基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機控制器研究

　　目前，我國生產(chǎn)的中高檔轎車(chē)的發(fā)動(dòng)機雖然基本上都采用了燃油電噴技術(shù)，并對電噴系統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(méi)有電噴發(fā)動(dòng)機自主知識產(chǎn)權，均屬于引進(jìn)國外電噴發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)線(xiàn)或電噴系統。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(diǎn)火MAP、控制算法和程序是完全保密的。同時(shí)，進(jìn)口國別多、品種規格雜，一些企業(yè)缺乏選擇論證，引進(jìn)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(shí)驗。

　　本研究項目正是一個(gè)將人、車(chē)與環(huán)境作為綜合系統，對各種因素進(jìn)行綜合協(xié)調，使汽車(chē)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(huì )效益，將促進(jìn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )及嵌入式控制系統在汽車(chē)工業(yè)的應用，使汽車(chē)更加智能化、人性化。

　　2、研究?jì)热?/P>

　　本項目研究的主要控制對象是燃油噴射和點(diǎn)火裝置。同時(shí)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(shí)、燃油停供及油泵的控制。由于采用了智能設計，解決固定控制算法的不足，可有效的節約燃油，有助于整體性能的提高。

　?。?）進(jìn)氣控制，主要包括動(dòng)力閥和渦流閥控制，可有效改善和提高發(fā)動(dòng)機的輸出扭矩和動(dòng)力。

　?。?）增壓控制，ECU根據進(jìn)氣壓力傳感器檢測的進(jìn)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(jìn)入工作或停止狀態(tài)。

　?。?）電子點(diǎn)火控制ESI（ElectricalSparkIgnite），點(diǎn)火裝置的控制主要包括點(diǎn)火提前角控制、通電時(shí)間（閉合角）與恒流控制、爆震控制等方面。

　?。?）怠速控制ISC（IdleSpeedControl），發(fā)動(dòng)機在汽車(chē)運轉、空調壓縮機工作、變速器掛入檔位、發(fā)電機負荷加大等不同怠速運轉工況下，由ECU控制怠速控制閥，使發(fā)動(dòng)機都能處在最佳怠速轉速下運轉。

　?。?）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(kāi)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)控制系統的工作狀況，若控制系統出現故障時(shí)發(fā)出警告信號。

　?。?）傳感器故障預診參考系統（失效保護），當主ECU檢測到傳感器或線(xiàn)路故障時(shí)，即會(huì )按主ECU預先程序提供的設定值，以便發(fā)動(dòng)機仍能保持運轉，但性能將有所下降。

　?。?）主ECU故障備用冗余系統，當主ECU發(fā)生故障時(shí)，則會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)備用冗余系統，使發(fā)動(dòng)機轉入強制運轉狀態(tài)，以便駕駛員將其開(kāi)去修理。

　　3、電噴系統的組成

　　電噴系統除了一般化油器發(fā)動(dòng)機都有的電源、沖電裝置、點(diǎn)火裝置及起動(dòng)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的組成。

　　執行機構包括噴油器，點(diǎn)火線(xiàn)圈及火花塞、怠速器。采集的信號有：節氣門(mén)開(kāi)度、進(jìn)氣歧管內壓力、轉速、爆震信號、機體冷卻水溫、尾氣氧濃度、進(jìn)氣溫度。ECU作為信號處理控制裝置，將信號經(jīng)過(guò)一系列的處理，轉化為可識別的值再經(jīng)過(guò)計算處理得到輸出執行機構的控制信號。

　　ECU的控制精準度除了要求采集的信號必須實(shí)時(shí)及準確外，執行機構的運動(dòng)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(shí)現更高的控制精度，還可以補償一些由信號采集的非實(shí)時(shí)及執行機構運動(dòng)精度不高帶來(lái)的誤差。

　　4、ECU

　　通過(guò)對電噴系統的組成分析，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(shí)變性和非線(xiàn)性，采用ECU的發(fā)動(dòng)機控制系統已向集中控制系統方向發(fā)展：在控制結構上，以ECU為核心，通過(guò)CAN總線(xiàn)與I/O設備建立通信;在控制算法上，用模糊控制理論、PID調節、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )相結合的方法，構造穩態(tài)控制的MAP和怠速控制的模型。圖4-1給出了電噴系統的控制結構。

　　ECU的CPU采用具有浮點(diǎn)運算能力的DSP芯片，而各檢測信號和驅動(dòng)控制電路可采用具有A/D、開(kāi)關(guān)量轉換的獨立單片機或CAN總線(xiàn)接口。其結構確定后，ECU的控制能力就在于控制程序的開(kāi)發(fā)。由于控制狀態(tài)和策略復雜，下面以ESI為例說(shuō)明。

　　ESI的控制核心問(wèn)題是點(diǎn)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(dòng)機處于啟動(dòng)工況時(shí)，由于啟動(dòng)速度波動(dòng)大且快，不可能根據MAP圖確定點(diǎn)火提前角;當發(fā)動(dòng)機處于暫態(tài)工況時(shí)，由于是開(kāi)環(huán)控制，可直接用插值方法計算點(diǎn)火提前角;當發(fā)動(dòng)機處于穩態(tài)工況時(shí)，要判斷是否爆振，并據此采用閉環(huán)控制，即對上次的MAP圖值進(jìn)行遞階調節，以獲得最優(yōu)的點(diǎn)火提前角。圖4-2是點(diǎn)火提前角的控制程序流程圖。

　　本文是在對現有系統以及國內外的相關(guān)研究最新科研成果的分析和總結的基礎上，提出基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機智能電子控制器的設計方案，且需進(jìn)一步的進(jìn)行各種參數的模擬臺架實(shí)驗，最終給出各種工況的智能MAP和控制程序。