氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機的電控系統設計
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2．2 信號采集模塊
為實(shí)現發(fā)動(dòng)機實(shí)時(shí)檢測和控制，傳感器必須能夠準確地反映發(fā)動(dòng)機的各狀態(tài)參數，傳感器的選型和傳感器信號處理電路的設計對電控系統是至關(guān)重要的。曲軸／凸輪軸位置傳感器選用霍爾式傳感器，它具有對磁場(chǎng)敏感、輸出電壓變化大和使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。油門(mén)位置傳感器選用電位式傳感器，通過(guò)加速踏板繞轉軸的轉動(dòng)，帶動(dòng)電位器觸點(diǎn)的移動(dòng)，使其輸出電壓在0．5～4．5V間發(fā)生變化。信號采集模塊的設計必須保證信號的實(shí)時(shí)性和準確性，所以在電路設計中要加入大量的濾波和抗干擾元件。
傳感器所產(chǎn)生的信號分兩種：一種是數字信號，如曲軸／凸輪軸信號，經(jīng)數字信號處理電路，進(jìn)行濾波、放大和整形，轉換成標準的方波信號，分別輸入到ATmega16的輸入捕捉(ICP1)引腳和外部中斷1(INT1)引腳。另一種是模擬信號，如油門(mén)位置信號，經(jīng)模擬信號處理電路進(jìn)行濾波后，輸入到ATmega16的AD轉換輸入通道0(ADC0)引腳。
2．3 信號處理模塊
在A(yíng)Tmega16中集成了ADC功能模塊，它是8通道10位的逐次逼近A／D轉換器，0-VCC的ADC輸入電壓范圍。通過(guò)AD轉換器可以將模擬信號轉換成單片機可以處理的數字量，并保存在A(yíng)DC數據寄存器中。
ATmega16的外部中斷1，通過(guò)引腳INT1觸發(fā)。中斷可以由下降沿、上升沿、低電平，或任意邏輯電平變化觸發(fā)中斷。當外部中斷使能并且配置為下降沿觸發(fā)，只要引腳電平為下降沿，中斷就會(huì )產(chǎn)生。
T／C1(Timer／counter1)是ATmega16的一個(gè)16位多功能定時(shí)計數器。它的輸入捕捉單元可用來(lái)捕獲外部事件，并為其賦予時(shí)間標記以說(shuō)明此事件的發(fā)生時(shí)刻，外部事件發(fā)生的觸發(fā)信號由引腳ICP1輸入。當該引腳上的邏輯電平發(fā)生了變化，輸入捕捉被激發(fā)：16位的TCNT1數據將被拷貝到輸入捕捉寄存器ICR1，同時(shí)引發(fā)一個(gè)中斷。
氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機電控系統中，經(jīng)處理電路處理過(guò)的曲軸位置和凸輪軸位置信號，接到ICP1和INT1引腳。當相應電平變化時(shí)就會(huì )觸發(fā)曲軸、凸輪軸中斷。凸輪軸中斷子程序主要是用來(lái)判斷壓縮上止點(diǎn)位置的。在曲軸中斷函數中，完成發(fā)動(dòng)機轉速計算，確定噴氣定時(shí)，以及結合油門(mén)位置信號的AD轉換值計算噴氣量等，并通過(guò)PA7引腳輸出信號控制執行模塊。
2．4 功率驅動(dòng)模塊
功率驅動(dòng)模塊就是將單片機輸出的控制信號轉換成電磁閥的控制量，并實(shí)現對電磁閥執行相應操作的控制。高速電磁閥是整個(gè)氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機控制系統的執行器，是整個(gè)系統的關(guān)鍵的部件之一。由于噴射高壓空氣，而且要求在高速下完成電磁閥的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。因此，對它的響應時(shí)間要有特殊的要求。本課題選用貴州紅林車(chē)用電控技術(shù)有限公司的SP021高速電磁閥。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/178756.htm
圖2所示的是電磁閥功率驅動(dòng)模塊。其中，P7插座連接高速電磁閥，電磁閥線(xiàn)圈一端連接電源，另一端連接場(chǎng)效應管漏極。Q1是場(chǎng)效應管IRF540，起放大作用。U6是可控制的光電耦合器件TLP521-1，它廣泛應用于電路之間的信號傳輸，將ECU與負載隔離，可以增加電路的安全性，減小電路干擾，簡(jiǎn)化電路設計。當ECU發(fā)出驅動(dòng)信號，光耦導通，穩壓二極管D10將場(chǎng)效應管Q1的柵極電壓穩定在12V，漏極電流增大，漏極電壓被拉低。此時(shí)，電磁閥線(xiàn)圈電流增大，線(xiàn)圈產(chǎn)生強大的電動(dòng)勢，電磁閥被打開(kāi)。而當光耦截止時(shí)，電磁閥關(guān)閉，線(xiàn)圈中電路變化很大，會(huì )產(chǎn)生反電動(dòng)勢。R20功率電阻和D11肖特基二極管IN5819與電磁閥并聯(lián)，防止場(chǎng)效應管被擊穿。
2．5 通訊模塊
氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機的控制系統是極其復雜的，不僅包括轉速、油門(mén)位置等信號的采集處理；還要對電磁閥的噴氣定時(shí)和噴氣量完成精確控制等等。另外，氣動(dòng)汽車(chē)上還包括ABS、空調系統和車(chē)輛燈光等模塊，這些模塊需要實(shí)時(shí)共享車(chē)輛的數據，以達到整車(chē)的最優(yōu)控制。傳統的電氣控制設計策略已經(jīng)不能滿(mǎn)足當今電氣控制網(wǎng)絡(luò )的需要，而CAN總線(xiàn)的數據通訊具有突出的可靠性、實(shí)用性和靈活性等特點(diǎn)。氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機電控系統通訊平臺如圖3所示。它具有布線(xiàn)成本低、通訊速率高和數據傳輸精度高等優(yōu)勢。
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