Способ измерения углового положения вала

 

Изобретение относится к измерительной технике. Техническим результатом является увеличение достоверности измерений. Способ измерения углового положения вала заключается в том, что относительно контролируемого вала с диском с зубчатым венцом, равномерно расположенными зубьями и несколькими пропущенными, размещают датчик, генерирующий сигналы с известной скважностью, измеряют и запоминают текущий период следования сигналов датчика, формируют маркерный импульс, соответствующий пропуску зубьев, и угловые импульсы, соответствующие зубьям на диске, подсчитывают количество угловых импульсов, сформированных после маркерного импульса, и по количеству подсчитанных угловых импульсов определяют угловое положение контролируемого вала; перед формированием угловых импульсов производят выделение и отбрасывание импульсов помех, для чего по фронту каждого сигнала датчика на первом этапе производят сравнение константы, датчика и поправки, учитывающей максимально возможное торможение контролируемого вала, с отношением предыдущего периода следования к текущему периоду следования, импульс помехи определяют либо на первом этапе, если считывают нулевой логический уровень сигнала датчика, либо на втором этапе, если отношение предыдущего периода следования сигнала датчика к текущему периоду следования сигнала датчика меньше константы. 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к измерению углового положения вала двигателя внутреннего сгорания (ДВС), снабженного электронной цифровой системой управления.

Известен способ измерения углового положения вала ДВС (авт. св. СССР N 917708, кл. F 02 P 5/08, 1982), заключающийся в том, что размещают два импульсных датчика относительно контролируемого вращающегося вала, снабженного диском с зубчатым венцом и одиночным маркерным зубом, причем первый датчик размещают над венцом, имеющим равномерно нарезанные зубья, а второй датчик - над одиночным маркерным зубом. Измерение углового положения производят путем подсчета угловых импульсов, формируемых первым датчиком относительно опорного импульса, формируемого вторым датчиком.

Данный способ является громоздким, так как требует наличия двух датчиков и соответствующего им числа связей и формирователей сигналов. Кроме того, данный способ имеет низкую помехозащищенность в условиях импульсных помех, например от системы зажигания ДВС, что вызывает сбой в работе системы управления ДВС.

За прототип взят способ измерения углового положения вала ДВС, (авт. св. СССР N 1728642, кл. G 01 B 7/30, 23.04.92), заключающийся в следующем. Размещают один импульсный датчик относительно контролируемого вала, снабженного диском с зубчатым венцом, имеющим равномерно нарезанные зубья, причем несколько зубьев пропущено. При вращении вала датчика формирует импульсы, соответствующие прохождению мимо него зубьев диска контролируемого вала. Путем измерения текущего периода следования импульсов, формируемых датчиком, и сравнения его с предыдущим периодом следования импульсов выделяют маркерный импульс и производят подсчет угловых импульсов относительно маркерного импульса.

Данный метод также имеет низкую помехозащищенность в условиях импульсных помех, например от системы зажигания ДВС.

Техническим результатом изобретения является увеличение достоверности измерения углового положения вала в условиях импульсных помех, например от системы зажигания ДВС.

Указанный результат достигается тем, что в способе измерения углового положения вала, заключающемся в том, что относительно контролируемого вала, снабженного диском с зубчатым венцом, имеющим равномерно расположенные зубья и несколько пропущенных, размещают датчик, генерирующий при перемещении в процессе вращения вала зубьев сигналы с известной скважностью, измеряют и запоминают текущий период следования сигналов датчика, формируют маркерный импульс, соответствующий пропуску зубьев на контролируемом валу, и угловые импульсы, соответствующие зубьям на диске контролируемого вала, подсчитывают количество угловых импульсов, сформированных после маркерного импульса, сформированных после маркерного импульса, определяют угловое положение контролируемого вала перед формированием угловых импульсов, производят выделение и отбрасывание импульсов помех, для чего по фронту каждого сигнала датчика на первой этапе производят сравнение константы, которая представляет собой сумму величины скважности сигналов датчика и поправки, учитывающей торможение контролируемого вала, с отношением предыдущего периода следования к текущему периоду следования, причем импульс помехи определяют либо на первом этапе, если считывают нулевой логический уровень сигнала датчика, либо на втором этапе, если отношение предыдущего периода следования сигнала датчика к текущему периоду следования сигнала датчика меньше константы.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ. На фиг. 2 осциллограмма напряжения на выходе формирователя сигнала датчика в случае отсутствия импульса помехи. На фиг. 3 осциллограмма напряжения на выходе формирователя сигнала датчика в случае наложения импульса помехи на низкий уровень сигнала датчика. На фиг. 4 осциллограмма напряжения на выходе формирователя в случае наложения импульса помехи на высокий уровень сигнала датчика. На фиг. 5 структурная схема алгоритма обработки прерывания по фронту сигнала датчика.

Обозначения, принятые на осциллограммах: Т_п предыдущий запомненный период следования сигнала датчика; T_м текущий измеренный период следования сигнала датчика; U длительность высокого уровня сигнала датчика, U_п длительность импульса помехи.

Скважность определяется как отношение периода следования сигналов датчика к длительности высокого уровня сигнала.

Устройство для его реализации включает в себя установленный на контролируемом валу зубчатый диск 1 с 58 зубьями и двумя пропущенными, датчик 2, размещенный над зубчатым диском 1 и соединенный с формирователем 3 сигналов датчика. Выход формирователя 3 сигналов датчика соединен со входом внешних прерываний микропроцессора 4, который в свою очередь соединен с запоминающим устройством 5, в котором хранится программа обработки прерывания. Микропроцессор 4 имеет выход, на который выводится информация об угловом положении контролируемого вала.

Способ может быть реализован следующим образом. Размещают импульсный датчик над зубчатым венцом, жестко связанным с контролируемым валом. Датчик может быть, например, индукционным, на основе эффекта Холла, или оптический. Зубчатый венец может иметь, например, 58 и два пропущенных зуба. По фронту сигнала датчика производят выдержку времени, превышающую длительность импульса помехи, например, при помощи линии задержки или таймера, а затем считывают логический уровень сигнала датчика.

Если считанный уровень является логическим нулем, то сигнал датчика считают помехой. По импульсу помехи никаких действий не производят и переходят в режим ожидания следующего сигнала датчика. Если считанный логический уровень является логической единицей, то измеряют период следования сигналов датчика, например, путем подсчета в течение времени от появления фронта данного сигнала, до появления фронта следующего сигнала числа импульсов задающего генератора. Производят запоминание просчитанного числа импульсов задающего генератора, например, в счетчике, регистре или ячейке оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). Вычисляют отношение текущего периода следования сигналов датчика к запоминающему предыдущему. Это может быть выполнено путем деления текущего периода следования на предыдущий запомненный период, например, в арифметическо-логическом устройстве (АЛУ) или при помощи микропроцессора. Производят сравнение полученного отношения с константой, представляющей собой сумму скважности сигналов датчика и поправки, учитывающей максимально возможное торможение вала. Если полученное отношение меньше указанной константы, то считают данный сигнал помехой, наведенной, например, от системы зажигания ДВС, дальнейшую обработку сигнала прекращают, измеренный период не запоминают и переходят в режим ожидания следующего сигнала датчика. Если полученное отношение больше вышеуказанной константы, то данный сигнал датчика считают действительным сигналом и по нему производят дальнейшее формирование маркерного и/или углового импульсов. Формирование маркерного импульса производят, например, при более чем двухкратном превышении текущего периода следования сигналов датчика над предыдущим запомненным периодом. Формирование угловых импульсов производят, например по каждому действительному сигналу датчика. Производят подсчет угловых импульсов, начиная с момента формирования маркерного импульса, например, при помощи программного счетчика, выполненного на базе регистра, ячейки ОЗУ или отдельной микросхемы. При этом по каждому угловому импульсу производят инкрементирование счетчика, а по каждому маркерному импульсу производят обнуление счетчика. Число насчитанных счетчиком угловых импульсов в данный момент времени будет указывать текущее угловое положение вала относительно положения маркерной метки (в данном примере двух пропущенных зубьев).

Заявляемый способ был реализован программно в контроллере системы управления ДВС автомобиля ВАЗ-2110.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. При вращении вала происходит перемещение зубьев и впадин перед датчиком 2, который при этом генерирует сигналы. Формирователь сигналов датчика 3 преобразует сигналы датчика 2 в вид, приемлемый для микропроцессора 4. Импульсы с выхода формирователя сигналов датчика 3 поступают на вход внешних прерываний микропроцессора 4.

В процессе генерации импульсов датчиком 2 и передачи их на формирователь 3 на сигналы датчика могут накладываться импульсы помехи, например, от системы зажигания ДВС, и таким образом на вход прерывания микропроцессора будет поступать сигнал, представляющий собой сумму сигналов датчика и помехи. По фронту этого сигнала микропроцессор, например, Siemens 80517, прерывает основную программу для обработки внешнего прерывания.

Алгоритм обработки этого прерывания, представленный на фиг. 5, показывает этапы обработки сигнала датчика по предложенному способу. Для измерения периода следования сигнала датчика от фронта до фронта используется таймерное устройство микропроцессора. В данном примере программной реализации не показан блок, в котором происходит формирование маркерного импульса. Данный блок может быть выполнен, как и в прототипе, путем сравнения текущего периода следования сигнала датчика с удвоенным предыдущим периодом, поскольку маркерной метке (пропуску двух зубьев) соответствует двойной период следования сигналов датчика при прохождении перед ним пропуска зубьев. В начале алгоритма осуществляется задержка на время, характерное для импульса помехи (порядка нескольких микросекунд). Задержка может быть выполнена при помощи счетчика-таймера или выполнением пустых команд (NOP-команд). По истечении задержки проверяется уровень сигнала на входе прерываний. Если уровень сигнала на входе низкий, это означает, что прерывание произошло не от действительного сигнал датчика, а от помехи, при этом осуществляется выход из обработки прерывания без запоминания текущего периода. Если же уровень сигнала высокий, то вычисляется величина отношения предыдущего запомненного периода Т_п к текущему измеренному Т_м и сравнивается с константой (Q + dQ), и если отношение меньше, то это означает, что прерывание произошло от помехи, при этом осуществляется выход из обработки прерывания без запоминания текущего периода. Противоположный случай означает, что прерывание произошло от действительного импульса. При этом запоминается текущий измеренный период сигнала и инкрементируется программный счетчик. После этого количество импульсов, отсчитанных программным счетчиком, сравнивается с количеством зубьев на зубчатом венце. Если количество импульсов не превышает числа зубьев, то происходит нормальный выход из прерывания. Если же показание счетчика превышает число зубьев, то генерируется сообщение об ошибке и осуществляется пересинхронизация, то есть переход на подпрограмму первоначального нахождения маркерной метки (формирования маркерного импульса).

Формула изобретения

Способ измерения углового положения вала, заключающийся в том, что относительно контролируемого вала, снабженного диском с зубчатым венцом, имеющим равномерно расположенные зубья и несколько пропущенных, размещают датчик, генерирующий при перемещении в процессе вращения вала зубьев сигнал с известной скважностью, измеряют и запоминают текущий период следования сигналов датчика, формируют маркерный импульс, соответствующий пропуску зубьев на контролируемом валу, и угловые импульсы, соответствующие зубьям на диске контролируемого вала, подсчитывают количество угловых импульсов, сформированных после маркерного импульса, и по количеству подсчитанных угловых импульсов определяют угловое положение контролируемого вала, отличающийся тем, что перед формированием угловых импульсов производят выделение и отбрасывание импульсов помех, для чего по фронту каждого сигнала датчика на первом этапе производят сравнение константы, которая представляет собой сумму величины скважности сигналов датчика и поправки, учитывающей торможение контролируемого вала, с отношением предыдущего периода следования к текущему периоду следования, причем импульс помехи определяют либо на первом этапе, если считывают нулевой логический уровень сигнала датчика, либо на втором этапе, если отношение предыдущего периода следования сигнала датчика к текущему периоду следования сигнала датчика меньше константы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5