專利名稱：發(fā)動機曲軸轉角的測量裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測量技術，尤其涉及一種發(fā)動機曲軸轉角的測量裝置和方法。
背景技術：
隨著汽車技術的發(fā)展和國家排放標準的提高，對發(fā)動機的控制要求越來越高，要 實現對發(fā)動機的精確控制，首先就必須要實現發(fā)動機各種數據的精確測量和采集。在發(fā)動 機的眾多數據中，其曲軸轉角就是一個重要的數據。 發(fā)動機的曲軸轉角是通過曲軸在旋轉一周的過程中所經過的不同位置對應的角 度來確定的，通過曲軸轉角獲得相應的活塞位置，從而決定發(fā)動機的點火時間。發(fā)動機的 點火時間是否正確直接關系到發(fā)動機的動力輸出和燃料的燃燒情況(排放是否達標)。發(fā) 動機的點火時間不正確時帶來的主要危害有1、發(fā)動機的點火時間太早則會導致爆震，從 而損壞發(fā)動機或減小其壽命。2、如果發(fā)動機的點火時間太晚則會使燃油燃燒不充分就被排 出，造成大氣污染，從而使排放嚴重的不達標。3、無論是發(fā)動機的點火時間提前或者太晚都 會使發(fā)動機的動力輸出不足。 目前，常用的曲軸轉角檢測裝置為電磁式傳感器，即在發(fā)動機的曲軸一端上安裝 有一定齒數的齒盤，然后電磁感應元件(例如霍爾元件)相對于齒盤固定安裝在一定位置。 這樣，在發(fā)動機轉動時，安裝在曲軸一端的齒盤上的齒牙就會依次接近電磁感應元件，從而 在電磁感應元件的信號輸出端產生對應齒數的近似于正弦波的波形。該電磁式傳感器的輸 出波形為差分信號，通過轉換處理使其成為具有相同頻率的方波，因此根據這些方波來確 定曲軸旋轉一周的具體位置。 但是，現有的電磁式傳感器具有以下缺點(l)齒盤的齒數較少，傳感器的精度較 低；(2)電磁傳感器的產生的波形受轉速的影響很大，在低速和高速時產生的電壓信號的 波峰值變化很大，近似波形對比如圖3所示。如圖所示，低速時電壓很小(一般只有幾伏)， 而高速時電壓就很大(可以達到幾十伏)，這樣對處理該信號的芯片的電壓沖擊就很大，造 成對芯片的很大傷害；(3)在進行方波轉化的過程中，會因傳感器隨轉速高低不同產生幅 值不同而致使方波的脈寬不同，從而產生誤差，造成此類傳感器產生的測試誤差較大；(4) 此類傳感器的安裝要求比較高，主要是指齒盤與電磁感應元件的相對位置必須一樣大，否 則產生的波形的誤差將會更大。 因此，現有技術的發(fā)動機曲軸轉角測量裝置不能夠提供精確的轉角測量。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的旨在至少解決現有技術中的上述問題之一。 為此，本發(fā)明提出一種發(fā)動機曲軸轉角的測量方法和裝置，從而提供精確的曲軸 轉角測量。 根據本發(fā)明一個方面，本發(fā)明實施例提供的發(fā)動機曲軸轉角的測量裝置包括編 碼盤，與發(fā)動機曲軸一起旋轉并產生光脈沖信號；光電傳感器，用于感應所述編碼盤與發(fā)動
4機曲軸一起旋轉過程中產生的光脈沖信號，并將所述光脈沖信號轉換為電脈沖信號；信號 采集器，用于采集所述電脈沖信號的高和/或低電平脈沖數量；以及信號處理器，根據所述 高和/或低電平脈沖數量獲得發(fā)動機曲軸旋轉的角度。 根據本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明的實施例提出一種發(fā)動機曲軸轉角的測量方法， 包括以下步驟設置與發(fā)動機曲軸一起旋轉的編碼盤；在所述編碼盤與發(fā)動機曲軸一起旋 轉過程中，向所述編碼盤發(fā)射光線以產生光脈沖信號；采集所述光脈沖信號并轉換為電脈 沖信號；將所述電脈沖信號的高和/或低電平脈沖數量進行計數；和根據所述高和/或低 電平脈沖計數獲得發(fā)動機曲軸的旋轉角度。 本發(fā)明將光電傳感器和光電編碼盤應用于發(fā)動機曲軸的轉角測量中，可以大大提
高轉角的測量精度，從而為精確控制發(fā)動機的點火時間提供依據，并從整體上提高發(fā)動機
的總體性能，減小發(fā)動機的排放污染物。并且，光電傳感器不僅輸出的電脈沖信號波形不受
發(fā)動機轉速的影響，并且在發(fā)動機高速和低速時其波形的電壓幅值保持不變。這樣可以避
免對處理光電傳感器信號的芯片的電壓沖擊，提高整個測量裝置的可靠性。 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變
得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結合附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中 圖1為本發(fā)明實施例的發(fā)動機曲軸轉角測量裝置的結構方框圖； 圖2為本發(fā)明實施例的編碼盤和光電傳感器的安裝結構俯視圖和正視圖； 圖3為本發(fā)明光電傳感器輸出的電脈沖信號波形圖示例； 圖4為本發(fā)明光電傳感器輸出的電脈沖信號經過波形轉換和放大后的波形圖示 例； 圖5為本發(fā)明發(fā)動機曲軸轉角測量方法步驟流程圖；禾口 圖6為本發(fā)明實施例的結合脈寬計時獲得曲軸轉角的步驟流程圖。
具體實施例方式
下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終
相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附
圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。 首先，請參考圖l，該圖為本發(fā)明實施例的發(fā)動機曲軸轉角測量裝置的結構方框圖。 如圖所示，本發(fā)明的測量裝置包括編碼盤12、光電傳感器14、信號采集器16和信 號處理器18。編碼盤12與發(fā)動機曲軸一起旋轉，并通過接收由光電傳感器14的光線發(fā)射 器(圖中未顯示)發(fā)射的光線，來產生光脈沖信號。光電傳感器14還包括光線接收器(圖 中未顯示)，用于接收編碼盤12產生的光脈沖信號。光電傳感器14根據光線接收器的接收 光信號，感應編碼盤12與發(fā)動機曲軸一起旋轉過程中產生的光脈沖信號，并將光脈沖信號 轉換為電脈沖信號。
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信號采集器16與光電傳感器14的輸出端連接，從而對光電傳感器14轉換的電脈 沖信號進行采集，并進行電脈沖信號高和/或低電平脈沖數量計數。信號采集器16將計時 結果輸入到信號處理器18中，信號處理器18則根據高和/或低電平脈沖數量獲得發(fā)動機 曲軸旋轉的角度。 另外，信號采集器16采集發(fā)動機曲軸旋轉一周的脈沖數，即測量精度與光電傳感 器14的分辨率有關。例如，當光電傳感器14的分辨率是20KHz，即采用的光電傳感器14在 1秒里最多可以處理的脈沖數為20K時，若發(fā)動機曲軸在1秒鐘內旋轉100圈，那么在曲軸 旋轉一圈的過程中，光電傳感器14最多可以處理曲軸輸出的轉角脈沖是200個。也就是說， 和發(fā)動機曲軸一起旋轉一周的過程中，編碼盤12產生的光信號脈沖最多可達200個。因此， 在發(fā)動機最高轉速一定的情況下，光電傳感器14的分辨率越高，每個光信號脈沖對應的曲 軸轉角越小，這樣就能夠大大提高曲軸轉角的測量精度。但是，由于信號采集器16的數據 處理能力是有限的，因此測量精度也不能設置的太高。在實際應用中，光電傳感器14的分 辨率可以基于信號采集器16處理電脈沖信號的數量設定適當的大小。
編碼盤12和光電傳感器14的安裝結構圖如圖2所示，圖2從俯視和正視角度顯 示了編碼盤12和光電傳感器14的一種安裝配置關系實施例。如圖所示，編碼盤12上均勻 環(huán)形設置有彼此相間的明紋編碼刻度gl和暗紋編碼刻度g2，明紋編碼刻度gl和暗紋編碼 刻度g2分別用來阻擋或者通過光線發(fā)射器發(fā)出光線。光電傳感器14的光軸中心(圖2中 h表示光軸的中心線)與編碼刻度gl、g2的中心孔對應，從而編碼盤12可以更靈敏地接收 光線并產生精確的光脈沖信號。 需要指出的是，圖2的實施例僅用于示例目的，不在于限制本發(fā)明。例如，編碼盤 12為編碼齒盤，其外緣均勻設置有齒牙和齒缺，以分別用于阻擋或者通過來自光電傳感器 14的光線發(fā)射器發(fā)射的光線。 現在，返回參考圖l，將結合編碼盤的不同結構對本發(fā)明實施例的發(fā)動機曲軸轉角 測量裝置進行詳細說明。 對具有圖2所示明紋和暗紋編碼刻度gl和g2的編碼盤12，在編碼盤12和發(fā)動機 曲軸旋轉的過程中，光電傳感器14的光線發(fā)射器發(fā)射到編碼盤12明紋編碼刻度gl上的光 線會從其中穿過，發(fā)射到暗紋編碼刻度g2上的光線會發(fā)生反射，并傳輸到光電傳感器14的 光線接收器上。因此，光電傳感器14感應到該編碼盤對應產生的光脈沖信號，并通過光電 轉換將曲軸旋轉角位移轉換成電脈沖信號。這里，光電傳感器14將暗紋編碼刻度g2對應 產生的光脈沖信號轉換為低電平的電脈沖信號，將明紋編碼刻度gl對應產生的光脈沖信 號轉換為高電平的電脈沖信號。 同樣地，對具有齒牙和齒缺的編碼盤12，光電傳感器14將編碼盤12的齒牙產生的 光脈沖信號轉換為低電平的電脈沖信號，將齒缺產生的光信號脈沖轉換為高電平的電脈沖信號。 光電傳感器14輸出的電脈沖信號波形例如圖3的實施例所示，該輸出電脈沖近似 為矩形脈沖。此外，由于光電傳感器信號輸出波形電壓不受發(fā)動機曲軸轉速的影響，因此其 高速和低速時波形的電壓幅值可保持不變。 信號采集器16可以根據光電傳感器14輸出的電脈沖信號，以單個高/低電平脈 沖為單位，分別依次對高電平和低電平脈沖計數；或者以高電平和低電平脈沖總和為單位，僅對高電平或低電平進行計數。設定信號采集器16對單個高或低電平脈沖計數，可以減少 信號采集器16執(zhí)行計數處理的復雜度和處理時間。當然，計數的電平脈沖單位越小，每個 計數脈沖對應的旋轉角度越小，對應的轉角測量的精度越高。所以，信號采集器16的脈沖 計數單位可以根據實際需要適當設定。 信號處理器18根據信號采集器16輸出的電平脈沖數量以及單個脈沖計數對應的 編碼盤轉角，例如，在只對高/低電平脈沖進行計數時，若編碼盤上均勻設置有120個相同 大小的齒牙，則相鄰一個齒牙和齒缺對應的轉角為3度，相應的一個高/低電平脈沖計數對 應的角度為3度。因此，信號處理器18通過將脈沖數量進行轉換，從而可獲得曲軸已旋轉 過的角度。 另外，在一個實施例中，本發(fā)明的曲軸轉角測量裝置可以進一步包括波形轉換器 20和放大器22。如圖2虛線對應部分所示，波形轉換器20將光電傳感器14輸出的電脈沖 信號轉換為標準的矩形波，例如波形轉換器20為一個非門電路，通過對電脈沖信號進行非 門的簡單處理，即能得到矩形波。當然，本發(fā)明的波形轉換器20不局限于該具體實施例，現 有技術中任何可用于矩形波轉換的設備均適用于本發(fā)明。放大器22則用于進一步對波形 轉換器20輸出的矩形波電壓進行放大，例如所得的電脈沖信號波形如圖4所示。通過波形 轉換器20輸出的矩形波，可以方便信號采集器16對電脈沖信號的精確計數，并且通過放大 器20對矩形波電壓值的放大，使電脈沖信號的強度電壓值達到對應采用的信號采集器16 的識別范圍內，例如高電平放大為5V，低電平放大為1V，從而可以進一步提高信號采集器 16的信號采集精度。 在一個實施例中，信號采集器16還可以包括脈沖寬度計時單元(圖中未顯示)，脈 沖寬度計時單元用于根據所述電脈沖信號的高/低電平脈沖寬度進行計時。并且，信號處 理器18還包括脈沖寬度處理單元(圖中未顯示)，以根據脈沖寬度計時單元對高/低電平 脈沖的寬度計時，確定單個高/低電平脈沖的一定寬度對應的發(fā)動機曲軸的旋轉角度。設 置脈沖寬度計時單元和脈沖寬度處理單元是為了進一步提高曲軸轉角的檢測精度，并滿足 點火位置對應的曲軸轉角位于兩個脈沖中間的需要，即為了解決當需要點火的角度剛好落 在兩個脈沖之間而無法實現精確點火的問題。 下面，將結合圖3和圖4實施例，分別對脈沖寬度計時單元和脈沖寬度處理單元的 工作原理說明如下。 脈沖寬度計時單元用于在信號采集器16對電脈沖信號的脈沖個數計數的同時對 脈沖的寬度進行計時，脈沖寬度計時單元是從電脈沖信號每個高/低電平脈沖的寬度起點 開始計時。在一個實施例中，對于高電平脈沖，其寬度起點與每個高電平脈沖上第一預定閾 值電壓對應；對于低電平脈沖，其寬度起點與每個低電平脈沖上第二預定閾值電壓對應。詳 細來說，高電平脈沖的寬度起點和終點與該脈沖上升沿和下降沿的第一預定閾值電壓值分 別對應，低電平脈沖的寬度起點和終點與該脈沖下降沿和上升沿的第二預定閾值電壓分別 對應。也就是說，脈沖寬度計時單元可以根據劃分電脈沖信號高、低電平的電壓值點，來確 定其開始寬度計時的起點。由于編碼盤均勻設置有齒牙和齒缺或者明、暗編碼刻度，在曲軸 速度變化的情況下，它們對應產生的相鄰高電平脈沖和低電平脈沖的寬度仍近似相同的。
脈沖寬度計時單元可以連續(xù)計時或者以預定的時間間隔進行計時，并相應輸出計 時數值到信號采集器16的脈沖寬度處理單元中。當然，計時的時間間隔越小，脈沖寬度計時單元對當前脈沖寬度的計時精度越高。相應地。脈沖寬度處理單元處理該計時得到的角 度越精確。 例如圖3所示電脈沖信號，脈沖寬度計時單元可以從上升沿的第一預定閾值電壓 2. 4V的對應點作為寬度起點開始進行一個高電平脈沖寬度計時，并從下降沿的第二預定閾 值電壓0. 4V的對應點作為寬度起點開始一個低電平脈沖的寬度計時。這樣，通過對上升沿 和下降沿的2. 4V電壓之間的脈沖寬度計時，可以得到對應高電平脈沖上一定寬度及整個 寬度的計時時間。同理，可以得到對應低電平脈沖上一定寬度及整個寬度的計時時間。當 然，本發(fā)明的第一預定閾值電壓和第二預定閾值電壓不局限于具體實施例，脈沖寬度計時 單元可以從任意劃分高、低電平的對應電壓值點進行對應的高電平、低電平脈沖的寬度計 時。對于圖4所示電脈沖信號，每個高、低電平脈沖的寬度起點分別為其上升沿和下降沿的 對應點。這里，脈沖寬度計時單元只針對每個當前高/低電平脈沖的寬度進行計時，若對整 個脈沖寬度計時完畢，則從下一個電平脈沖的寬度起點重新進行計時。
如圖3實施例所示，脈沖寬度計時單元通過脈寬計時，可以獲得單個高/低電平脈 沖整個寬度對應的計時時間tl及其相鄰的當前單個高/低電平脈沖一定寬度對應的時間 t2。脈沖寬度處理單元則根據當前高/低電平脈沖寬度的計時時間t2與前一個高/低電 平脈沖整個寬度對應的計時時間tl的比值，計算出它們的比值，從而根據該比值及tl時間 的單個高/低電平脈沖對應的曲軸轉角確定t2時間的電平脈沖寬度對應的曲軸轉角。由 于曲軸實際運行時速度會不斷變化，因此為了更精確地獲得當前電平脈沖寬度對應的曲軸 轉角，在本發(fā)明實施例中，以該當前電平脈沖相鄰的前一個脈沖整個寬度計時時間為基礎 進行對應的轉角計算。 下面，結合具體實施例作出詳細說明。假設編碼盤12上均勻設置有120個齒牙， 即每個齒牙對應的轉角是3° ，并且通過該結構設置的編碼盤12，光電傳感器14輸出并經 波形轉換器20和放大器22的電脈沖信號波形圖如圖4所示。以圖4中0點位置為基準 點，在編碼盤12隨發(fā)動機曲軸轉動的過程中，當前信號采集器16例如只對電脈沖信號的高 /低電平進行計數，且脈沖計數為3個，即存在3個高電平脈沖或低電平脈沖，每計數一個 高/低電平脈沖表示曲軸旋轉過的角度為3° 。并且，脈沖寬度計時單元當前脈沖的寬度
計時時間為l,o ，其前一個脈沖整個寬度對應的計時時間為t0。因此，脈沖寬度處理單元根
據這兩個寬度時間得到它們的比值為l 。信號處理器18根據當前的3個脈沖計數、單個高
/低電平脈沖對應的曲軸轉角^、脈沖寬度處理單元確定的計時比值# ,可以確定當前曲軸
2 3
旋轉過的角度為3x3。 + 2x^=10° 。
3 2 在測量的角度用于發(fā)動機點火時，若設定的發(fā)動機的點火提前角為10° ，則當 曲軸轉過該角度大小時，通過信號處理器18將對應的測量角度值發(fā)送到發(fā)動機控制單元 (ECU)，從而在此位置ECU可以控制發(fā)動機開始點火。 當然，本發(fā)明的脈沖計數和寬度計時不局限于該具體實施例，例如信號處理器的 計數可以單個高、低電平脈沖為單位，并且脈沖寬度計時單元同樣以單個電平脈沖的寬度 進行計時，或者，以一個高電平和低電平脈沖為單位進行計數以及相應單位的脈沖寬度計
8時等等類似方式均適用于本發(fā)明的脈沖計數和寬度計時。 另外，本發(fā)明的測量系統(tǒng)還可以包括顯示單元，用來將信號處理器18輸出的發(fā)動 機曲軸旋轉的角度數據進行顯示。 通過本發(fā)明的發(fā)動機曲軸轉角的測量裝置，可以精確測量出當前曲軸旋轉過的角 度，從而可以為發(fā)動機控制單元(ECU)提供精確的曲軸轉角信號，以用于控制發(fā)動機的點 火時間。此外，本發(fā)明通過對電信號脈沖計數的同時也對單個脈沖的寬度進行計時，從而能 夠進一步提高轉角測量的精度。在發(fā)動機點火位置對應的旋轉角度處于計數的兩個脈沖 之間時，通過脈沖寬度計時可以將測量轉角的脈沖計數進行進一步的細分，從而獲得更高 精度的測量轉角，并且采用這種方式對于發(fā)動機轉速波動很大時也能夠獲得準確的測量數 據。 下面，請參考圖5，該圖為本發(fā)明發(fā)動機曲軸轉角測量方法步驟流程圖。 如圖所示，該方法包括以下步驟首先，設置與發(fā)動機曲軸一起旋轉的編碼盤(步
驟102)。在一個實施例中，編碼盤上可以均勻環(huán)形設置有彼此相間的明紋和暗紋編碼刻度，
明紋編碼刻度和暗紋編碼刻度分別用來阻擋或者通過光線?；蛘撸幋a盤為編碼齒盤，其外
緣均勻設置有齒牙和齒缺，以同樣分別用于阻擋或者通過光線。但是需要指出的是，本發(fā)明
編碼盤不局限于這些實施例，任何現有技術的光電編碼盤均適用本發(fā)明。 然后，在編碼盤與發(fā)動機曲軸一起旋轉過程中，向編碼盤發(fā)射光線以產生光脈沖
信號(步驟104)。例如，對具有上述具有明紋和暗紋編碼刻度的編碼盤，在編碼盤和發(fā)動機
曲軸旋轉的過程中，發(fā)射到編碼盤的明紋編碼刻度上的光線會從其中穿過，發(fā)射到暗紋編
碼刻度上的光線會發(fā)生反射。同樣地，對具有齒牙和齒缺的編碼盤，光線從齒缺處透射，并
在齒牙處被反射。 接著，根據編碼盤產生的光脈沖信號進行采集，并轉換為電脈沖信號(步驟106)。 對編碼盤對應產生的光脈沖信號，通過光電轉換從而將曲軸旋轉角位移轉換成電脈沖信 號。在一個實施例中，可以將編碼盤暗紋編碼刻度對應產生的光脈沖信號轉換為低電平的 電脈沖信號，將明紋編碼刻度對應產生的光脈沖信號轉換為高電平的電脈沖信號?；蛘撸瑢?具有齒牙和齒缺的編碼盤，將齒牙產生的光脈沖信號轉換為低電平的電脈沖信號，將齒缺 產生的光信號脈沖轉換為高電平的電脈沖信號。 通過光電轉換輸出電脈沖近似為矩形脈沖，下面則需要根據轉換的電脈沖信號對 其電平脈沖數量進行計數(步驟108)。這里，電脈沖信號的電平脈沖數量計數可以單個高 /低電平脈沖為單位，分別依次對高電平和低電平脈沖計數；或者以高電平和低電平總和 為單位，只對高電平或低電平進行計數。 接著，根據高和/或低電平脈沖計數進行角度轉換，從而獲得發(fā)動機曲軸的旋轉 角度(步驟110)。根據電平脈沖數量的計數以及單個脈沖計數對應的編碼盤轉角，例如，在 只對高/低電平脈沖進行計數時，若編碼盤上均勻設置有120個相同大小的齒牙，則相鄰一 個齒牙和齒缺對應的轉角為3度，相應的一個高/低電平脈沖計數對應的角度為3度。因 此，通過將脈沖數量進行轉換，從而可獲得曲軸已旋轉過的角度。 另外，在一個實施例中，在進行步驟108的電脈沖信號電平脈沖數量計數之前還 可以包括以下步驟將步驟106輸出的電脈沖信號轉換為標準的矩形波，并對該矩形波進 行放大。例如，通過對電脈沖信號進行非門的簡單處理，即能夠將電脈沖信號轉換為標準的
9矩形波。轉換為矩形波可易于步驟108對該波形的電脈沖信號進行精確計數。當然，本發(fā) 明的波形轉換步驟不局限于該具體實施例，現有技術中任何可用于矩形波轉換的方法均適 用于本發(fā)明。 對矩形波進行放大是為了使得其高、低電平對應的電壓值位于電平脈沖采集可識 別的范圍內，以進一步提高脈沖數量計數的精度。 另外，本發(fā)明的發(fā)動機曲軸轉角的測量方法還可以包括對每個脈沖寬度進行計時 的步驟。進行脈沖寬度計時是為了進一步提高曲軸轉角的檢測精度，并滿足點火位置對應 的曲軸轉角位于兩個脈沖中間的需要，即為了解決當需要點火的角度剛好落在兩個脈沖之 間而無法實現精確點火的問題。 關于該步驟的具體實施例請參考圖6，圖6為本發(fā)明實施例的結合脈寬計時獲得 曲軸轉角的步驟流程圖。 在對電脈沖信號高/低電平脈沖數量計數的同時，從電脈沖信號每個高/低電平 脈沖的寬度起點開始計時(步驟202)。但是，本發(fā)明不局限于該具體實施例，例如脈寬計時 也可以相鄰的一個高電平脈沖和低電平脈沖為單位進行寬度計時，當然，這種情況下計時 的精度會有所降低。 在一個實施例中，對于高電平脈沖，其寬度起點可與每個高電平脈沖上第一預定 閾值電壓對應；對于低電平脈沖，其寬度起點可與每個低電平脈沖上第二預定閾值電壓對 應。高電平脈沖的寬度起點和終點與該脈沖上升沿和下降沿的第一預定閾值電壓值分別 對應，低電平脈沖的寬度起點和終點與該脈沖下降沿和上升沿的第二預定閾值電壓分別對 應。即，可以根據劃分電脈沖信號高、低電平的電壓值點來確定開始單個脈沖寬度計時的起 點。由于編碼盤均勻設置有相同大小的齒牙和齒缺或者明、暗編碼刻度，在曲軸速度變化的 情況下，它們對應產生的相鄰高電平脈沖和低電平脈沖的寬度近似相等。
這里，例如可結合圖3的實施例，對電脈沖信號的第一預定閾值電壓和第二預定 閾值電壓設定作出示例性說明，如圖3所示，可以設置上升沿的2. 4V為第一預定閾值電壓， 與一個高電平脈沖寬度計時的寬度起點對應，并設置下降沿的0. 4V為第二預定閾值電壓， 與一個低電平脈沖的寬度計時的寬度起點對應。這樣，通過對上升沿和下降沿的2. 4V電壓 之間的脈沖寬度計時，可以得到對應高電平脈沖上一定寬度及整個寬度的計時時間。同理， 可以得到對應低電平脈沖上一定寬度及整個寬度的計時時間。但是，需要指出的是，本發(fā)明 的高、低電平脈沖的寬度起點對應的閾值電壓設置不局限于該具體實施例。例如對于圖3， 根據電脈沖信號高、低電平劃分的電壓值，第一預定閾值電壓和第二預定閾值電壓可以設 置在0. 4V和2. 4V之間任意合適電壓位置處。 因此，本發(fā)明的第一預定閾值電壓和第二預定閾值電壓可以從任意劃分高、低電 平的電壓值點進行對應高、低電平脈沖的寬度計時，當然，在曲軸勻速旋轉時，對應劃分的 各個高、低電平的脈寬相同。對于經過矩形波轉換和電壓放大的電脈沖信號，每個高、低電 平脈沖的寬度起點分別為其上升沿和下降沿的對應點。 另外，脈沖寬度計時可只針對每個當前高/低電平脈沖的寬度進行計時，若對整 個脈沖寬度計時完畢，則從下一個電平脈沖的寬度起點重新進行計時。 因此，通過脈寬計時，可以獲得當前單個高/低電平脈沖一定寬度對應的時間 t2(步驟204)。計時時間t2可以根據當前電平脈沖寬度變化連續(xù)或者以預定的時間間隔
10進行計時并輸出。計時的時間間隔越小，當前脈沖寬度的計時精度越高。接著，根據當前高 /低電平脈沖寬度的計時時間t2與前一個高/低電平脈沖整個寬度對應的計時時間tl，計 算出它們的比值t2/tl (步驟206)。計時時間tl是該前一個高/低電平脈沖寬度起點到終 點之間的計時。從而，根據該比值及tl時間的單個高/低電平脈沖對應的曲軸轉角，可確 定t2時間的當前電平脈沖寬度對應的曲軸轉角(步驟208)。 在本發(fā)明實施例中，以該當前電平脈沖相鄰的前一個脈沖整個寬度計時時間為基 礎進行對應的轉角計算，是因為曲軸實際運行時速度會不斷變化，但是相鄰兩個電平脈沖 對應的速度變化較小，相鄰兩個電平脈沖對應的寬度近似相同。因此為了更精確地獲得當 前電平脈沖寬度對應的曲軸轉角，本發(fā)明實施例利用前一個脈沖整個寬度計時時間來計算 當前電平脈沖寬度的轉角。 最后，根據高/低電平脈沖計數對應的曲軸轉角和當前寬度對應的曲軸轉角，進 行相加可獲得曲軸當前旋轉過的角度(步驟210)。因此，在發(fā)動機點火位置對應的旋轉角 度處于計數的兩個脈沖之間時，通過脈沖寬度計時可以將測量轉角的脈沖計數進行進一步 的細分，從而獲得更為精確的測量轉角，并且采用這種方式對于發(fā)動機轉速波動很大時也 能夠獲得準確的測量數據。通過本發(fā)明的發(fā)動機曲軸轉角的測量方法，可以精確測量出當 前曲軸旋轉過的角度，從而可以為發(fā)動機控制單元(ECU)提供精確的曲軸轉角信號，以用 于控制發(fā)動機的點火時間。 另外，本發(fā)明的測量方法還可以包括將發(fā)動機曲軸旋轉的角度數據進行顯示的步 驟，以提供給相關人員以實時、直接的測量數據。 盡管已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以 理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換 和變型，本發(fā)明的范圍由所附權利要求及其等同限定。
權利要求
一種發(fā)動機曲軸轉角的測量裝置，其特征在于，包括編碼盤，與發(fā)動機曲軸一起旋轉并產生光脈沖信號；光電傳感器，用于感應所述編碼盤與發(fā)動機曲軸一起旋轉過程中產生的光脈沖信號，并將所述光脈沖信號轉換為電脈沖信號；信號采集器，用于采集所述電脈沖信號的高和/或低電平脈沖數量；以及信號處理器，根據所述高和/或低電平脈沖數量獲得發(fā)動機曲軸旋轉的角度。
2. 如權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述光電傳感器包括 光線發(fā)射器，用于向所述編碼盤發(fā)射光線以產生所述光脈沖信號；以及 光線接收器，用于接收所述光脈沖信號。
3. 如權利要求2所述的測量裝置，其特征在于，所述編碼盤的外緣均勻設置有齒牙和 齒缺以用于阻擋或者通過所述光線，所述光電傳感器將所述齒牙產生的光脈沖信號轉換為 低電平的電脈沖信號，將所述齒缺產生的光信號脈沖轉換為高電平的電脈沖信號。
4. 如權利要求2所述的測量裝置，其特征在于，所述編碼盤上均勻設置有彼此相間的 明紋和暗紋編碼刻度以用于阻擋或者通過所述光線，所述光電傳感器將所述暗紋編碼刻度 產生的光脈沖信號轉換為低電平的電脈沖信號，將所述明紋編碼刻度產生的光脈沖信號轉 換為高電平的電脈沖信號。
5. 如權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，還包括波形轉換器和放大器，所述波形 轉換器將所述光電傳感器輸出的所述電脈沖信號轉換為矩形波的電脈沖信號，所述放大器 將矩形波的所述電脈沖信號進行電壓放大。
6. 如權利要求1或5所述的測量裝置，其特征在于，所述信號采集器還包括脈沖寬度計 時單元，所述脈沖寬度計時單元根據所述電脈沖信號的高/低電平脈沖寬度進行計時。
7. 如權利要求6所述的測量裝置，其特征在于，所述信號處理器還包括脈沖寬度處理 單元，所述脈沖寬度處理單元根據所述高/低電平脈沖寬度計時獲得單個高/低電平脈沖 的一定寬度對應的發(fā)動機曲軸的旋轉角度。
8. 如權利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述光電傳感器的分辨率基于所述信 號采集器處理所述電脈沖信號的數量設定。
9. 一種發(fā)動機曲軸轉角的測量方法，其特征在于，包括以下步驟 設置與發(fā)動機曲軸一起旋轉的編碼盤；在所述編碼盤與發(fā)動機曲軸一起旋轉過程中，向所述編碼盤發(fā)射光線以產生光脈沖信號；采集所述光脈沖信號并轉換為電脈沖信號； 將所述電脈沖信號的高和/或低電平脈沖數量進行計數；禾口 根據所述高和/或低電平脈沖計數獲得發(fā)動機曲軸的旋轉角度。
10. 如權利要求9所述的測量方法，其特征在于，所述編碼盤的外緣均勻設置有齒牙和 齒缺以用于阻擋或者通過所述光線，在所述電脈沖信號轉換步驟中將所述齒牙產生的光脈 沖信號轉換為低電平的電脈沖信號，將所述齒缺產生的光脈沖信號轉換為高電平的電脈沖 信號。
11. 如權利要求9所述的測量方法，其特征在于，所述編碼盤上均勻設置有彼此相間的 明紋和暗紋編碼刻度以用于阻擋或者通過所述光線，在所述電脈沖信號轉換步驟中將所述暗紋編碼刻度產生的光脈沖信號轉換為低電平的電脈沖信號，將所述明紋編碼刻度產生的光脈沖信號轉換為高電平的電脈沖信號。
12. 如權利要求9所述的測量方法，其特征在于，在進行所述電脈沖信號的高和/或低電平脈沖數量計數之前還包括以下步驟將所述電脈沖信號轉換為矩形波；禾口放大矩形波的所述電脈沖信號的電壓。
13. 如權利要求9或12所述的測量方法，其特征在于，還包括根據所述電脈沖信號的高/低電平脈沖寬度進行計時的步驟，以獲得單個高/低電平脈沖的一定寬度對應的發(fā)動機曲軸的旋轉角度。
14. 如權利要求13所述的測量方法，其特征在于，還包括結合所述電脈沖信號的高和/或低電平脈沖數量計數和所述高/低電平脈沖寬帶計時獲得發(fā)動機曲軸對應的旋轉角度。
15. 如權利要求13所述的測量方法，其特征在于，所述進行寬度計時以獲得所述寬度對應的發(fā)動機曲軸旋轉角度的步驟包括在對所述電脈沖信號高/低電平脈沖數量計數的同時，從所述電脈沖信號每個高/低電平脈沖的寬度起點開始計時；獲得當前單個高/低電平脈沖寬度對應的時間；計算所述當前高/低電平脈沖寬度的計時時間與前一個高/低電平脈沖整個寬度對應的計時時間的比值；禾口根據該比值及單個高/低電平脈沖對應的曲軸轉角確定所述當前單個高/低電平脈沖寬度對應的曲軸轉角。
16. 如權利要求15所述的測量方法，其特征在于，所述高電平脈沖的寬度起點與每個高電平脈沖上第一預定閾值電壓對應，所述低電平脈沖的寬度起點與每個低電平脈沖上第二預定閾值電壓對應。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)動機曲軸轉角的測量裝置，包括編碼盤，與發(fā)動機曲軸一起旋轉并產生光脈沖信號；光電傳感器，用于感應所述編碼盤與發(fā)動機曲軸一起旋轉過程中產生的光脈沖信號，并將所述光脈沖信號轉換為電脈沖信號；信號采集器，用于采集所述電脈沖信號的高和/或低電平脈沖數量；以及信號處理器，根據所述高和/或低電平脈沖數量獲得發(fā)動機曲軸旋轉的角度。本發(fā)明能夠提供高精度的發(fā)動機曲軸轉角測量。本發(fā)明還公開一種發(fā)動機曲軸轉角的測量方法。
文檔編號G01D5/12GK101738211SQ20081022708
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權日2008年11月21日
發(fā)明者劉少勇, 沈強, 王世友 申請人:比亞迪股份有限公司