CN117028039B - 一种排气用电动控制阀的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种排气用电动控制阀的自动控制系统，排气用电动控制阀包括控制器总成和阀门总成，阀门总成内设有压力传感器和气体流量传感器，阀门上设有倾斜传感器，自动控制系统包括：第一控制模块，用于获取实时压力值、实时排气量和实时倾斜角度；数据接收模块，用于持续接收整车网络发送的角度调整指令；第二控制模块，用于控制驱动电机来带动蜗杆转动，将阀门带动旋转至目标调整角度；第三控制模块，用于根据实时压力值和实时排气量控制调整电机的实时转速。有益效果是本发明能够根据整车网络提供的角度调整指令驱动阀门旋转至指定角度，并进行旋转过程中的数据监测及时调整电机的实时转速，保证安全性。

Description

一种排气用电动控制阀的自动控制系统

技术领域

本发明涉及电动控制阀的技术领域，具体而言，涉及一种排气用电动控制阀的自动控制系统。

背景技术

汽车排气系统主要是排放发动机工作所排出的废气，同时使排出的废气污染减小，噪音减小，汽车排气系统主要用于轻型车、微型车和客车，摩托车等机动车辆，汽车排气系统是指收集并且排放废气的系统，一般由排气歧管，排气管，催化转换器，排气温度传感器，汽车消声器和排气尾管等组成。

目前，市场上常见的传统能源汽车所使用的排气系统，一般采用前后布置的数个被动型消声器来实现车辆的排气声学设计开发，所谓被动型消声器，就是消声器的设计采用调音管，挡板，玻纤等纯机械结构，不包含任何电动控制相关部件，而主动型消声控制系统能够根据车辆不同转速和运动状态，调节排气系统气流走向，以改变排气系统不同状态下的声学表现，但是这种主动型消声控制系统通常是根据外部输入的调整指令直接控制电动控制阀内的阀片进行旋转，而电动控制阀内的环境是十分复杂的，排出气体的排气量和电动控制阀内的压力值都会影响到阀门的正常开合或是否能够旋转至指定角度，容易造成较大的误差影响排气和声音效果。

发明内容

本发明要解决的问题是：提供一种排气用电动控制阀的自动控制系统，能够根据实时排气量和实时压力值在阀片旋转过程中调整电机的实时转速，保证阀门的正常开合并能够旋转至指定角度，同时能够减小误差减轻对于排气和声音效果的影响。

为解决上述问题，本发明提供一种排气用电动控制阀的自动控制系统，所述排气用电动控制阀包括控制器总成和阀门总成，所述控制器总成内设有电机和涡轮蜗杆传动机构，所述涡轮蜗杆传动机构包括蜗杆和与所述蜗杆啮合的涡轮，所述蜗杆与所述电机的输出轴固定连接，所述阀门总成包括阀体和阀门，所述阀门转动设置在所述阀体内，所述涡轮的传动杆与所述阀门连接，所述阀门总成内还设有一压力传感器和一气体流量传感器，所述阀门上设有一倾斜传感器，所述自动控制系统包括：

一第一控制模块，用于控制所述压力传感器、所述气体流量传感器和所述倾斜传感器持续进行检测并获取对应的实时压力值、实时排气量和实时倾斜角度；

一数据接收模块，与整车网络通信连接，用于持续接收汽车在不同转速和运动状态下所述整车网络发送的包含目标调整角度的一角度调整指令；

一第二控制模块，分别连接所述第一控制模块和所述数据接收模块，用于根据所述角度调整指令控制驱动所述电机来带动所述蜗杆转动，通过所述蜗杆驱使所述涡轮旋转并将所述阀门带动旋转至所述实时倾斜角度与所述目标调整角度相同；

一第三控制模块，分别连接所述第二控制模块和所述第一控制模块，用于在所述第二控制模块控制驱动所述电机带动所述蜗杆转动的过程中，根据所述实时压力值和所述实时排气量控制所述第二控制模块调整所述电机的实时转速。

本方案中，在排气用电动控制阀的阀门总成内设置一个压力传感器和一个气体流量传感器，并在阀门上设置一个倾斜传感器，通过压力传感器实时检测阀门总成内的实时气压值，通过气体流量传感器实时检测阀门总成内排出气体的实时排气量，通过倾斜传感器实时检测阀门的实时倾斜角度，通过第二控制模块实现接收整车网络输入的角度调整指令并根据角度调整指令对阀门的实时倾斜角度进行调整，同时通过第三控制模块实现在阀门旋转过程中根据实时排气量和实时压力值调整电机的实时转速，保证阀门的正常开合并能够旋转至指定角度，同时能够减小误差减轻对于排气和声音效果的影响。

优选的，所述数据接收模块为蓝牙模组并设于所述控制器总成内。

本方案中，数据接收模块采用BLE5.0/5.1的远距离通讯蓝牙模组，能够保证良好的数据实时传输能力，进而保证阀门角度调整和电机转速调整的实时性。

优选的，所述第二控制模块包括：

一第一处理单元，用于根据所述角度调整指令生成包含所述目标调整角度的PWM电机转速控制模拟信号并输出；

一第一控制单元，连接所述第一处理单元，用于输出所述PWM电机转速控制模拟信号至所述电机以使所述电机根据所述PWM电机转速控制模拟信号进行转动。

本方案中，将第二控制模块作为中间件，通过第一处理单元负责指令-信号之间的转化，以将角度调整指令生成PWM电机转速控制模拟信号，而第一控制单元负责信号输出及电机控制，以使电机根据所述PWM电机转速控制模拟信号进行转动。

优选的，所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述第三控制模块为集成芯片并设于所述控制器总成内。

本方案中，第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块采用集成芯片可以方便设置在控制器总成内，并且体积较小不会占用较大空间。

优选的，所述控制器总成封装于塑料材质外壳内，所述塑料材质外壳内开设有至少三个安装槽以供安装所述第一控制模块、所述第二控制模块和所述第三控制模块。

本方案中，在塑料材质外壳内开设专门用于安装第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块的安装槽，保证第一控制模块、第二控制模块和第三控制模块在控制器总成内的稳定性。

优选的，所述第三控制模块包括：

一存储单元，用于存储一压力值范围和一排气量范围；

一第二处理单元，连接所述存储单元，用于根据所述实时压力值和所述压力值范围处理得到一压力值匹配结果；

一第三处理单元，连接所述存储单元，用于根据所述实时排气量和所述排气量范围处理得到一排气量匹配结果；

第二控制单元，分别连接所述第二处理单元和所述第三处理单元，用于在所述压力值匹配结果和所述排气量匹配结果均表征正常时控制所述第二控制模块保持所述电机当前时刻下的当前转速；或

在所述压力值匹配结果和所述排气量匹配结果中的至少一个表征异常时控制所述第二控制模块降低所述电机当前时刻下的所述当前转速至所述压力值匹配结果和所述排气量匹配结果均表征正常；

第三控制单元，连接所述第二控制单元，用于在所述压力值匹配结果和所述排气量匹配结果均表征正常之后，控制所述第二控制模块回调所述电机当前时刻下的所述当前转速。

本方案中，将实时压力值和压力值范围对比得到的压力值匹配结果作为第一判断基准依据，将实时排气量和排气量范围对比得到的排气量匹配结果作为第二判断基准依据，当第一判断基准依据和第二判断基准依据均正常时则保持电机的当前转速，继续转动阀门，而当其中任意一个出现异常时则表示电机的当前转速过快，排出气体的实时排气量和阀门总成内的实时压力值都出现了问题，因此需要控制电机降低当前转速，待第一判断基准依据和第二判断基准依据转为正常时，控制电机回调当前转速。

优选的，所述第二处理单元包括一第一处理子单元，用于在所述实时压力值处于所述压力值范围内时，输出表征正常的所述压力值匹配结果；或

在所述实时压力值未处于所述压力值范围内时，输出表征异常的所述压力值匹配结果。

优选的，所述第三处理单元包括一第二处理子单元，用于在所述实时排气量处于所述排气量范围内时，输出表征正常的所述排气量匹配结果；或

在所述实时排气量未处于所述排气量范围内时，输出表征异常的所述排气量匹配结果。

优选的，所述自动控制系统还包括一数据统计模块，连接所述数据接收模块和所述第一控制模块，用于按照时间线将每个时刻的所述目标调整角度、所述实时压力值、所述实时排气量和所述实时倾斜角度绘制成曲线图并输出至外部的控制中心。

本方案中，通过设置数据统计模块对每个时刻的目标调整角度、实时压力值、实时排气量和实时倾斜角度进行统计并绘制成曲线图，已便于后续的问题追溯。

优选的，所述数据统计模块连接外部的一显示屏以输出当前时刻的所述目标调整角度、所述实时压力值、所述实时排气量和所述实时倾斜角度至所述显示屏内进行可视化展示。

本方案中，数据统计模块外接显示屏可以方便汽车驾驶者查看到当前时刻的目标调整角度、实时压力值、实时排气量和实时倾斜角度，及时发现异常进行处理。

附图说明

图1为本发明的自动控制系统的结构原理图；

附图标记说明：1、压力传感器；2、气体流量传感器；3、倾斜传感器；4、第一控制模块；5、数据接收模块；6、第二控制模块；61、第一处理单元；62、第一控制单元；7、第三控制模块；71、存储单元；72、第二处理单元；721、第一处理子单元；73、第三处理单元；731、第二处理子单元；74、第二控制单元；75、第三控制单元；8、数据统计模块。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种排气用电动控制阀的自动控制系统，排气用电动控制阀包括控制器总成和阀门总成，控制器总成内设有电机和涡轮蜗杆传动机构，涡轮蜗杆传动机构包括蜗杆和与蜗杆啮合的涡轮，蜗杆与电机的输出轴固定连接，阀门总成包括阀体和阀门，阀门转动设置在阀体内，涡轮的传动杆与阀门连接，其特征在于，阀门总成内还设有一压力传感器1和一气体流量传感器2，阀门上设有一倾斜传感器3，自动控制系统如图1所示，包括：

一第一控制模块4，用于控制压力传感器1、气体流量传感器2和倾斜传感器3持续进行检测并获取对应的实时压力值、实时排气量和实时倾斜角度；

一数据接收模块5，与整车网络通信连接，用于持续接收汽车在不同转速和运动状态下整车网络发送的包含目标调整角度的一角度调整指令；

一第二控制模块6，分别连接第一控制模块4和数据接收模块5，用于根据角度调整指令控制驱动电机来带动蜗杆转动，通过蜗杆驱使涡轮旋转并将阀门带动旋转至实时倾斜角度与目标调整角度相同；

一第三控制模块7，分别连接第二控制模块6和第一控制模块4，用于在第二控制模块6控制驱动电机带动蜗杆转动的过程中，根据实时压力值和实时排气量控制第二控制模块6调整电机的实时转速。

具体地，本实施例中，在排气用电动控制阀的阀门总成内设置一个压力传感器1和一个气体流量传感器2，并在阀门上设置一个倾斜传感器3，通过压力传感器1实时检测阀门总成内的实时气压值，通过气体流量传感器2实时检测阀门总成内排出气体的实时排气量，通过倾斜传感器3实时检测阀门的实时倾斜角度，通过第二控制模块6实现接收整车网络输入的角度调整指令并根据角度调整指令对阀门的实时倾斜角度进行调整，同时通过第三控制模块7实现在阀门旋转过程中根据实时排气量和实时压力值调整电机的实时转速，保证阀门的正常开合并能够旋转至指定角度，同时能够减小误差减轻对于排气和声音效果的影响。

本发明的较佳的实施例中，数据接收模块5为蓝牙模组并设于控制器总成内。

具体地，本实施例中，数据接收模块5采用BLE5.0/5.1的远距离通讯蓝牙模组，能够保证良好的数据实时传输能力，进而保证阀门角度调整和电机转速调整的实时性。

本发明的较佳的实施例中，第二控制模块6包括：

一第一处理单元61，用于根据角度调整指令生成包含目标调整角度的PWM电机转速控制模拟信号并输出；

一第一控制单元62，连接第一处理单元61，用于输出PWM电机转速控制模拟信号至电机以使电机根据PWM电机转速控制模拟信号进行转动。

具体地，本实施例中，将第二控制模块6作为中间件，通过第一处理单元61负责指令-信号之间的转化，以将角度调整指令生成PWM电机转速控制模拟信号，而第一控制单元62负责信号输出及电机控制，以使电机根据PWM电机转速控制模拟信号进行转动。

本发明的较佳的实施例中，第一控制模块4、第二控制模块6和第三控制模块7为集成芯片并设于控制器总成内。

具体地，本实施例中，第一控制模块4、第二控制模块6和第三控制模块7采用集成芯片可以方便设置在控制器总成内，并且体积较小不会占用较大空间。

本发明的较佳的实施例中，控制器总成封装于塑料材质外壳内，塑料材质外壳内开设有至少三个安装槽以供安装第一控制模块4、第二控制模块6和第三控制模块7。

具体地，本实施例中，在塑料材质外壳内开设专门用于安装第一控制模块4、第二控制模块6和第三控制模块7的安装槽，保证第一控制模块4、第二控制模块6和第三控制模块7在控制器总成内的稳定性。

本发明的较佳的实施例中，第三控制模块7包括：

一存储单元71，用于存储一压力值范围和一排气量范围；

一第二处理单元72，连接存储单元71，用于根据实时压力值和压力值范围处理得到一压力值匹配结果；

一第三处理单元73，连接存储单元71，用于根据实时排气量和排气量范围处理得到一排气量匹配结果；

第二控制单元74，分别连接第二处理单元72和第三处理单元73，用于在压力值匹配结果和排气量匹配结果均表征正常时控制第二控制模块6保持电机当前时刻下的当前转速；或

在压力值匹配结果和排气量匹配结果中的至少一个表征异常时控制第二控制模块6降低电机当前时刻下的当前转速至压力值匹配结果和排气量匹配结果均表征正常；

第三控制单元75，连接第二控制单元74，用于在压力值匹配结果和排气量匹配结果均表征正常之后，控制第二控制模块6回调电机当前时刻下的当前转速。

具体地，本实施例中，将实时压力值和压力值范围对比得到的压力值匹配结果作为第一判断基准依据，将实时排气量和排气量范围对比得到的排气量匹配结果作为第二判断基准依据，当第一判断基准依据和第二判断基准依据均正常时则保持电机的当前转速，继续转动阀门，而当其中任意一个出现异常时则表示电机的当前转速过快，排出气体的实时排气量和阀门总成内的实时压力值都出现了问题，因此需要控制电机降低当前转速，待第一判断基准依据和第二判断基准依据转为正常时，控制电机回调当前转速。

本发明的较佳的实施例中，第二处理单元72包括一第一处理子单元721，用于在实时压力值处于压力值范围内时，输出表征正常的压力值匹配结果；或

在实时压力值未处于压力值范围内时，输出表征异常的压力值匹配结果。

本发明的较佳的实施例中，第三处理单元73包括一第二处理子单元731，用于在实时排气量处于排气量范围内时，输出表征正常的排气量匹配结果；或

在实时排气量未处于排气量范围内时，输出表征异常的排气量匹配结果。

本发明的较佳的实施例中，自动控制系统还包括一数据统计模块8，连接数据接收模块5和第一控制模块4，用于按照时间线将每个时刻的目标调整角度、实时压力值、实时排气量和实时倾斜角度绘制成曲线图并输出至外部的控制中心。

具体地，本实施例中，通过设置数据统计模块8对每个时刻的目标调整角度、实时压力值、实时排气量和实时倾斜角度进行统计并绘制成曲线图，已便于后续的问题追溯。

本发明的较佳的实施例中，数据统计模块7连接外部的一显示屏以输出当前时刻的目标调整角度、实时压力值、实时排气量和实时倾斜角度至显示屏内进行可视化展示。

具体地，本实施例中，数据统计模块8外接显示屏可以方便汽车驾驶者查看到当前时刻的目标调整角度、实时压力值、实时排气量和实时倾斜角度，及时发现异常进行处理。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种排气用电动控制阀的自动控制系统，所述排气用电动控制阀包括控制器总成和阀门总成，所述控制器总成内设有电机和涡轮蜗杆传动机构，所述涡轮蜗杆传动机构包括蜗杆和与所述蜗杆啮合的涡轮，所述蜗杆与所述电机的输出轴固定连接，所述阀门总成包括阀体和阀门，所述阀门转动设置在所述阀体内，所述涡轮的传动杆与所述阀门连接，其特征在于，所述阀门总成内还设有一压力传感器(1)和一气体流量传感器(2)，所述阀门上设有一倾斜传感器(3)，所述自动控制系统包括：

一第一控制模块(4)，用于控制所述压力传感器(1)、所述气体流量传感器(2)和所述倾斜传感器(3)持续进行检测并获取对应的实时压力值、实时排气量和实时倾斜角度；

一数据接收模块(5)，与整车网络通信连接，用于持续接收汽车在不同转速和运动状态下所述整车网络发送的包含目标调整角度的一角度调整指令；

一第二控制模块(6)，分别连接所述第一控制模块(4)和所述数据接收模块(5)，用于根据所述角度调整指令控制驱动所述电机来带动所述蜗杆转动，通过所述蜗杆驱使所述涡轮旋转并将所述阀门带动旋转至所述实时倾斜角度与所述目标调整角度相同；

一第三控制模块(7)，分别连接所述第二控制模块(6)和所述第一控制模块(4)，用于在所述第二控制模块(6)控制驱动所述电机带动所述蜗杆转动的过程中，根据所述实时压力值和所述实时排气量控制所述第二控制模块(6)调整所述电机的实时转速；

所述数据接收模块(5)为蓝牙模组并设于所述控制器总成内；

所述第二控制模块(6)包括：

一第一处理单元(61)，用于根据所述角度调整指令生成包含所述目标调整角度的PWM电机转速控制模拟信号并输出；

一第一控制单元(62)，连接所述第一处理单元(61)，用于输出所述PWM电机转速控制模拟信号至所述电机以使所述电机根据所述PWM电机转速控制模拟信号进行转动；

所述第三控制模块(7)包括：

一存储单元(71)，用于存储一压力值范围和一排气量范围；

一第二处理单元(72)，连接所述存储单元(71)，用于根据所述实时压力值和所述压力值范围处理得到一压力值匹配结果；

一第三处理单元(73)，连接所述存储单元(71)，用于根据所述实时排气量和所述排气量范围处理得到一排气量匹配结果；

第二控制单元(74)，分别连接所述第二处理单元(72)和所述第三处理单元(73)，用于在所述压力值匹配结果和所述排气量匹配结果均表征正常时控制所述第二控制模块(6)保持所述电机当前时刻下的当前转速；或

在所述压力值匹配结果和所述排气量匹配结果中的至少一个表征异常时控制所述第二控制模块(6)降低所述电机当前时刻下的所述当前转速至所述压力值匹配结果和所述排气量匹配结果均表征正常；

第三控制单元(75)，连接所述第二控制单元(74)，用于在所述压力值匹配结果和所述排气量匹配结果均表征正常之后，控制所述第二控制模块(6)回调所述电机当前时刻下的所述当前转速。

2.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，所述第一控制模块(4)、所述第二控制模块(6)和所述第三控制模块(7)为集成芯片并设于所述控制器总成内。

3.根据权利要求2所述的自动控制系统，其特征在于，所述控制器总成封装于塑料材质外壳内，所述塑料材质外壳内开设有至少三个安装槽以供安装所述第一控制模块(4)、所述第二控制模块(6)和所述第三控制模块(7)。

4.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，所述第二处理单元(72)包括一第一处理子单元(721)，用于在所述实时压力值处于所述压力值范围内时，输出表征正常的所述压力值匹配结果；或

在所述实时压力值未处于所述压力值范围内时，输出表征异常的所述压力值匹配结果。

5.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，所述第三处理单元(73)包括一第二处理子单元(731)，用于在所述实时排气量处于所述排气量范围内时，输出表征正常的所述排气量匹配结果；或

在所述实时排气量未处于所述排气量范围内时，输出表征异常的所述排气量匹配结果。

6.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于，所述自动控制系统还包括一数据统计模块(8)，连接所述数据接收模块(5)和所述第一控制模块(4)，用于按照时间线将每个时刻的所述目标调整角度、所述实时压力值、所述实时排气量和所述实时倾斜角度绘制成曲线图并输出至外部的控制中心。

7.根据权利要求6所述的自动控制系统，其特征在于，所述数据统计模块(8)连接外部的一显示屏以输出当前时刻的所述目标调整角度、所述实时压力值、所述实时排气量和所述实时倾斜角度至所述显示屏内进行可视化展示。