[发明专利]利用单片机实现温湿度补偿的热式汽车空气流量计

说明书

技术领域：

本发明涉及一种热式汽车空气流量计，特别涉及一种利用单片机实现温湿度补偿的热式汽车空气流量计。

背景技术：

汽车空气流量计是汽车发动机电喷系统的关键部件，其对空气进气量的测量结果是发动机电喷系统ECU决策喷油量输出的主要依据，因此其测量结果的精度对发动机的工况、耗油量和废气排放量有着决定性的影响。目前，热式汽车空气流量计以其优越的性能、简单的结构、较低的成本和较高的可靠性等特点在汽车空气流量计中应用最为广泛。然而，由于热式空气流量计对介质温度的变化较为敏感，而传统的热式汽车空气流量计采用基于模拟电路的电路构架，利用运放电路配合热敏电阻来直接实现温度补偿，温度补偿精度不高，而且无法实现湿度补偿，尤其是对于目前国产热线性能一致性较差的情况，传感器不能针对不同的热线性能指标进行有针对的精度标定，因此可能导致较大的测量误差。

发明内容：

本发明的目的就在于针对上述问题，提供一种利用单片机实现温湿度补偿的热式汽车空气流量计。本发明包括取样管和热式空气流量检测探头，其中热式空气流量检测探头电路中包括热线敏感元件、恒温型惠斯顿电桥电路、温湿度测量电路、信号采集电路、单片机和DA输出电路。流经热线敏感元件的空气将引起热线敏感元件加热电流的变化，该电流变化量与空气流量成单调函数关系，该电流变化量通过恒温型惠斯顿电桥信号采集电路进行采集并转换为电压信号，该信号经低通滤波后由单片机的AD模块进行数据采集。同时，单片机通过AD口采集温度传感器的信号，获取当前温度测量结果。单片机的软件系统采用数字滤波技术将获取的传感器信号进行处理，并导入温度补偿算法进行修正计算。修正结果再转换为相应的电压值由单片机集成的DA接口输出，并通过电压跟随器进行输出阻抗匹配后输出给ECU。

本发明与现有技术相比其有益效果是：本发明采用基于单片机及数字温湿度传感器实现以数字算法模型进行流量计检测精度温湿度补偿，与传统模拟电路构架的热式汽车空气流量计相比有以下几个方面的优点：

1、单片机内存储有精度标定参数数据库，能够针对不同的热线性能指标进行相应的精度标定，从而大大降低产品对热线元件性能一致性的要求；

2、采用数字式温湿度传感器进行温湿度检测，不仅能检测温度，而且能同时检测湿度，同时相比传统的热敏电阻，数字式温湿度传感器检测速度更快，检测精度更高，数据稳定性更好；

3、采用数字补偿模型算法进行温度和湿度补偿，补偿精度更高，环境适应性更好；

4、传感器输出信号可以选择模拟量输出、频率输出和数字输出等多种形式，接口灵活，能适应多种ECU接口信号要求；

5、用数字电路代替模拟电路，抗干扰能力更强。

附图说明：

图1为本发明的外观示意图；

图2为本发明的流量检测探头结构示意图；

图3为本发明的安装示意图；

图4为本发明的流量检测及温湿度补偿工作原理框图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明

图1～3中，1热式空气流量检测探头，2取样管，3上盖，4热线敏感元件，5金属架，6探头外壳，7热敏电阻，8密封圈，9检测电路，10发动机进气管，11数字式热式汽车空气流量计。

由图可知，取样管2安装在汽车发动机进气管10处，当发动机工作时，进气管吸入的空气进入取样管2，取样管2中安装有热式空气流量检测探头1，空气从热式空气流量检测探头1的探头外壳6底部的空气导流通道进入，流经热线敏感元件4，从导流通道的出口流出。在此过程中，热线敏感元件4处于加热状态，流经热线敏感元件4的空气将带有热线敏感元件4的一部分热量，且带走的热量与空气质量流量成单调函数对应关系。由于热线敏感元件4被接到恒温惠斯顿电桥的桥臂上，因此，空气带走的热量损失将由电桥自动通过增加热线敏感元件4的加热电流来补偿，使热线敏感元件4的温度始终保持不变。单片机通过集成的AD端口测量热线敏感元件4上的电流变化即可得到当前空气的流量值。由于该过程中空气流量恒定的情况下，空气本身的温度和湿度对带走的热量有一定的影响，因此需要进行温湿度补偿。电路中安装了数字式温湿度传感器7来对空气的当前温度进行测量，数字式温湿度传感器7安装在电路的侧面，与热线敏感元件4隔离，避免热线的温度对空气的实际温度的测量造成影响。数字式温湿度传感器7对空气温湿度的检测结果通过I²C协议发送至单片机，单片机将数字式温湿度传感器7的测量结果进行数字滤波处理后代入温度补偿模型算法中进行温度补偿计算，并经过精度标定参数数据库进行数据修正，最终得出空气的实际流量，并通过单片机的DA端口输出传感器检测信号。