一种汽车排气系统用电动控制阀的制作方法

1.本发明属于电动控制阀，特别是涉及一种汽车排气系统用电动控制阀。


背景技术：

2.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。该被动型消声器的优点在于结构简单，物料成本低。但是其缺点就是无法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。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明提供了一种汽车排气系统用电动控制阀，包括：
4.控制器总成，其包括控制模块和与所述控制模块连接的驱动模块，所述驱动模块包括电机和涡轮蜗杆传动机构，所述电机与所述控制模块连接；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；
5.阀门总成，其包括阀体和阀门，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；
6.所述控制模块与整车网关通信连接，在工作时，所述控制模块实时采集整车行驶状态信息，并向所述电机发送角度指令；所述电机接收指令，并通过所述涡轮蜗杆传动机构驱动所述阀门旋转至指定角度。
7.较佳地，所述控制模块包括pcb电路板和与所述pcb电路板连接的输入输出接口，所述输入输出接口通过电子线束与整车网关相连接。
8.较佳地，所述输入输出接口采用3针脚结构，包括用于连接lin信号的第一pin脚、用于连接gnd接地信号的第二pin脚和用于连接vcc电源信号的第三pin脚，所述第一pin脚与所述电机连接，所述第二pin脚和第三pin脚与电源连接。
9.较佳地，所述电机的一侧布置至少两个分别与所述第二pin脚和第三pin脚配合设置的电源插针。
10.较佳地，所述电机的输出轴上设有感应磁环，所述pcb电路板上对应设置有霍尔角度传感器，在工作时，所述霍尔角度传感器通过所述感应磁环转动产生的磁场变化，计算所述电机的实际旋转角度。
11.较佳地，所述控制器总成封装在一外壳内，所述外壳防水设计。
12.较佳地，所述外壳的一端设有通孔，所述传动杆的一端穿过该通孔，并且，所述传动杆与所述通孔动密封。
13.较佳地，所述阀体的中部设有圆柱形通道，所述阀门转动设置在所述圆柱形通道内：所述阀门的两端分别固设有中间轴，所述中间轴沿所述阀门的直径方向设置，所述中间轴通过轴承转动设置在所述阀体上；
14.所述传动杆通过旋转连接机构与一所述中间轴连接，所述旋转连接机构包括连接支架和异型螺旋弹簧，所述阀体通过连接支架固定连接在所述外壳上；所述异型螺旋弹簧设置在所述连接支架内，所述传动杆的一端通过所述异型螺旋弹簧与一所述中间轴弹性连接。
15.较佳地，所述阀体内设有内外两层凸台，当所述阀门完全关闭时，所述阀门与内层凸台的侧面完全贴合；
16.在所述阀体与排气系统管件连接时，管件的一端塞入所述阀体至外层凸台处。
17.较佳地，所述阀门总成设置在所述排气系统的主管道内、消声器内部或排气尾管内。
18.与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
19.本发明提供一种汽车排气系统用电动控制阀，整车使用环境下，根据车辆不同转速和运动状态，通过实时控制和调节阀门的角度，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，满足整车静音或者动感排气声浪的自由切换。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
21.图1为本发明的优选实施例提供的一种汽车排气系统用电动控制阀的结构示意图；
22.图2为本发明的优选实施例提供的下半壳体内的结构示意图；
23.图3为本发明的优选实施例提供的上半壳体内的结构示意图；
24.图4为本发明的优选实施例提供的旋转连接机构与阀门总成的结构示意图。
具体实施方式
25.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
26.请参考图1至图4，一种汽车排气系统用电动控制阀，包括：
27.控制器总成1，其包括控制模块和与所述控制模块连接的驱动模块，所述驱动模块包括电机13和涡轮蜗杆传动机构，所述电机13与所述控制模块连接；所述涡轮蜗杆传动机构包括蜗杆14和与所述蜗杆14啮合的涡轮15，所述蜗杆14与所述电机13的输出轴固定连接；
28.阀门总成，其包括阀体21和阀门22，所述阀门22转动设置在所述阀体21内；所述涡轮15的传动杆16与所述阀门22连接；
29.所述控制模块与整车网关通信连接，目的是进行信息交互与通信，在工作时，所述控制模块实时采集整车行驶状态信息，并向所述电机13发送角度指令；所述电机13接收指
令，并通过所述涡轮蜗杆传动机构驱动所述阀门22旋转至指定角度。
30.在本实施例中，控制器总成1封装在一外壳内，所述外壳采用塑料制成，并做防水设计，目的是保护其内部电子元器件正常工作。优选的，所述外壳由上半壳体11和下半壳体12通过热熔焊焊接而成，控制模块和驱动模块防水设置在外壳内。所述外壳通过螺纹紧固件固定在所述排气系统中。
31.控制模块包括硬件部分和软件部分，其中硬件部分主要包括pcb电路板18和输入输出接口，软件部分包括底层软件、通讯协议、上层控制软件和标定数据等。
32.在本实施例中，控制模块的核心是pcb电路板18，其整体形状为矩形，主要电子元器件包括主控芯片和与主控芯片连接的电机驱动芯片、电容、电感、电阻、二极管等，主控芯片负责电源管理、输入输出信号管理以及数据计算等功能，电机驱动芯片负责根据主控芯片信号输入，生成pwm电机转速控制模拟信号。其他的基础元器件，如电感，电容等与常规控制电路的功能一样，确保电子控制面板的正常功能运行。
33.输入输出接口与pcb电路板18连接，在本实施例中，输入输出接口通过锡焊设置在pcb电路板18上，所述输入输出接口通过电子线束与整车网关相连接。
34.进一步的，所述输入输出接口采用3针脚结构17，一般选用汽车用电子线束接插件的母头接口，与其相连接的是尺寸相应的公头接口及电子线束，然后通过电子线束与整车网关相连接，从而实现控制器总成1与整车电子架构之间的信息交互。3针脚结构17包括用于连接lin信号的第一pin脚、用于连接gnd接地信号的第二pin脚和用于连接vcc电源信号的第三pin脚，所述第一pin脚与所述电机13连接，实现控制模块和驱动模块之间lin信号的实时双向传输与交流。所述第二pin脚和第三pin脚与电源连接，负责电路板的直流电源供电。
35.在本实施例中，电机13采用汽车用直流永磁有刷电机，电机13工作电压选择12v(9v至16v)，工作扭矩根据需要进行选择。电机13一侧布置有对称的两个电源插针19，两个电源插针19与pcb电路板18上对应位置的楔形供电插脚(第二pin脚和第三pin脚)配合，从而为直流电机13进行供电。电机13的输出轴上布置安装有感应磁环，感应磁环下方的pcb电路板18上对应布置有两个霍尔角度传感器，通过磁环转动产生的磁场变化，由霍尔传感器检测并计算直流电机13的实际旋转角度。直流电机13的输出轴上还布置安装有金属蜗杆14，金属蜗杆14与尼龙涡轮15相配合，组成带自锁功能的涡轮蜗杆传动机构。将电机13的低扭矩大转速的旋转运动转换成大扭矩慢转速的涡轮15旋转运动。
36.涡轮15固定在传动杆16上的，由于涡轮15是设置在外壳内的，因此，传动杆16的一端需要从控制器总成1的外壳内伸出来。在本实施例中，外壳的一端设有通孔，此通孔上设有防水密封圈，所述传动杆16的一端从该通孔伸出，传动杆16在转动过程中与所述通孔动密封，防止液体从该通孔进入外壳内部，以保护外壳内的电子元器件。
37.在本实施例中，所述阀体21的中部设有圆柱形通道，所述阀门22转动设置在所述圆柱形通道内：所述阀门22的两端分别固设有中间轴，所述中间轴沿所述阀门22的直径方向设置，所述中间轴通过轴承转动设置在所述阀体21上；
38.在本发明中，传动杆16可以与一中间轴刚性连接，也可以与一中间轴弹性连接，如所述传动杆16通过旋转连接机构3与一所述中间轴连接，所述旋转连接机构3包括连接支架31和异型螺旋弹簧32，所述阀体21与连接支架31焊接，连接支架31通过若干螺纹紧固件固
定连接在所述外壳上；连接支架31上设有容置槽，所述异型螺旋弹簧32设置在所述此容置槽内。一中间轴穿过对应的轴承与异型螺旋弹簧32的一端固定连接，所述传动杆16与此异型螺旋弹簧32的另一端固定连接，传动杆16与中间轴之间通过异型螺旋弹簧32弹性连接，异型螺旋弹簧32起到热传导的作用，增加散热，同时，起到缓冲的作用，提高设备使用寿命。
39.在本实施例中，轴承采用陶瓷轴承，以抵抗高温环境下，轴承变形产生的噪音和异响。
40.在本实施例中，阀体21采用铝材或不锈钢进行铸造，然后内部采用车削等工艺进行精细尺寸加工。阀体21内部对称设有内外两层凸台，内层凸台为阀门机械锁止位，当阀门22完全关闭时，确保阀门22与凸台侧面完全贴合，达到阻断气流目的。外侧凸台作用是焊接工艺要求，以确保排气系统管件可以插入阀体21内至外侧凸台处(约5mm以上)，然后通过焊接工艺将阀体21与管件实现连接。阀体21的内部直径尺寸可以根据排气系统管件需要进行调整。
41.本实施例提供的阀门总成可根据实际使用需求设置在所述排气系统的主管道内、消声器内部或排气尾管内。
42.工作原理：
43.控制模块从整车网关实时采集整车行驶状态信息(网关会连接不同类型的总线系统，如局域网总线接口设置在一个汽车obd诊断端口适配器中，汽车发动机上连接有转速信号传感器，转速信号传感器与局域网总线连接，利用局域网总线从obd诊断端口中读取发动机转速)，基于既定标定策略，向所述电机13发送角度指令；所述电机13接收指令，并通过所述涡轮蜗杆传动机构驱动所述阀门22旋转至指定角度，从而改变排气系统的气流走向和声学状态，最终实现排气系统声学的主动控制。
44.整车使用环境下，根据车辆不同转速和运动状态，通过实时控制和调节阀门22的角度，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，满足整车静音或者动感排气声浪的自由切换。
45.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种汽车排气系统用电动控制阀，其特征在于，包括：控制器总成，其包括控制模块和与所述控制模块连接的驱动模块，所述驱动模块包括电机和涡轮蜗杆传动机构，所述电机与所述控制模块连接；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；阀门总成，其包括阀体和阀门，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；所述控制模块与整车网关通信连接，在工作时，所述控制模块实时采集整车行驶状态信息，并向所述电机发送角度指令；所述电机接收指令，并通过所述涡轮蜗杆传动机构驱动所述阀门旋转至指定角度。2.根据权利要求1所述的一种汽车排气系统用电动控制阀，其特征在于，所述控制模块包括pcb电路板和与所述pcb电路板连接的输入输出接口，所述输入输出接口通过电子线束与整车网关相连接。3.根据权利要求2所述的一种汽车排气系统用电动控制阀，其特征在于，所述输入输出接口采用3针脚结构，包括用于连接lin信号的第一pin脚、用于连接gnd接地信号的第二pin脚和用于连接vcc电源信号的第三pin脚，所述第一pin脚与所述电机连接，所述第二pin脚和第三pin脚与电源连接。4.根据权利要求3所述的一种汽车排气系统用电动控制阀，其特征在于，所述电机的一侧布置至少两个分别与所述第二pin脚和第三pin脚配合设置的电源插针。5.根据权利要求2所述的一种汽车排气系统用电动控制阀，其特征在于，所述电机的输出轴上设有感应磁环，所述pcb电路板上对应设置有霍尔角度传感器，在工作时，所述霍尔角度传感器通过所述感应磁环转动产生的磁场变化，计算所述电机的实际旋转角度。6.根据权利要求1所述的一种汽车排气系统用电动控制阀，其特征在于，所述控制器总成封装在一外壳内，所述外壳防水设计。7.根据权利要求6所述的一种汽车排气系统用电动控制阀，其特征在于，所述外壳的一端设有通孔，所述传动杆的一端穿过该通孔，并且，所述传动杆与所述通孔动密封。8.根据权利要求6所述的一种汽车排气系统用电动控制阀，其特征在于，所述阀体的中部设有圆柱形通道，所述阀门转动设置在所述圆柱形通道内：所述阀门的两端分别固设有中间轴，所述中间轴沿所述阀门的直径方向设置，所述中间轴通过轴承转动设置在所述阀体上；所述传动杆通过旋转连接机构与一所述中间轴连接，所述旋转连接机构包括连接支架和异型螺旋弹簧，所述阀体通过连接支架固定连接在所述外壳上；所述异型螺旋弹簧设置在所述连接支架内，所述传动杆的一端通过所述异型螺旋弹簧与一所述中间轴弹性连接。9.根据权利要求1所述的一种汽车排气系统用电动控制阀，其特征在于，所述阀体内设有内外两层凸台，当所述阀门完全关闭时，所述阀门与内层凸台的侧面完全贴合；在所述阀体与排气系统管件连接时，管件的一端塞入所述阀体至外层凸台处。10.根据权利要求1至9任一项所述的一种汽车排气系统用电动控制阀，其特征在于，所述阀门总成设置在所述排气系统的主管道内、消声器内部或排气尾管内。

技术总结
本发明提供了一种汽车排气系统用电动控制阀，包括：控制器总成，其包括控制模块和与所述控制模块连接的驱动模块，所述驱动模块包括电机和涡轮蜗杆传动机构，所述电机与所述控制模块连接；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；阀门总成，其包括阀体和阀门，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；所述控制模块与整车网关通信连接，在工作时，所述控制模块实时采集整车行驶状态信息，并向所述电机发送角度指令；所述电机接收指令，并通过所述涡轮蜗杆传动机构驱动所述阀门旋转至指定角度。驱动所述阀门旋转至指定角度。驱动所述阀门旋转至指定角度。


技术研发人员：陈婷婷 赵方明 陶晟 冯欢亮
受保护的技术使用者：上海昌靖科技有限公司
技术研发日：2021.11.22
技术公布日：2023/5/24