Способ измерения углового положения вала Советский патент 1992 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к измерительной технике, а конкретно к измерению углов с использованием электрических и магнитных средств, и может быть использовано для контроля углового положения вращающегося объекта, например вала двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

Известен способ измерения углового положения вала ДВС, заключающийся в размещении импульсных датчиков относительно контролируемого вращающегося вала, формировании в процессе вращения вала одним из датчиков - опорного импульса, другим из них - угловых импульсов, подсчете сформированных после появления опорного импульса, угловых импульсов по числу которых судят о положении контролируемого вала.

Недостатком известного способа является сложность синхронизации опорных и угловых импульсов, связанная с взаимной ориентацией опорной и угловых меток, нанесенных на вал или связанный с ним диск, и возбуждающих датчиков. Это приводит к возникновению ошибки измерения. Наиболее часто для измерения углового положениявала ДВС применяют магнитоэлектрические датчики, взаимодействующие с метками в виде зубьев из ферромагнитного материала.

Различие конфигураций магнитных полей в системах датчик-опорная метка и дат- чик-угловыеметкивызывает

дополнительный фазовый сдвиг между формируемыми опорными и угловыми импульсами, т.е. известный способ обладает недостаточной точностью.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения углового положения вала ДВС, отличающийся от описанного тем, что формирование и подсчет угловых импульсов производят в заданном секторе поворота вала двигателя и имеющий те же недостатки.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Цель достигается за счет того, что для измерения углового положения вала размещают один импульсный датчик относительно контролируемого вращающегося вала, в процессе вращения вала по сигналам датчика формируют опорный импульс, угловые импульсы подсчитывают число угловых импульсов, сформированных после появления опорного импульса и по числу подсчитанных импульсов судят о положении контролируемого вала, причем измеряют периоды следования угловых импульсов, сравнивают между собой следующие друг за другом периоды следования импульсов, передний

фронт опорного импульса формируют при превышении соотношения измеренных периодов заданного порогового значения, а задний фронт - по n-му угловому импульсу,

сформированному после формирования переднего фронта опорного импульса.

В частном случае, формирование фронта опорного импульса производят по первому угловому импульсу, сформированному

0 после обнаружения превышения соотношения последовательных периодов угловых импульсов заданного порогового значения. Однако, в общем случае, введение условия поступления п импульсов (n Z, где Z-число

5 угловых импульсов в секторе) позволяет легко модифицировать точку начала отсчета по фазе, например, программно, что вносит дополнительные удобства для управления фазой зажигания, впрыска топлива и т.п.

0 Поскольку угловая скорость вращения вала ДВС не может измениться мгновенно вследствие инерционности двигателя, пороговое значения соотношения последующего периода угловых импульсов к предшествую5 щему выбирают из условия максимально возможной разницы периодов. При угловом расстоянии между двумя соседними угловыми метками 1 разница в следующих друг за другом внутри сектора периодах угловых

0 импульсов не превышает 10% на всех режимах работы ДВС, т.е. пороговое значение может быть принято равным 1,1 и выше. Однако и при аппаратной и при программной реализации предлагаемого способа

5 удобно устанавливать пороговое значение соотношения последующего периода к предшествующему, при котором производят формирование первого фронта опорного импульса, равное двум.

0 Поскольку способ позволяет жестко синхронизировать второй фронт опорного импульса с угловыми импульсами, исключается неоднозначность измерения углового положения вала при подсчете угловых им5 пульсов после этого фронта опорного импульса, что повышает точность и стабильность измерения.

Кроме того, система измерения содержит один (вместо двух) датчик, что упрощает

0 систему измерения. Что касается дополнительной аппаратуры, необходимой для осуществления указанных операций при . аппаратной реализации способа, то она легко вводится в БИС (большая интегральная

5 схема) управления двигателем практически не усложняя ее, так как по обьему не превышает 1% от общей схемы управления. При программной реализации способа дополнительные аппаратные затраты сводятся к хранению двух небольших подпрограмм

(описаны ниже) в запоминающем устройстве микропроцессорной системы и также являются несущественными. Исключение же из системы одного лишнего датчика и его связи с электронной схемой существенно упрощает систему.

На фиг.1 показана схема измерения углового положения вала; на фиг.2 - блок-схема подпрограммы инициализации микропроцессорной системы измерения угла поворота вала двигателя при включении питания в начале работы; на фиг.З - блок- схема подпрограммы обработки прерывания по таймеру, формирующему тактовые импульсы для измерения периодов угловых импульсов; на фиг.4 - блок-схема подпрограммы обработки прерывания по угловым импульсам.

Датчик 1 импульсов (фиг.1) установлен перед сектором 2 с угловыми метками в виде зубьев 3, расположенными по его периферии, жестко связан с валом 4 двигателя. Выходы датчика 1 подключены к входу усилителя-формирователя 5, который при перемещении зубьев 3 относительно датчика 1 формирует угловые импульсы, которые при необходимости могут быть выведены (выход УИ) с системы измерения, например, на схему управления зажиганием. Угловые импульсы поступают на вход микропроцессорного измерительного блока 6 с встроенными портами 7 и 8 вывода, соответственно опорного импульса (ОИ) и кода угла поворота вала двигателя (УПВ) и таймером 9.

Вращение вала 4 с сектором 2 с зубьями 3 из ферромагнитного материала модулирует магнитный поток через обмотку датчика 1, вызывая появление индуцированного сигнала на его выводах. Эти сигналы усиливаются и формируются по амплитуде и длительности элементом 5 в соответствии с требованиями блока б, который, воспринимая серии электрических импульсов, формирует опорный импульс (014) и (по выходу УПВ) код угла поворота вала относительно положительного фронта опорного импульса. Блок б также может выполнять другие функции, кроме измерения угла поворота вала, которое он производит по прерыванию (основной программы) от сигналов элемента 5 и таймера 9.

При включении питания блок 6 производит инициализацию (первоначальную настройку), часть которой, относящаяся к измерению угла поворота вала, показана на фиг.2. Здесь принято следующее распределение ресурсов микропроцессорного блока: регистор R1 - счетчик тактовых импульсов от таймера 9 в текущем периоде следования

угловых импульсов; регистор R2 - память измеренного значения предшествующего периода, умноженного на пороговое значение отношения текущего периода к предшествующему (в примере пороговое значение равно двум), следовательно, в регистре R2 запоминается удвоенное значение предшествующего периода угловых импульсов); ре0 гистор R3 - счетчик количества (п) угловых импульсов, поступивших с элемента 5 после формирования отрицательного фронта (спада) опорного импульса; R4 - счетчик кода угла поворота вала относительно положи5 тельного фронта опорного импульса; порт Р1 - выход опорного импульса, порт Р2 - выход кода угла поворота вала; таймер 9 работает в режиме генерации тактовых импульсов, частота f™ которых выбирается из

0 условия f™ 2fyM, где fyM - максимальная частота следования угловых импульсов.

В начале инициализации в регистры R1, R3, R4 заносится ноль, в регистр R2 - ноль минус единица (например, FFte) - для иск5 лючения ложного .формирования спада опорного импульса в начале работы измерителя. Затем проводится настройка таймера на режим генерации с заданной частотой и портов - на вывод информации.

0 В подпрограмме обработки прерывания по сигналу таймера 9 блок б производит инкремент регистра R1 -счетчика текущего периода угловых импульсов, сравнение состояния R1 с состоянием R2 (в котором хра5 нитсяудвоенноезначение

предшествующего периода) и. при их равенстве, останавливает таймер и выводит на порт Р1 (происходит формирование спада опорного импульса).

0 Согласно.подпрограмме обработки прерывания по угловому импульсу (фиг.4) блок 6 производит анализ состояния порта Р1 (фронт или спад опорного импульса сформирован к этому времени).

5 В случае Р1 #блок 6 разрешает работу таймера, инкрементирует регистр R3 и сравнивает его состояние с заданным числом п. Если в регистре R3 не набрано число п - ожидается следующий угловой импульс. Ес0 ли число п набрано в регистре R3, на порт Р1 выводится 1 (формируется фронт опорного импульса), регистры R3, R4 обнуляются, содержимое R1 сдвигается на разряд влево, чем производится умножение на два значе5 ния измеренного периода угловых импульсов и запоминается в регистре R2, после чего R1 обнуляется,

В случае Р1 1 блок б инкрементирует регистр R4 и выводит его состояние на порт Р2, инициируя тем самым код угла поворота вала относительно фронта опорного импульса. После этого проводится удвоение содержимого R1, запоминание полученного кода в R2 и обнуление R1.

Таким образом, используя лишь часть своих аппаратных ресурсов и времени, блок б производит точное измерение угла поворота вала ДВС относительно фронта формируемого блоком 6 опорного импульса, который может быть сформирован по любо- му(1 1) угловому импульсу в секторе нанесения угловых меток.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ измерения углового положения вала, заключающийся в том, что размещают импульсный датчик относительно контролируемого вращающегося вала, в процессе вращения вала по сигналам датчика формируют опорный импульс, угловые импульсы, подсчитывают число угловых импульсов, сформированных после появления опорного импульса, по числу подсчитанных импульсов судят о положении контролируемого вала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, измеряют периоды следования угловых импульсов, сравнивают между собой следующие друг

за другом периоды следования импульсов, передний фронт опорного импульса формируют при превышении состояния измерен- ных периодов заданного порогового значения, а задний фронт - по n-му угловому

импульсу, сформированному после формирования переднего фронта опорного импульса.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для контроля углового положения вращающегося объекта, например вала двигателя внутреннего сгорания. Целью изобретения является повышение точности измерений. При вращении вала 4 с сектором 2, на котором нарезаны зубья 3, на выходе импульсного датчика 1 появляются импульсы. Импульсы формируются с помощью усилителя-формирователя 5 и поступают на измерительный блок 6, в котором происходит измерение периодов следования импульсов и сравнение последующего периода с предшествующим. Передний фронт опорного импульса формируют при превышении отношения периодов заданного значения, задний - по n-му угловому импульсу после формирования переднего фронта опорного импульса. 4 ил. В 7 (Л С

А.

Мницилизация таймера на генерацию гпак/ггодых имлульсоо заданной частоты

Иницилизаиия noflma /7 на выдод информации (8ых.од опорною импульса)) порта Р2- на дыдод информации (выход измерителя игла положения оала). ,

Передача улрадле/мя оснобной программе

RJ +.(R1+1)

R1 - 0

1

Останов таймера

Возврат к основной программе

Опрос состояния порта Р1