【文章內(nèi)容簡介】 控制系統(tǒng)釆集的數(shù)字信號(hào)有曲軸位置傳感器(CPS)信號(hào)、凸輪位置傳感器(CAS)信號(hào)和起動(dòng)信號(hào)。其中曲軸位罝傳感器信號(hào)、凸輪位S傳感器信號(hào)屬于數(shù)字脈沖信號(hào)，起動(dòng)信號(hào)屬于數(shù)字開關(guān)信號(hào)。曲軸位置傳感器足602齒磁電式的傳感器，其輸出是正弦波信號(hào)，再送入CPU之前需要濾波、整形為05V的方波信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用電壓比較器將正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)化為方波信號(hào)。，由LM211電壓比較器等元器件構(gòu)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(gè)二極管起到在輸入信號(hào)電壓過高時(shí)保護(hù)芯片。LM211電壓比較器是一種集電極開路輸出器件，(上拉電阻）。這一由電壓比較器構(gòu)成的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，從結(jié)構(gòu)原理上可以等效為一理想運(yùn)放和一個(gè)三極管組成。當(dāng)負(fù)的輸入端為高電平(+ININ)時(shí)，運(yùn)放輸出低電平，三極管小能導(dǎo)通，此時(shí)輸出端(OUT)也為高電平；當(dāng)負(fù)的輸入端為低電平（+IN〈IN)時(shí)，運(yùn)放輸出高電平，三極管導(dǎo)通，此時(shí)輸出端(OUT)也為低電平。這樣就把正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)變成了CPU可以接受的方波信號(hào)了。凸輪位置傳感器也叫判缸信號(hào)傳感器，本設(shè)計(jì)采用SDH霍爾傳感器，它可以直接輸出矩形脈沖信號(hào)，因此不需要整形處理。SDH霍爾傳感器的輸出信號(hào)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(diǎn)火系統(tǒng)的影響，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，處理電路中對探頭的輸出信號(hào)進(jìn)行了濾波及光耦合處理。光耦采用SHARP公司的PC3Q67。模擬量入信號(hào)包括:進(jìn)氣歧管絕對壓力信號(hào)、節(jié)氣門位置信號(hào)、冷卻水溫度信號(hào)、進(jìn)氣溫度信號(hào)、氧傳感器信號(hào)、爆震傳感器信號(hào)、電池電壓信號(hào)等。模擬信號(hào)輸入通道的作用是對這些信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣、處理和變換后，經(jīng)I/O接口送入電子控制單元。(MAP)傳感器它安裝在進(jìn)氣歧管用來測量進(jìn)氣歧管的壓力，以表征發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷。在汽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，進(jìn)氣管壓力隨汽油機(jī)的負(fù)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(hào)進(jìn)行放大的混合集成電路等構(gòu)成。利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)使其輸出的信號(hào)電壓具冇隨進(jìn)氣歧管絕對壓力的增大呈線性增大的特性。進(jìn)氣歧管壓力傳感器的信號(hào)經(jīng)限幅濾波處理后接單片機(jī)的PAD03/AN03引腳。(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，把節(jié)氣門打開的角度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送到ECU。它是旋轉(zhuǎn)電位計(jì)式可變電阻結(jié)構(gòu)，其滑動(dòng)端子由節(jié)氣門軸帶動(dòng)。電位計(jì)有三個(gè)接線柱，其中一個(gè)與電刷連接，這個(gè)接線柱為電位計(jì)的輸出端（節(jié)氣門開度信號(hào)），當(dāng)把另外兩個(gè)接線柱分別同+5V電源和地連接時(shí)，就構(gòu)成一個(gè)分壓電路。，節(jié)氣門位置信號(hào)經(jīng)限幅濾波處理后接單片機(jī)的PAD00/AN00 引腳。（(CLT)和進(jìn)氣溫度傳感器(MAT)冷卻水溫傳感器裝配在發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液小循環(huán)通道上。它采用負(fù)溫度系數(shù)的10KΩ熱敏電阻作為感應(yīng)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，電壓范圍為0?5V。最終連接到單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換的PAD01/AN01引腳上。進(jìn)氣溫度傳感器安裝在進(jìn)氣系統(tǒng)過渡管路上，用于檢測進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣溫度。它也是釆用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻作為感應(yīng)元件。進(jìn)氣溫度傳感器信號(hào)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。(EGO)根據(jù)氧傳感器的輸出特性，；,說明混合氣稀。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，，氧氣傳感器信號(hào)處理電路。考慮到抗干擾的要求，系統(tǒng)中加入光電耦合器PC3Q67和一級(jí)RC濾波電路，最終從光電耦合器輸出的信號(hào)與比較器的輸出信號(hào)同相。經(jīng)過處理后的氧傳感器輸出信號(hào)屬于數(shù)字信號(hào)，接到XADDR14/PK0引腳上。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)供電、蓄電池電壓經(jīng)常會(huì)有一定波動(dòng)，它將直接影響系統(tǒng)的控制精度，因而控制系統(tǒng)應(yīng)該對此電壓值進(jìn)行測量，一般來說，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，蓄電池電壓往往要在幾伏到幾十伏之間變化，而單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換所能接受的電壓為0?5V，因此需要特殊設(shè)計(jì)的信號(hào)處理電路，對蓄電池電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換。該電路釆用了四運(yùn)放集成電路ML324的模擬接口電路。在實(shí)際應(yīng)用中，電容的大小應(yīng)根椐輸入信號(hào)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(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)軟件足被個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（EMS)的決策核心。隨者控制系統(tǒng)的復(fù)雜化，控制軟件承擔(dān)著信號(hào)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(xiàng)任務(wù)，作為整個(gè)控制系統(tǒng)的指揮中樞，ECU控制軟件的設(shè)計(jì)水平己成為評(píng)價(jià)系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一?？刂栖浖刂瞥绦蚝蛿?shù)據(jù)兩部分。控制軟件大多采用模塊化結(jié)構(gòu)，將整個(gè)控制系統(tǒng)的程序分成若干個(gè)功能相對獨(dú)立的程序模塊，每個(gè)模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)、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(dú)立又相互聯(lián)系，有淸晰的結(jié)構(gòu)和完整的接口。這種軟件設(shè)計(jì)方式可使程序設(shè)計(jì)、調(diào)試更容易，同時(shí)修改變動(dòng)方便，可按需要進(jìn)行取舍，便于系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)擴(kuò)展和維護(hù)。下文將主要介紹多點(diǎn)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(jí)設(shè)計(jì)、主程序設(shè)計(jì)、各功能模塊的具體實(shí)現(xiàn)，以及系統(tǒng)初步的實(shí)驗(yàn)測試。在硬件的支持下ECU軟件的主要任務(wù)包括：系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)工作時(shí)序、控制模式的設(shè)定，各工況判斷以及噴油計(jì)算與控制，同時(shí)還有輸入信號(hào)的采集處理、中斷處理程序和査表插值處理等。按軟件模塊化結(jié)構(gòu)思想，本系統(tǒng)ECU軟件主要?jiǎng)澐譃槿缦聨讉€(gè)模塊:n 系統(tǒng)初始化模塊n 系統(tǒng)主程序模塊n 噴油計(jì)算與控制模塊n 反饋控制模塊n 數(shù)據(jù)采集與處理n 查表插值模塊本系統(tǒng)用KEIL C166軟件采用C語言編程實(shí)現(xiàn)，程序的功能劃分。其中，以上各模塊由一個(gè)或多個(gè)子程序模塊組成，且它們之間并不獨(dú)立，既有相互包含又有相互調(diào)用，下面幾節(jié)將進(jìn)行具休的程序流程和控制算法分析。發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，ECU工作時(shí)需要不斷的對各種外部信號(hào)輸入和內(nèi)部處理事件進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并立即作出積極快速的響應(yīng)，響應(yīng)完畢后還需繼續(xù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理與計(jì)算這種對外部事件和內(nèi)部時(shí)間周期進(jìn)行的相應(yīng)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(jí)見表41表41系統(tǒng)各中斷功能與優(yōu)先級(jí) 中斷類型優(yōu)先級(jí)中斷程序的功能1個(gè)輸入捕捉(CAP)中斷高低完成脈沖計(jì)數(shù)、缺齒基準(zhǔn)判斷. 判缸、噴油計(jì)算與控制、轉(zhuǎn)速計(jì)算等6個(gè)輸出比較(COM)中斷4個(gè)中斷分別控制 4個(gè)氣缸對應(yīng)的噴油器噴油定時(shí)器T3中斷定時(shí)器T2中斷完成進(jìn)氣壓力、節(jié)氣門開度的數(shù)據(jù)采集與處理定時(shí)器T4中斷完成進(jìn)氣溫度、冷卻液溫度、蓄電池電壓、 氧傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集與處理(CAP)中斷輸入捕捉(CAP)中斷是曲軸位置傳感器產(chǎn)生的58X2方波脈沖信號(hào)的上升沿觸發(fā)的拙軸位置傳感器信號(hào)是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的信號(hào)，是整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的“時(shí)鐘”。曲軸位罝傳感器信號(hào)經(jīng)過處理，從中我們可以得到曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動(dòng)機(jī)速度和缺齒基準(zhǔn)等主要參數(shù)。該信號(hào)再和凸輪軸位置傳感器的信號(hào)結(jié)合，可以得到發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的相位與工作狀態(tài)，進(jìn)而完成噴油量和噴油定時(shí)等重要控制。因此，該中斷的優(yōu)先級(jí)應(yīng)為最高。（COM)中斷4個(gè)輸出比較（COM)中斷分別控制4個(gè)噴油器線圈繞組的通斷。，以保證控制運(yùn)行可靠。其中，點(diǎn)火中斷優(yōu)先級(jí)應(yīng)高與噴油中斷優(yōu)先級(jí)。若某缸噴油后，因中斷優(yōu)先級(jí)的問題話，可能不會(huì)被點(diǎn)火；同樣，也可能會(huì)發(fā)生某缸沒噴油但卻被點(diǎn)火了。但考慮到排放與油耗，我們并不希望前一種情況發(fā)生，所以應(yīng)選擇點(diǎn)火中斷優(yōu)先級(jí)高于噴油中斷優(yōu)先級(jí)。定時(shí)器T3的中斷處理程序用來完成對節(jié)氣門開度變化率的檢測，用于完成加減速工況的判斷。對數(shù)據(jù)采集與處理模塊，采用了兩種中斷處理:周期為lms的T2中斷和周期為10ms的T4中斷。對于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中變化較快且較重要的信號(hào)。對于變化較慢的信號(hào)，如進(jìn)氣溫度、冷卻水溫度、蓄電池電壓和軾傳感器信號(hào)等，我們釆用周期為10ms的T4定時(shí)器中斷進(jìn)行數(shù)據(jù)釆集與處理。系統(tǒng)設(shè)罝lms的T2中斷優(yōu)先級(jí)高于10ms的T4中斷優(yōu)先級(jí)，T3的中斷優(yōu)先級(jí)均高于以上兩個(gè)中斷。而進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理的定時(shí)器中斷應(yīng)低于進(jìn)行噴油和點(diǎn)火控制的輸出比較(COM)中斷。系統(tǒng)控制軟件包括控制系統(tǒng)通電后的系統(tǒng)初始化程序、發(fā)動(dòng)機(jī)工況判別和處理程序等。其中，程序的初始化包括系統(tǒng)內(nèi)核設(shè)定、各特殊功能寄存器的初始化和I/O口的初始化等等。其中超速斷油是在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過最高限記轉(zhuǎn)速時(shí)，由ECU自動(dòng)切斷供油，以防止發(fā)動(dòng)機(jī)較長時(shí)間的超速運(yùn)行而造成對機(jī)體的損害，且可減少油粍。若轉(zhuǎn)速超過最高轉(zhuǎn)速，切斷燃油；斷油后，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于最高轉(zhuǎn)速一定余量時(shí)，再恢復(fù)供油。這個(gè)余量一般約為80rpm?l00rpm。系統(tǒng)主程序是無限循環(huán)的，它是發(fā)動(dòng)機(jī)各種運(yùn)行工況的基礎(chǔ)平臺(tái)。，該流程圖主要從發(fā)動(dòng)機(jī)工況的判別和變換的角度來說明整個(gè)軟件的工作過程。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，每個(gè)工況的處理均包括相應(yīng)的噴油控制，但各工況的處理程序并不是絕對獨(dú)立的，它們只是總流程上的一個(gè)分枝，依然會(huì)共用系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)、變量和函數(shù)子程序，只是處理的內(nèi)容因工況不同會(huì)有一些差異。因具體機(jī)型的不同，各工況的識(shí)別條件也會(huì)有區(qū)別，在ECU中通常以相應(yīng)的位變量作為標(biāo)志位供處理時(shí)調(diào)用，本系統(tǒng)設(shè)置汽油機(jī)各工況的識(shí)別條件與標(biāo)志位見表42:表42各工況識(shí)別條件和標(biāo)志位發(fā)動(dòng)機(jī)工況工況識(shí)別條件工況標(biāo)志位起動(dòng)工況TPS=0%, STA = 1(起動(dòng)信號(hào)），n300rpmCrank_flag怠速工況TPS=0%,且n 800rpmIdle—flag大負(fù)荷工況TPS85%,且n 3800rpmPower_flag加速工況△ TPS大于參考值，且變化方向?yàn)檎?800rpmn4800rpmAcc flag減速工況△TPS大于參考值，變化方向?yàn)樨?fù)，ECT 80C,且n nr；nr為參考轉(zhuǎn)速，隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況而不同(如是否開空調(diào)等）Dec_flag超速工況n 5000rpm, ECT 85 176。C, 0%Overrun_flag噴油子程序是本系統(tǒng)控制軟件的核心模塊，ECU噴油控制的主體就是在曲軸位置(CAS)傳感器的方波脈沖信號(hào)的輸入捕捉（CAP)中斷中完成的。對本系統(tǒng)來說，曲軸轉(zhuǎn)一圈要發(fā)生58次CAS信號(hào)輸入捕捉中斷，但每次中斷的處理內(nèi)容和發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)角有關(guān)。在運(yùn)行工況下，當(dāng)ECU收到曲軸缺齒（第58齒）基準(zhǔn)信號(hào)，完成同步處理。然后，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前A/D轉(zhuǎn)換處理得到的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣歧管絕對壓力（MAP)通過基本噴油脈寬MAP查表插值得到當(dāng)前工況的基本噴油脈寬。同時(shí)再據(jù)具體工況數(shù)據(jù)，通過其他噴油修正量或增量來得到總的噴油脈寬。當(dāng)ECU通過捕捉中斷進(jìn)行計(jì)數(shù)獲得噴油正時(shí)齒后，據(jù)凸輪軸信號(hào)電平判缸，然后設(shè)定好相應(yīng)缸的比較單元噴油定時(shí)，并會(huì)準(zhǔn)時(shí)在排氣行程BTDC 70176。時(shí)控制噴油器按計(jì)算的噴油脈寬順序噴油?；緡娪妥映绦蛄鞒虉D如圖4. 2所示。同步處理Toothcount=0轉(zhuǎn)速計(jì)算讀相關(guān)ADC數(shù)據(jù)工況判斷與處理基本噴油脈寬查表噴油脈寬修正比較單元噴油正時(shí)設(shè)定退出中斷返回原程序3缸正時(shí)齒到？Toothcount++4缸正時(shí)齒到？Toothcount=58？Toothcount=30？2缸正時(shí)齒到？1缸正時(shí)齒到？脈沖計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序若為啟動(dòng)，先同步預(yù)噴同步完成？YNNYYYYYYNNNNNN基準(zhǔn)同步的判斷處理是根據(jù)曲軸位置（CAS)傳感器方波脈沖信號(hào)來決定的。該信號(hào)波形對應(yīng)飛輪信號(hào)輪的58X2結(jié)構(gòu)，據(jù)第三章的分析，CAS信號(hào)的第58個(gè)方波周期約為其他方波周期的3倍。根據(jù)這一特點(diǎn)，我們通過程序記錄下相鄰齒方波的周期，并在第58齒進(jìn)行周期比較,就可以判斷缺齒基準(zhǔn)，每圈判斷一次。缺齒基準(zhǔn)找到后，便令tooth_count=0,當(dāng)新的脈沖到來時(shí)重新計(jì)數(shù)，開始曲軸新的一圈的處理。以此來保證發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)“時(shí)鐘”的精準(zhǔn)運(yùn)行?；鶞?zhǔn)同步檢測程序的流程圖如圖4. 3所示。開始Current_width = CC1_CC8 Last_CC8Toothcount=58？ 2 * Last .widthToothcount=0初始化CClT0記錄脈沖周期其他處理NNYY其中，基準(zhǔn)同步檢測流程圖中：CC1_CC8：輸入捕捉單元CC1_CC8寄存器的值。Last_CC8：上一次中斷時(shí)的捕捉單元CC1_CC8寄存器的值。Current_width：當(dāng)前CAS信號(hào)的脈沖寬度；Last_width：相鄰的上一個(gè)脈沖寬度（其在噴油控制中也要用到）；CC1_T0：輸入捕捉單元CC1對應(yīng)的定時(shí)器T0的值。本系統(tǒng)選擇各缸噴油時(shí)刻在其排氣上止點(diǎn)前，即BTDC70176。噴油正時(shí)也是在脈沖計(jì)數(shù)中斷中處理的。本文通過各缸噴油正時(shí)脈沖和同正時(shí)脈沖相鄰的前一齒的周期相結(jié)合，來完成噴油正時(shí)處理。例如，對于第4缸來說，據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，曲軸的缺齒基準(zhǔn)過后（即從第1個(gè)脈沖起）再過120176。就是第4缸的排氣TDC。因此其應(yīng)該在基準(zhǔn)脈沖過后再過50176。時(shí)噴油。但58X2結(jié)構(gòu)中每齒（除缺齒外）對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為6176。，6176。 X8 = 48176。，即50176。余2176。即噴油時(shí)刻在曲軸信號(hào)第8個(gè)脈沖到后再過2176。發(fā)生。當(dāng)前轉(zhuǎn)速下曲軸轉(zhuǎn)2176。所對應(yīng)的時(shí)間t2由相鄰的上一個(gè)脈沖周期t1計(jì)算得出(見式41)。t2 =2* t1/ 6