CN107131907A - 具有环境监测功能的空气流量检测设备 - Google Patents

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焦斌斌
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

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Abstract

本发明涉及一种具有环境监测功能的空气流量检测设备，它包括设置在汽车的待检测流道内的第一本体和位于待检测流道外的第二本体，第一本体包括主流道、副流道、设置在主流道内的空气流量检测模块、用于检测副流道内的空气温度和相对湿度的温湿度传感模块，第二本体上设置有检测汽车所处环境的海拔高度的高度传感模块，本具有环境监测功能的空气流量检测设备还包括与空气流量检测模块、温湿度传感模块、高度传感模块分别相连接并对所接收数据进行处理和融合的信息调理调制模块，信息调理调制模块与汽车ECU微处理模块相连接。

Description

具有环境监测功能的空气流量检测设备
技术领域
本发明涉及一种基于MEMS技术的具有环境监测功能的空气流量检测设备，属于微细加工领域。
背景技术
汽车从1886年发明至今，随着科学技术的发展，已经从传统的机械品转变为一个集机械、电子、网络等技术一体的智能化、信息化、机电一体化的复杂***，在动力性、经济性、安全性、舒适性以及排放性能上已经有了极大地提高。汽车电子技术其中一类是汽车电子控制装置，由数据采集、信号处理与控制执行三大部分组成，它监测汽车发动机、底盘及车身等部件，通过执行器执行，极大提升汽车运行性能。汽车传感器作为汽车电子控制***的信息源，用来检测汽车运行过程中各向物理参数的变化。汽车传感器的用量大、要求高而且工作条件非常恶劣，因此对其的开发和研究很有必要。
目前，能源供应日趋紧张，燃油价格不停上涨，汽车的能耗成为一个重要指标；另外，各国一直倡导减少CO2以及汽车尾气排放量从而保护环境。为了保证燃油的充分燃烧，减少尾气排放量，降低损耗，我们要提高对发动机空燃比的控制精度。
流量计是电控燃油喷射***以及控制空燃比的关键部件。由于实际使用中，汽车发动机运行工况范围大，因此对可燃混合气体浓度的配置以及各缸的分配提出了十分苛刻的要求，对混合气体成分的要求根据实际运行的转速和负荷而定。精准的流量计可以使内燃机具有一个最佳的空燃比，汽车获得最佳的工作特性。
目前市场常用的是热线和热膜式空气流量计，其输出信号直接反映空气的流量，但是环境变化会影响测量结果。所以，只是单一的测量进气流量，没有考虑到驾驶环境的变化对空气密度的影响，质量流量的结果往往不够精准。到目前为止，还没有一种多传感模块信息融合的监测驾驶环境功能的空气流量检测设备，全面综合考量汽车驾驶的环境。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种具有环境监测功能的空气流量检测设备，能够实时监测汽车驾驶环境的温度、湿度、海拔高度，更精准的测量进入内燃机的空气质量，获得最佳空燃比，从而提高燃油的经济性，降低排放量，减少成本，保护环境，使汽车工作在最佳状态。
为了达到上述目的，本发明提供了一种具有环境监测功能的空气流量检测设备，它包括设置在汽车的待检测流道内的第一本体和位于待检测流道外的第二本体，第一本体包括主流道、副流道、设置在主流道内的空气流量检测模块、用于检测副流道内的空气温度和相对湿度的温湿度传感模块，第二本体上设置有检测汽车所处环境的海拔高度的高度传感模块，本具有环境监测功能的空气流量检测设备还包括与空气流量检测模块、温湿度传感模块、高度传感模块分别相连接并对所接收数据进行处理和融合的信息调理调制模块，信息调理调制模块与汽车ECU微处理模块相连接。
进一步地，空气流量检测模块与信息调理调制模块通过通讯总线相连接。
进一步地，温湿度传感模块与信息调理调制模块通过通讯总线相连接。
进一步地，高度传感模块与信息调理调制模块通过通讯总线相连接。
更进一步地，通讯总线为I2C总线或SPI总线。
进一步地，信息调理调制模块包括依次相连接的可调增益放大模块、A/D转化模块、噪声滤波模块、温度补偿模块、数据校正模块。
进一步地，信息调理调制模块通过SENT通讯接口与汽车ECU微处理模块相连接。
进一步地，空气流量检测模块包括MEMS芯片。
进一步地，主流道包括U形部和与所述U形部的一端相连的直线部，空气流量检测模块设置在U形部内。
进一步地，副流道呈直线型。
由于采用了上述技术方案，本发明具有环境监测功能的空气流量检测设备，加入温湿度传感模块、高度传感模块，将多传感模块信息进行融合，将数据进行多级别多方向多层次处理，比单一传感器更准确和有效，降低了成本，全面综合的掌握汽车的状态，提高了汽车的可靠性和稳定性。并且，实时监测汽车内燃机的温度、湿度、海拔高度和空气质量，更全面综合的掌握汽车状态，有利于对汽车更精准的控制，提高对发动机空燃比的控制精度，保证燃油的充分燃烧，减少尾气排放量，降低损耗。
附图说明
附图1为本发明具有环境监测功能的空气流量检测设备的背面结构示意图；
附图2为本发明具有环境监测功能的空气流量检测设备的侧面结构示意图；
附图3为本发明具有环境监测功能的空气流量检测设备的顶面结构示意图。
附图4为本发明具有环境监测功能的空气流量检测设备的多传感模块信息融合流程图。
图中标号为：
1、第一本体；11、主流道；11a、U形部；11b、直线部；12、副流道；13、空气流量检测模块；14、温湿度传感模块；2、第二本体；21、高度传感模块；3、信息调理调制模块；4、汽车ECU微处理模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。
参见附图1至附图4，本实施例中的具有环境监测功能的空气流量检测设备，它包括设置在汽车的待检测流道内的第一本体1和位于待检测流道外的第二本体2，还包括信息调理调制模块3。
第一本体1插设在汽车的待检测流道内。第一本体1包括主流道11、副流道12、设置在主流道11内的空气流量检测模块13、用于检测副流道12内的空气温度和相对湿度的温湿度传感模块14。空气流量检测模块13包括MEMS芯片。
如附图1所示的本实施例中，主流道11包括U形部11a和与U形部11a的一端相连的直线部11b，空气流量检测模块13设置在U形部11a内。
副流道12呈直线型，并且本实施例中的副流道12相较主流道11更靠近第二本体2。
第二本体2上设置有检测汽车所处环境的海拔高度的高度传感模块21。
信息调理调制模块3分别与空气流量检测模块13、温湿度传感模块14、高度传感模块21分别相连接，并对所接收数据进行处理和融合。本实施例中，空气流量检测模块13、温湿度传感模块14、高度传感模块21与信息调理调制模块3分别通过通讯总线相连接，该通讯总线优选为I2C总线或SPI总线。同时信息调理调制模块3与汽车ECU微处理模块4相连接，将处理融合后的数据上传至汽车ECU微处理模块4。优选地，信息调理调制模块3通过SENT通讯接口与汽车ECU微处理模块4相连接。
如附图4所示，信息调理调制模块3包括依次相连接的可调增益放大模块、A/D转化模块、噪声滤波模块、温度补偿模块、数据校正模块。
本发明具有环境监测功能的空气流量检测设备工作原理：
1、空气流量检测模块13监测进气流量：汽车的待检测流道的气体通过特殊形状的主流道11，流经MEMS芯片，根据热交换的原理，进入流道的空气带走热量，温度的不同引起电阻阻值的变化，用惠斯通电桥将电阻值变化转换成电压值变化输出，进而得到进气的流量；
2、温湿度传感模块14监测温度和湿度：汽车的待检测流道的气体通过副流道12，温湿度传感模块14则监测进入流道内空气的温度和湿度。因为温度和水分会引起空气物理性质的变化，会对空气质量流量的测定产生影响，所以必须将此项因素考虑在内，与空气流量的数据融合，进行校正处理；
3、高度传感模块21监测海拔高度：在汽车的待检测流道外放置高度传感模块21，实时监测汽车驾驶环境的海拔高度。因为相对湿度与空气压力有关，空气的密度也同海拔高度有关，所以综合考虑海拔高度是十分必要的；
4、多个模块的信息通过通讯总线输入到空气流量检测设备的控制核心中，即信息调理调制模块3，经过增益放大、数模转换、噪声滤波、温度补偿和数据校正之后，输出准确的空气质量流量、当前驾驶汽车进气环境的温度、湿度以及海拔高度，通过SENT通讯接口输入汽车ECU微处理模块4，进而控制发动机的空燃比，使汽车达到最佳驾驶状态。
以上结合实施方式对本发明做了详细说明，只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限定本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有环境监测功能的空气流量检测设备，其特征在于：它包括设置在汽车的待检测流道内的第一本体（1）和位于所述待检测流道外的第二本体（2），所述的第一本体（1）包括主流道（11）、副流道（12）、设置在所述主流道（11）内的空气流量检测模块（13）、用于检测所述副流道（12）内的空气温度和相对湿度的温湿度传感模块（14），所述的第二本体（2）上设置有检测汽车所处环境的海拔高度的高度传感模块（21），所述具有环境监测功能的空气流量检测设备还包括与所述空气流量检测模块（13）、温湿度传感模块（14）、高度传感模块（21）分别相连接并对所接收数据进行处理和融合的信息调理调制模块（3），所述的信息调理调制模块（3）与汽车ECU微处理模块（4）相连接。
2.根据权利要求1所述的具有环境监测功能的空气流量检测设备，其特征在于：所述的空气流量检测模块（13）与信息调理调制模块（3）通过通讯总线相连接。
3.根据权利要求1所述的具有环境监测功能的空气流量检测设备，其特征在于：所述的温湿度传感模块（14）与信息调理调制模块（3）通过通讯总线相连接。
4.根据权利要求1所述的具有环境监测功能的空气流量检测设备，其特征在于：所述的高度传感模块（21）与信息调理调制模块（3）通过通讯总线相连接。
5.根据权利要求2-5任一项中所述的具有环境监测功能的空气流量检测设备，其特征在于：所述的通讯总线为I2C总线或SPI总线。
6.根据权利要求1所述的具有环境监测功能的空气流量检测设备，其特征在于：所述的信息调理调制模块（3）包括依次相连接的可调增益放大模块、A/D转化模块、噪声滤波模块、温度补偿模块、数据校正模块。
7.根据权利要求1所述的具有环境监测功能的空气流量检测设备，其特征在于：所述的信息调理调制模块（3）通过SENT通讯接口与汽车ECU微处理模块（4）相连接。
8.根据权利要求1所述的具有环境监测功能的空气流量检测设备，其特征在于：所述的空气流量检测模块（13）包括MEMS芯片。
9.根据权利要求1所述的具有环境监测功能的空气流量检测设备，其特征在于：所述的主流道（11）包括U形部（11a）和与所述U形部（11a）的一端相连的直线部（11b），所述的空气流量检测模块（13）设置在所述的U形部（11a）内。
10.根据权利要求1所述的具有环境监测功能的空气流量检测设备，其特征在于：所述的副流道（12）呈直线型。
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