加減速工況控制

1、成績 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 課程論文 （2015-2016學(xué)年秋季學(xué)期）論文題目： 加減速工況噴油控制 課程名稱： 汽車電控設(shè)計與實踐 任課教師： 遲瑞娟 班級： 車輛121 學(xué)號： 1207070115 姓名： 廖雨苓 目錄摘要2關(guān)鍵字2一 課題任務(wù)21.1系統(tǒng)平臺21.2任務(wù)分析2二 系統(tǒng)方案總體設(shè)計32.1電子控制噴油技術(shù)介紹32.2系統(tǒng)組成框圖42.3實驗接線4三 硬件設(shè)計53.1加減速工況硬件介紹53.2噴油器介紹53.3 STC89C51單片機介紹63.4 ADC0809介紹73.5 74LS373介紹73.6 MC33293A介紹73.7節(jié)氣門位置傳感器介紹8四 軟件設(shè)計94.1 設(shè)計思

2、路94.2流程框圖104.3程序分析104.4程序介紹10五 設(shè)計總結(jié)125.1 產(chǎn)品總結(jié)125.2 收獲和體會13參考文獻(xiàn)13摘要電子控制燃油噴射系統(tǒng)（Electronic Fuel Injection，EFI）簡稱汽油噴射。它是汽油發(fā)動機取消化油器而采用的一種先進(jìn)的噴油裝置，從汽油機上普及電控汽油噴射技術(shù)，汽油機混合氣形成過程中，液體燃料的霧化得到改善，更重要的是可以根據(jù)工況的變化精確地控制燃油噴射量，使燃燒將更充分，從而提高功率，降低油耗，并滿足排放法規(guī)的要求。它有很多優(yōu)點，本系統(tǒng)采用當(dāng)前流行的AT89C51單片機來控制,實現(xiàn)控制噴油器的油量噴射控制。通過發(fā)動機控制系統(tǒng)三大組成部分（傳感

3、器、控制單元和執(zhí)行機構(gòu)）的作用，和控制單元的基本功能以及各種執(zhí)行機構(gòu)的基本功能。本次設(shè)計主要設(shè)計加減速工況下的噴油量控制，采用8051單片機，給出控制系統(tǒng)框圖，編寫軟件和子程序。關(guān)鍵字電控燃油噴射系統(tǒng) 加減速工況 89C51單片機 噴油器 一 課題任務(wù)1.1系統(tǒng)平臺硬件結(jié)構(gòu)：TPC-ZK-II綜合開放式微機接口實驗系統(tǒng) STC89C51RC單片機軟件結(jié)構(gòu)：C語言編譯軟件 Keil uVision4 ProtelDXP1.2任務(wù)分析設(shè)計發(fā)動機電控燃油噴射系統(tǒng)中的加減速工況下的噴油控制。二 系統(tǒng)方案總體設(shè)計2.1電子控制噴油技術(shù)介紹 汽油機采用電子控制噴油技術(shù)，其目的在于盡可能提高空燃比控制精度，

4、優(yōu)化發(fā)動機的動力性，排放性和經(jīng)濟性能。當(dāng)汽油機在工作過程中時，空氣和燃油的比例直接影響燃燒的充分與否。燃油控制系統(tǒng)的作用就是根據(jù)進(jìn)氣量這一輸入信號計算噴射相應(yīng)量的燃油，盡量達(dá)到預(yù)先設(shè)定的空燃比。對于汽油機來說，常用理論空燃比14.7，但是在汽油機實際運行過程中，最佳空燃比是隨著運行工況的不同也不同的。比如在冷起動工況，在這種工況下，汽油機的溫度受到氣溫環(huán)境的影響也很低，燃油的蒸發(fā)量很小，為了保證汽油機能夠順利起動，要求增加噴油量以加濃混合氣，所以冷起動工況的空燃比一般設(shè)定在39，再比如在怠速工況下，應(yīng)在保證在汽油機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定的前提下確定最佳空燃比；在部分負(fù)荷工況及穩(wěn)定工況下，則是在達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的

5、前提下，盡可能的降低燃油消耗量；在加速工況時，受到電子控制單元的相關(guān)控制，節(jié)氣門突然加大，則需要短暫多噴一些燃油以防止空燃比的瞬間變小，空燃比控制在大約為相反在10.5，減速工況時則需將混合氣稀化。2.2系統(tǒng)組成框圖2.3實驗接線 51單片機/P0.0 接 MC33293A INPUT151單片機/P0.1 接 MC33293A INPUT2 三 硬件設(shè)計3.1加減速工況硬件介紹圖3-1如圖3-1 Protel 電路圖所示，節(jié)氣門位置傳感器信號輸入，通過AD轉(zhuǎn)換與89C51相連，89C51相當(dāng)于一個ECU，查詢節(jié)氣門開度變化輸出數(shù)據(jù)，接入到MC33293A這個專門為噴油器設(shè)計的驅(qū)動中，以驅(qū)動噴

6、油器噴油。3.2噴油器介紹噴油器是一種加工精度非常高的精密器件，要求其動態(tài)流量范圍大，抗堵塞和抗污染能力強以及霧化性能好。電控噴油器是共軌系統(tǒng)中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的部件, 也是設(shè)計、工藝難度最大的部件。ECU通過控制電磁閥的開啟和關(guān)閉, 將高壓油軌中的燃油以最佳的噴油定時、噴油量和噴油率噴入的燃燒室。為了實現(xiàn)有效的噴油始點和精確的噴油量，共軌系統(tǒng)采用了帶有液壓伺服系統(tǒng)和電子控制元件（電磁閥）的專用噴油器。噴油器由與傳統(tǒng)噴油器相似的孔式噴油嘴、液壓伺服系統(tǒng)(控制活塞、控制量孔等) 、電磁閥等組成.噴油器接受ECU送來的噴油脈沖信號，精確的控制燃油噴射量。噴油器是一種加工精度非常高的精密器件，要求其動

7、態(tài)流量范圍大，抗堵塞和抗污染能力強以及霧化性能好。噴油器的類型有以下幾種：（1）軸針式電磁噴油器噴油時銜鐵帶動針閥從其座面上升約0.1mm，燃油從精密間隙中噴出。 為使燃油充分霧化，針閥前端磨出一段噴油軸針。噴油器吸動及下降時間約為11.5ms。（2） 球閥式電磁噴油器球閥的閥針質(zhì)量輕，彈簧預(yù)緊力大，可獲得更加寬廣的動態(tài)流量范圍。球閥具有自動定心作用，密封性好。同時，球閥簡化了計量部分的結(jié)構(gòu)，有助于提高噴油量精度。（3）片閥式電磁噴油器質(zhì)量輕的閥片和孔式閥座與磁性優(yōu)化的噴油器總成結(jié)合起來，使噴油器不僅具有較大的動態(tài)流量范圍，而且抗堵塞能力較強。（4）下部進(jìn)油的噴油器采用底部供油方式，由于燃油可

8、圍繞閥座區(qū)經(jīng)噴油器內(nèi)腔從上部不斷的流出，對噴油器計量部位的冷卻效果十分明顯，故可有效的防止氣阻產(chǎn)生，提高汽車熱起動的可靠性。3.3 STC89C51單片機介紹STC89C51RC是采用8051核的ISP（In System Programming）在系統(tǒng)可編程芯片，最高工作時鐘頻率為80MHz，片內(nèi)含8K Bytes的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，配合PC端的控制程序即可將用戶的程序代碼下載進(jìn)單片機內(nèi)部，省去了購買通用編程器，而且速

9、度更快。STC89C51RC系列單片機是單時鐘/機器周期(1T)的兼容8051 內(nèi)核單片機，是高速/ 低功耗的新一代8051 單片機，全新的流水線/精簡指令集結(jié)構(gòu),內(nèi)部集成MAX810 專用復(fù)位電路。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作

10、停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35MHz，6T/12T可選。3.4 ADC0809介紹ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。特點：8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。具有轉(zhuǎn)換起停控制端。轉(zhuǎn)換時間為100s(時鐘為640KHz時)，130s（時鐘為500KHz時）。單個+5V電源供電。模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。工作溫度范圍為-40+85攝氏度。低功耗，約15mW。3.5 74LS373

11、介紹373為三態(tài)輸出的八 D 鎖存器，共有 54S373 和 74LS373 兩種線路。八 D 鎖存器(3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性)。74ls373是常用的地址鎖存器芯片，它實質(zhì)是一個是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，在單片機系統(tǒng)中為了擴展外部存儲器，通常需要一塊74ls373芯片.本文將介紹74ls373的工作原理,引腳圖(管腳圖),內(nèi)結(jié)構(gòu)圖、主要參數(shù)及在單片機系統(tǒng)中的典型應(yīng)用電路。3.6 MC33293A介紹MC33293A是飛思卡爾公司推出的專門驅(qū)動噴油器的汽車專用芯片，使得噴油器的驅(qū)動電路變得簡單可靠。MC33293A驅(qū)動噴油嘴芯片功能圖3.7節(jié)氣門位置傳感器介紹 節(jié)氣門位置傳感器可以間

12、接檢測汽車加速信號。ECU利用此信號作為防下坐控制的一個工作參數(shù)。節(jié)氣門位置傳感器又稱為節(jié)氣門開度傳感器或節(jié)氣門開關(guān)。其主要功用是檢測出發(fā)動機是處于怠速工況還是負(fù)荷工況，是加速工況還是減速工況。它實質(zhì)上是一只可變電阻器和幾個開關(guān)，安裝于節(jié)氣門體上，外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。電阻器的轉(zhuǎn)軸與節(jié)氣門聯(lián)動，它有兩個觸點：全開觸點和怠速觸點。當(dāng)節(jié)氣門處于怠速位置時，怠速觸點閉合，向計算機輸出怠速工況信號；當(dāng)節(jié)氣門處于其它位置時，怠速觸點張開，輸出相對于節(jié)氣門不同轉(zhuǎn)角的電壓信號，計算機便根據(jù)信號電壓值識別發(fā)動機的負(fù)荷；根據(jù)信號電壓在一定時間內(nèi)的變化增減率識別是加速工況還是減速工況。計算機根據(jù)這些工況信息來

13、修正噴油量，或者進(jìn)行斷油控制。節(jié)氣門位置傳感器有線性、開關(guān)型及綜合型（既有開關(guān)又有線性可變電阻）三種。節(jié)氣門位置傳感器裝在節(jié)氣門體上，與節(jié)氣門聯(lián)動，節(jié)氣門位置傳感器內(nèi)部是一種滑動電位計，由節(jié)氣門軸帶動電位計的滑動觸點。不同的節(jié)氣門開度，電位計的電阻值不同，從而將節(jié)氣門的開度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮杌螂妷盒盘栞斔徒o微機。四 軟件設(shè)計4.1 設(shè)計思路 瞬態(tài)模塊也就是我們通常所說的加速和減速工況模塊，這兩個工況下節(jié)氣門位置的變化比較迅速。正因為節(jié)氣門幵度變化率作為一個較為明顯的特征，于是我們把它作為判定工況的一個重要指標(biāo)。節(jié)氣門開度變化率越大，汽油機的檔位越高，需要的燃油量就越大，的存儲器中存儲有反應(yīng)檔位與油量函

14、數(shù)關(guān)系的特征表。在控制過程中，ECU通過輸入信號得知開度變化率，在脈譜表中查得對應(yīng)的油量，并迅速提供對應(yīng)的附加噴油脈沖。 當(dāng)在設(shè)定的時間內(nèi)節(jié)氣門的速度超過相應(yīng)的觸發(fā)臨界值，并且為正值時，加速加濃功能就被觸發(fā)，節(jié)氣門角速度的觸發(fā)臨界值以特性曲線儲存在ROM中。減速模塊同樣可以采用開環(huán)控制模式。當(dāng)控制單元檢測到節(jié)氣門變化率為負(fù)值時即節(jié)氣門關(guān)小時，就認(rèn)定發(fā)動機處于減速工況，這是控制單元將適當(dāng)減小噴油量以減少不必要的燃油消耗。4.2流程框圖4.3程序分析加速工況：TPS 大于參考值 變化方向為正減速工況：TPS 大于參考值 變化方向為負(fù) 4.4程序介紹 # pragma db code# includ

15、e# define uchar unsigned char# define unit unsigned int void jqm_bianhua(uchar det_a ); /節(jié)氣門變化率函數(shù)聲明 void jiasu(void); /加速函數(shù)聲明 void jiansu(void); /減速函數(shù)聲明 void tongbu(void); /同步函數(shù)聲明 void yibu(void); /異步函數(shù)聲明 void penyou(void); /噴油函數(shù)聲明 uchar det_a0=0x7F; /定義全局變量 uchar det_a; uchar a0=0; /節(jié)氣門初始時刻開啟角 sbit

16、 P0_0=P00; sbit P0_1=P01; sbit P2_0=P20; /*主程序*/void main(void) jqm_bianhua( det_a ); /調(diào)用節(jié)氣門變化率函數(shù) If(abs(det_a)abs(det_a01) /如果節(jié)氣門變化率大于設(shè)定值1，執(zhí)行加減速判斷 If(det_a0) jiasu(); /變化率大于0，執(zhí)行加速程序，查加速脈譜，插值 else jiansu(); /變化率小于0，執(zhí)行減速程序，查減速脈譜，插值 penyou(); /調(diào)用噴油函數(shù)，實現(xiàn)加減速工況 elsecontinue; /如果節(jié)氣門變化率小于設(shè)定值，終止本次循環(huán)，進(jìn)行下一次循環(huán)

17、判斷/*計算節(jié)氣門變化率函數(shù)*/void jqm_bianhua(uchar det_a ) uchar a; /定義節(jié)氣門目標(biāo)開啟角P2_0=0; /開啟節(jié)氣門位置傳感器，接收節(jié)氣門的位置a=oxDF; /指向節(jié)氣門目標(biāo)轉(zhuǎn)角存放的ROM位置det_a=(a-a0)/a; /節(jié)氣門變化率a0=a; /將變化后的開啟角賦予a0作為下一時刻的初始開啟角 /*噴油函數(shù)*/void penyou(void) P0_0=0 ; /設(shè)置MC33293A驅(qū)動噴油嘴的Input 1輸入態(tài) P0_1=0 ; /設(shè)置MC33293A驅(qū)動噴油嘴的Input 2輸入態(tài) void jiasu(void) jqm_bia

18、nhua( det_a ); /調(diào)用節(jié)氣門變化率函數(shù) If(abs(det_a)abs(det_a02) /如果節(jié)氣門變化率大于設(shè)定值2，執(zhí)行異步噴射,小于執(zhí)行同步噴射。 yibu(); else tongbu(); 五 設(shè)計總結(jié)5.1 產(chǎn)品總結(jié)本設(shè)計通過分析電控噴油系統(tǒng)的工作原理，結(jié)構(gòu)，查閱了有關(guān)于電控噴油系統(tǒng)的相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計了加減速工況下的噴油規(guī)律，雖然程序還有不完善的地方，但對個人的提升確實巨大的。對本次設(shè)計，有以下結(jié)論： （1）采用單片機為控制核心，利用其強大的功能，組成一個操作方便、交互性強的控制系統(tǒng)。而且整個系統(tǒng)所包含的技術(shù)幾乎包括了現(xiàn)本科學(xué)?？刂茖I(yè)所要求的知識，有利于實踐教學(xué)取得最大效果。 （2）系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計，具有易維護性，根據(jù)用戶新的要求，對軟件系統(tǒng)進(jìn)行少量的修改，使系統(tǒng)功能得到一定程度的提高。5.2 收獲和體會一次課堂和實踐的結(jié)合，單片機與所學(xué)汽車知識的完美體驗，讓人對本汽車電子專業(yè)有了更加深刻的認(rèn)識與感悟。一次CAD、DXP、PHOTOSHOP軟件的結(jié)合與學(xué)習(xí)過程，讓我深刻體會到不掌握一門軟件是不行的。同時鞏固了我的C語言知識。讓我體會到科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)和學(xué)術(shù)的世界是永無止境的。感謝老師的細(xì)心指導(dǎo)，遲老師人