CN101739862B - 电子节气门控制仿真实验系统 - Google Patents
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Abstract
电子节气门控制仿真实验系统，国外对电子节气门控制系统(ETCS)的研究已有二十来年的历史，制造商的产品已开始大规模投入市场，已经推出了新一代的电子节气门产品。本发明组成包括：控制电路，所述的控制电路包括信号的采集与处理电路、单片机、功率驱动电路、控制直流电机驱动器，加速踏板位置传感器PPS和电子节气门位置传感器TPS分别完成加速踏板控制信号输入和节气门位置信号的反馈，所述的单片机的A/D转换器将输入的模拟信号转化数字信号，控制算法计算出控制量后通过高速输出口HSO和I/O口输出控制信号，所述的直流电机驱动器输出功率驱动信号控制直流电机的转动，即实现节气门开度的控制。本发明应用于电子节气门。
Description
技术领域：
本发明涉及一种电子节气门控制仿真实验系统。
背景技术：
电子节气门控制(Electronic Throttle Control，简称ETC)系统是在电控燃油喷射系统的节气门机构中，去掉一些附属补偿装置，取消了加速踏板和节气门之间的机械连接，增加了驱动电路、驱动电机以及齿轮传动系统等，其开度在任何工况下都直接由电机驱动，发动机ECU通过控制算法实现节气门开度的精确控制，从而能够精确地控制进气量。由于喷油量通过发动机管理系统精确控制，因此ECU可随着发动机工况的变化配置出一个最佳的混合气成分，能够提高输出功率，降低排放，同时具有良好的怠速、加速及减速等工况过渡性能。电子节气门控制系统已经成为发动机管理系统中的一个重要的模块，可以根据发动机的转矩需求灵活调节进气量，这种调节在很多情况下是需要的。例如，在倒拖、分缸断油、稀薄燃烧、变速器换档和防抱制动等电子控制过程中，都会伴随着对发动机转矩需求的改变，转矩突变将破坏汽车行驶的平顺性。为了实现转矩的平稳过渡，可以逐步增大和逐步减小点火提前角，也可以逐步改变进气量。基于扭矩控制的发动机管理系统比较理想，但驾驶员无法通过人工操作加速踏板改变进气量以实现转矩的平稳过渡。只有当进气量也实现电子控制才有可能通过改变进气量实现转矩的平稳过渡，这就需要电子节气门控制系统。
相对而言，国内企业中还没有能够进行产品生产的能力，在这方面的研究工作也尚属起步阶段，随着汽车工业的发展，对这项先进技术的深入研究将是必然的趋势。国内近年来在一汽捷达、宝来、波罗等轿车上广泛采用了引进的电子节气门，但对于引进的电子节气门只是处于使用阶段，对其核心技术知之甚少。国内的电子节气门控制系统的研究相对落后于国外，只有关于电子节气门结构探讨、实现功能等综述性报道。国内只是处于引进使用阶段，没有深入系统的研究报道，可供借鉴的经验不多，对国外的核心技术知之甚少。
发明内容：
本发明的目的是提供一种电子节气门控制仿真实验系统。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
电子节气门控制仿真实验系统，其组成包括：控制电路，所述的控制电路包括信号的采集与处理电路、单片机、功率驱动电路、控制直流电机驱动器，加速踏板位置传感器PPS和电子节气门位置传感器TPS分别完成加速踏板控制信号输入和节气门位置信号的反馈，所述的单片机的A/D转换器将输入的模拟信号转化数字信号，控制算法计算出控制量后通过高速输出口HSO和I/O口输出控制信号，所述的直流电机驱动器输出功率驱动信号控制直流电机的转动，即实现节气门开度的控制。
所述的电子节气门控制仿真实验系统，所述的单片机采用MC9S12DG128作为主芯片，所述的MC9S12DG128结构分为MCU核心和MCU外设两部分，所述的MCU核心包括三种内存FLASH、RAM、EEPROM，多电压调整器包括数字电路和模拟电路电源电压，具有单线背景调试接口BDM和运行监视功能的增强S12CPU；程序内存的页面模式控制，具有终端识别、读写控制、工作模式控制功能的系统综合模块SIM，用于系统扩展的分时复用总线端口，其中A口和B口可作为外扩内存或接口电路的分时复用地址数据总线，E口的部分口可作为控制总线，所述的MCU外设A/D转换器ATDO、ATD1，增强型定时与捕捉模块ECT，串行接口SPI、I2C.CAN、Byteflight接口。
所述的电子节气门控制仿真实验系统，所述的单片机的时钟输入接口在其46EXTAL和47XTAL引脚上，112引脚封装，接一个16M晶振，所述的单片机的复位电路使用了飞思卡尔的专用复位芯片MC34064，在低压情况下产生一个复位信号或在手动按键SW的触发下产生可靠的复位信号，所述的单片机的外部供电电压为5V，分别为单片机的内部电压调整器，I/O端驱动器，A/D转换器提供电源，LM2576开关稳压集成电路作为5V稳压电源的核心器件，
所述的电子节气门控制仿真实验系统，所述的直流电机用两片MC33886并联，并采用H桥驱动电路控制直流电机的正反转。
这个技术方案有以下有益效果：
本发明驱动方式电流连续、低速特性好，另外节气门停在某位置时盘片高频微颤有助于减小静摩擦。抗干扰性较好。
本发明实现了利用虚拟仪器LabVIEW对电子节气门的实时控制试验，并在线对PID控制策略的参数进行优化，并按电子节气门动态特性指标评价试验结果，满足要求。
本发明实现了利用虚拟仪器LabVIEW对电子节气门的实时控制试验，并在线对PID控制策略的参数进行优化，并按电子节气门动态特性指标评价试验结果，满足要求。
附图说明：
附图1是本发明硬件结构简图。
附图2是单片机的结构图。
附图3是时钟电路图。
附图4是复位电路图。
附图5是电源电路图。
本发明的具体实施方式：
实施例1：
电子节气门控制仿真实验系统，其组成包括：控制电路，所述的控制电路包括信号的采集与处理电路、单片机、功率驱动电路、控制直流电机驱动器，加速踏板位置传感器PPS和电子节气门位置传感器TPS分别完成加速踏板控制信号输入和节气门位置信号的反馈，所述的单片机的A/D转换器将输入的模拟信号转化数字信号，控制算法计算出控制量后通过高速输出口HSO和I/O口输出控制信号，所述的直流电机驱动器输出功率驱动信号控制直流电机的转动，即实现节气门开度的控制。
实施例2：
所述的电子节气门控制仿真实验系统，所述的单片机采用MC9S12DG128作为主芯片，所述的MC9S12DG128结构分为MCU核心和MCU外设两部分，所述的MCU核心包括三种内存FLASH、RAM、EEPROM，多电压调整器包括数字电路和模拟电路电源电压，具有单线背景调试接口BDM和运行监视功能的增强S12CPU；程序内存的页面模式控制，具有终端识别、读写控制、工作模式控制功能的系统综合模块SIM，用于系统扩展的分时复用总线端口，其中A口和B口可作为外扩内存或接口电路的分时复用地址数据总线，E口的部分口可作为控制总线，所述的MCU外设A/D转换器ATD0、ATD1，增强型定时与捕捉模块ECT，串行接口SPI、I2C.CAN、Byteflight接口。
实施例3：
所述的电子节气门控制仿真实验系统，所述的单片机的时钟输入接口在其46EXTAL和47XTAL引脚上，112引脚封装，接一个16M晶振，所述的单片机的复位电路使用了飞思卡尔的专用复位芯片MC34064，在低压情况下产生一个复位信号或在手动按键SW的触发下产生可靠的复位信号，所述的单片机的外部供电电压为5V，分别为单片机的内部电压调整器，I/O端驱动器，A/D转换器提供电源，LM2576开关稳压集成电路作为5V稳压电源的核心器件，
实施例4：
所述的电子节气门控制仿真实验系统，所述的直流电机用两片MC33886并联，并采用H桥驱动电路控制直流电机的正反转。
Claims (1)
1.一种电子节气门控制仿真实验系统，其组成包括：驱动方式电流连续、低速特性好的控制电路，其特征是：所述的控制电路包括信号的采集与处理电路、单片机、功率驱动电路、控制直流电机驱动器，加速踏板位置传感器PPS和电子节气门位置传感器TPS分别完成加速踏板控制信号输入和节气门位置信号的反馈，所述的节气门为停留位置盘片高频微颤有助于减小静摩擦的节气门，所述的单片机的A/D转换器将输入的模拟信号转化数字信号，控制算法计算出控制量后通过高速输出口HSO和I/O口输出控制信号，所述的直流电机驱动器输出功率驱动信号控制直流电机的转动，即实现节气门开度的控制；所述的单片机采用MC9S12DG128作为主芯片，所述的MC9S12DG128结构分为MCU核心和MCU外设两部分，所述的MCU核心包括三种内存FLASH、RAM、EEPROM，多电压调整器包括数字电路和模拟电路电源电压，具有单线背景调试接口BDM和运行监视功能的增强S12CPU；程序内存的页面模式控制，具有终端识别、读写控制、工作模式控制功能的系统综合模块SIM，用于系统扩展的分时复用总线端口，其中A口和B口可作为外扩内存或接口电路的分时复用地址数据总线，E口的部分口可作为控制总线，所述的MCU外设A/D转换器ATD0、ATD1，增强型定时与捕捉模块ECT，串行接口SPI、I2C.CAN、Byteflight接口；所述的单片机的时钟输入接口在其46EXTAL和47XTAL引脚上，112引脚封装，接一个16M晶振，所述的单片机的复位电路使用了飞思卡尔的专用复位芯片MC34064，在低压情况下产生一个复位信号或在手动按键SW的触发下产生可靠的复位信号，所述的单片机的外部供电电压为5V，分别为单片机的内部电压调整器，I/O端驱动器，A/D转换器提供电源，LM2576开关稳压集成电路作为5V稳压电源的核心器件，在线对PID控制策略的参数进行优化，并按电子节气门动态特性指标评价试验结果。
2 根据权利要求1所述的电子节气门控制仿真实验系统，其特征是：所述的直流电机用两片MC33886并联，并采用H桥驱动电路控制直流电机的正反转。
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