本發(fā)明屬于無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門及方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)役無(wú)人機(jī)多采用內(nèi)燃機(jī)式發(fā)動(dòng)機(jī)作為直接動(dòng)力，而電子節(jié)氣門是實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)功率控制的重要部件。通過(guò)調(diào)節(jié)電子節(jié)氣門開(kāi)度的大小來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及輸出功率。

2、現(xiàn)常見(jiàn)的電子節(jié)氣門分為兩種：

3、1.無(wú)冗余功能，純靠可靠性來(lái)保證正常工作。當(dāng)電子節(jié)氣門電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)則無(wú)法進(jìn)行控制；當(dāng)傳感器采集故障時(shí)則無(wú)法得知電子節(jié)氣門實(shí)際位置導(dǎo)致調(diào)節(jié)異常，引起發(fā)動(dòng)機(jī)噴油量與進(jìn)氣量不匹配從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停車，危害無(wú)人機(jī)安全；

4、2.安裝有回位彈簧，但回位彈簧位置不可調(diào)節(jié)，異常情況時(shí)節(jié)氣門只能回到最小開(kāi)度或最大開(kāi)度。節(jié)氣門最小開(kāi)度時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法穩(wěn)定工作，發(fā)動(dòng)機(jī)極有可能停車，或發(fā)動(dòng)機(jī)雖處于工作狀態(tài)但無(wú)法滿足無(wú)人機(jī)動(dòng)力需求從而引起無(wú)人機(jī)失速墜毀；節(jié)氣門一直維持最大開(kāi)度又會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)一直在大馬力工作，會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱后故障報(bào)廢，因此也無(wú)實(shí)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、要解決的技術(shù)問(wèn)題：

2、為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供一種帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門，將可調(diào)機(jī)械冗余設(shè)計(jì)應(yīng)用于無(wú)人機(jī)電子節(jié)氣門，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)故障或傳感器故障時(shí)，電子節(jié)氣門位置可控，解決了現(xiàn)有技術(shù)中回位位置固定(如最小/最大開(kāi)度)導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)停車或過(guò)熱問(wèn)題，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，極大提高發(fā)動(dòng)機(jī)乃至無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的可靠性。

3、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門，包括節(jié)氣門閥體及安裝于其上的開(kāi)度控制模塊、可調(diào)機(jī)械冗余模塊，通過(guò)開(kāi)度控制模塊控制正常狀態(tài)的節(jié)氣門開(kāi)度，通過(guò)可調(diào)機(jī)械冗余模塊控制故障狀態(tài)的節(jié)氣門開(kāi)度；

4、所述可調(diào)機(jī)械冗余模塊通過(guò)機(jī)械式主動(dòng)控制的方式將節(jié)氣門的開(kāi)度調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)安全位置。

5、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述節(jié)氣門閥體包括節(jié)氣門本體及安裝于其上的節(jié)氣門軸、蝴蝶片、位置傳感器，所述蝴蝶片通過(guò)節(jié)氣門軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接于節(jié)氣門本體的臺(tái)階孔內(nèi)，所述位置傳感器用于采集蝴蝶片的開(kāi)度，并將采集信息發(fā)送至發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

6、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述開(kāi)度控制模塊包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、小齒輪和大齒輪，所述大齒輪安裝于節(jié)氣門軸的一端，與安裝于驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸上的小齒輪嚙合，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制小齒輪和大齒輪的轉(zhuǎn)角，進(jìn)而控制節(jié)氣門軸的轉(zhuǎn)角。

7、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述可調(diào)機(jī)械冗余模塊與大齒輪的旋轉(zhuǎn)中心連接，在故障狀態(tài)能夠控制大齒輪旋轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)安全位置，并將安全位置參數(shù)寫入發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，確保故障時(shí)控制器采用該值維持動(dòng)力輸出。

8、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述可調(diào)機(jī)械冗余模塊包括回位彈簧及動(dòng)態(tài)平衡組件；所述回位彈簧的一端與大齒輪連接，另一端與動(dòng)態(tài)平衡組件的執(zhí)行端連接；通過(guò)動(dòng)態(tài)平衡組件調(diào)節(jié)回位彈簧的初始張力，以設(shè)定故障時(shí)電子節(jié)氣門復(fù)位至的安全開(kāi)度。

9、本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述動(dòng)態(tài)平衡組件包括調(diào)整螺釘、鎖緊彈簧和彈簧座；所述調(diào)整螺釘?shù)臈U部開(kāi)有外螺紋，通過(guò)螺紋旋擰于節(jié)氣門本體上，其末端通過(guò)彈簧座與回位彈簧鉸接，其頭部位于節(jié)氣門本體外側(cè)，其與節(jié)氣門本體之間的桿部上套裝有鎖緊彈簧；所述彈簧座為套裝于調(diào)節(jié)螺釘末端的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，其外周設(shè)置的凸耳與回位彈簧另一端鉸接，彈簧座與調(diào)節(jié)螺釘為間隙配合，能夠相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)卡簧限制調(diào)節(jié)螺釘旋轉(zhuǎn)時(shí)彈簧座的軸向位移；通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘，改變彈簧座的軸向位置，從而調(diào)節(jié)回位彈簧的初始張力；通過(guò)鎖緊彈簧通過(guò)施加持續(xù)的軸向壓力，確保調(diào)整螺釘在設(shè)定后不發(fā)生旋轉(zhuǎn)或位移。

10、一種帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門在正常工作狀態(tài)下調(diào)節(jié)節(jié)氣門開(kāi)度的方法，具體步驟如下：

11、通過(guò)位置傳感器采集節(jié)氣門軸當(dāng)前位置角度，確定蝴蝶片所在位置；

12、通過(guò)對(duì)比預(yù)設(shè)節(jié)氣門開(kāi)度與當(dāng)前節(jié)氣門開(kāi)度位置，確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和角度；

13、通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)克服回位彈簧的彈力，同時(shí)驅(qū)動(dòng)小齒輪和大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再由大齒輪帶動(dòng)節(jié)氣門軸和蝴蝶片轉(zhuǎn)動(dòng)，完成開(kāi)度調(diào)整；

14、通過(guò)位置傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)蝴蝶片開(kāi)度，達(dá)到預(yù)設(shè)開(kāi)度后，完成節(jié)氣門開(kāi)度控制，發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。

15、一種帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門調(diào)整安全位置的方法，具體步驟如下：

16、在地面時(shí)，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)斷電，位置傳感器保持工作狀態(tài)，節(jié)氣門軸在回位彈簧作用下回到初始默認(rèn)位置；

17、按需旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘，直至節(jié)氣門開(kāi)度達(dá)到所需的安全位置；

18、將該安全位置的節(jié)氣門開(kāi)度寫入發(fā)動(dòng)機(jī)控制器。

19、一種帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門在故障冗余狀態(tài)下調(diào)節(jié)節(jié)氣門開(kāi)度的方法：所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)生故障斷電時(shí)，為自由狀態(tài)；通過(guò)回位彈簧控制大齒輪旋轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)安全位置；同時(shí)由位置傳感器測(cè)量節(jié)氣門軸當(dāng)前位置角度并輸出發(fā)動(dòng)機(jī)控制器；所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器依據(jù)接收到的節(jié)氣門開(kāi)度信息正?？刂瓢l(fā)動(dòng)機(jī)，保證無(wú)人機(jī)正常飛行。

20、一種帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門在故障冗余狀態(tài)下調(diào)節(jié)節(jié)氣門開(kāi)度的方法：所述位置傳感器發(fā)生故障時(shí)，將故障信息傳回發(fā)動(dòng)機(jī)控制器；所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)斷電，保持自由狀態(tài)；通過(guò)回位彈簧控制大齒輪旋轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)安全位置；所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器采用預(yù)設(shè)的安全位置控制發(fā)動(dòng)機(jī)，保證無(wú)人機(jī)正常飛行。

21、有益效果

22、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明將機(jī)械冗余與可調(diào)安全位置相結(jié)合，解決了傳統(tǒng)電子節(jié)氣門在故障時(shí)無(wú)法靈活控制的核心問(wèn)題，兼具高可靠性、操作便捷性和環(huán)境適應(yīng)性，為無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的安全性提供了突破性解決方案。

23、1、在電機(jī)故障或傳感器失效時(shí)，本發(fā)明通過(guò)機(jī)械式回位彈簧和可調(diào)安全位置設(shè)計(jì)，確保節(jié)氣門自動(dòng)復(fù)位至預(yù)設(shè)開(kāi)度(如中間位置)，避免發(fā)動(dòng)機(jī)停車或過(guò)熱，顯著提升無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，具有高可靠性的故障冗余功能。

24、2、本發(fā)明通過(guò)調(diào)整螺釘與鎖緊彈簧的配合，可根據(jù)不同飛行需求(如緊急懸停、返航)預(yù)設(shè)安全開(kāi)度，安全位置靈活可調(diào)，解決了傳統(tǒng)方案中固定最小/最大開(kāi)度導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或超負(fù)荷問(wèn)題，適配性更強(qiáng)。

25、3、本發(fā)明所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)(回位彈簧、齒輪傳動(dòng))獨(dú)立于電子系統(tǒng)運(yùn)行，即使電子控制完全失效，仍能保障節(jié)氣門的基本功能，適用于高溫、振動(dòng)等惡劣環(huán)境，系統(tǒng)魯棒性顯著提升。

26、4、本發(fā)明的安全位置校準(zhǔn)僅需地面調(diào)試時(shí)旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘并寫入控制器，無(wú)需復(fù)雜設(shè)備或頻繁維護(hù)，降低運(yùn)維難度與成本。且通過(guò)自動(dòng)化故障恢復(fù)流程(如傳感器故障時(shí)自動(dòng)斷電并復(fù)位)減少了人工干預(yù)需求。

27、5、本發(fā)明采用鎖緊彈簧和卡簧確保調(diào)整螺釘位置固定，能夠有效防止振動(dòng)或沖擊導(dǎo)致安全開(kāi)度偏移的問(wèn)題，長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性高。所述回位彈簧的張力動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制兼顧正常工作的控制精度與故障時(shí)的快速響應(yīng)。

28、6、本發(fā)明技術(shù)方案不僅適用于無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，還可擴(kuò)展至其他需要高可靠性節(jié)氣門控制的場(chǎng)景(如無(wú)人車、工業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī))，具有普適性應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門，其特征在于：包括節(jié)氣門閥體及安裝于其上的開(kāi)度控制模塊、可調(diào)機(jī)械冗余模塊，通過(guò)開(kāi)度控制模塊控制正常狀態(tài)的節(jié)氣門開(kāi)度，通過(guò)可調(diào)機(jī)械冗余模塊控制故障狀態(tài)的節(jié)氣門開(kāi)度；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門，其特征在于：所述節(jié)氣門閥體包括節(jié)氣門本體及安裝于其上的節(jié)氣門軸、蝴蝶片、位置傳感器，所述蝴蝶片通過(guò)節(jié)氣門軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接于節(jié)氣門本體的臺(tái)階孔內(nèi)，所述位置傳感器用于采集蝴蝶片的開(kāi)度，并將采集信息發(fā)送至發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門，其特征在于：所述開(kāi)度控制模塊包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、小齒輪和大齒輪，所述大齒輪安裝于節(jié)氣門軸的一端，與安裝于驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸上的小齒輪嚙合，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制小齒輪和大齒輪的轉(zhuǎn)角，進(jìn)而控制節(jié)氣門軸的轉(zhuǎn)角。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門，其特征在于：所述可調(diào)機(jī)械冗余模塊與大齒輪的旋轉(zhuǎn)中心連接，在故障狀態(tài)能夠控制大齒輪旋轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)安全位置，并將安全位置參數(shù)寫入發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，確保故障時(shí)控制器采用該值維持動(dòng)力輸出。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門，其特征在于：所述可調(diào)機(jī)械冗余模塊包括回位彈簧及動(dòng)態(tài)平衡組件；所述回位彈簧的一端與大齒輪連接，另一端與動(dòng)態(tài)平衡組件的執(zhí)行端連接；通過(guò)動(dòng)態(tài)平衡組件調(diào)節(jié)回位彈簧的初始張力，以設(shè)定故障時(shí)電子節(jié)氣門復(fù)位至的安全開(kāi)度。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門，其特征在于：所述動(dòng)態(tài)平衡組件包括調(diào)整螺釘、鎖緊彈簧和彈簧座；所述調(diào)整螺釘?shù)臈U部開(kāi)有外螺紋，通過(guò)螺紋旋擰于節(jié)氣門本體上，其末端通過(guò)彈簧座與回位彈簧鉸接，其頭部位于節(jié)氣門本體外側(cè)，其與節(jié)氣門本體之間的桿部上套裝有鎖緊彈簧；所述彈簧座為套裝于調(diào)節(jié)螺釘末端的圓環(huán)結(jié)構(gòu)，其外周設(shè)置的凸耳與回位彈簧另一端鉸接，彈簧座與調(diào)節(jié)螺釘為間隙配合，能夠相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)卡簧限制調(diào)節(jié)螺釘旋轉(zhuǎn)時(shí)彈簧座的軸向位移；通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘，改變彈簧座的軸向位置，從而調(diào)節(jié)回位彈簧的初始張力；通過(guò)鎖緊彈簧通過(guò)施加持續(xù)的軸向壓力，確保調(diào)整螺釘在設(shè)定后不發(fā)生旋轉(zhuǎn)或位移。

7.一種權(quán)利要求6所述帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門在正常工作狀態(tài)下調(diào)節(jié)節(jié)氣門開(kāi)度的方法，其特征在于具體步驟如下：

8.一種權(quán)利要求6所述帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門調(diào)整安全位置的方法，其特征在于具體步驟如下：

9.一種權(quán)利要求6所述帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門在故障冗余狀態(tài)下調(diào)節(jié)節(jié)氣門開(kāi)度的方法，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)生故障斷電時(shí)，為自由狀態(tài)；通過(guò)回位彈簧控制大齒輪旋轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)安全位置；同時(shí)由位置傳感器測(cè)量節(jié)氣門軸當(dāng)前位置角度并輸出發(fā)動(dòng)機(jī)控制器；所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器依據(jù)接收到的節(jié)氣門開(kāi)度信息正常控制發(fā)動(dòng)機(jī)，保證無(wú)人機(jī)正常飛行。

10.一種權(quán)利要求6所述帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門在故障冗余狀態(tài)下調(diào)節(jié)節(jié)氣門開(kāi)度的方法，其特征在于：所述位置傳感器發(fā)生故障時(shí)，將故障信息傳回發(fā)動(dòng)機(jī)控制器；所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)斷電，保持自由狀態(tài)；通過(guò)回位彈簧控制大齒輪旋轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)安全位置；所述發(fā)動(dòng)機(jī)控制器采用預(yù)設(shè)的安全位置控制發(fā)動(dòng)機(jī)，保證無(wú)人機(jī)正常飛行。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明一種帶有故障冗余功能的電子節(jié)氣門及方法，屬于無(wú)人機(jī)領(lǐng)域；包括節(jié)氣門閥體及安裝于其上的開(kāi)度控制模塊、可調(diào)機(jī)械冗余模塊，通過(guò)開(kāi)度控制模塊控制正常狀態(tài)的節(jié)氣門開(kāi)度，通過(guò)可調(diào)機(jī)械冗余模塊控制故障狀態(tài)的節(jié)氣門開(kāi)度；所述可調(diào)機(jī)械冗余模塊通過(guò)機(jī)械式主動(dòng)控制的方式將節(jié)氣門的開(kāi)度調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)安全位置。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中回位位置固定(如最小/最大開(kāi)度)導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)停車或過(guò)熱問(wèn)題，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，極大提高發(fā)動(dòng)機(jī)乃至無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：周偉,張載溪,錢新安,張飛,胡嘯,王興海
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安愛(ài)生技術(shù)集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15