Способ измерения углового положения вала

(9) (1 51)5 6 01 В 7/3 Е ИЗОБРЕТЕНИ 2 4 1 Я ОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИ И ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Волжское обьединение по производству легковых автомобилей им. 50-летия СССР(56) Патент СССР М 917708,кл. Р 02 Р 5/08, 1982.Сига Х., Мидзутани С. Введение в автомобильную электронику; - М,: Мир, 1989,с,75,76.Автомобильные датчики, Сборник статей. - М.: Машиностроение, 1982, с.54,55.Авторское свидетельство СССРМ 1078115, кл. Р 02 В 53/12, 1984,(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ВАЛА(57) 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 п-му угловому импульсу после формирования переднего фронта опорного импульса. 4 ил.9 7Изобретение 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 положения вала ДВС применяют магнитоэлектрические датчики, взаимодействующие с метками в виде зубьев из ферромагнитного материала.Различие конфигураций магнитных полей в системах датчик - опорная метка и датчик - угловые метки вызывает 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 эа другом периоды следования импульсов, передний50 55 систему измерения, Что касается дополнительной аппаратуры, необходимой для осуществления указанных операций приаппаратной реализации способа, то она легко вводится в БИС (большая интегральная схема) управления двигателем практически не усложняя ее, так как по объему не превышает 1 от общей схемы управления. При программной реализации способа дополнительные аппаратные затраты сводятся кхранению двух небольших подпрограмм фронт опорного импульса формируют припревышении соотношения измеренных периодов заданного порогового значения, азадний фронт - по и-му угловому импульсу,5 сформированному после формирования пе-.реднего фронта опорного импульса.В частном случае, формирование фронта опорного импульса производят по первому угловому импульсу, сформированному10 после обнаружения превышения соотношения последовательных периодов угловыхимпульсов заданного порогового значения.Однако. в общем случае, введение условияпоступления и импульсов(пЕ, где Е - число15 угловых импульсов в секторе) позволяетлегко модифицировать точку начала отсчета пофазе, например, программно, что вноситдополнительные удобства для управления фазой зажигания, впрыска топлива и т.п.20 Поскольку угловая скорость вращениявала ДВС не может измениться мгновенновследствие инерционности двигателя, пороговое значения соотношения последующегопериода угловых импульсов к предшествую 25 щему выбирают из условия максимальновозможной разницы периодов. При угловомрасстоянии между двумя соседними угловыми метками 1 разница в следующих друг задругом внутри сектора периодах угловых30 импульсов не превышает 10 на всех режимах работы ДВС, т,е. пороговое значениеможет быть принято равным 1,1 и выше.Однако и при аппаратной и при программной реализации предлагаемого способа35 удобно устанавливать пороговое значениесоотношения последующего периода кпредшествующему, при котором производят формирование первого фронта опорного импульса, равное двум,40 Поскольку способ позволяет жесткосинхронизировать второй фронт опорногоимпульса с угловыми импульсами, исключается неоднозначность измерения угловогоположения вала при подсчете угловых им 45 пульсов после этого фронта опорного импульса, что повышает точность истабильность измерения.Кроме того, система измерения содержит один (вместо двух) датчик, что упрощает(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 - блоксхема 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 6, который, воспринимая серии электрических импульсов, формирует опорный импульс (ОИ) и (по выходу УП 8) код угла поворота вала относительно положительного фронта опорного импульса. Блок 6 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 В 1 - счетчик тактовых импульсов от таймера 9 в текущем периоде следования 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 угловых импульсов; регистор В 2 - памятьизмеренного значения предшествующегопериода, умноженного на пороговое значение отношения текущего периода к предшествующему (в примере пороговое значениеравно двум). следовательно, в регистре В 2запоминается удвоенное. значение предшествующего периода угловых импульсов); регистор ВЗ - счетчик количества (и) угловыхимпульсов, поступивших с элемента 5 послеформирования отрицательного фронта (спада) опорного импульса; В 4 - счетчик кодаугла поворота вала относительно положительного фронта опорного импульса; портР 1 - выход опорного импульса, порт Р 2 -выход кода угла поворота вала; таймер 9работает в режиме генерации тактовых импульсов, частота бт которых выбирается изусловия 1 ти21 уи, где 1 уи - максимальнаячастота следования угловых импульсов.В начале инициализации в регистры В 1,ВЗ, Я 4 заносится ноль, в регистр В 2 - нольминус единица (например, РР 16) - для исключения ложного .формирования спадаопорного импульса в начале работы измерителя. Затем проводится настройка таймерана режим генерации с заданной частотой ипортов - на вывод информации.В подпрограмме обработки прерывания по сигналу таймера 9 блок 6 производитинкремент регистра В 1 - счетчика текущегопериода угловых импульсов, сравнение состояния В 1 с состоянием В 2 (в котором хранится удвоенное значениепредшествующего периода) и, при их равенстве, останавливает таймер и выводит напорт Р 1 (происходит формирование спадаопорного импульса).Согласно подпрограмме обработки прерывания по угловому импульсу (фиг.4) блок6 производит анализ состояния порта Р 1(фронт или спад опорного импульса сформирован к этому времени),В случае Р 1 =Рблок 6 разрешает работутаймера, инкрементирует регистр ВЗ и сравнивает его состояние с заданным числом и,Если в регистре ВЗ не набрано число и -ожидается следующий угловой импульс, Если число и набрано в регистре ВЗ, на порт Р 1выводится 1 (формируется фронт опорногоимпульса), регистры ВЗ, В 4 обнуляются, содержимое В 1 сдвигается на разряд влево,чем производится умножение на два значения измеренного периода угловых импульсов и запоминается в регистре В 2, послечего В 1 обнуляется,В случае Р 1 = 1 блок 6 инкрементируетрегистр В 4 и выводит его состояние на портР 2, инициируя тем самым код угла поворотавала относительно фронта опорного импульса. После этого проводится удвоение содержимого Й 1, запоминание полученного кода в В 2 и обнуление й 1,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 любому(1и2-1) угловому импульсу в секторе нанесения угловых меток.ф ор мул а изобретен ия 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 импуль сов судят о положении контролируемоговала,отл ич а ющийся тем,что,с целью повышения точности измерений, измеряют периоды следования угловых импульсов, сравнивают между собой следующие друг 10 за другом периоды следования импульсов,передний фронт опорного импульса формируют при превышении состояния измеренных периодов заданного порогового значения, а задний фронт- по и-му угловому 15 импульсу, сформированному после формирования переднего фронта опорного импульса.1728642 юг, Ф Составитель Ю,Федоренко М. Бла нар Техред М,Моргентал Корректор О.КравЗ ва ед Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 1398 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5