CN106249091A - 一种汽车空调风门执行器线性度检测仪及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及线性度检测技术领域，尤其是一种汽车空调风门执行器线性度检测仪及其检测方法，汽车空调风门执行器线性度检测仪包括数据采集单元和计算处理单元，数据采集单元包括与风门执行器相连的精密导塑电位器，风门执行器包括执行器电位器和执行器电机，精密导塑电位器通过联轴器与执行器电机的转轴刚性连接，精密导塑电位器在执行器电机带动下与执行器电位器同步转动，计算处理单元包括恒压电源、信号调理电路、多路开关、A/D转换器、单片机和显示器。本发明通过精密导塑电位器同步采集反馈电压，然后通过计算处理单元对风门执行器不同测试点的反馈电压进行分析处理得到风门执行器的线性度误差值，实现了风门执行器线性度检测。

Description

一种汽车空调风门执行器线性度检测仪及其检测方法

技术领域

本发明涉及线性度检测技术领域，尤其是汽车空调风门执行器线性度检测仪。

背景技术

随着科技的进步及生活水平的提高，人们对汽车内环境舒适度要求越来越高，使得汽车自动空调***逐渐普及。汽车自动空调***的主要任务是根据设置在车内外的各种传感器的输出信号，经ECU处理后对进气转换风扇、送气转换风扇、混合风门、压缩机、鼓风机等进行自动控制，按照操作者的输入指令调节车内环境，使车舱内的小气候保持在最舒适状态。空调风门执行器(俗称风门执行器)，其主要作用是根据ECU的指令作相关动作，改变风门位置、开关风量，以达到调节车内温度的目的。风门执行器有多种类型，其中电机与电位器组合式结构的汽车空调风门执行器，是将位置开关及信号反馈功能集合于一个独立的电位器，从而使其结构简单，便于生产且位置反馈精度高，图1示出了这种类型的风门执行器电路的电原理图，图1中引脚1’和3’是电位器电源输入端，引脚2’是反馈电压输出端，引脚4’和6’是电机电压输入端，5’是空脚。这种类型的执行器对电位器的线性度要求高，电位器的性能决定了执行器的良莠，现有技术中没有针对此种风门执行器线性度误差指标的检测装置及方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种测量精确的汽车空调风门执行器线性度检测仪及其检测方法。

为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：

本发明的汽车空调风门执行器线性度检测仪包括数据采集单元和计算处理单元，所述数据采集单元包括与风门执行器相连的精密导塑电位器，所述风门执行器包括执行器电位器和执行器电机，所述精密导塑电位器通过联轴器与执行器电机的转轴刚性连接，所述精密导塑电位器在执行器电机带动下与执行器电位器同步转动，所述计算处理单元包括恒压电源、信号调理电路、多路开关、A/D转换器、单片机和显示器，所述恒压电源为所述执行器电位器和精密导塑电位器提供恒定电源电压Vcc使所述执行器电位器和精密导塑电位器的滑动端反馈电压在0-Vcc之间变化，该变化的电压信号通过所述信号调理电路传递给所述多路开关，所述单片机控制A/D转换器对两路反馈电压信号进行实时A/D转换，并对测得的电压值通过公式计算得到被测风门执行器线性度误差值，然后通过所述显示器显示。

本发明所述单片机还连接着PC机，所述PC机接收并显示所述单片机的数据信息，所述PC机对数据信息处理后绘制出所述风门执行器的“反馈电压—转角”曲线和“线性度误差—转角”曲线。

本发明所述精密导塑电位器固定安装在测试架基座上。

本发明所述单片机为STC12C5A60S2单片机。

本发明所述执行器电机由电机驱动器控制。

本发明还提供一种汽车空调风门执行器线性度检测方法，使用上述的汽车空调风门执行器线性度检测仪，线性度误差计算方法包括以下步骤：

a.所述精密导塑电位器的滑动端反馈电压与执行器电机的转轴的旋转角度呈线性关系，其直线方程为：

$V_j=\frac{V_{cc}}{{\mathrm{\θ}}_r}\×\mathrm{\θ}$

其中，Vj为精密导塑电位器的动点反馈电压，θ为执行器电机的旋转角度，θr为精密导塑电位器电气转角；

b.测出执行器电位器指定反馈电压V_iH和V_iL两点所对应的精密导塑电位器反馈电压V_jH和V_jL,得到被测执行器的理想直线，此直线方程为：

$V_s=\frac{V_{iH}-V_{iL}}{{\mathrm{\θ}}_H-{\mathrm{\θ}}_L}\×(\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_L)+V_{iL}$

${\mathrm{\θ}}_H=\frac{{\mathrm{\θ}}_r}{V_{CC}}\×V_{jH}$

${\mathrm{\θ}}_L=\frac{{\mathrm{\θ}}_r}{V_{cc}}\×V_{jL}$

$\stackrel{\·}{\·\·}{V}_s=\frac{V_{iH}-V_{iL}}{V_{JH}-V_{jL}}\×(V_j-V_{jL})+V_{iL}$

根据测得的精密导塑电位器动点电压V_jH和V_jL及精密导塑电位器的电气转角θ_r，可得执行器电机在反馈电压为V_iH～V_iL之间的电气转角：

在V_jL和V_jH之间取N个点，则步长以ΔV_j为步进，逐点测出精密导塑电位器反馈电压V_j1，V_j2，V_j3……V_jN所对应的执行器电位器各点反馈电压值V_i1，V_i2，V_i3……V_iN；其中V_j1即为V_jL，V_jN即为V_jH；

c.由计算得到V_s1，V_s2，V_s3……V_sN，由线性度误差定义得x(x取值1～N)点线性度误差为：

$W_x=\frac{V_{ix}-V_{sx}}{V_{iH}-V_{iL}}\×100\%.$

本发明所述显示器显示风门执行器在反馈电压为V_iH～V_iL之间的电气转角角度及最大线性度误差值，所述PC机接收到单片机的数据信息，所述PC机对数据信息处理后绘制出所述风门执行器检测的“反馈电压—转角”曲线和“线性度误差—转角”曲线。

本发明的汽车空调风门执行器线性度检测仪及其检测方法的有益效果是：

(1)本发明的汽车空调风门执行器线性度检测仪通过精密导塑电位器同步采集反馈电压，然后通过计算处理单元对风门执行器不同测试点的反馈电压进行分析处理得到风门执行器的线性度误差值，实现了风门执行器线性度检测；

(2)本发明的汽车空调风门执行器线性度检测仪采用精密导塑电位器作为角位移传感器，对风门执行器线性度误差进行检测，检测精度高；

(3)检测仪同时可检测风门执行器指定两反馈电压之间的有效电气转角，每个风门执行器检测数据可上传至PC机，绘制成曲线，可以更直观地观察检测结果，同时数据可采用文件形式保存，便于后期查询和分析。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术中的汽车空调风门执行器的电路连接示意图；

图2是本发明的汽车空调风门执行器线性度检测仪的原理框图；

图3是本发明的风门执行器测试线性关系示意图；

图4是本发明的风门执行器的电压曲线示意图；

图5是本发明的风门执行器的线性度误差示意图。

其中：精密导塑电位器1、执行器电位器2、执行器电机3、恒压电源4、多路开关5、A/D转换器6、显示器7。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图2所示，本实施例的汽车空调风门执行器线性度检测仪包括数据采集单元和计算处理单元，数据采集单元包括与风门执行器相连的精密导塑电位器1，其中风门执行器包括执行器电位器2和执行器电机3，精密导塑电位器1通过联轴器与执行器电机3的转轴刚性连接，具体地，精密导塑电位器1安装在测试架基座上，精密导塑电位器1的阻值调节方式为旋转式，阻值变化方式为直线式，独立线性度为0.1％，联轴器的一端借助内六角螺丝与精密导塑电位器1的转轴固定连接，联轴器的另外一端借助内六角螺丝与执行器电机3的转轴固定连接，通过旋动靠近风门执行器的内六角螺丝可以调节待测件***联轴器的松紧度，检测时精密导塑电位器1在执行器电机3带动下与执行器电位器2同步转动。

本实施例中的计算处理单元包括恒压电源4、信号调理电路、多路开关5、A/D转换器6、单片机和显示器7，恒压电源4为执行器电位器2和精密导塑电位器1提供恒定电源电压Vcc，使执行器电位器2和精密导塑电位器1的滑动端反馈电压在0-Vcc之间变化，该变化的反馈电压信号通过信号调理电路传递给多路开关5，单片机控制A/D转换器6对两路反馈电压信号进行实时A/D转换，并对测得的电压值通过公式计算得到被测风门执行器线性度误差值，然后通过显示器7显示。

为了直观地观察风门执行器的检测结果，单片机还连接有PC机，PC机内置有风门执行器线性度检测分析软件，PC机通过线性度检测分析软件对导入的数据信息进行处理，并绘制出风门执行器的“反馈电压—转角”曲线和“线性度误差—转角”曲线，数据可采用文件形式保存。

本实施例中的单片机为STC12C5A60S2单片机，执行器电机3由电机驱动器控制。

如图3所示，本实施例还提供一种汽车空调风门执行器线性度检测方法，使用上述的汽车空调风门执行器线性度检测仪，其中，线性度误差计算方法包括以下步骤：

a.精密导塑电位器1的滑动端反馈电压与执行器电机3的转轴的旋转角度呈线性关系，如图3中直线Ⅰ所示，其直线方程为：

$V_j=\frac{V_{cc}}{{\mathrm{\θ}}_r}\×\mathrm{\θ}$

其中，Vj为精密导塑电位器1的动点反馈电压，θ为执行器电机3的旋转角度，θr为精密导塑电位器1电气转角；

b.测出执行器电位器2指定反馈电压V_iH和V_iL两点所对应的精密导塑电位器1反馈电压V_jH和V_jL,得到被测执行器的理想直线，如图3中直线Ⅱ所示，此直线方程为：

$V_s=\frac{V_{iH}-V_{iL}}{{\mathrm{\θ}}_H-{\mathrm{\θ}}_L}\×(\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_L)+V_{iL}$

${\mathrm{\θ}}_H=\frac{{\mathrm{\θ}}_r}{V_{CC}}\×V_{jH}$

${\mathrm{\θ}}_L=\frac{{\mathrm{\θ}}_r}{V_{cc}}\×V_{jL}$

$\stackrel{\·}{\·\·}{V}_s=\frac{V_{iH}-V_{iL}}{V_{JH}-V_{jL}}\×(V_j-V_{jL})+V_{iL}$

根据测得的精密导塑电位器1动点电压V_jH和V_jL及精密导塑电位器1的电气转角θ_r，可得执行器电机在反馈电压为V_iH～V_iL之间的电气转角：

在V_jL和V_jH之间取N个点，则步长以ΔV_j为步进，逐点测出精密导塑电位器反馈电压V_j1，V_j2，V_j3……V_jN所对应的执行器电位器各点反馈电压值V_i1，V_i2，V_i3……V_iN；其中V_j1即为V_jL，V_jN即为V_jH；

c.由计算得到V_s1，V_s2，V_s3……V_sN，由线性度误差定义得x(x取值1～N)点线性度误差为：

$W_x=\frac{V_{ix}-V_{sx}}{V_{iH}-V_{iL}}\×100\%.$

本实施例中的N为大于2的自然数。

本实施例中的单片机接收精密导塑电位器1和执行器电位器2的反馈电压信号，并通过上述公式计算得到风门执行器的线性度误差，该线性度误差通过显示器7显示，显示器7显示风门执行器在反馈电压为V_iH～V_iL之间的电气转角角度及最大的线性度误差值，本实施例中的显示器7设计为数码显示管，数码显示管实时滚动显示V_iH～V_iL之间的各点线性度误差值，测试完成时显示器7显示V_iH～V_iL之间各测试点中绝对值最大的线性度误差值，如果绝对值最大的线性度误差值落在标准范围内，则被测执行器为合格，当然显示器7还可以采用其他形式的显示模块进行显示，对此不作限制。

本实施例中的PC机可以接收单片机的数据信息，同样PC机可以显示各测试点电压、线性度误差值以及最大线性度误差值，同时PC机可显示风门执行器指定两反馈电压之间的有效电气转角以及线性度检测的最大正偏差、最大负偏差和平均偏差，参见图4和图5，PC机可通过线性度检测分析软件对导入的数据信息进行处理，并绘制出风门执行器的“反馈电压—转角”曲线和“线性度误差—转角”曲线，从而更直观地观察风门执行器检测结果。其中，图4中的横坐标代表各测试点对应的执行器电机3的旋转角度，纵坐标代表各测试点对应的风门执行器反馈电压值，根据上述各测试点的检测值可以绘制出风门执行器的“反馈电压—转角”曲线，图4中的直线代表风门执行器的理想直线，等效于图3中的风门执行器理想直线Ⅱ，图4中的曲线代表实测电压曲线，等效于图3中的风门执行器实测反馈电压曲线Ⅲ，这样用户观测更直观，图5中的横坐标代表各测试点对应的执行器电机3的旋转角度，纵坐标代表各测试点对应的风门执行器的线性度误差值，根据上述各测试点的检测值可以绘制出风门执行器的“线性度误差—转角”曲线，便于用户更直观获取检测结果，而且上述测试结果可采用文件形式保存，便于后期数据统计分析处理。

本实例的线性度检测仪采用精密导塑电位器作为角位移传感器，对风门执行器线性度误差进行检测，检测精度高，检测仪同时可检测风门执行器指定两反馈电压之间的有效电气转角，每个风门执行器检测数据可上传至PC机，绘制曲线，数据可采用文件形式保存，方便查询和分析。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种汽车空调风门执行器线性度检测仪，其特征在于：包括数据采集单元和计算处理单元，所述数据采集单元包括与风门执行器相连的精密导塑电位器(1)，所述风门执行器包括执行器电位器(2)和执行器电机(3)，所述精密导塑电位器(1)通过联轴器与执行器电机(3)的转轴刚性连接，所述精密导塑电位器(1)在执行器电机(3)带动下与执行器电位器(2)同步转动，所述计算处理单元包括恒压电源(4)、信号调理电路、多路开关(5)、A/D转换器(6)、单片机和显示器(7)，所述恒压电源(4)为所述执行器电位器(2)和精密导塑电位器(1)提供恒定电源电压Vcc使所述执行器电位器(2)和精密导塑电位器(1)的滑动端反馈电压在0-Vcc之间变化，该变化的电压信号通过所述信号调理电路传递给所述多路开关(5)，所述单片机控制A/D转换器(6)对两路反馈电压信号进行实时A/D转换，并对测得的电压值通过公式计算得到被测风门执行器线性度误差值，然后通过所述显示器(7)显示。

2.根据权利要求1所述的汽车空调风门执行器线性度检测仪，其特征在于：所述单片机还连着PC机，所述PC机接收并显示所述单片机的数据信息，所述PC机对数据信息处理后绘制出所述风门执行器检测的“反馈电压—转角”曲线和“线性度误差—转角”曲线。

3.根据权利要求1所述的汽车空调风门执行器线性度检测仪，其特征在于：所述精密导塑电位器(1)固定安装在测试架基座上。

4.根据权利要求1所述的汽车空调风门执行器线性度检测仪，其特征在于：所述单片机为STC12C5A60S2单片机。

5.根据权利要求1所述的汽车空调风门执行器线性度检测仪，其特征在于：所述执行器电机(3)由电机驱动器控制。

6.一种汽车空调风门执行器线性度检测方法，使用如权利要求1-5任意一项所述的汽车空调风门执行器线性度检测仪，其特征在于：线性度误差计算方法包括以下步骤：

a.所述精密导塑电位器(1)的滑动端反馈电压与执行器电机(3)的转轴的旋转角度呈线性关系，其直线方程为：

$V_j=\frac{V_{cc}}{{\mathrm{\θ}}_r}\×\mathrm{\θ}$

其中，Vj为精密导塑电位器(1)的动点反馈电压，θ为执行器电机(3)的旋转角度，θr为精密导塑电位器(1)电气转角；

b.测出执行器电位器指定反馈电压V_iH和V_iL两点所对应的精密导塑电位器反馈电压V_jH和V_jL,得到被测执行器的理想直线，此直线方程为：

$V_s=\frac{V_{iH}-V_{iL}}{{\mathrm{\θ}}_H-{\mathrm{\θ}}_L}\×(\mathrm{\θ}-{\mathrm{\θ}}_L)+V_{iL}$

$\underset{\·}{\·\·}\mathrm{\θ}=\frac{{\mathrm{\θ}}_r}{V_{CC}}\×V_j$

${\mathrm{\θ}}_H=\frac{{\mathrm{\θ}}_r}{V_{CC}}\×V_{jH}$

${\mathrm{\θ}}_L=\frac{{\mathrm{\θ}}_r}{V_{cc}}\×V_{jL}$

$\stackrel{\·}{\·\·}{V}_s=\frac{V_{iH}-V_{iL}}{V_{JH}-V_{jL}}\×(V_j-V_{jL})+V_{iL}$

根据测得的精密导塑电位器动点电压V_jH和V_jL及精密导塑电位器的电气转角θ_r，可得执行器电机在反馈电压为V_iH～V_iL之间的电气转角：

在V_jL和V_jH之间取N个点，则步长以ΔV_j为步进，逐点测出精密导塑电位器反馈电压V_j1，V_j2，V_j3……V_jN所对应的执行器电位器各点反馈电压值V_i1，V_i2，V_i3……V_iN；其中V_j1即为V_jL，V_jN即为V_jH；

c.由计算得到V_s1，V_s2，V_s3……V_sN，由线性度误差定义得x(x取值1～N)点线性度误差为：

$W_x=\frac{V_{ix}-V_{sx}}{V_{iH}-V_{iL}}\×100\%.$

7.根据权利要求6所述的汽车空调风门执行器线性度检测方法，其特征在于：所述显示器(7)显示风门执行器在反馈电压为V_iH～V_iL之间的电气转角角度及最大线性度误差值，所述PC机接收到单片机的数据信息，所述PC机对数据信息处理后绘制出所述风门执行器检测的“反馈电压—转角”曲线和“线性度误差—转角”曲线。