号并转化为线性电信号输出;
第一比较电路和第二比较电路,用于将敏感单元输出的一路电信号经各个比较电路后输出两路脉冲信号;
敏感单元产生的线性变化电信号分一路单独直接输出到后级电子控制单元;同时敏感单元产生的线性变化电信号分别接入所述比较电路,其中线性变化电信号接入第一比较电路的同相输入端比较后输出第一路脉冲信号,线性变化电信号接入第二比较电路的反相输入端比较后输出第二路脉冲信号。
本发明还可包括:
第一光电耦合器和第二光电耦合器,用于每路脉冲信号的隔离输出;
第一驱动电路和第二驱动电路,用于驱动对应的光电耦合器;
第一比较电路输出脉冲信号再经第一驱动电路和第一光电耦合器隔离输出第一路脉冲信号到后级电子控制单元;第二比较电路输出脉冲信号再经第二驱动电路和第二光电耦合器隔离输出第二路脉冲信号到后级电子控制单元。
本发明所述的驱动电路采用晶体三极管驱动器件。
本发明将单独输出线性电压信号的供电电源与输出两路脉冲信号的供电电源分隔开来。
本发明将单独输出线性电压信号与输出两路脉冲信号两者的接地电路分隔开来。
本发明所述的第一脉冲信号为常开怠速信号,当传感器旋转到设定角度时第一脉冲信号发生跳变,由高电平跳变到低电平。
本发明所述的第二脉冲信号为常闭怠速信号,当传感器旋转到设定角度时第二脉冲信号发生跳变,由低电平跳变到高电平。
本发明也可以用以下的技术方案来实施:一种输出多路信号的非接触式汽车电子油门角度传感器,包括:旋转磁铁,用于产生对应油门角度变化的磁信号;敏感单元,用于接收磁铁产生的磁信号并转化为线性电信号输出;两对以上的比较电路,用于将敏感单元输出的一路电信号经各比较电路后输出两路以上的脉冲信号;与成对比较电路对应的光电耦合器,用于每路脉冲信号的隔离输出;每个比较电路输出端与对应光电耦合器的输入端之间连接有光电耦合器驱动电路;敏感单元产生的线性变化电信号分一路单独直接输出到后级电子控制单元;同时敏感单元产生的线性变化电信号接入每对比较电路,在每对比较电路中,线性变化电信号接入其中一个比较电路的同相输入端比较后输出,再经驱动电路和光电耦合器隔离输出一路脉冲信号到后级电子控制单元,线性变化电信号接入另一个比较电路的反相输入端比较后输出,再经驱动电路和光电耦合器隔离输出另一路脉冲信号到后级电子控制单元。
本发明优点在于:
1)由传感器的线性输出信号获取比较电压的,因而使两路输出脉冲跳变时都能实现对应的线性输出电压精确到毫伏级,这样可以做到对应的油门踏板角行程达至千分之五度的精度。
2)使两路脉冲信号电压与线性输出信号电压是用光耦隔离,采用供电隔离,即单独输出的线性输出电压信号与两路脉冲信号输出的供电电源隔离;或者它们之间的地线隔离,这样加大了对汽车的电子控制单元(ECU)的保护能力,可以提高可靠性。
3)采用晶体三极管作成的驱动电路,可以避免光耦的误动或者不动,从而提高可靠性。
4)实现了既是非接触式又带有两路脉冲信号,也保留了线性信号输出,这就扩大了非接触式汽车电子油门角度传感器的应用范围,适应各种要求严格的汽车电子化的应用。
5)本发明的产品是非接触式的,没有摩擦也就没有磨损,输出电压非常恒定,既没有杂音也大大地延长了使用寿命。
附图说明
图1是本发明的原理框图;
图2是本发明的实施例一电路原理图;
图3是本发明的信号曲线示意图;
图4是本发明的实施例二电路原理图。
具体实施方式
本发明为一种输出多路信号的非接触式汽车电子油门角度传感器,包括:旋转磁铁,用于产生对应油门角度变化的磁信号;敏感单元,用于接收磁铁产生的磁信号并转化为线性电信号输出;一对以上的比较电路,用于将敏感单元输出的一路电信号经各比较电路后输出两路以上的脉冲信号;与成对比较电路对应的光电耦合器,用于每路脉冲信号的隔离输出;每个比较电路输出端与对应光电耦合器的输入端之间连接有光电耦合器驱动电路;敏感单元产生的线性变化电信号分一路单独直接输出到后级电子控制单元;同时敏感单元产生的线性变化电信号接入每对比较电路,在每对比较电路中,线性变化电信号接入其中一个比较电路的同相输入端比较输出,再经驱动电路和光电耦合器隔离输出一路脉冲信号到后级电子控制单元,线性变化电信号接入另一个比较电路的反相输入端比较输出,再经驱动电路和光电耦合器隔离输出另一路脉冲信号到后级电子控制单元。
上述输入不同对比较电路的比较电压可以是从同一个敏感单元取得,也可以从不同的敏感单元取得,连接的方法一样。
如图1所示,为本发明采用一对比较器的实施例,油门踏板带动旋转磁铁转动,磁力线被敏感单元的磁敏元件切割产生电信号。在敏感单元RV1里面集成了磁敏元件、微处理器MCU和数字信号处理电路DSP,敏感单元RV1可以采用型号为KMZ41和UZZ9001的IC构成模块。磁信号由这个模块转换输出线性电压信号,其第一路是线性输出电压信号APS。APS信号其中有一路是随汽车电子油门踏板角度变化而变化的线性化信号;另外两路分别输入到两路比较电路,经驱动电路和光电耦合器得到两路脉冲信号IVS2和IVS3。其中IVS2是常开怠速信号,IVS3是常闭怠速信号。三路信号APS、IVS2和IVS3最后提供给汽车中的电子控制单元ECU使用。
其相应的电路图如图2所示,主要包括集成比较器U1,驱动光电耦的晶体三极管Q1、Q2,光电耦合器U2、U3,二极管D1和若干电阻R1~12。其中集成比较器采用的型号为LM2904,包括一对比较电路U1:A和U1:B。
从敏感单元RV1输出的第一路线性信号直接作为APS信号输出。
从敏感单元RV1输出的第二路线性信号经过电阻R1输入到第一比较电路U1:A的反相端2,同相端3电位由电阻R4、R5固定,输出端1经电阻R7接晶体三极管Q1基极;晶体三极管Q1的射电极接地,集电极接光电耦合器U2里面的发光二极管阴极;光电耦合器U2的发光二极管阳极经R11接电源Vcc1,光电耦合器U2里面的光电管基极悬空,集电极接二极管D1阴极,射电极为脉冲信号IVS2输出端,经负载电阻R9接地;二极管D1阳极接电源Vcc2。这样借助第一、第二光电耦合器实现将单独输出线性电压信号的电路与输出两路脉冲信号的电路两者的供电电源分隔开来。
从敏感单元RV1输出的第三路线性信号连接与第二路相似,区别在于敏感单元RV1输出信号经电阻R2后输入到第二比较电路U1:B的同相端5,其反相端6的电位由电阻R3、R6固定,输出端7经电阻R8接晶体三极管Q2基极。
根据上述连接,两个光电耦合器可以将线性输出电压信号APS和两个脉冲信号IVS2、IVS3的电源隔离。
本发明的工作原理见图3,其中图3中的APS是角度传感器线性输出电压信号,IVS2是角度传感器的常开怠速信号,IVS3是角度传感器的常闭怠速信号;
横轴上θ=A°和θ=B°表示角度传感器旋转时的限位起点和限位终点,a是角度传感器被限定的可能旋转角度范围,b是角度传感器的IVS2怠速信号出现由高电平跳变为低电平时的角度值,c是角度传感器IVS3怠速信号出现由低电平跳变为高电平时的角度值,d是角度传感器输出电压能实现线性升降变化的旋转角度范围,e是为了照顾安装时可能出现误差而预留的角度;
纵轴表示输出电压值:最顶端出现的Vcc=5V是角度传感器的工作电压,纵轴的最低点是0V,f是APS的最小值,g是IVS2怠速信号出现由高电平跳变为低电平时APS的即时数值,h是IVS3怠速信号出现由低电平跳变为高电平时APS的即时数值,j是APS的最大值,5V/0V表示IVS2、IVS3两路怠速信号的高电平的电压值是5V,低电平时的电压值是0V;这里的5V/0V电压数值容许有规定范围以内的偏差。
三路输出信号APS、IVS2、IVS3的电压轨迹在图3中用虚线分别表示。
汽车的发动机开动后,汽车电子油门踏板处于全放松状态时,APS输出电压是对应图3中的f点的电压。当司机开始稍为用力踩踏电子油门踏板时,带动电子油门角度传感器的转轴旋转而使到角度传感器往前旋转小小的角行程,按照角度传感器的输出特性,它会提高输出电压,就是图3中的APS上升,当APS上升到图3中的g点电压时,图2中的第一比较电路U1:A会发生由高电平向低电平的跳变,这个低电平使到原来是导通的晶体三极管Q1变成截止,从而使光电耦合器U2中的发光二极管熄灭,导致光电耦合器U2中的光电管由原先的导通转为截止,从而IVS2由原来输出高电平跳变为输出低电平,并且一直维持下去。同理,当APS上升到图3中的h点电压时,图2中的集成运算放大器U1:B会发生由低电平向高电平的跳变,这个高电平使到原来是截止的晶体三极管Q2变成导通,从而使光电耦合器U3中的发光二极管点亮,导致光电耦合器U3中的光电管由原先的截止转为导通,从而IVS3由原来输出低电平跳变为高电平,并且一直维持下去。当司机继续用力踩踏电子油门踏板时,带动电子油门角度传感器的转轴旋转而使到角度传感器的输出电压APS不断上升。随着APS、IVS2、IVS3的这些变化的电压输入到汽车的电子控制单元(ECU)中就实现了对汽车发动机工作状况的实时控制。
如图4所示,相对上述实施例不同点在于,二极管D1阳极和光电耦合器U2、U3的发光二极管阳极连接到同一个电源Vcc;光电耦合器U2、U3的发光二极管阴极经过晶体三极管Q1和Q2连接到第一接地端GND1,光电耦合器U2、U3的光电管信号输出端分别经电阻R9、R10后接第二接地端GND2,这样借助第一、第二光电耦合器实现将单独输出线性电压信号的电路与输出两路脉冲信号的电路两者的接地电路分隔开来。
本发明的实施方式不限于此,如可以选用两对或两对以上的比较电路,采用与上述实施例相同的连接,相应可以输出四路脉冲信号;驱动三极管也可以用其他的驱动电路等,因此根据本发明的上述内容,按照本领域的普通技术知识和惯用手段,在不脱离本发明上述基本技术思想前提下,还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更,均落在本发明权利保护范围之内。