摩托车发动机电控单元ECU的开发

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1、摩托车发动机电控ECU的开发.摩托车发动机电控单元ECU的开发比赛编号：A11124日期：2002.5.10单位名称：清华大学汽车研究所汽油机电控组设计者：摩托车发动机电控ECU的开发目录引言1设计概述1硬件描述3主芯片MC68HC908SR124传感器简介5节气门位置传感器5壁面温度传感器5蓄电池电压6进气温度传感器6CO调整螺钉6发动机转速及曲轴位置传感器6执行器简介7油泵7喷油器7点火线圈7软件描述8软件结构介绍8转速处理模块9点火控制模块10喷油控制模块12SCI通讯模块13摩托车发动机电控ECU

2、的开发引言随着国家对大气环境治理力度的加大，摩托车排放法规会逐年加严，达不到排放法规要求的摩托车将不允许投放市场。电控燃油喷射技术以其良好的节能效果和低排放的性能成为当前摩托车环保技术中的最佳选择。摩托车发动机电控单元ECU是以单片机为主芯片，加上信号处理电路以及驱动电路组成的一种发动机管理系统。其工作原理为：通过台架和整车标定试验，将发动机的各运行工况下的最佳喷油和点火参数预先存储在数据区。当发动机运行时，电控系统根据各传感器的输入信号判断出发动机当前的运行工况，通过查表及计算得到最佳的喷油量和点火角，

3、并通过驱动电路来控制喷油器的喷油时间和初级点火线圈的闭合时刻及断电时刻，来精确地控制混合气的空燃比与点火时刻，使发动机在最优状态下运行。中国的摩托车工业经过20年的快速发展，年产量已经超过了1000万辆，生产规模及销售量都居世界第一位。预计在不久的将来，随着排放法规的加严，必将给摩托车电控燃油喷射系统提供一个广阔的市场。国内几家大摩托车公司，都先后开发出电控摩托车样车，有的已在市场上销售。国外的几家大汽车电子公司也已开始进入中国电控摩托车市场。在过去的几年中，我们曾与企业合作，用MC68HC11F1开发了

4、排量为244cc双缸摩托车和150cc单缸摩托车的电控燃油喷射系统。本次参赛采用摩托罗拉公司新推出的高性能价格比的MC68HC908SR12单片机，对原电子控制单元（ECU）的软硬件进一步优化，降低成本，使其能够参与激烈的市场竞争。设计概述本次设计的目标是开发一种用于摩托车发动机管理系统的ECU-14-摩托车发动机电控ECU的开发，能够应用在不同排量、不同传感器和执行器特性的摩托车单缸发动机上。用单片机精确地控制汽油发动机在各种运行工况下的空燃比（吸入气缸内的空气和燃油的比例，简称空燃比）和点火正时（点燃

5、混合气的准确时刻），以减少发动机排气中的有害成分，降低燃油消耗和改善摩托车的动力性能。系统应具备以下主要功能：1．发动机空燃比控制；2．点火正时控制；3．空燃比的加速加浓控制；4．空燃比的减速减稀控制；5．目标怠速控制；6．怠速转速下CO调整功能；7．系统的故障诊断功能；8．在线标定监控功能。图1发动机电控管理系统的组成-14-摩托车发动机电控ECU的开发系统的组成如图1所示。发动机在运转时，单片机通过转速传感器和节气门（油门）位置传感器提供的信号，确定发动机的运行工况。然后从数据存储区中查到预先标定好的

6、，在这一工况下运行时最佳的基本喷油脉宽和点火时刻，再根据当时检测到的空气温度和发动机的缸壁温度对这一数值进行修正，得到最终输出的喷油脉宽和点火时刻。单片机通过功率驱动电路，控制喷油器喷油和点火线圈使火花塞点火。单片机根据节气门位置传感器信号变化的方向和变化的速率，确定发动机是处于加速工况还是减速工况，控制发动机在过渡工况下运行时的喷油脉宽和点火时刻。怠速的稳定性和排放性能都是摩托车的重要指标，需要进行良好的控制。同时ECU还应该具有自诊断功能，可以对传感器和执行器的状态进行检测。为了方便监控，ECU具有通

7、讯功能，不仅可以通过上位机开发装置进行实时状态监控，还能进行在线的发动机数据标定。通过不同的标定数据，就可以将此ECU用于不同排量、不同传感器和执行器特性摩托车发动机的控制。硬件描述电控摩托车发动机ECU的硬件结构框图如图2所示，以MC68HC908SR12为核心，还包括传感器信号的处理电路、执行器的驱动电路及通讯接口电路。图2发动机电控管理系统硬件结构框图-14-摩托车发动机电控ECU的开发主芯片MC68HC908SR12主芯片必须其满足ECU软件计算的要求以及硬件资源的要求。由于摩托车发动机转速高达上

8、万转，点火提前角的计算必须在目标点火时刻到来之前完成，这时间通常不到0.5ms，所以需要较高的指令的执行速度。而且执行速度越快，ECU就可以获取更新的传感器信号，计算实现更精确的控制。MC68HC908SR12采用了PLL锁相环技术，因此可以在很低的晶振频率32.768KHz下，产生高达8M的总线频率。本电控系统采用的内部总线为4.9125M，不仅满足了摩托车发动机控制的需要，还可以产生19200的SCI通讯波特率，与原有的电