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1、汽车发动机怠速控制系统设计摘要：用电子控制器ECU控制怠速调节执行器可实现多项怠速控制功能，满足了现代汽车发动机高性能的要求。本文设计以８０Ｃ１９６ＫＣ单片机为核心的汽车发动机怠速控制系统，扩展片外存储器和Ｉ／Ｏ口，增加了通信电路，设计直流电机的驱动电路。采用Ｈ桥ＴＬＥ６２０９芯片实现了电机的可逆控制。分析发动机怠速工况特点，设计相应的控制策略，试验结果表明基于电控节气门的发动机怠速模糊控制系统，具有良好的动态特性和稳定性，能很好的满足各种怠速工况控制的要求。关键字：怠速；80C196KC；步进电机；空气流量；占空比怠速通常是指发动机在无负荷（对外无功率输出）情况下的稳定运转状态。发动机怠速
2、工况是指发动机运行中节气门开度最小、汽车处于空挡、发动机只带附件而维持最低转速的稳定工况。怠速转速过高，会增加燃油消耗量。因此怠速转速应该尽可能低。但要考虑到减少有害物质的排放，怠速转速又不能过低。另外，考虑到所有的怠速使用条件下，如冷车运转与电气负荷、空调装置、自动变速器等情况，他们都会引起怠速转速的变化，使发动机怠速不稳定甚至引起熄火。此外，有些发动机中装有电动液压动力转向装置，当因电动液压动力转向装置工作电负荷急剧增加时，怠速转速也应增加。怠速时，节气门处于关闭状态，空气通过节气门缝隙及旁通节气门的怠速调节通道进入发动机，由空气流量计检测该进气量，并根据转速及其他修正信号控制喷油量，使
3、转矩与发动机本身内部阻力矩相平衡，保证发动机在怠速稳定下运转。当发动机的内部阻力矩发生变化时，怠速运转转速将会发生发生变化。发动机怠速控制装置的功能就是自动维持发动机怠速稳定运转。1怠速控制系统的组成与控制原理1.1怠速控制系统的组成怠速控制系统主要由传感器、电控单元ECU和怠速控制执行机构3大部分组成。如图1.1所示。（P320）1）信号采集系统。信号采集系统的作用是采集与汽油机有关的状态信息，并传输给控制单元。信号采集系统主要由空气流量传感器、节气门位置传感器、转速传感器和冷却水温传感器及相应的信号处理电路组成。2）控制单元。控制单元由８０Ｃ１９６ＫＣ单片机及其扩展系统组成，作用是对信号
4、采集系统送来的信号进行运算处理，判断汽油机的运行状态，并发出控制指令驱动执行机构。3）执行机构。执行机构主要由怠速直流电机组成，本文研究选用的是Ｂｏｓｃｈ公司生产的全电控制节气门为执行机构。如图1.21.2怠速控制原理怠速控制主要是对怠速空气流量的控制。怠速控制阀的种类较多,但由于步进电机式控制阀的控制精度高,且微机易于记忆当前阀门的位置,所以采用较多的是步进电机式旁通空气怠速控制阀。在发动机ECU的存储器中储存有发动机各种状态下的最佳怠速参数和相应的控制程序。工作中，ECU根据与怠速控制系统相关的各种传感器和开关提供的反映发动机温度、发动机转速、节气门开度、空调开关位置、自动变速器档位等信
5、号，进行目标转速选定、怠速判断、转速比较计算，然后由驱动电路发出信号，控制怠速控制执行机构动作，将发动机怠速控制在目标范围之内。1系统硬件构成电子节气门整个工作范围的开度由直流电机控制.直流电机采用脉宽调制作为控制信号.电子节气门控制系统是闭环控制系统,由加速踏板模块输入指定开度,节气门位置传感器反馈实际开度.本项目选用Intel公司的16位单片机80C196KC为主芯片,扩展了片外存储器和IPO口,增加了通信电路.图2.1为控制系统硬件结构简图.加速踏板位置传感器(PPS)和电子节气门位置传感器(TPS)分别完成加速踏板控制信号输入和节气门位置信号的反馈.80C196KC的APD转换器将输
6、入的模拟信号转化数字信号,控制算法计算出相应的控制量后通过高速输出口(HSO)和IPO口输出控制信号,控制直流电机驱动器.直流电机驱动器输出功率驱动信号控制直流电机的运动,从而实现节气门开度的控制.本项目采用TLE6209驱动器作为电机驱动电路,该芯片为英飞凌公司开发的专门控制电子节气门的智能功率驱动芯片,TLE6209由逻辑控制部分和功率驱动部分组成.驱动信号占空比与电机输出力矩成正比.电机的输出力矩与回位弹簧力矩平衡时.与节气门轴相连的开度传感器将节气门开度信号反馈给电控单元,构成闭环位置控制系统.节气门开度不仅由加速踏板控制,而且也要由其它控制系统控制,最终按照发动机的扭矩需求精确调节
7、节气门开度,实现基于扭矩需求的发动机控制.1系统软件设计图5是控制系统的主程序逻辑框图,可以看出,主程序是一个在发动机工作过程中不断循环运行着的程序,它将发动机的运转划分为多种典型的工况,分别进行编程控制,显然工况的划分越合理、判断的实时性越强,控制效果就越好.当然,针对不同工况所采用的控制策略如何,也是决定控制结果的重要方面.在本文的设计中,发动机的典型运转工况划分为如下:启动模式(含启动拖转、启动等)、暖
