湖南工程學院電控燃油噴射控制器的設計論文

1、-畢 業(yè) 設 計題 目： 電控燃油噴射控制器的設計系： 電氣信息學院專業(yè)： 自動化 班級：*：學生：導師： 肖峰完成日期：2021年06月. z-誠 信 聲 明本人聲明：1、本人所呈交的畢業(yè)設計論文是在教師指導下進展的研究工作及取得的研究成果；2、據(jù)查證，除了文中特別加以標注和致的地方外，畢業(yè)設計論文中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構的學位而使用過的材料；3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設計論文中的所有容均真實、可信。作者簽名： 日期：年月日. z-畢業(yè)設計論文任務書題目：電控噴油智能控制器的設計系 電氣與信息學院 專業(yè) 自動化 班級*指導教師 肖 峰職稱講師 教研室

2、主任 黃峰星平一、根本任務及要求：電控燃油噴射系統(tǒng)，是以電子控制ECU裝置為核心，利用安裝在發(fā)動機不同位置上的傳感器，測得發(fā)動機的各種工作參數(shù)，按照控制程序，通過控制電動噴油器準確控制噴油量，使發(fā)動機在各種工況下都能獲得最正確濃度的混合氣。 1闡述噴射系統(tǒng)的原理； 2基于單片機電控燃油噴射器控制系統(tǒng)硬件構造的設計； 3采用MATLAB軟件建立控制器的模型，進展仿真研究和性能分析； 4繪制硬件構造圖和軟件流程圖； 5說明書的編制； 二、進度安排及完成時間：2月26日至3月15日：查閱相關資料，搜集課題所需資料，了解課題現(xiàn)狀、課題研究的目的和意義，做好選題報告和文獻綜述 3月16日至3月29日：畢

3、業(yè)實習 3月30日至4月15日：自學相關知識。 4月16日至4月26日：硬件設計、軟件設計。 6月 3日至6月 4日：整理資料，撰寫畢業(yè)設計論文。 6月13日至6月14日：畢業(yè)論文審定、打印，辯論準備。 6月15日至6月18日：畢業(yè)設計辯論公開辯論、分組辯論。 . z-前言汽車是當今社會生活中一種不可缺少的交通運輸工具，為了滿足日益增高的消費需求，汽車研究、設計、制造者們付出了無數(shù)的心血和智慧，使汽車商們紛紛推出了各式各樣的新車型。消費者們雖然青睞這些新車型時尚的外形、良好的舒適性，優(yōu)良的動力性、可靠性和經(jīng)濟性，但隨著環(huán)保法規(guī)的升級和個人安康意識的增強，消費者們將更加看重它們的清潔性。電子控制

4、燃油噴射系統(tǒng)(Electronic fuel injection簡稱EFI)是用計算機控制燃油供應量的裝置。該系統(tǒng)中，計算機綜合各種不同傳感器送來的信息做出判斷，控制和調(diào)節(jié)噴油器的噴射時間及噴油量，正確迅速地把燃油噴射到發(fā)動機進氣歧管里，與吸入的空氣混合后，進入發(fā)動機氣缸，同時配合電子控制點火在最正確時刻點燃可燃混合氣。電噴式發(fā)動機從構造上取消了化油器，用燃油噴射代替化油器，使燃油燃燒充分，且采用微電腦準確控制噴油量和點火角，極大的提高了汽車的動力性與經(jīng)濟性。在美、日、歐興旺國家生產(chǎn)的普通轎車幾乎全部應用了燃油電噴系統(tǒng)。我國也積極采取措施，各大汽車廠生產(chǎn)的新車大多采用第三代電噴技術。目前我國各

5、大汽車廠生產(chǎn)的轎車的發(fā)動機雖然根本上都采用了燃油電噴技術，但沒有廠商完全擁有電噴發(fā)動機自主知識產(chǎn)權，均屬于引進國外電噴發(fā)動機生產(chǎn)線或引進國外電噴系統(tǒng)，由外商直接供應ECU系統(tǒng)。目前我國除ECU之外，對電噴系統(tǒng)的其他元器件，如傳感器，電磁閥、噴油器、點火器等，在國己根本具備了配套研發(fā)能力和生產(chǎn)能力(有的企業(yè)引進國外生產(chǎn)線作為配套元器件生產(chǎn)廠)，但作為核心部件的ECU卻被別人掌握，國外公司的電噴技術完全，ECU中的噴油和點火MAP、控制算法和程序都未賣給我國，無法破解。同時，進口國別多、品種規(guī)格雜，一些企業(yè)缺乏選擇論證，引進的技術水平和產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，不少缺乏充分的匹配實驗?？傊?，要自主開展清潔

6、汽車必須自行開發(fā)電噴系統(tǒng)，其核心是研究開發(fā)ECU。. z-目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1 本課題研究的背景及意義11.2 課題開展現(xiàn)狀和前景展望1第2章電控燃油噴射系統(tǒng)32.1 電控燃油噴射系統(tǒng)概述32.2 電控燃油噴射系統(tǒng)的組成與原理3空氣供應系統(tǒng)3燃油供應系統(tǒng)32.3電子控制系統(tǒng)4發(fā)動機控制單元EUC4傳感器原理與特性52.4系統(tǒng)的分類6第3章硬件電路總體設計83.1電控單元ECU)總體設計83.2 各單元電路設計9單片機的選型93.2.2 MC9S12DP256單片機的特點93.2.3 MC9S12DP256的主要引腳及功能103.2.4 MC9S12DP256單片機I

7、/O資源分配113.2.5 MC9S12DP256單片機系統(tǒng)硬件設計123.3信號處理電路設計133.3.1數(shù)字星輸入通道133.3.2模擬星輸入通道14第4章 ECU軟件設計164.1系統(tǒng)構造與中斷控制16系統(tǒng)模塊劃分16系統(tǒng)中斷控制174.2系統(tǒng)主程序設計184. 3噴油子程序設計19根本噴油子程序與算法設計19加減速工況噴油程序設計254.4信號采集與處理程序設計27完畢語29參考文獻30致31附錄A 噴油控制器源程序32附錄B 總體電路圖42. z-電控燃油噴射控制器的設計摘要:日益嚴重的能源問題和環(huán)境危機迫使汽油機朝低污染、低油耗和高功率的方向開展。微處理器和電子控制技術的開展，使汽

8、油機電控技術得到應用。采用電控系統(tǒng)的汽油機能對工況進展實時的監(jiān)測，根據(jù)工況的變化計算實際需要的油量、壓力和正時，以改善燃燒性能，使汽油機具有更好的動力性、經(jīng)濟性與排放性。本文主要是在借鑒國外先進電噴技術的根底上，對汽油機電控單元的硬件與軟件開發(fā)技術進展分析和設計。汽油機電子控制的關鍵技術是汽油機電子控制單元(ECU)的軟件、硬件的開發(fā)，通過對其硬件電路和軟件程序的不斷改進，逐步滿足汽車電子各方面更加準確控制的要求。結(jié)合我國當前排放法規(guī)的要求和燃油品質(zhì)的現(xiàn)狀，分析了汽油機電控技術和發(fā)動機的具體情況，主要以MC9S12DP256單片機為主芯片，設計了噴油控制系統(tǒng)的軟件和硬件，硬件電路圖和噴油主程序

9、、脈寬計算程序、A/D轉(zhuǎn)換程序和轉(zhuǎn)速計算程序在的軟件。該系統(tǒng)經(jīng)運行調(diào)試后，根本可以實現(xiàn)發(fā)動機的噴油要求，為后續(xù)發(fā)動機電控單元的設計、應用提供了一定的參考。關鍵字：汽油機; MC9S12DP256;電控單元;噴油系統(tǒng)The controller design of electronic control fuel injectionAbstract:Energy problem and environmental crisis is getting increasingly serious, thatforced the development of gasoline engine to turn

10、 to the destination of low pollution,low fuel consumption and high power. The development of the microprocessor andelectronic control technology, make the electronic control technology for gasoline engine has been applied. Gasoline engine with electronic control system can real-timemonitor the work

11、conditions to calculate the actual needs of the oil, the pressure, andthe right injection time, that improve the bustion performance of the gasoline engine, make it has better power, economy and emissions. This Paper will focus on the analysis and development on the hardware andSoftware of ECU based

12、 on the reference of foreign advanced ECU technology. The key of the engine electronic control is to develop the hardware and software of ECU. The gradual development of the hardware and software willmeet the need of more accurate control for the vehicle electronies. binedwith the request of current

13、 emission regulation and fuel qualify，it analyzesthe ECU technology and the real environment of engine，then designs thehardware and software of the fuel injection of the ECU with the MC9S12DP256 as the main CMOS chip.It also draws the hardware with the protelSoftware and designs the ASM software Pro

14、ceeding etc. Hardware and softwareTests how that the improved ECU can meet the basic requires of the vehiele.At the same time，gave out the reference for the design of the best ECU in the future.Keywords:Petrol machine;MC9S12DP256;Electronic Control Unit; Fuel InjectionSystem . z-第1章緒論1.1 本課題研究的背景及意義

15、隨著經(jīng)濟的快速開展和城市化進積的加快，城市污染口趨嚴重，而汽車尾氣的排放是城一市污染的主要來源。汽車尾氣排放中的未燃氫、氮氧化合物、在大氣過光化學煙霧反響而形成的臭氧、過氧酞基硝酸鹽等對人休造成極大的危害，已成為危及人類安康的主要因素，因此，節(jié)能和“零污染已成為可持續(xù)開展對汽車工業(yè)提出的緊迫和嚴格的時代要求。在發(fā)動機上采用微機控制的燃油噴射和點火系統(tǒng)，能夠準確對空燃比和點火時刻等參數(shù)進展優(yōu)化控制，保證發(fā)動機在各種工況廠都能處一于最正確工作狀志，使發(fā)動機發(fā)揮出最正確的性能水平，從而為綜合解決發(fā)動機節(jié)能和排氣進化這兩大難題提供了有效途徑。為了降低汽油機的能源消耗，滿足節(jié)能和排放法規(guī)的要求，電子控制

16、技術在汽油機中的應用和開展已經(jīng)成為必不可少的一個環(huán)節(jié)。所以研究汽油機電控噴油系統(tǒng)和執(zhí)行器的控制原理、電控系統(tǒng)中傳感器的應用、汽油機電控系統(tǒng)的電控單元ECU設計及電控技術未來的開展趨勢 ，其中電子控制單元主要由單片機控制。電氣化控制系統(tǒng)取代機械化控制不僅提高汽油機運行參數(shù)測量的控制精度也滿足了節(jié)能減排的要求。提高汽油機電控系統(tǒng)的智能化是未來世界重工業(yè)研究的重要方向，是各國綜合實力的象征。1.2 課題開展現(xiàn)狀和前景展望目前，建立在現(xiàn)代計算機技術和測試技術高速開展根底上的電控噴射技術已在工業(yè)興旺國家的發(fā)動機產(chǎn)品中得到了廣泛運用，取代了傳統(tǒng)的化油器和機械式分電器的供油和點火力式，使電控I噴射及點火系統(tǒng)

17、成為現(xiàn)代發(fā)動機的一個主要組成局部，并做為衡量整機性能水平的標志，目前國外汽車兒乎100%采用電控噴射技術。在我國，隨著汽車擁有量的人幅度增加，汽車尾氣造成的環(huán)境污染已十分嚴重。因此，國家制訂了越來越嚴格的汽車排放法規(guī)限制汽車尾氣污染。國家機械氣業(yè)局2000年公布了控制汽車產(chǎn)品排放指標和工作方針，我國汽車產(chǎn)品排放控制的總休標是:2D00年到達歐洲20世紀SD年代后期水平，2002年到達歐洲20世紀90年代初控制水平，2021年實現(xiàn)與國際控制水平同步。汽車產(chǎn)品的排放控制將對所有車型的所有污染物進展控制，推廣汽車電子控制燃油噴射技術。 隨著電子技術的開展，微機處理機、存儲器和I0功能不斷完善，使發(fā)動

18、機控制朝著綜合控制的方向開展，由單項控制開展為多項控制，控制項口不斷增多，以日產(chǎn)EECS控制系統(tǒng)為例，除空燃比、點火提前角和廢氣再循環(huán)外，增加了怠速控制、爆震控制、油泵電流控制和燃油壓力控制等項口。為提高系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)增加了自診斷功能不備份CPU ,存儲器和曲軸位置傳感器。國對車用汽油機微機控制的研究起步較晚，目前仍處于單項控制系統(tǒng)的研發(fā)階段，與國外研究水平存在一定的差距，尚末開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的ECU。在中國經(jīng)濟保持快速、穩(wěn)定開展的環(huán)境下，我國的汽車產(chǎn)業(yè)迎來了一個新的開展階段，我國己經(jīng)成為個球第二人汽車制造國。2006年，中國汽一車產(chǎn)為728萬輛，比上年增長27%，已超過德國，僅次于

19、美國、日本，居世界第三位。到了2007年中國汽車產(chǎn)帚有望突破800萬輛。從今年到2021年之間，中國汽車工業(yè)預計將保持兩位數(shù)的增長速度到2021年.汽車總產(chǎn)量將到達8001000萬輛。因此公司不遺余力地擴大生產(chǎn)，在與外國合資生產(chǎn)的同時，大力開發(fā)自主品牌車力圖盡快搶占片更大市場份額。但是，目前外表很紅火的汽車工業(yè)很大一局部采取合資形態(tài)，所以自主研發(fā)的重要性尤為突出。第2章 電控燃油噴射系統(tǒng)2.1 電控燃油噴射系統(tǒng)概述電控燃油噴射系統(tǒng)它是以電子控制ECU裝置為核心，利用安裝在發(fā)動機不同位置上的傳感器，測得發(fā)動機的各種工作參數(shù)，按照控制程序，通過控制電動噴油器準確控制噴油量，使發(fā)動機在各種工況下都能

20、獲得最正確濃度的混合氣。電控燃油噴射系統(tǒng)因應用情況不同，有各種相應不同的構造組成形式，應根據(jù)發(fā)動機及汽車的構造性能水平、使用環(huán)境條件、對各種性能和要求的側(cè)重點及排放法規(guī)的嚴格程度等各種因素，確定所采用的電控燃油噴射系統(tǒng)的構造配置。2.2 電控燃油噴射系統(tǒng)的組成與原理電控燃油噴射系統(tǒng)因應用情況不同，有各種不同的構造組成形式，應根據(jù)發(fā)動機及汽車的構造性能水平、使用環(huán)境條件、對各種性能要求的側(cè)重點及排放法規(guī)的嚴格要求程度等各種因素確定所采用的電控燃油噴射及點火系統(tǒng)的構造配置。一般電控汽油噴射系統(tǒng)由空氣供應系統(tǒng)、供油供應系統(tǒng)及電子控制系統(tǒng)三個子系統(tǒng)組成。2.2.1空氣供應系統(tǒng)進氣歧管氣缸空氣空氣濾清器

21、空氣流量器進氣壓力傳感器節(jié)氣門體圖2.1空氣供應系統(tǒng)2.2.2燃油供應系統(tǒng)燃油供應系統(tǒng)的作用是供應缸燃燒所必需的汽油量。如圖2.2所示。油箱汽油泵濾清器緩沖器噴油器進氣歧管油箱調(diào)壓器2.2燃油供應系統(tǒng)組成燃油泵為渦輪式單級電動泵，由ECU通過燃油泵繼電器控制工作。2.3電子控制系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)功能是據(jù)發(fā)動機運轉(zhuǎn)工況和車輛運行狀況確定該工況下的最正確噴油量和最正確噴油時刻及最正確點火時刻。它主要包括以下幾局部:ECU、節(jié)氣門位置傳感器、進氣溫度傳感器、水溫傳感器、進氣壓力傳感器、氧傳感器、爆震傳感器，以及曲軸位傳感器和凸輪相位傳感器等?？刂葡到y(tǒng)的工作原理如圖2.3所示?？諝饬髁科饔孅c火開關爆震傳

22、感器汽油泵噴油器廢氣再循環(huán)電控閥蓄電池水溫度傳感器節(jié)氣門位置傳感器氧傳感器車速傳感器發(fā)動機電控單元ECU曲軸位置和轉(zhuǎn)速傳感器凸輪軸位置傳感器點火器總速電控閥圖2.3 電子控制系統(tǒng)的組成2.3.1發(fā)動機控制單元EUC控制單元是一個以單片機為核心的微處理器，它的功能是處理來自整車不同部件的傳感器數(shù)據(jù)，判斷發(fā)動機的工作情況，再通過執(zhí)行器對發(fā)動機進展準確的控制。ECU部可以分化為如圖2.4所示的幾大局部。信號放大處理A/D轉(zhuǎn)換電路開關信號輸入CPURAM驅(qū)動電路ROM圖2.4 發(fā)動機控制單元ECU原理圖信號放大處理電路把從傳感器來的弱點信號放大，同時對一些非線性信號進展線性化處理，對開關信號濾波處理和

23、電位變換。A/D電路對模擬量進展數(shù)字化處理，通過A/D轉(zhuǎn)換的信號有水溫、空氣溫度、節(jié)氣門開度、壓力。開關信號處理電路進展電位的轉(zhuǎn)換以便能與CPU接口，它處理的信號有曲軸位置信號、節(jié)氣門開度信號、氧傳感器信號、空調(diào)開關信號。其中要從曲軸位置信號中別離出轉(zhuǎn)速信號和基準位置信號，并分別傳給CPU以減輕CPU的負擔，CPU一般選擇處理能力強的單片機，最好用能進展浮點運算的DSP芯片，以適應處理復雜的控制程序。驅(qū)動電路有點火電路、噴油驅(qū)動電路和怠速閥驅(qū)動電路。2.3.2傳感器原理與特性1) 冷卻液溫度傳感器冷卻液溫度傳感器用于檢測發(fā)動機的時機工作溫度，ECU將根據(jù)不同的冷卻水溫度，為發(fā)動機提供最正確的控

24、制方案。其原理為采用熱敏電阻檢測冷卻液溫度，一般裝在發(fā)動機冷卻液小循環(huán)通道上。該熱敏電阻式一種負溫度系數(shù)NTC的敏感組件，有銅套封住，水溫低時，電阻大，ECTS輸出電壓高，但并非線性。2) 進氣溫度傳感器進氣溫度傳感器用于檢測進去發(fā)動機汽缸的空氣溫度。由于進氣密度隨溫度改變而變化，它是反響進入汽缸實際空氣量的必要參數(shù)之一，因此，ECU必須根據(jù)IAT信號對噴油量進展修正。其工作原理和輸出特性與冷卻液溫度傳感器一樣如圖2.7所示，一般也采用負溫度系數(shù)的熱敏電阻，只是熱敏電阻是裸露的，其常見構造如圖2.8所示，在采用速度密度法的電控發(fā)動機中，其一般安裝在空氣濾清器的殼體或進氣總管。3) 進氣歧管絕對

25、壓力傳感器進氣歧管絕對壓力傳感器是速度密度法空氣流量測量系統(tǒng)中最終要的傳感器，其句發(fā)動冬季復合狀況，檢測進氣壓力的變化，并將其轉(zhuǎn)化成電壓信號，與發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號一起，作為電控單元ECU計算根本朋友量和根本點火提前角的依據(jù)。電控發(fā)動機中以半導體壓敏電阻式MAP傳感器應用最為廣泛，它由密封在真空室的彈性硅片和相應的橋式電路組成。標準的5V電壓施加在電橋的臆斷，當壓力變化致使硅芯片變形時，組織隨之變化，電橋另一端輸出與壓力成正比的05V電壓信號。4) 節(jié)氣門位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器有線性輸出和開關型兩種形式。本文設計是基于是線性輸出型的TPS，其為可變電阻構造，其滑動端子由節(jié)氣門軸帶動，利用阻值的變

26、化，即可測得與節(jié)氣門開度相對應的輸出電壓，節(jié)氣門的開度不同時，該傳感器所反映給ECU的電壓信號也不同，系統(tǒng)根據(jù)其輸出的電壓機器變化速率判定發(fā)動機的實時負載和動態(tài)變化狀況如發(fā)動機加減速判斷等。其一般安裝在節(jié)流閥體總成上，與油門拉桿和節(jié)氣閥門同軸。5) 曲軸位置傳感器曲軸位置傳感器不僅可以測量曲軸轉(zhuǎn)角即曲軸位置，同時也可反響發(fā)動機轉(zhuǎn)速，用來確定相應的噴油正時和根本噴油量等。常見的曲軸位置傳感器有磁電式、霍爾式和光電式。本系統(tǒng)選用磁電式曲軸位置傳感器，其主要有感應線圈；鐵芯和永久磁鐵構成，工作時，假設傳感器頭部的磁阻交替變化，傳感器便感應出交變的正弦電壓信號。2.4系統(tǒng)的分類l、按噴油器數(shù)量和位置(

27、1)進氣管單點噴射(SPI)在進氣總管的節(jié)氣門上方安裝一個噴油器?？諝夂蛧姵鋈加驮谶M氣管形成燃油混合氣，在進氣行程時被吸入各氣缸中。(2)進氣管多點噴射(MPI)在每個氣缸的進氣門前各安裝一個噴油器?？諝夂蛧姵鋈加驮谶M氣門處形成燃油混合氣，在進氣行程時被吸入氣缸中。MPI與SPI相比，防止了進氣歧管構造和濕壁效應對各缸混合氣均勻性的影響，同時進氣管中僅有空氣，發(fā)動機可按最大充氣量設計，但本錢較高，維修復雜。目前SPI可到達EUROII號標準，MPI可到達EUROIH與IV號標準。(3)缸直接噴射(DI)噴油器安裝在每個氣缸的燃燒室上方，在壓縮行程時直接將燃油噴射在氣缸，混合燃燒更充分。它提高了

28、效率，但需要將噴射壓力從250Kpa提高到4-5Mpa，同時必須使用低硫汽油，因而限制了它的使用。SPI多用于普通轎車及載貨汽車，MPI多用于中高檔轎車，DI僅在少數(shù)豪華車上使用，可到達歐洲2005年實旌的EUROIV號標準。2、按噴射方式(1)間歇噴射(脈沖噴射)噴射是在進氣過程中的一段時間進展的，有一限定的噴射持續(xù)期，噴射持續(xù)時間就是所控制的噴油量。MPI都采用間歇噴射的方式，按噴射時序它又分為如下三種：a、各缸順序獨立噴射(按點火順序)；b、分組噴射一同組各缸同時噴射，不同組各缸順序噴射；c、各缸同時噴射。在構造和控制上后者較前者簡單。(2)連續(xù)噴射(穩(wěn)定噴射)燃料噴射的時間占有循環(huán)過程

29、，連續(xù)噴射的噴油器的開啟程度是可以進展調(diào)節(jié)的，僅用于進氣管單點噴射。3、按ECU控制方式(1)質(zhì)量流量式噴油量的多少取決于測量得到的進入空氣量。這種控制方式中有一個測量空氣質(zhì)量的傳感器，以計量進入空氣量。(2)速度密度式噴油量多少取決于空氣的密度及轉(zhuǎn)速兩個量?？諝獾拿芏炔⒉荒苤苯訙y量得到。一般是用節(jié)氣門開度及轉(zhuǎn)速來表示或用進氣壓力來表示。從中又可以分出二種控制方式：a、速度一進氣壓力控制方式；b、速度一節(jié)氣門開度控制方式。由于這兩個控制方式都是間接引用密度，因而在決定噴油量時還必須考慮空氣溫度的影響。第3章硬件電路總體設計電控系統(tǒng)由硬件和軟件兩局部組成，其中硬件是系統(tǒng)的根底，有了硬件，軟件才能

30、有效地執(zhí)行。件電路的可靠性直接影響到控制系統(tǒng)的性能指標。電子控制單元ECU)的主芯片采用16位單片機MC9S12DP256。下面將介紹單片機系統(tǒng)、信號處理電路、執(zhí)行機構驅(qū)動電路的設計。3.1電控單元ECU)總體設計電控單元硬件電路的設計包括單片機系統(tǒng)的電路設計、信號采集處理電路設計、執(zhí)行機構驅(qū)動電路設計等。根據(jù)控制系統(tǒng)的總體方案及控制要求，確定硬件電路的總體方案，包括三大局部：傳感器、電子控制單元ECU)、執(zhí)行器?？刂葡到y(tǒng)組成如圖3.1所示。執(zhí)行器節(jié)氣門開度信號冷卻水溫度信號進氣溫度信號進氣壓力信號爆震信號轉(zhuǎn)速信號判缸信號啟動信號氧傳感器信號模擬量調(diào)整電路脈沖整形開關信號調(diào)整數(shù)模轉(zhuǎn)換電路I/O

31、接口噴油驅(qū)動電路外圍電路主芯片點火驅(qū)動電路步進電機驅(qū)動燃油泵驅(qū)動電動燃油泵怠速步進電機點火器噴油器外圍通訊設備傳感器ECU圖3.1控制系統(tǒng)組成圖3.2 各單元電路設計單片機的選型微處理器是發(fā)動機電控系統(tǒng)的核心，根據(jù)ECU所要現(xiàn)的基木功能，對單片機的選擇應考慮下面因素:時鐘頻率和字長:片存儲器的容量及可擴展存儲器的容量；指令系統(tǒng)功能是否豐富；I/O日是否豐富，或可擴展的能力，以及對外設的控制能力；實時中斷資源是否豐富；與外界設備的通訊能力；復雜的工作環(huán)境的適合能力；綜合考慮參考資料、研究本錢等因素本文決定采用HCS12系列的MC9S12DP256芯片作為電控單元的CPU予以設計開發(fā)。3.2.2

32、MC9S12DP256單片機的特點n 16位HCS12 CPU指令集于68HC11向上兼容；可工作在25MHz的部總線頻率，具有較高的運算速度這一點使得系統(tǒng)可以采用更短的控制周期，特別適用于實時控制，并且可以采用相對復雜的控制策略；指令系統(tǒng)豐富，如它有幾條模糊控制專用的指令，使采用模糊控制成為可能；256K FLASH, 4K EEPROM, 12K RAM,支持嵌入式操作系統(tǒng)。n 兩個8通道10位A/D轉(zhuǎn)換，具有外部轉(zhuǎn)換保持功能。10位單次A/D轉(zhuǎn)換只需7us,可編程A/D采樣時間，A/D轉(zhuǎn)換完畢觸發(fā)中斷。n 五個CAN模塊，傳輸速率1 M/s，與CAN2. 0AB軟件兼容。n 增強型輸入捕

33、捉時間模塊(Enhanced Capture Timer)16位的計數(shù)器，提供七種不同的預分頻，8個可編程的輸入捕捉和輸出比較功能的通道，4個8位或者1個16位的脈沖累加器。n 8個PWM (Pulse Width Modulation)通道脈寬調(diào)制(PWM)技術可以簡單地說是一種模擬信號電平進展數(shù)字編碼的方法，是通過控制方波的占空比來對具體模擬信s的電平進展編碼，PWM十分適用于開關電源、可控硅等器件的控制，也可使用于LCD亮度控制、音頻輸出等不需要輸出準確電壓的場合。n 串行接口兩個異步全雙工串行通一訊接口SCI,三個同步串行外圍設各接口SPI。n 部1C總線(IIC接口和I2C總線標準兼

34、容，支持多主器件工作模式，可編程的256種不同的串行時鐘頻率，提供起動、停頓、重新起動、反響、總線忙等各種信號的檢測和產(chǎn)生。n 112腳LQFP封裝I/O口5V輸入和驅(qū)動功能，5VA/D轉(zhuǎn)換輸入，單線的背景調(diào)試模式(BDM),芯片置的硬件斷點功能。3.2.3 MC9S12DP256的主要引腳及功能n 電源類引腳VDDR和VSSR, VDD*和VSS*:外電源供應端VDD1和VSS1，VDD2和VSS2:電源供應端，來自部電壓調(diào)節(jié)器VDDA和VSSA: A/D轉(zhuǎn)換器電壓供應端VRH和VRL: A/D轉(zhuǎn)換器上下電E輸入端VDDPLL和VSSPLL:時鐘發(fā)生器模塊電源供應端，來自部電調(diào)節(jié)器VREGE

35、N:部電壓調(diào)節(jié)器使能輸入,假設為低電平，VDDl、2和VDDPLL必須外接電源。*FC:鎖相環(huán)濾波電容連接腳n E*TAL和*TAL:外部晶振輸入接口IRQ:外部可屏蔽中斷：n *IRQ:外部不可屏蔽中斷n RESET:外部低電平有效復位輸入或作為輸出腳，指示部故降n MODE/IPIPE0,MODE/IPIPEl, MODC/BKGD:復位時引腳電平狀態(tài)決定單片機進入單片模式、擴展模式或特殊模式；復位后雙向引腳BKGD是BDM調(diào)試工具與單片機通信接口，IPIPE0, IPIPE1作為部指令流的跟蹤信號，分時出現(xiàn)數(shù)據(jù)運動和執(zhí)行的狀態(tài)信息n R/W:在擴展模式下，指出擴展總線上的數(shù)據(jù)方向；ECL

36、K:在擴展模式下，作為外部總線時鐘，復用地址和數(shù)據(jù)；LSTRB用于實現(xiàn)外部8位存儲器寫操作n *CLKS/NOACC: *CLK在系統(tǒng)復位時，用于選擇時鐘模式；NOACC在擴展模式中，指示總線空閑周期n IOCO/PTO-IOC7/PT7:端口T為8個通用I/O口。也可分別定義為輸入捕捉功能或輸出比較功能(F*T),適合數(shù)字脈沖的輸入n PADOO/ANOO-PAD15/AN15:16位A/D輸入，可用作模擬信號的輸入n MISO1/PWMO/KWPO/PP0-SCK2/PWM7/KWP7/PP7:端口P為8個通用 I/O口。也可定義成兩個SPI端口或8個PWM輸出端n *ADDR14/PK0

37、-*ADDR19/PK5, ECS/K0M0NE/PK7:端門K為7個通用 I/O口，在擴展模式下用于產(chǎn)生高位地址*ADDRI4到*ADDRI9n KWHO/PHO-KWH7/PH7:端口H為8個通用I/O口,做普通輸入口可產(chǎn)生中斷，可設置為鍵盤的輸入腳n *IRQ/PEO-*CLKS/NOACC1PE7:端口E為8個通用I/O口。特殊功能上面已說明n DATA8/ADDR8/PAO-DATA15/ADDR15/PA7:端口A為8個通用I/O口。在擴展模式下分時出現(xiàn)高8位地址和數(shù)裾n ATAO/ADDRO/PBO-DATA7/ADDR7/PB7:端口B為8個通用工I/O口。在擴展模式下分時出現(xiàn)

38、低8位地址和數(shù)據(jù)n R*B/R*CANO,IPM0-T*CAN3/PM7:端口M為8個通用I/O口。也可設定為4個CAN總線接口，線接口，其中CANO也可定義為J1850通信接口n R*D0/PS0-SS0/PS7:端口S為8個通用I/O口也可設定為2個SCI串行通信接口和1個SPI接口n KWJO/PJO，KWJ1/PJ1, SDA/R*CAN4/KWJ6/PJ6, SCL/T*CAN4/KWJ7/ PJ7:端口J為4個通用I/0口。做普通輸入口可產(chǎn)坐中斷，可設置為鍵盤的輸入腳；也可設定為第5個CAN接口或I2C接口n TEST:用于測試模式，在應用中必須接地3.2.4 MC9S12DP25

39、6單片機I/O資源分配MC9S12DP256單片機I/O資源比較豐富，但有各自的特點。為了能充分利用其優(yōu)勢,同時使電控系統(tǒng)性能能到達最正確，必須針對不同的輸入、輸出信號的特點合理分配I/O口。比方，曲軸位置傳感器信號、凸輪位置傳感器信號屬于脈沖信號，適合接到具有輸入捕捉功能的PT;同時，噴油控制和點火控制信號屬于高速、有嚴格定時要求的信號，也適合接到具有輸出比較功能的PT 口。MC9S12DP256I/O資源的具體分配如下：PADOO/ANOO節(jié)氣門位置信號；PADOl/ANOl:冷卻水溫信號PAD02/AN02:進氣溫度信號；PAD03/AN03:進氣壓力信號PAD04/AN04:電池電壓監(jiān)

40、測；PAD05/AN05:爆震傳感器信號PAD06/AN06PAD15/AN15:空閑，可接其它模擬輸入信號IOCO/PTO:曲軸位罝傳感器；IOC1/PT1:凸輪位置傳感器IOC2/PT2:電磁噴油器1缸；IOC3/PT3:電磁噴油器4缸IOC4/PT4:電磁噴油器2缸；IOC5/PT5:電磁噴油器3缸IOC6/PT6:點火器1、4缸；IOC7/PT7:點火器2、3缸*ADDR14/PKO:氧傳感器信號；*ADDR15/PK1:啟動開關信號*ADDR 16/PK2:空調(diào)開關信號：*ADDR17/PK3*AUDR19/PK5:空閑，可接其它數(shù)字開關信號PA1PA7; PB1PB7:空閑，待擴大

41、其它功能MISO1 /PWMO/KWPO/PPO:怠速步進電機A相MOS12/PWM1 /KWP1 /PP1:怠速步進電機 B相SCK1 /PWM2/KWP2/PP2:怠速步進電機控制SSIn/PWM3/KWP3/PP3:燃油泵控制PP3PP7:空閑，待擴大其它功能3.2.5 MC9S12DP256單片機系統(tǒng)硬件設計雖然單片機將CPU, FLASH, EEPROM, RAM以及I/O統(tǒng)統(tǒng)集成在一個集成電路芯片上.但仍需一些外部電路的支持。本系統(tǒng)把能夠維持單片機運行的最簡中配置的系統(tǒng)構成單片機最小系統(tǒng)。以MC9S12IF256芯片為核心的最小硬件系統(tǒng)主要包括：電源電路、時鐘電路、復位電路、率口電

42、路等。n 電源電路MC9S12DP256.中單片機片外I/O使用5V電壓,單片機片使用2. 5V電壓，較低的片電壓使CPU運算速度快、功耗低；較高的I/O電平有利于抗外界干擾，所以S12單片機特別適合于那些工作環(huán)境惡劣的控制系統(tǒng)。由于HCS12單片機部集成了電壓調(diào)節(jié)器模塊，電壓調(diào)節(jié)器模塊產(chǎn)生單片機部需要的其它電壓，因此只要向HCS12單片機提供+5V外部電源就可以了?？紤]到汽車電源供應電壓為12V,所以要將+12V轉(zhuǎn)換為+5V。轉(zhuǎn)換電路如圖3.3所示，釆用三端穩(wěn)壓集成塊7805(輸出圍為5V、1A)，兩個電容為濾波電容起到穩(wěn)定電源電壓的作用。n 復位電路MC9S12DP256單片機片集成有上電

43、復位電路，單片機上電時可自動產(chǎn)生復位信號，但為了保證單片機能穩(wěn)定的運行，它們?nèi)鐖D3.2所示。自動復位電路會一直處于低電平輸出的復位狀態(tài)直到電源電壓穩(wěn)定在5V的工作電壓，當電源電壓低于4.75V時也會自動復位，從而起到欠壓保護的作用。圖3.2復位電路n 時鐘電路時鐘電路是單片機系統(tǒng)運行的最根本的條件之一。這里介紹標準HCS12單片機的時鐘電路。通過把一個16MIIz的外部晶振接在單片機的外部晶振輸入接口E*TALH和*TALH上，然后利用MC9S12DP256部的壓控振蕩器和鎖相環(huán)把這個頻率提高到25MHz，作為單片機工作的部總線時鐘。圖3.3時鐘電路n 串口電路通過串口驅(qū)動電路中的RS-232

44、電平轉(zhuǎn)換芯片MA*232，單片機可以利用異步串行通信協(xié)議同PC通信。MA*232芯片可以實現(xiàn)TTL電平與RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換，然后通過利用SCI模塊和PC機通信。如圖3.6所示。這里采用了=線制連接串口，也就說電腦的9針串口只連接其中的3根線:第5腳的GND、第2腳的R*D,第3腳的T*D(接收數(shù)據(jù)針腳(或線)與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳(或線)相連，彼此穿插，信號地對應相接。3.3信號處理電路設計傳感器的作用是采集發(fā)動機的各種狀態(tài)信息，以使得知發(fā)動機的運行狀況。由于許多傳感器的輸出信號不能滿足單片機輸入的要求，故在信號輸入單片機之前，需釆用信號調(diào)節(jié)與變換電路，使之成為電子控制單元能夠承受和識別的電子

45、控制信號。而且傳感器直接與現(xiàn)場釆集對象相連，是現(xiàn)場干擾進入的主要渠道，所以必須釆取適宜的抗干擾措施，以確保電路的正常工作。根據(jù)測試對象的不同，傳感器的輸出信號可分為數(shù)字信號與模擬信號兩種，相應地把信號的輸入通道分為數(shù)字雖輸入逝道及模擬量輸入通邊。3.3.1數(shù)字星輸入通道控制系統(tǒng)釆集的數(shù)字信號有曲軸位置傳感器(CPS)信號、凸輪位置傳感器(CAS)信號和起動信號。其中曲軸位罝傳感器信號、凸輪位S傳感器信號屬于數(shù)字脈沖信號，起動信號屬于數(shù)字開關信號。3.3.1.1曲軸位置傳感器曲軸位置傳感器足60-2齒磁電式的傳感器，其輸出是正弦波信號，再送入CPU之前需要濾波、整形為0-5V的方波信號。本設計采

46、用電壓比較器將正弦波信號轉(zhuǎn)化為方波信號。具體電路如圖3.7所示，由LM211電壓比較器等元器件構成。電路中的電阻、電容起到使兩輸入端平衡和低通濾波的作用，兩個二極管起到在輸入信號電壓過高時保護芯片。LM211電壓比較器是一種集電極開路輸出器件，所以在電源與輸出端之間接2.2K的電阻(上拉電阻。這一由電壓比較器構成的信號轉(zhuǎn)換電路，從構造原理上可以等效為一理想運放和一個三極管組成。當負的輸入端為高電平(+IN>-IN)時，運放輸出低電平，三極管小能導通，此時輸出端(OUT)也為高電平；當負的輸入端為低電平+IN-IN)時，運放輸出高電平，三極管導通，此時輸出端(OUT)也為低電平。這樣就把正

47、弦波信號轉(zhuǎn)變成了CPU可以承受的方波信號了。3.3.1.2凸輪位罝傳感器凸輪位置傳感器也叫判缸信號傳感器，本設計采用SDH霍爾傳感器，它可以直接輸出矩形脈沖信號，因此不需要整形處理。SDH霍爾傳感器的輸出信號處理電路。由于SDH霍爾傳感器也是一種集電極開路輸出的器件，因此也需要在電源和輸出端之間接一上拉電阻Rk為了減少受點火系統(tǒng)的影響，增強系統(tǒng)的抗干擾能力，處理電路中對探頭的輸出信號進展了濾涉及光耦合處理。光耦采用SHARP公司的PC3Q67。3.3.2模擬星輸入通道模擬量入信號包括:進氣歧管絕對壓力信號、節(jié)氣門位置信號、冷卻水溫度信號、進氣溫度信號、氧傳感器信號、爆震傳感器信號、電池電壓信號

48、等。模擬信號輸入通道的作用是對這些信號進展實時采樣、處理和變換后，經(jīng)I/O接口送入電子控制單元。3.3.2.1進氣歧管絕對壓力(MAP)傳感器它安裝在進氣歧管用來測量進氣歧管的壓力，以表征發(fā)動機的負荷。在汽油機運轉(zhuǎn)過程中，進氣管壓力隨汽油機的負荷變化而同向變化。MAP傳感器是由壓力轉(zhuǎn)換元件(硅膜片)和把轉(zhuǎn)換元件輸出信號進展放大的混合集成電路等構成。利用半導體的壓阻效應使其輸出的信號電壓具冇隨進氣歧管絕對壓力的增大呈線性增大的特性。進氣歧管壓力傳感器的信號經(jīng)限幅濾波處理后接單片機的PAD03/AN03引腳。3.3.2.2節(jié)氣門位置傳感器(TPS)節(jié)氣門位置傳感器裝在節(jié)流閥體上，與節(jié)氣閥門同軸，把

49、節(jié)氣門翻開的角度轉(zhuǎn)換成電壓信號送到ECU。它是旋轉(zhuǎn)電位計式可變電阻構造，其滑動端子由節(jié)氣門軸帶動。電位計有三個接線柱，其中一個與電刷連接，這個接線柱為電位計的輸出端節(jié)氣門開度信號，當把另外兩個接線柱分別同+5V電源和地連接時，就構成一個分壓電路。電位計的輸出電壓在之間變化，節(jié)氣門位置信號經(jīng)限幅濾波處理后接單片機的PAD00/AN00 引腳。3.3.2.3冷卻水溫傳感器(CLT)和進氣溫度傳感器(MAT)冷卻水溫傳感器裝配在發(fā)動機的冷卻液小循環(huán)通道上。它采用負溫度系數(shù)的10K熱敏電阻作為感應元件，隨冷卻水溫度的提高，其電阻值減小。在接口電路中，把冷卻水溫傳感器阻值的變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，電壓圍為0

50、5V。最終連接到單片機A/D轉(zhuǎn)換的PAD01/AN01引腳上。進氣溫度傳感器安裝在進氣系統(tǒng)過渡管路上，用于檢測進入發(fā)動機的空氣溫度。它也是釆用負溫度系數(shù)的熱敏電阻作為感應元件。進氣溫度傳感器信號處理電路同冷卻水溫處理電路，電路最終連接到PAD02/AN02引腳上。3.3.2.4排氣氧傳感器(EGO)根據(jù)氧傳感器的輸出特性，氧傳感器的輸出假設高于0.5V；假設低于0.5V,說明混合氣稀。在電路設計時，我們把0.5V作為電壓比較器的基準比較電壓，氧傳感器的輸出電壓與0.5V電壓進展比較，氧氣傳感器信號處理電路?？紤]到抗干擾的要求，系統(tǒng)中參加光電耦合器PC3Q67和一級RC濾波電路，最終從光電耦合器

51、輸出的信號與比較器的輸出信號同相，即高電平表示濃混合氣.低電平表示稀混合氣。經(jīng)過處理后的氧傳感器輸出信號屬于數(shù)字信號，接到*ADDR14/PK0引腳上。3.3.2.5電源電壓測呈電路汽車發(fā)動機供電、蓄電池電壓經(jīng)常會有一定波動，它將直接影響系統(tǒng)的控制精度，因而控制系統(tǒng)應該對此電壓值進展測量，一般來說，當發(fā)動機工作時，蓄電池電壓往往要在幾伏到幾十伏之間變化，而單片機A/D轉(zhuǎn)換所能承受的電壓為05V，因此需要特殊設計的信號處理電路，對蓄電池電壓進展轉(zhuǎn)換。該電路釆用了四運放集成電路ML324的模擬接口電路。在實際應用中，電容的大小應根椐輸入信號的頻率來選擇，而電阻的大小可以限制過壓狀態(tài)下的輸入電流。圖

52、中模擬輸入端加接了反壓二極管，它也起限制輸入電流的作用。第4章 ECU軟件設計發(fā)動機控制系統(tǒng)軟件足被個發(fā)動機管理系統(tǒng)EMS)的決策核心。隨者控制系統(tǒng)的復雜化，控制軟件承擔著信號釆集與處理、決策控制、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等各項任務，作為整個控制系統(tǒng)的指揮中樞，ECU控制軟件的設計水平己成為評價系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標之一?？刂栖浖刂瞥绦蚝蛿?shù)據(jù)兩局部?？刂栖浖蠖嗖捎媚K化構造，將整個控制系統(tǒng)的程序分成假設干個功能相對獨立的程序模塊，每個模塊分別進展設計、編程和調(diào)試，最后將調(diào)試好的程序模塊連接起來。各模塊既相對獨立又相互聯(lián)系，有淸晰的構造和完整的接口。這種軟件設計方式可使程序設計、調(diào)試更容

53、易，同時修改變動方便，可按需要進展取舍，便于系統(tǒng)的進一步開發(fā)擴展和維護。下文將主要介紹多點燃油順序嗩射系統(tǒng)ECU軟件的功能模塊劃分、系統(tǒng)中斷優(yōu)先級設計、主程序設計、各功能模塊的具體實現(xiàn)，以及系統(tǒng)初步的實驗測試。4.1系統(tǒng)構造與中斷控制在硬件的支持下ECU軟件的主要任務包括：系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)工作時序、控制模式的設定，各工況判斷以及噴油計算與控制，同時還有輸入信號的采集處理、中斷處理程序和査表插值處理等。4.1.1系統(tǒng)模塊劃分按軟件模塊化構造思想，本系統(tǒng)ECU軟件主要劃分為如下幾個模塊:n 系統(tǒng)初始化模塊n 系統(tǒng)主程序模塊n 噴油計算與控制模塊n 反響控制模塊n 數(shù)據(jù)采集與處理n 查表插值模塊本系

54、統(tǒng)用KEIL C166軟件采用C語言編程實現(xiàn)，程序的功能劃分。其中，以上各模塊由一個或多個子程序模塊組成，且它們之間并不獨立，既有相互包含又有相互調(diào)用，下面幾節(jié)將進展具休的程序流程和控制算法分析。系統(tǒng)中斷控制發(fā)動機電控系統(tǒng)是一個復雜的實時系統(tǒng)，ECU工作時需要不斷的對各種外部信號輸入和部處理事件進展協(xié)調(diào)控制，并立即作出積極快速的響應，響應完畢后還需繼續(xù)進展實時處理與計算這種對外部事件和部時間周期進展的相應處理是由ECU微處理器的中斷系統(tǒng)來完成的。本系統(tǒng)所含的主要中斷及其功能和優(yōu)先級見表4-1表4-1系統(tǒng)各中斷功能與優(yōu)先級中斷類型優(yōu)先級中斷程序的功能1個輸入捕捉(CAP)中斷高低完成脈沖計數(shù)、缺齒基準判斷. 判缸、噴油計算與控制、轉(zhuǎn)速計算等6個輸出比較()中斷4個中斷分別控制 4個氣缸對應的噴油器噴油定時器T3中斷檢測節(jié)氣門開度變化率.判斷加減速工況定時器T2中斷完成進氣壓力、