专利名称：发动机曲轴转角的测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及测量技术，尤其涉及一种发动机曲轴转角的测量装置和方法。
背景技术：
随着汽车技术的发展和国家排放标准的提高，对发动机的控制要求越来越高，要 实现对发动机的精确控制，首先就必须要实现发动机各种数据的精确测量和采集。在发动 机的众多数据中，其曲轴转角就是一个重要的数据。 发动机的曲轴转角是通过曲轴在旋转一周的过程中所经过的不同位置对应的角 度来确定的，通过曲轴转角获得相应的活塞位置，从而决定发动机的点火时间。发动机的 点火时间是否正确直接关系到发动机的动力输出和燃料的燃烧情况(排放是否达标)。发 动机的点火时间不正确时带来的主要�：τ�1、发动机的点火时间太早则会导致爆震，从 而损坏发动机或减小其寿命。2、如果发动机的点火时间太晚则会使燃油燃烧不充分就被排 出，造成大气污染，从而使排放严重的不达标。3、无论是发动机的点火时间提前或者太晚都 会使发动机的动力输出不足。 目前，常用的曲轴转角检测装置为电磁式传感器，即在发动机的曲轴一端上安装 有一定齿数的齿盘，然后电磁感应元件(例如霍尔元件)相对于齿盘固定安装在一定位置。 这样，在发动机转动时，安装在曲轴一端的齿盘上的齿牙就会依次接近电磁感应元件，从而 在电磁感应元件的信号输出端产生对应齿数的近似于正弦波的波形。该电磁式传感器的输 出波形为差分信号，通过转换处理使其成为具有相同频率的方波，因此根据这些方波来确 定曲轴旋转一周的具体位置。 但是，现有的电磁式传感器具有以下缺点(l)齿盘的齿数较少，传感器的精度较 低；(2)电磁传感器的产生的波形受转速的影响很大，在低速和高速时产生的电压信号的 波峰值变化很大，近似波形对比如图3所示。如图所示，低速时电压很小(一般只有几伏)， 而高速时电压就很大(可以达到几十伏)，这样对处理该信号的芯片的电压冲击就很大，造 成对芯片的很大伤害；(3)在进行方波转化的过程中，会因传感器随转速高低不同产生幅 值不同而致使方波的脉宽不同，从而产生误差，造成此类传感器产生的测试误差较大；(4) 此类传感器的安装要求比较高，主要是指齿盘与电磁感应元件的相对位置必须一样大，否 则产生的波形的误差将会更大。 因此，现有技术的发动机曲轴转角测量装置不能够提供精确的转角测量。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。 为此，本发明提出一种发动机曲轴转角的测量方法和装置，从而提供精确的曲轴 转角测量。 根据本发明一个方面，本发明实施例提供的发动机曲轴转角的测量装置包括编 码盘，与发动机曲轴一起旋转并产生光脉冲信号；光电传感器，用于感应所述编码盘与发动
4机曲轴一起旋转过程中产生的光脉冲信号，并将所述光脉冲信号转换为电脉冲信号；信号 采集器，用于采集所述电脉冲信号的高和/或低电平脉冲数量；以及信号处理器，根据所述 高和/或低电平脉冲数量获得发动机曲轴旋转的角度。 根据本发明的另一方面，本发明的实施例提出一种发动机曲轴转角的测量方法， 包括以下步骤设置与发动机曲轴一起旋转的编码盘；在所述编码盘与发动机曲轴一起旋 转过程中，向所述编码盘发射光线以产生光脉冲信号；采集所述光脉冲信号并转换为电脉 冲信号；将所述电脉冲信号的高和/或低电平脉冲数量进行计数；和根据所述高和/或低 电平脉冲计数获得发动机曲轴的旋转角度。 本发明将光电传感器和光电编码盘应用于发动机曲轴的转角测量中，可以大大提
高转角的测量精度，从而为精确控制发动机的点火时间提供依据，并从整体上提高发动机
的总体性能，减小发动机的排放污染物。并且，光电传感器不仅输出的电脉冲信号波形不受
发动机转速的影响，并且在发动机高速和低速时其波形的电压幅值保持不变。这样可以避
免对处理光电传感器信号的芯片的电压冲击，提高整个测量装置的可靠性。 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变
得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中 图1为本发明实施例的发动机曲轴转角测量装置的结构方框图； 图2为本发明实施例的编码盘和光电传感器的安装结构俯视图和正视图； 图3为本发明光电传感器输出的电脉冲信号波形图示例； 图4为本发明光电传感器输出的电脉冲信号经过波形转换和放大后的波形图示 例； 图5为本发明发动机曲轴转角测量方法步骤流程图；禾口 图6为本发明实施例的结合脉宽计时获得曲轴转角的步骤流程图。
具体实施例方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终
相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。 首先，请参考图l，该图为本发明实施例的发动机曲轴转角测量装置的结构方框图。 如图所示，本发明的测量装置包括编码盘12、光电传感器14、信号采集器16和信 号处理器18。编码盘12与发动机曲轴一起旋转，并通过接收由光电传感器14的光线发射 器(图中未显示)发射的光线，来产生光脉冲信号。光电传感器14还包括光线接收器(图 中未显示)，用于接收编码盘12产生的光脉冲信号。光电传感器14根据光线接收器的接收 光信号，感应编码盘12与发动机曲轴一起旋转过程中产生的光脉冲信号，并将光脉冲信号 转换为电脉冲信号。
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信号采集器16与光电传感器14的输出端连接，从而对光电传感器14转换的电脉 冲信号进行采集，并进行电脉冲信号高和/或低电平脉冲数量计数。信号采集器16将计时 结果输入到信号处理器18中，信号处理器18则根据高和/或低电平脉冲数量获得发动机 曲轴旋转的角度。 另外，信号采集器16采集发动机曲轴旋转一周的脉冲数，即测量精度与光电传感 器14的分辨率有关。例如，当光电传感器14的分辨率是20KHz，即采用的光电传感器14在 1秒里最多可以处理的脉冲数为20K时，若发动机曲轴在1秒钟内旋转100圈，那么在曲轴 旋转一圈的过程中，光电传感器14最多可以处理曲轴输出的转角脉冲是200个。也就是说， 和发动机曲轴一起旋转一周的过程中，编码盘12产生的光信号脉冲最多可达200个。因此， 在发动机最高转速一定的情况下，光电传感器14的分辨率越高，每个光信号脉冲对应的曲 轴转角越�。庋湍芄淮蟠筇岣咔嶙堑牟饬烤�。但是，由于信号采集器16的数据 处理能力是有限的，因此测量精度也不能设置的太高。在实际应用中，光电传感器14的分 辨率可以基于信号采集器16处理电脉冲信号的数量设定适当的大小。
编码盘12和光电传感器14的安装结构图如图2所示，图2从俯视和正视角度显 示了编码盘12和光电传感器14的一种安装配置关系实施例。如图所示，编码盘12上均匀 环形设置有彼此相间的明纹编码刻度gl和暗纹编码刻度g2，明纹编码刻度gl和暗纹编码 刻度g2分别用来阻挡或者通过光线发射器发出光线。光电传感器14的光轴中心(图2中 h表示光轴的中心线)与编码刻度gl、g2的中心孔对应，从而编码盘12可以更灵敏地接收 光线并产生精确的光脉冲信号。 需要指出的是，图2的实施例仅用于示例目的，不在于限制本发明。例如，编码盘 12为编码齿盘，其外缘均匀设置有齿牙和齿缺，以分别用于阻挡或者通过来自光电传感器 14的光线发射器发射的光线。 现在，返回参考图l，将结合编码盘的不同结构对本发明实施例的发动机曲轴转角 测量装置进行详细说明。 对具有图2所示明纹和暗纹编码刻度gl和g2的编码盘12，在编码盘12和发动机 曲轴旋转的过程中，光电传感器14的光线发射器发射到编码盘12明纹编码刻度gl上的光 线会从其中穿过，发射到暗纹编码刻度g2上的光线会发生反射，并传输到光电传感器14的 光线接收器上。因此，光电传感器14感应到该编码盘对应产生的光脉冲信号，并通过光电 转换将曲轴旋转角位移转换成电脉冲信号。这里，光电传感器14将暗纹编码刻度g2对应 产生的光脉冲信号转换为低电平的电脉冲信号，将明纹编码刻度gl对应产生的光脉冲信 号转换为高电平的电脉冲信号。 同样地，对具有齿牙和齿缺的编码盘12，光电传感器14将编码盘12的齿牙产生的 光脉冲信号转换为低电平的电脉冲信号，将齿缺产生的光信号脉冲转换为高电平的电脉冲信号。 光电传感器14输出的电脉冲信号波形例如图3的实施例所示，该输出电脉冲近似 为矩形脉冲。此外，由于光电传感器信号输出波形电压不受发动机曲轴转速的影响，因此其 高速和低速时波形的电压幅值可保持不变。 信号采集器16可以根据光电传感器14输出的电脉冲信号，以单个高/低电平脉 冲为单位，分别依次对高电平和低电平脉冲计数；或者以高电平和低电平脉冲总和为单位，仅对高电平或低电平进行计数。设定信号采集器16对单个高或低电平脉冲计数，可以减少 信号采集器16执行计数处理的复杂度和处理时间。当然，计数的电平脉冲单位越�。扛� 计数脉冲对应的旋转角度越小，对应的转角测量的精度越高。所以，信号采集器16的脉冲 计数单位可以根据实际需要适当设定。 信号处理器18根据信号采集器16输出的电平脉冲数量以及单个脉冲计数对应的 编码盘转角，例如，在只对高/低电平脉冲进行计数时，若编码盘上均匀设置有120个相同 大小的齿牙，则相邻一个齿牙和齿缺对应的转角为3度，相应的一个高/低电平脉冲计数对 应的角度为3度。因此，信号处理器18通过将脉冲数量进行转换，从而可获得曲轴已旋转 过的角度。 另外，在一个实施例中，本发明的曲轴转角测量装置可以进一步包括波形转换器 20和放大器22。如图2虚线对应部分所示，波形转换器20将光电传感器14输出的电脉冲 信号转换为标准的矩形波，例如波形转换器20为一个非门电路，通过对电脉冲信号进行非 门的简单处理，即能得到矩形波。当然，本发明的波形转换器20不局限于该具体实施例，现 有技术中任何可用于矩形波转换的设备均适用于本发明。放大器22则用于进一步对波形 转换器20输出的矩形波电压进行放大，例如所得的电脉冲信号波形如图4所示。通过波形 转换器20输出的矩形波，可以方便信号采集器16对电脉冲信号的精确计数，并且通过放大 器20对矩形波电压值的放大，使电脉冲信号的强度电压值达到对应采用的信号采集器16 的识别范围内，例如高电平放大为5V，低电平放大为1V，从而可以进一步提高信号采集器 16的信号采集精度。 在一个实施例中，信号采集器16还可以包括脉冲宽度计时单元(图中未显示)，脉 冲宽度计时单元用于根据所述电脉冲信号的高/低电平脉冲宽度进行计时。并且，信号处 理器18还包括脉冲宽度处理单元(图中未显示)，以根据脉冲宽度计时单元对高/低电平 脉冲的宽度计时，确定单个高/低电平脉冲的一定宽度对应的发动机曲轴的旋转角度。设 置脉冲宽度计时单元和脉冲宽度处理单元是为了进一步提高曲轴转角的检测精度，并满足 点火位置对应的曲轴转角位于两个脉冲中间的需要，即为了解决当需要点火的角度刚好落 在两个脉冲之间而无法实现精确点火的问题。 下面，将结合图3和图4实施例，分别对脉冲宽度计时单元和脉冲宽度处理单元的 工作原理说明如下。 脉冲宽度计时单元用于在信号采集器16对电脉冲信号的脉冲个数计数的同时对 脉冲的宽度进行计时，脉冲宽度计时单元是从电脉冲信号每个高/低电平脉冲的宽度起点 开始计时。在一个实施例中，对于高电平脉冲，其宽度起点与每个高电平脉冲上第一预定阈 值电压对应；对于低电平脉冲，其宽度起点与每个低电平脉冲上第二预定阈值电压对应。详 细来说，高电平脉冲的宽度起点和终点与该脉冲上升沿和下降沿的第一预定阈值电压值分 别对应，低电平脉冲的宽度起点和终点与该脉冲下降沿和上升沿的第二预定阈值电压分别 对应。也就是说，脉冲宽度计时单元可以根据划分电脉冲信号高、低电平的电压值点，来确 定其开始宽度计时的起点。由于编码盘均匀设置有齿牙和齿缺或者明、暗编码刻度，在曲轴 速度变化的情况下，它们对应产生的相邻高电平脉冲和低电平脉冲的宽度仍近似相同的。
脉冲宽度计时单元可以连续计时或者以预定的时间间隔进行计时，并相应输出计 时数值到信号采集器16的脉冲宽度处理单元中。当然，计时的时间间隔越小，脉冲宽度计时单元对当前脉冲宽度的计时精度越高。相应地。脉冲宽度处理单元处理该计时得到的角 度越精确。 例如图3所示电脉冲信号，脉冲宽度计时单元可以从上升沿的第一预定阈值电压 2. 4V的对应点作为宽度起点开始进行一个高电平脉冲宽度计时，并从下降沿的第二预定阈 值电压0. 4V的对应点作为宽度起点开始一个低电平脉冲的宽度计时。这样，通过对上升沿 和下降沿的2. 4V电压之间的脉冲宽度计时，可以得到对应高电平脉冲上一定宽度及整个 宽度的计时时间。同理，可以得到对应低电平脉冲上一定宽度及整个宽度的计时时间。当 然，本发明的第一预定阈值电压和第二预定阈值电压不局限于具体实施例，脉冲宽度计时 单元可以从任意划分高、低电平的对应电压值点进行对应的高电平、低电平脉冲的宽度计 时。对于图4所示电脉冲信号，每个高、低电平脉冲的宽度起点分别为其上升沿和下降沿的 对应点。这里，脉冲宽度计时单元只针对每个当前高/低电平脉冲的宽度进行计时，若对整 个脉冲宽度计时完毕，则从下一个电平脉冲的宽度起点重新进行计时。
如图3实施例所示，脉冲宽度计时单元通过脉宽计时，可以获得单个高/低电平脉 冲整个宽度对应的计时时间tl及其相邻的当前单个高/低电平脉冲一定宽度对应的时间 t2。脉冲宽度处理单元则根据当前高/低电平脉冲宽度的计时时间t2与前一个高/低电 平脉冲整个宽度对应的计时时间tl的比值，计算出它们的比值，从而根据该比值及tl时间 的单个高/低电平脉冲对应的曲轴转角确定t2时间的电平脉冲宽度对应的曲轴转角。由 于曲轴实际运行时速度会不断变化，因此为了更精确地获得当前电平脉冲宽度对应的曲轴 转角，在本发明实施例中，以该当前电平脉冲相邻的前一个脉冲整个宽度计时时间为基础 进行对应的转角计算。 下面，结合具体实施例作出详细说明。假设编码盘12上均匀设置有120个齿牙， 即每个齿牙对应的转角是3° ，并且通过该结构设置的编码盘12，光电传感器14输出并经 波形转换器20和放大器22的电脉冲信号波形图如图4所示。以图4中0点位置为基准 点，在编码盘12随发动机曲轴转动的过程中，当前信号采集器16例如只对电脉冲信号的高 /低电平进行计数，且脉冲计数为3个，即存在3个高电平脉冲或低电平脉冲，每计数一个 高/低电平脉冲表示曲轴旋转过的角度为3° 。并且，脉冲宽度计时单元当前脉冲的宽度
计时时间为l,o ，其前一个脉冲整个宽度对应的计时时间为t0。因此，脉冲宽度处理单元根
据这两个宽度时间得到它们的比值为l 。信号处理器18根据当前的3个脉冲计数、单个高
/低电平脉冲对应的曲轴转角^、脉冲宽度处理单元确定的计时比值# ,可以确定当前曲轴
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旋转过的角度为3x3。 + 2x^=10° 。
3 2 在测量的角度用于发动机点火时，若设定的发动机的点火提前角为10° ，则当 曲轴转过该角度大小时，通过信号处理器18将对应的测量角度值发送到发动机控制单元 (ECU)，从而在此位置ECU可以控制发动机开始点火。 当然，本发明的脉冲计数和宽度计时不局限于该具体实施例，例如信号处理器的 计数可以单个高、低电平脉冲为单位，并且脉冲宽度计时单元同样以单个电平脉冲的宽度 进行计时，或者，以一个高电平和低电平脉冲为单位进行计数以及相应单位的脉冲宽度计
8时等等类似方式均适用于本发明的脉冲计数和宽度计时。 另外，本发明的测量系统还可以包括显示单元，用来将信号处理器18输出的发动 机曲轴旋转的角度数据进行显示。 通过本发明的发动机曲轴转角的测量装置，可以精确测量出当前曲轴旋转过的角 度，从而可以为发动机控制单元(ECU)提供精确的曲轴转角信号，以用于控制发动机的点 火时间。此外，本发明通过对电信号脉冲计数的同时也对单个脉冲的宽度进行计时，从而能 够进一步提高转角测量的精度。在发动机点火位置对应的旋转角度处于计数的两个脉冲 之间时，通过脉冲宽度计时可以将测量转角的脉冲计数进行进一步的细分，从而获得更高 精度的测量转角，并且采用这种方式对于发动机转速波动很大时也能够获得准确的测量数 据。 下面，请参考图5，该图为本发明发动机曲轴转角测量方法步骤流程图。 如图所示，该方法包括以下步骤首先，设置与发动机曲轴一起旋转的编码盘(步
骤102)。在一个实施例中，编码盘上可以均匀环形设置有彼此相间的明纹和暗纹编码刻度，
明纹编码刻度和暗纹编码刻度分别用来阻挡或者通过光线。或者，编码盘为编码齿盘，其外
缘均匀设置有齿牙和齿缺，以同样分别用于阻挡或者通过光线。但是需要指出的是，本发明
编码盘不局限于这些实施例，任何现有技术的光电编码盘均适用本发明。 然后，在编码盘与发动机曲轴一起旋转过程中，向编码盘发射光线以产生光脉冲
信号(步骤104)。例如，对具有上述具有明纹和暗纹编码刻度的编码盘，在编码盘和发动机
曲轴旋转的过程中，发射到编码盘的明纹编码刻度上的光线会从其中穿过，发射到暗纹编
码刻度上的光线会发生反射。同样地，对具有齿牙和齿缺的编码盘，光线从齿缺处透射，并
在齿牙处被反射。 接着，根据编码盘产生的光脉冲信号进行采集，并转换为电脉冲信号(步骤106)。 对编码盘对应产生的光脉冲信号，通过光电转换从而将曲轴旋转角位移转换成电脉冲信 号。在一个实施例中，可以将编码盘暗纹编码刻度对应产生的光脉冲信号转换为低电平的 电脉冲信号，将明纹编码刻度对应产生的光脉冲信号转换为高电平的电脉冲信号。或者，对 具有齿牙和齿缺的编码盘，将齿牙产生的光脉冲信号转换为低电平的电脉冲信号，将齿缺 产生的光信号脉冲转换为高电平的电脉冲信号。 通过光电转换输出电脉冲近似为矩形脉冲，下面则需要根据转换的电脉冲信号对 其电平脉冲数量进行计数(步骤108)。这里，电脉冲信号的电平脉冲数量计数可以单个高 /低电平脉冲为单位，分别依次对高电平和低电平脉冲计数；或者以高电平和低电平总和 为单位，只对高电平或低电平进行计数。 接着，根据高和/或低电平脉冲计数进行角度转换，从而获得发动机曲轴的旋转 角度(步骤110)。根据电平脉冲数量的计数以及单个脉冲计数对应的编码盘转角，例如，在 只对高/低电平脉冲进行计数时，若编码盘上均匀设置有120个相同大小的齿牙，则相邻一 个齿牙和齿缺对应的转角为3度，相应的一个高/低电平脉冲计数对应的角度为3度。因 此，通过将脉冲数量进行转换，从而可获得曲轴已旋转过的角度。 另外，在一个实施例中，在进行步骤108的电脉冲信号电平脉冲数量计数之前还 可以包括以下步骤将步骤106输出的电脉冲信号转换为标准的矩形波，并对该矩形波进 行放大。例如，通过对电脉冲信号进行非门的简单处理，即能够将电脉冲信号转换为标准的
9矩形波。转换为矩形波可易于步骤108对该波形的电脉冲信号进行精确计数。当然，本发 明的波形转换步骤不局限于该具体实施例，现有技术中任何可用于矩形波转换的方法均适 用于本发明。 对矩形波进行放大是为了使得其高、低电平对应的电压值位于电平脉冲采集可识 别的范围内，以进一步提高脉冲数量计数的精度。 另外，本发明的发动机曲轴转角的测量方法还可以包括对每个脉冲宽度进行计时 的步骤。进行脉冲宽度计时是为了进一步提高曲轴转角的检测精度，并满足点火位置对应 的曲轴转角位于两个脉冲中间的需要，即为了解决当需要点火的角度刚好落在两个脉冲之 间而无法实现精确点火的问题。 关于该步骤的具体实施例请参考图6，图6为本发明实施例的结合脉宽计时获得 曲轴转角的步骤流程图。 在对电脉冲信号高/低电平脉冲数量计数的同时，从电脉冲信号每个高/低电平 脉冲的宽度起点开始计时(步骤202)。但是，本发明不局限于该具体实施例，例如脉宽计时 也可以相邻的一个高电平脉冲和低电平脉冲为单位进行宽度计时，当然，这种情况下计时 的精度会有所降低。 在一个实施例中，对于高电平脉冲，其宽度起点可与每个高电平脉冲上第一预定 阈值电压对应；对于低电平脉冲，其宽度起点可与每个低电平脉冲上第二预定阈值电压对 应。高电平脉冲的宽度起点和终点与该脉冲上升沿和下降沿的第一预定阈值电压值分别 对应，低电平脉冲的宽度起点和终点与该脉冲下降沿和上升沿的第二预定阈值电压分别对 应。即，可以根据划分电脉冲信号高、低电平的电压值点来确定开始单个脉冲宽度计时的起 点。由于编码盘均匀设置有相同大小的齿牙和齿缺或者明、暗编码刻度，在曲轴速度变化的 情况下，它们对应产生的相邻高电平脉冲和低电平脉冲的宽度近似相等。
这里，例如可结合图3的实施例，对电脉冲信号的第一预定阈值电压和第二预定 阈值电压设定作出示例性说明，如图3所示，可以设置上升沿的2. 4V为第一预定阈值电压， 与一个高电平脉冲宽度计时的宽度起点对应，并设置下降沿的0. 4V为第二预定阈值电压， 与一个低电平脉冲的宽度计时的宽度起点对应。这样，通过对上升沿和下降沿的2. 4V电压 之间的脉冲宽度计时，可以得到对应高电平脉冲上一定宽度及整个宽度的计时时间。同理， 可以得到对应低电平脉冲上一定宽度及整个宽度的计时时间。但是，需要指出的是，本发明 的高、低电平脉冲的宽度起点对应的阈值电压设置不局限于该具体实施例。例如对于图3， 根据电脉冲信号高、低电平划分的电压值，第一预定阈值电压和第二预定阈值电压可以设 置在0. 4V和2. 4V之间任意合适电压位置处。 因此，本发明的第一预定阈值电压和第二预定阈值电压可以从任意划分高、低电 平的电压值点进行对应高、低电平脉冲的宽度计时，当然，在曲轴匀速旋转时，对应划分的 各个高、低电平的脉宽相同。对于经过矩形波转换和电压放大的电脉冲信号，每个高、低电 平脉冲的宽度起点分别为其上升沿和下降沿的对应点。 另外，脉冲宽度计时可只针对每个当前高/低电平脉冲的宽度进行计时，若对整 个脉冲宽度计时完毕，则从下一个电平脉冲的宽度起点重新进行计时。 因此，通过脉宽计时，可以获得当前单个高/低电平脉冲一定宽度对应的时间 t2(步骤204)。计时时间t2可以根据当前电平脉冲宽度变化连续或者以预定的时间间隔
10进行计时并输出。计时的时间间隔越�。鼻奥龀蹇矶鹊募剖本仍礁摺＝幼牛莸鼻案� /低电平脉冲宽度的计时时间t2与前一个高/低电平脉冲整个宽度对应的计时时间tl，计 算出它们的比值t2/tl (步骤206)。计时时间tl是该前一个高/低电平脉冲宽度起点到终 点之间的计时。从而，根据该比值及tl时间的单个高/低电平脉冲对应的曲轴转角，可确 定t2时间的当前电平脉冲宽度对应的曲轴转角(步骤208)。 在本发明实施例中，以该当前电平脉冲相邻的前一个脉冲整个宽度计时时间为基 础进行对应的转角计算，是因为曲轴实际运行时速度会不断变化，但是相邻两个电平脉冲 对应的速度变化较�。嗔诹礁龅缙铰龀宥杂Φ目矶冉葡嗤�。因此为了更精确地获得当 前电平脉冲宽度对应的曲轴转角，本发明实施例利用前一个脉冲整个宽度计时时间来计算 当前电平脉冲宽度的转角。 最后，根据高/低电平脉冲计数对应的曲轴转角和当前宽度对应的曲轴转角，进 行相加可获得曲轴当前旋转过的角度(步骤210)。因此，在发动机点火位置对应的旋转角 度处于计数的两个脉冲之间时，通过脉冲宽度计时可以将测量转角的脉冲计数进行进一步 的细分，从而获得更为精确的测量转角，并且采用这种方式对于发动机转速波动很大时也 能够获得准确的测量数据。通过本发明的发动机曲轴转角的测量方法，可以精确测量出当 前曲轴旋转过的角度，从而可以为发动机控制单元(ECU)提供精确的曲轴转角信号，以用 于控制发动机的点火时间。 另外，本发明的测量方法还可以包括将发动机曲轴旋转的角度数据进行显示的步 骤，以提供给相关人员以实时、直接的测量数据。 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求
一种发动机曲轴转角的测量装置，其特征在于，包括编码盘，与发动机曲轴一起旋转并产生光脉冲信号；光电传感器，用于感应所述编码盘与发动机曲轴一起旋转过程中产生的光脉冲信号，并将所述光脉冲信号转换为电脉冲信号；信号采集器，用于采集所述电脉冲信号的高和/或低电平脉冲数量；以及信号处理器，根据所述高和/或低电平脉冲数量获得发动机曲轴旋转的角度。
2. 如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光电传感器包括 光线发射器，用于向所述编码盘发射光线以产生所述光脉冲信号；以及 光线接收器，用于接收所述光脉冲信号。
3. 如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述编码盘的外缘均匀设置有齿牙和 齿缺以用于阻挡或者通过所述光线，所述光电传感器将所述齿牙产生的光脉冲信号转换为 低电平的电脉冲信号，将所述齿缺产生的光信号脉冲转换为高电平的电脉冲信号。
4. 如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述编码盘上均匀设置有彼此相间的 明纹和暗纹编码刻度以用于阻挡或者通过所述光线，所述光电传感器将所述暗纹编码刻度 产生的光脉冲信号转换为低电平的电脉冲信号，将所述明纹编码刻度产生的光脉冲信号转 换为高电平的电脉冲信号。
5. 如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括波形转换器和放大器，所述波形 转换器将所述光电传感器输出的所述电脉冲信号转换为矩形波的电脉冲信号，所述放大器 将矩形波的所述电脉冲信号进行电压放大。
6. 如权利要求1或5所述的测量装置，其特征在于，所述信号采集器还包括脉冲宽度计 时单元，所述脉冲宽度计时单元根据所述电脉冲信号的高/低电平脉冲宽度进行计时。
7. 如权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述信号处理器还包括脉冲宽度处理 单元，所述脉冲宽度处理单元根据所述高/低电平脉冲宽度计时获得单个高/低电平脉冲 的一定宽度对应的发动机曲轴的旋转角度。
8. 如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光电传感器的分辨率基于所述信 号采集器处理所述电脉冲信号的数量设定。
9. 一种发动机曲轴转角的测量方法，其特征在于，包括以下步骤 设置与发动机曲轴一起旋转的编码盘；在所述编码盘与发动机曲轴一起旋转过程中，向所述编码盘发射光线以产生光脉冲信号；采集所述光脉冲信号并转换为电脉冲信号； 将所述电脉冲信号的高和/或低电平脉冲数量进行计数；禾口 根据所述高和/或低电平脉冲计数获得发动机曲轴的旋转角度。
10. 如权利要求9所述的测量方法，其特征在于，所述编码盘的外缘均匀设置有齿牙和 齿缺以用于阻挡或者通过所述光线，在所述电脉冲信号转换步骤中将所述齿牙产生的光脉 冲信号转换为低电平的电脉冲信号，将所述齿缺产生的光脉冲信号转换为高电平的电脉冲 信号。
11. 如权利要求9所述的测量方法，其特征在于，所述编码盘上均匀设置有彼此相间的 明纹和暗纹编码刻度以用于阻挡或者通过所述光线，在所述电脉冲信号转换步骤中将所述暗纹编码刻度产生的光脉冲信号转换为低电平的电脉冲信号，将所述明纹编码刻度产生的光脉冲信号转换为高电平的电脉冲信号。
12. 如权利要求9所述的测量方法，其特征在于，在进行所述电脉冲信号的高和/或低电平脉冲数量计数之前还包括以下步骤将所述电脉冲信号转换为矩形波；禾口放大矩形波的所述电脉冲信号的电压。
13. 如权利要求9或12所述的测量方法，其特征在于，还包括根据所述电脉冲信号的高/低电平脉冲宽度进行计时的步骤，以获得单个高/低电平脉冲的一定宽度对应的发动机曲轴的旋转角度。
14. 如权利要求13所述的测量方法，其特征在于，还包括结合所述电脉冲信号的高和/或低电平脉冲数量计数和所述高/低电平脉冲宽带计时获得发动机曲轴对应的旋转角度。
15. 如权利要求13所述的测量方法，其特征在于，所述进行宽度计时以获得所述宽度对应的发动机曲轴旋转角度的步骤包括在对所述电脉冲信号高/低电平脉冲数量计数的同时，从所述电脉冲信号每个高/低电平脉冲的宽度起点开始计时；获得当前单个高/低电平脉冲宽度对应的时间；计算所述当前高/低电平脉冲宽度的计时时间与前一个高/低电平脉冲整个宽度对应的计时时间的比值；禾口根据该比值及单个高/低电平脉冲对应的曲轴转角确定所述当前单个高/低电平脉冲宽度对应的曲轴转角。
16. 如权利要求15所述的测量方法，其特征在于，所述高电平脉冲的宽度起点与每个高电平脉冲上第一预定阈值电压对应，所述低电平脉冲的宽度起点与每个低电平脉冲上第二预定阈值电压对应。
全文摘要
本发明公开了一种发动机曲轴转角的测量装置，包括编码盘，与发动机曲轴一起旋转并产生光脉冲信号；光电传感器，用于感应所述编码盘与发动机曲轴一起旋转过程中产生的光脉冲信号，并将所述光脉冲信号转换为电脉冲信号；信号采集器，用于采集所述电脉冲信号的高和/或低电平脉冲数量；以及信号处理器，根据所述高和/或低电平脉冲数量获得发动机曲轴旋转的角度。本发明能够提供高精度的发动机曲轴转角测量。本发明还公开一种发动机曲轴转角的测量方法。
文档编号G01D5/12GK101738211SQ20081022708
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月21日 优先权日2008年11月21日
发明者刘少勇, 沈强, 王世友 申请人:比亚迪股份有限公司
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