基于CAN總線的汽車發(fā)動機控制器研究
目前,我國生產(chǎn)的中高檔轎車的發(fā)動機雖然基本上都采用了燃油電噴技術(shù),并對電噴系統(tǒng)的元器件已基本具備了配套研發(fā)能力和生產(chǎn)能力,但卻沒有電噴發(fā)動機自主知識產(chǎn)權(quán),均屬于引進國外電噴發(fā)動機生產(chǎn)線或電噴系統(tǒng)。特別是作為核心部件的ECU(電控單元)卻被外商掌握,ECU中的噴油和點火MAP、控制算法和程序是完全保密的。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(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,不少缺乏充分的匹配實驗。
本研究項目正是一個將人、車與環(huán)境作為綜合系統(tǒng),對各種因素進行綜合協(xié)調(diào),使汽車的控制性能趨于最優(yōu)的ECU。因此,具有較高的經(jīng)濟效益與社會效益,將促進工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)及嵌入式控制系統(tǒng)在汽車工業(yè)的應用,使汽車更加智能化、人性化。
2、研究內(nèi)容
本項目研究的主要控制對象是燃油噴射和點火裝置。同時還具有一些相關(guān)的輔助控制功能。主要包括:
?。?)智能燃油噴射控制IIC(IntelligentInjectionControl),主要包括噴油量、噴射定時、燃油停供及油泵的控制。由于采用了智能設(shè)計,解決固定控制算法的不足,可有效的節(jié)約燃油,有助于整體性能的提高。
(2)進氣控制,主要包括動力閥和渦流閥控制,可有效改善和提高發(fā)動機的輸出扭矩和動力。
?。?)增壓控制,ECU根據(jù)進氣壓力傳感器檢測的進氣壓力信號去控制釋壓電磁閥,以控制排氣通路切換閥,改變排氣通路的走向,從而控制廢氣渦輪增壓器進入工作或停止狀態(tài)。
?。?)電子點火控制ESI(ElectricalSparkIgnite),點火裝置的控制主要包括點火提前角控制、通電時間(閉合角)與恒流控制、爆震控制等方面。
(5)怠速控制ISC(IdleSpeedControl),發(fā)動機在汽車運轉(zhuǎn)、空調(diào)壓縮機工作、變速器掛入檔位、發(fā)電機負荷加大等不同怠速運轉(zhuǎn)工況下,由ECU控制怠速控制閥,使發(fā)動機都能處在最佳怠速轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。
?。?)排放控制,控制項目主要有:排氣再循環(huán)控制EGR(ExhaustGasRecirculationControl)、氧傳感器及三元催化開環(huán)和閉環(huán)控制、二次空氣噴射控制、活性炭罐電磁閥控制等。
?。?)警告與提示,ECU控制各種提示和警告裝置,顯示有關(guān)控制系統(tǒng)的工作狀況,若控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時發(fā)出警告信號。
?。?)傳感器故障預診參考系統(tǒng)(失效保護),當主ECU檢測到傳感器或線路故障時,即會按主ECU預先程序提供的設(shè)定值,以便發(fā)動機仍能保持運轉(zhuǎn),但性能將有所下降。
(9)主ECU故障備用冗余系統(tǒng),當主ECU發(fā)生故障時,則會自動啟動備用冗余系統(tǒng),使發(fā)動機轉(zhuǎn)入強制運轉(zhuǎn)狀態(tài),以便駕駛員將其開去修理。
3、電噴系統(tǒng)的組成
電噴系統(tǒng)除了一般化油器發(fā)動機都有的電源、沖電裝置、點火裝置及起動裝置外,還有電子燃料噴射控制裝置、怠速控制裝置、電控單元ECU及各種信號采集裝置(傳感器)。圖3-1所示就是一種電噴射系統(tǒng)的組成。
執(zhí)行機構(gòu)包括噴油器,點火線圈及火花塞、怠速器。采集的信號有:節(jié)氣門開度、進氣歧管內(nèi)壓力、轉(zhuǎn)速、爆震信號、機體冷卻水溫、尾氣氧濃度、進氣溫度。ECU作為信號處理控制裝置,將信號經(jīng)過一系列的處理,轉(zhuǎn)化為可識別的值再經(jīng)過計算處理得到輸出執(zhí)行機構(gòu)的控制信號。
ECU的控制精準度除了要求采集的信號必須實時及準確外,執(zhí)行機構(gòu)的運動也要精確。而在ECU控制程序中采用一些的算法則不僅可以實現(xiàn)更高的控制精度,還可以補償一些由信號采集的非實時及執(zhí)行機構(gòu)運動精度不高帶來的誤差。
4、ECU
通過對電噴系統(tǒng)的組成分析,我們可明顯的ECU作為控制核心的重要地位。由于控制對象的時變性和非線性,采用ECU的發(fā)動機控制系統(tǒng)已向集中控制系統(tǒng)方向發(fā)展:在控制結(jié)構(gòu)上,以ECU為核心,通過CAN總線與I/O設(shè)備建立通信;在控制算法上,用模糊控制理論、PID調(diào)節(jié)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法,構(gòu)造穩(wěn)態(tài)控制的MAP和怠速控制的模型。圖4-1給出了電噴系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)。
ECU的CPU采用具有浮點運算能力的DSP芯片,而各檢測信號和驅(qū)動控制電路可采用具有A/D、開關(guān)量轉(zhuǎn)換的獨立單片機或CAN總線接口。其結(jié)構(gòu)確定后,ECU的控制能力就在于控制程序的開發(fā)。由于控制狀態(tài)和策略復雜,下面以ESI為例說明。
ESI的控制核心問題是點火提前角的控制。而在不同的工況下其控制的策略是完全不同:當發(fā)動機處于啟動工況時,由于啟動速度波動大且快,不可能根據(jù)MAP圖確定點火提前角;當發(fā)動機處于暫態(tài)工況時,由于是開環(huán)控制,可直接用插值方法計算點火提前角;當發(fā)動機處于穩(wěn)態(tài)工況時,要判斷是否爆振,并據(jù)此采用閉環(huán)控制,即對上次的MAP圖值進行遞階調(diào)節(jié),以獲得最優(yōu)的點火提前角。圖4-2是點火提前角的控制程序流程圖。
本文是在對現(xiàn)有系統(tǒng)以及國內(nèi)外的相關(guān)研究最新科研成果的分析和總結(jié)的基礎(chǔ)上,提出基于CAN總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器的設(shè)計方案,且需進一步的進行各種參數(shù)的模擬臺架實驗,最終給出各種工況的智能MAP和控制程序。
pid控制器相關(guān)文章:pid控制器原理
評論