摩托車發(fā)動機電控單元ECU的開發(fā)

單片機根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器信號變化的方向和變化的速率，確定發(fā)動機是處于加速工況還是減速工況，控制發(fā)動機在過渡工況下運行時的噴油脈寬和點火時刻。

怠速的穩(wěn)定性和排放性能都是摩托車的重要指標(biāo)，需要進行良好的控制。同時ECU還應(yīng)該具有自診斷功能，可以對傳感器和執(zhí)行器的狀態(tài)進行檢測。

為了方便監(jiān)控，ECU具有通訊功能，不僅可以通過上位機開發(fā)裝置進行實時狀態(tài)監(jiān)控，還能進行在線的發(fā)動機數(shù)據(jù)標(biāo)定。通過不同的標(biāo)定數(shù)據(jù)，就可以將此ECU用于不同排量、不同傳感器和執(zhí)行器特性摩托車發(fā)動機的控制。

電控摩托車發(fā)動機ECU的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，以MC68HC908SR12為核心，還包括傳感器信號的處理電路、執(zhí)行器的驅(qū)動電路及通訊接口電路.

硬件描述

電控摩托車發(fā)動機ECU的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，以MC68HC908SR12為核心，還包括傳感器信號的處理電路、執(zhí)行器的驅(qū)動電路及通訊接口電路。

圖2 發(fā)動機電控管理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

　　主芯片MC68HC908SR12
主芯片必須其滿足ECU軟件計算的要求以及硬件資源的要求。
由于摩托車發(fā)動機轉(zhuǎn)速高達(dá)上萬轉(zhuǎn)，點火提前角的計算必須在目標(biāo)點火時刻到來之前完成，這時間通常不到0.5ms，所以需要較高的指令的執(zhí)行速度。而且執(zhí)行速度越快，ECU就可以獲取更新的傳感器信號，計算實現(xiàn)更精確的控制。MC68HC908SR12采用了PLL鎖相環(huán)技術(shù)，因此可以在很低的晶振頻率32.768KHz下，產(chǎn)生高達(dá)8M的總線頻率。本電控系統(tǒng)采用的內(nèi)部總線為4.9125M，不僅滿足了摩托車發(fā)動機控制的需要，還可以產(chǎn)生19200的SCI通訊波特率，與原有的電控系統(tǒng)開發(fā)裝置兼容。 電控系統(tǒng)需要能采集5路A/D，并且具有1路輸入捕捉、2路輸出比較功能及各種I/O口，還要具有通訊接口。MC68HC908SR12具有4路輸入捕捉/輸出比較、12通道10位A/D轉(zhuǎn)化器和SCI串行通訊口，3個8位I/O口和1個7位I/O口（包括與其它功能模塊復(fù)用的端口），能滿足控制要求。各端口的使用狀況如下表1所示。

MC68HC908SR12可尋址64KB地址空間，主要包括：12KB的閃速存儲器Flash、512字節(jié)的隨機存儲器RAM、48字節(jié)的用戶定義矢量區(qū)和368字節(jié)的監(jiān)控ROM，存儲器的具體分配情況如下表：

其12KB的Flash ROM和512Byte的RAM都基本上能滿足系統(tǒng)的使用要求，而且SR12的價格也比較便宜。

傳感器簡介
　　各傳感器的采集周期各不相同。變化快并且重要的信號就需要很高的采集頻率，變化慢不太重要的信號的采集頻率就可以降低。并且采集方式也有同步與異步之分，影響發(fā)動機實時工作狀態(tài)的模擬量采集方式就應(yīng)該是同步的，否則可以為異步的。

節(jié)氣門位置傳感器
　　節(jié)氣門由駕駛員操縱，反映駕駛員的控制意圖，因此是判斷發(fā)動機工況的重要信號。節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門軸的尾端，常采用滑線變阻器的型式。節(jié)氣門完全關(guān)閉時，傳感器輸出電壓大于0V；節(jié)氣門完全打開時，輸出電壓小于5V。當(dāng)節(jié)氣門不斷開大時，其輸出電壓隨之線形增加。

　　TPS信號從整體上說具有較高要求，不僅對節(jié)氣門位置傳感器硬件要求較高，而且還需要在電控軟件中對其信號進行相應(yīng)的濾波處理。

壁面溫度傳感器
　　壁面溫度傳感器是負(fù)溫度系數(shù)的電阻型測溫傳感器，其電阻隨著溫度增加而降低，溫度與電壓的對應(yīng)關(guān)系在電控軟件中通過查表完成。

　　壁面溫度傳感器用來精確地指示發(fā)動機的工作溫度。對應(yīng)不同的發(fā)動機溫度范圍，電控單元應(yīng)該對發(fā)動機的工作特性進行相應(yīng)修正和補償。比如，冷起動時，需要比熱機時更多的燃油。

蓄電池電壓　
　　蓄電池電壓信號直接從蓄電池的接線柱處取得。此信號對于電控單元來說非常重要，油泵、噴油器和點火線圈的工作都受到蓄電池電壓的影響，因此必須根據(jù)蓄電池電壓信號對噴油脈寬和點火線圈閉合時間進行修正補償。

拖動期間，發(fā)動機轉(zhuǎn)速周期性變化，蓄電池電壓的瞬時值也隨之周期性波動，ECU采用同步方式采集。進入運行點火工況后，采用定周期方式采集。

進氣溫度傳感器
　　進氣溫度傳感器與壁面溫度傳感器一樣，也是負(fù)溫度系數(shù)的電阻型測溫傳感器。安裝在進氣管中測量進入發(fā)動機的空氣的溫度。進氣溫度影響進氣密度，因此將影響進氣質(zhì)量，從而改變所需的燃油量，故在電控軟件中需要根據(jù)進氣溫度進行進一步的修正補償。

CO調(diào)整螺釘
　　這個電位計也安裝在電控單元內(nèi)，但可以用一個小的平頭改錐從外面進行調(diào)節(jié)。這種調(diào)整結(jié)果被用來在電控軟件中對基本的負(fù)荷計算進行偏移，從而改變發(fā)動機運轉(zhuǎn)的實際空燃比。加裝此CO調(diào)整螺釘?shù)哪康木褪钦{(diào)整發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時的排放狀況。

發(fā)動機轉(zhuǎn)速及曲軸位置傳感器
　　發(fā)動機轉(zhuǎn)速及曲軸位置傳感器是所有傳感器中最為重要的，本電控系統(tǒng)中使用的是磁電式傳感器。經(jīng)過電控單元的脈沖整形電路處理之后，由主芯片的輸入捕捉口進行脈沖捕捉。電控系統(tǒng)不僅要根據(jù)此信號找到齒缺位置，從而與曲軸同步，并且還要根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化進行判缸，根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同進行不同的點火和噴油控制。如果此信號有誤，發(fā)動機將無法正常工作。

　　壁面溫度傳感器用來精確地指示發(fā)動機的工作溫度。對應(yīng)不同的發(fā)動機溫度范圍，電控單元應(yīng)該對發(fā)動機的工作特性進行相應(yīng)修正和補償。比如，冷起動時，需要比熱機時更多的燃油。