汽車(chē)電子節氣門(mén)控制系統ECU設計及其在A(yíng)SR控制中的應用

ETC系統需要通過(guò)CAN總線(xiàn)來(lái)接收其他車(chē)載電控系統的開(kāi)度需求信號。
MC68HC908AZ32A片內集成了CAN控制器，本文選擇Philips公司的，TJA1040作為CAN收發(fā)器，具體的CAN總線(xiàn)接口電路如圖4所示。

1．5 SCI通信電路設計
為了對控制過(guò)程進(jìn)行監控、實(shí)時(shí)顯示，進(jìn)行數據采集、分析和處理，以及在某些情況下替換CAN實(shí)現ECU間通信功能，ECU預留了SCI通信接口，為此設計了SCI通信電路，如圖5所示。串行通信有使用簡(jiǎn)單，傳輸距離長(cháng)的優(yōu)點(diǎn)，雖然其傳輸速率不高，但是可以滿(mǎn)足系統的要求。

此外，ECU硬件還包括BDM接口電路以及故障診斷電路等，本文不再一一贅述。

2 ECU軟件設計
ECU軟件主要包括：系統初始化模塊，模擬信號采集與處理模塊，數據通信模塊，節氣門(mén)開(kāi)度控制決策模塊，PWM信號生成模塊等。程序總體流程如圖6所示。

系統初始化內容主要包括MCU內部的時(shí)鐘、輪速輸入通道端口設置、執行機構輸出通道端口設置、看門(mén)狗定時(shí)器設置、通信端口初始化、系統變量等，以保證MCU正常運行。
信號采集與處理模塊采集油門(mén)踏板位置信號和節氣門(mén)位置信號兩個(gè)模擬量和制動(dòng)信號開(kāi)關(guān)量。數據通信模塊接收其他車(chē)載電控系統發(fā)出的開(kāi)度需求信號，并用于開(kāi)度控制決策。
控制決策模塊根據當時(shí)的汽車(chē)行駛狀況、其他車(chē)載電控系統的需求并考慮發(fā)動(dòng)機特性之后，按照一定的控制算法決定目標節氣門(mén)開(kāi)度。PWM信號生成模塊將節氣門(mén)開(kāi)度需求轉化為相應的控制直流電機的PWM信號，通過(guò)驅動(dòng)芯片驅動(dòng)電機轉動(dòng)使節氣門(mén)開(kāi)度到達目標位置。

3 ETC系統功能測試
ETC系統由電子控制單元、節氣門(mén)體、直流驅動(dòng)電機、油門(mén)踏板模塊(包括踏板位置傳感器)、節氣門(mén)位置傳感器等組成。
節氣門(mén)位置傳感器用于實(shí)時(shí)采集節氣門(mén)開(kāi)度，對閉環(huán)控制進(jìn)行位置反饋，是節氣門(mén)狀態(tài)惟一的檢測元件。電子節氣門(mén)要求具有高度的可靠性，位置傳感器采用了冗余設計，系統采用2個(gè)節氣門(mén)位置傳感器。為了精確控制電子節氣門(mén)的開(kāi)度，必須研究其位置傳感器輸出電壓特性，找到輸出電壓與節氣門(mén)位置之間的對應關(guān)系。節氣門(mén)的開(kāi)度范圍為0°～88°。由于有怠速開(kāi)度，節氣門(mén)靜態(tài)位置以上的工作區域實(shí)際為9°～88v°。節氣門(mén)位置傳感器具有良好的線(xiàn)性關(guān)系。因此，根據節氣門(mén)位置傳感器提供的電壓信號，可以準確地檢測出節氣門(mén)連續的旋轉角度。通過(guò)標定試驗，輸出電壓與節氣門(mén)位置的對應關(guān)系如圖7所示。

電機輸出力矩與驅動(dòng)信號占空比成正比。占空比增大時(shí)，電機驅動(dòng)力矩大于復位彈簧阻力矩，節氣門(mén)開(kāi)度增加；當占空比減小時(shí)，電機驅動(dòng)力矩小于復位彈簧阻力矩，節氣門(mén)開(kāi)度減小。本文采用單片機輸出的頻率為10 kHz、占空比可調的PWM信號，經(jīng)過(guò)功率放大后對直流電機進(jìn)行驅動(dòng)。通過(guò)標定試驗，節氣門(mén)開(kāi)度和PWM信號占空比關(guān)系如圖8所示。由于回位彈簧滯后等非線(xiàn)性因素影響，節氣門(mén)開(kāi)度和PWM控制信號占空比成近似的線(xiàn)性關(guān)系。

4 ETC應用于ASR控制的硬件在環(huán)測試
在開(kāi)發(fā)的ASR系統進(jìn)行控制時(shí)，控制發(fā)動(dòng)機轉矩通過(guò)調節節氣門(mén)開(kāi)度實(shí)現。ASR控制器需要將其節氣門(mén)開(kāi)度需求發(fā)送給ETC控制器，通過(guò)ETC系統進(jìn)行節氣門(mén)開(kāi)度調節。將開(kāi)發(fā)的電子節氣門(mén)系統用于A(yíng)SR控制，搭建了以先進(jìn)的實(shí)時(shí)仿真系統dSPACE為核心的硬件在環(huán)測試平臺，總體結構如圖9所示。