AVR單片機的天然氣發(fā)動(dòng)機系統設計

作者：時(shí)間：2013-11-12 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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圖10 ECU噴氣驅動(dòng)電路

　?。?）點(diǎn)火線(xiàn)圈

發(fā)動(dòng)機的電火花點(diǎn)火是通過(guò)一整套電器設備和機件，在相互配合下，將汽車(chē)的低壓電變?yōu)楦邏弘?，利用裝在汽缸燃燒室內的火花間隙放電，產(chǎn)生電火花，將可燃混合氣點(diǎn)燃做功，并能按發(fā)動(dòng)機工作要求而自動(dòng)調節點(diǎn)火時(shí)間，使點(diǎn)火可靠、準確。點(diǎn)火系統應在發(fā)動(dòng)機各種不同工況和使用條件下，均能保證正確而可靠的點(diǎn)燃混合氣。

圖11 ECU點(diǎn)火驅動(dòng)電路

本系統由點(diǎn)火MCU輸出的控制信號經(jīng)過(guò)驅動(dòng)電路驅動(dòng)功率晶體管控制點(diǎn)火線(xiàn)圈初級回路的通斷，從而使次級感應出高壓，完成發(fā)動(dòng)機電子控制點(diǎn)火。圖11為ECU點(diǎn)火驅動(dòng)電路。

5 實(shí)驗監控系統

發(fā)動(dòng)機實(shí)驗監控系統一般包括直接對發(fā)動(dòng)機控制的電控單元以及人機交互系統，所以一般分成兩級結構。下位機由傳感器、執行結構及電控單元組成，上位機由PC機構成。如圖12所示，系統監控軟件為模塊化結構設計，便于功能的實(shí)現。

圖12 試驗監控系統軟件結構示意圖

監控系統軟件采用VB軟件編制，利用VB中的MSComm控件可以很方便地提供串行端口通信功能。監控軟件主要實(shí)現的功能包括：參數采集、數據實(shí)時(shí)顯示、控制參數在線(xiàn)調整、數據圖形化顯示、數據離線(xiàn)圖形化顯示、數據保存、報警、打印等。

監控系統下位機電控單元采用AVR系列ATmega8單片機，通過(guò)串行通信模塊實(shí)現與上位機（PC機）的數據傳輸。電控單元通過(guò)傳感器采集發(fā)動(dòng)機運行時(shí)的各種工況參數傳給上位機，以及驅動(dòng)執行結構（噴嘴、點(diǎn)火線(xiàn)圈等）按照上位機傳來(lái)的控制參數動(dòng)作，軟件采用C語(yǔ)言編制。在微機和單片機通信中，采用軟件握手協(xié)議。

6 臺架實(shí)驗

（1）怠速控制系統

如圖13所示，怠速控制主要由主MCU采用經(jīng)典PID控制策略來(lái)完成。PID控制允許工程技術(shù)人員以簡(jiǎn)單直接的方式來(lái)調節系統，而且在很寬的條件范圍內都能保持很好的魯棒性。PID控制器是整個(gè)怠速控制系統的核心。在怠速閉環(huán)控制中需要用到的基本控制量是怠速轉速偏差，即怠速目標轉速與發(fā)動(dòng)機實(shí)際轉速之差，通過(guò)PID控制器的計算，得出步進(jìn)電機的動(dòng)作步數以及動(dòng)作方向，改變旁通空氣進(jìn)氣量，從而控制發(fā)動(dòng)機轉速。

圖13 怠速閉環(huán)控制原理（PID）

（2）電控點(diǎn)火系統

電控點(diǎn)火系統的工作原理：首先對轉速信號和負荷信號進(jìn)行采樣，送入計算單元，根據存儲在單片機中的點(diǎn)火MAP圖，采用插值和查表方法，確定最佳點(diǎn)火提前角；控制系統同時(shí)采集發(fā)動(dòng)機其他工作參數信號，根據這些信號查出點(diǎn)火提前角的修正值，將最佳點(diǎn)火提前角修正后轉化為相應的點(diǎn)火延遲時(shí)間。當點(diǎn)火基準信號（點(diǎn)火基準信號就是延遲基準信號，它一般是一個(gè)曲軸位置信號）到來(lái)時(shí)，控制系統計數器開(kāi)始計數，計數結束后，ECU通過(guò)接口發(fā)送點(diǎn)火信號，點(diǎn)火驅動(dòng)電路得到這個(gè)信號后初級點(diǎn)火線(xiàn)圈開(kāi)始閉合[5]。

此電控系統中點(diǎn)火提前角的控制以發(fā)動(dòng)機轉速和進(jìn)氣壓力為基本輸入信號，通過(guò)查詢(xún)儲存在點(diǎn)火單片機中的點(diǎn)火MAP圖得出基本點(diǎn)火提前角，再通過(guò)發(fā)動(dòng)機冷卻水溫、天然氣壓力、氧傳感器等信號進(jìn)行修正。最終確定發(fā)動(dòng)機當前工況下的最佳點(diǎn)火提前角，然后由兩個(gè)計數器相互配合來(lái)完成點(diǎn)火提前角的控制。作為點(diǎn)火信號產(chǎn)生基準的是霍爾傳感器輸出的曲軸位置信號，在分電器內安裝有產(chǎn)生該信號的信號齒盤(pán)?；魻杺鞲衅髅扛?80°CA

（CA是發(fā)動(dòng)機的曲軸轉角）產(chǎn)生一個(gè)信號（下降沿有效），位置是壓縮上止點(diǎn)前86°CA。圖14為點(diǎn)火的時(shí)序圖。