單缸四行程汽油機(jī)點(diǎn)火計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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SY-025-BY-1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目審定表 指導(dǎo)教師姓名 崔宏耀 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 單缸四行程汽油機(jī)點(diǎn)火計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課題適用專業(yè) 車輛工程 課題類型 Z 課題簡(jiǎn)介：（主要內(nèi)容、意義、現(xiàn)有條件、預(yù)期成果及表現(xiàn)形式。） 1.主要內(nèi)容 根據(jù)本田節(jié)能車賽大學(xué)組參賽要求, 針對(duì)給定發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng).完成控制器設(shè)計(jì),傳感器與執(zhí)行器選擇.有條件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比測(cè)試并進(jìn)行優(yōu)化. 2.目的及意義 進(jìn)入二十世紀(jì)后期，環(huán)境問題日益嚴(yán)重，特別是大氣污染問題越來越受到各個(gè)國(guó)家的重視。電控點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用,有效地緩解了這一狀況。與傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)節(jié)式點(diǎn)火時(shí)刻控制系統(tǒng)相比,基于微控制器的電子式控制系統(tǒng)具有及時(shí)性好、精確度高、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。因此,電控點(diǎn)火系統(tǒng)的普及使用不僅有著實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益，還有著巨大的社會(huì)效益。 此外，本次設(shè)計(jì)也是為日后參加Honda節(jié)能競(jìng)技大賽大學(xué)組做準(zhǔn)備，針對(duì)給定發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)。完成控制器設(shè)計(jì),傳感器與執(zhí)行器選擇。有條件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比測(cè)試并進(jìn)行優(yōu)化。Honda節(jié)能競(jìng)技大賽是一種具有探索性的工程實(shí)踐活動(dòng)，不僅可以培養(yǎng)自己學(xué)習(xí)控制、傳感技術(shù)、電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科知識(shí)，還能能夠培養(yǎng)自己獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)的能力及創(chuàng)新意識(shí)。 3. 預(yù)期成果 點(diǎn)火系統(tǒng)模擬平臺(tái)、控制系統(tǒng)硬件和軟件、設(shè)計(jì)說明書及電路原理圖 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教 研 室 意 見 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合度 □好 □較好 □一般 □較差 2 對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)及全面訓(xùn)練的程度 □好 □較好 □一般 □較差 3 選題與生產(chǎn)、科研、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等實(shí)際的結(jié)合程度 □好 □較好 □一般 □較差 4 論文選題的理論意義或?qū)嶋H價(jià)值 □好 □較好 □一般 □較差 5 課題預(yù)計(jì)工作量 □較大 □適中 □較小 6 課題預(yù)計(jì)難易程度 □較難 □一般 □較易 教研室主任簽字： 年 月 日 系（部）教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見： 負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日 注：課題類型填寫 W.科研項(xiàng)目；X.生產(chǎn)（社會(huì)）實(shí)際；Y.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；Z.其它。 SY-025-BY-2 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué)生姓名 張 毅 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級(jí) 車輛工程B05-18班 指導(dǎo)教師姓名 崔宏耀 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 單缸四行程汽油機(jī)點(diǎn)火計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)（論文）目的、意義 進(jìn)入二十世紀(jì)后期，環(huán)境問題日益嚴(yán)重，特別是大氣污染問題越來越受到各個(gè)國(guó)家的重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國(guó)57%的城市總懸浮顆粒物超過國(guó)家環(huán)保限值，48個(gè)城市的二氧化硫濃度超過國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，82%的城市先后遭到不同程度的酸雨危險(xiǎn)。600多個(gè)城市中，大氣環(huán)境質(zhì)量符合一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的不到1%；。這說明我國(guó)的城市污染已到了非治理不可的地步了。為此，國(guó)家也制定很多政策法規(guī)，明確規(guī)定不符合排放標(biāo)準(zhǔn)的車輛嚴(yán)禁生產(chǎn)、銷售和上牌照，以減少廢氣污染物排放。電控點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用,有效地緩解了這一狀況。與傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)節(jié)式點(diǎn)火時(shí)刻控制系統(tǒng)相比,基于微控制器的電子式控制系統(tǒng)具有及時(shí)性好、精確度高、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。因此,電控點(diǎn)火系統(tǒng)的普及使用不僅有著實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益，還有著巨大的社會(huì)效益。 二、設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容、技術(shù)要求（研究方法） 主要內(nèi)容： 根據(jù)本田節(jié)能車賽大學(xué)組參賽要求, 針對(duì)給定發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng).完成控制器設(shè)計(jì),傳感器與執(zhí)行器選擇。有條件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比測(cè)試并進(jìn)行優(yōu)化。 具體技術(shù)路線如下圖： 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件修改 系統(tǒng)軟件修改 最終軟硬件確定 控制系統(tǒng)具體參數(shù)實(shí)驗(yàn)修改 完成報(bào)告，撰寫論文 初選設(shè)計(jì)方案 三、設(shè)計(jì)（論文）完成后應(yīng)提交的成果 1) 點(diǎn)火系統(tǒng)模擬平臺(tái) 2) 控制系統(tǒng)硬件和軟件 3) 設(shè)計(jì)說明書 4) 電路原理圖 四、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排 1、第4周(3月23日-3月29日) 根據(jù)畢業(yè)任務(wù)書，廣泛搜集資料，查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于S12單片機(jī)、點(diǎn)火提前角控制策略等相關(guān)資料，撰寫開題報(bào)告； 2、第5-9周(3月30日-5月03日) 電控點(diǎn)火系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)制作，各基礎(chǔ)軟件的完善，確定控制算法，并初步選定控制算法的控制參數(shù)； 3、第10周(5月04日-5月10日)論文期中檢查，同時(shí)整理分析所收集的資料，撰寫論文寫作提綱； 4、第11-14周(5月11日-6月07日) 完善設(shè)計(jì)并提交指導(dǎo)教師審核；（對(duì)影響點(diǎn)火效果的各種因素進(jìn)行分析，處理。提出論文框架，撰寫論文初稿；） 5、第15-16周 (6月08日-6月21日)論文整理、修改、定稿，提交論文和相關(guān)文件，準(zhǔn)備答辯； 6、第17周 (6月22日-6月28日)答辯。 五、主要參考資料 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火提前角調(diào)節(jié)裝置的研制 現(xiàn)研究開發(fā)了一種以單片機(jī)為核心的、能控制發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前角的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前角的計(jì)算與調(diào)節(jié)。 電控發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)模擬設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)用于電控發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中的信號(hào)模擬方案?；谀ν辛_拉8位單片機(jī)的輸入捕捉、輸出比較功能 ,利用軟件技術(shù)擴(kuò)展了24位計(jì)數(shù)功能,通過濾波處理得到了較為滿意的輸入信號(hào)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定驗(yàn)證了系統(tǒng)的精度和實(shí)用性。 六、備注 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 SY-025-BY-3 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 學(xué)生姓名 張 毅 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級(jí) 車輛工程B05-18班 指導(dǎo)教師姓名 崔宏耀 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 單缸四行程汽油機(jī)點(diǎn)火計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 1、研究現(xiàn)狀： 我國(guó)的摩托車工業(yè)雖然起步較晚，但是自改革開放以來，我國(guó)的摩托車行業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。從1994年起，我國(guó)已經(jīng)成為世界上第一大摩托車生產(chǎn)國(guó)，目前我國(guó)的摩托車年產(chǎn)量為1300萬輛左右，保有量為5000萬輛。如此眾多的摩托車必然會(huì)帶來不容忽視的排放問題和能源問題。為了控制摩托車排放HC、CO和NOX對(duì)人體的危害，我國(guó)正在建立并且實(shí)施相應(yīng)的排放法規(guī)。發(fā)動(dòng)機(jī)電控點(diǎn)火技術(shù)可以有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排放污染和油耗，大幅提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，因此發(fā)動(dòng)機(jī)電控點(diǎn)火技術(shù)的應(yīng)用已成為當(dāng)今內(nèi)燃機(jī)發(fā)展中的主要組成部分。 發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)經(jīng)歷了以下幾個(gè)發(fā)展時(shí)期： 1910年，查爾斯·凱特林（Charles F.Kettering）發(fā)明了機(jī)械觸點(diǎn)斷電式點(diǎn)火系統(tǒng)，并首先應(yīng)用于美國(guó)卡迪拉克（Cadillac）轎車，其結(jié)構(gòu)在此之后的幾十年間沒有太大變化。這種點(diǎn)火系統(tǒng)有以下固有的缺點(diǎn)： （1）斷電器觸點(diǎn)易于氧化燒蝕，使點(diǎn)火不可靠。 （2）斷電器凸輪和頂塊的機(jī)械磨損將引起點(diǎn)火提前角發(fā)生變化，因此需要經(jīng)常調(diào)整。 （3）高速時(shí)觸點(diǎn)的跳振和頂塊的運(yùn)動(dòng)跟不上凸輪的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，也都影響了點(diǎn)火的可靠性。 50年代初期，人們?yōu)閺母旧峡朔鹘y(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)的這些缺陷，就開始探索用晶體管控制點(diǎn)火系統(tǒng)的工作，即用電子手段來控制點(diǎn)火線圈初級(jí)電流的通斷。 60年代末期，摩托羅拉公司已開始大量生產(chǎn)無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)，完全取消了機(jī)械式斷電器及其觸點(diǎn)。從而避免了凸輪、頂塊等機(jī)械磨損所帶來的問題 70年末期，摩托羅拉公司開發(fā)并生產(chǎn)了微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)，取消了傳統(tǒng)的離心式和真空式點(diǎn)火正時(shí)調(diào)節(jié)裝置，改由單片機(jī)來控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)隨時(shí)處于最佳點(diǎn)火正時(shí)狀態(tài)，從而大大改善了排放性能，并降低了油耗。 79年，又制成微機(jī)控制無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅采用微機(jī)控制點(diǎn)火正時(shí)，而且選擇點(diǎn)火氣缸的任務(wù)也由微機(jī)完成，從而完全取消了機(jī)械式分電器。 90年代開始，電子點(diǎn)火系統(tǒng)已不再是單一的獨(dú)立系統(tǒng)，而是作為整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，與汽油噴射系統(tǒng)、怠速控制系統(tǒng)、排放凈化系統(tǒng)、故障自診斷系統(tǒng)等共同又一臺(tái)微電腦來集中控制，稱之為發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（EMS）。至此汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系已發(fā)展到較高水平。 　 我國(guó)在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)方面尤其是電控點(diǎn)火技術(shù)方面與發(fā)達(dá)國(guó)家有著比較大的差距，特別是在生產(chǎn)應(yīng)用方面。而目前，隨著各國(guó)對(duì)排放法規(guī)的進(jìn)一步要求，國(guó)際上汽車、摩托車領(lǐng)域的激烈競(jìng)爭(zhēng)，使得我們迫切需要改進(jìn)傳統(tǒng)的點(diǎn)火技術(shù)。本文就是通過軟件與硬件的結(jié)合，研制了一套單缸四行程汽油機(jī)點(diǎn)火計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 2、選題目的和意義： 進(jìn)入二十世紀(jì)后期，環(huán)境問題日益嚴(yán)重，特別是大氣污染問題越來越受到各個(gè)國(guó)家的重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國(guó)57%的城市總懸浮顆粒物超過國(guó)家環(huán)保限值，48個(gè)城市的二氧化硫濃度超過國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，82%的城市先后遭到不同程度的酸雨危險(xiǎn)。600多個(gè)城市中，大氣環(huán)境質(zhì)量符合一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的不到1%；。這說明我國(guó)的城市污染已到了非治理不可的地步了。為此，國(guó)家也制定很多政策法規(guī)，明確規(guī)定不符合排放標(biāo)準(zhǔn)的車輛嚴(yán)禁生產(chǎn)、銷售和上牌照，以減少廢氣污染物排放。電控點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用,有效地緩解了這一狀況。與傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)節(jié)式點(diǎn)火時(shí)刻控制系統(tǒng)相比,基于微控制器的電子式控制系統(tǒng)具有及時(shí)性好、精確度高、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。因此,電控點(diǎn)火系統(tǒng)的普及使用不僅有著實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益，還有著巨大的社會(huì)效益。 此外，本次設(shè)計(jì)也是為日后參加Honda節(jié)能競(jìng)技大賽大學(xué)組做準(zhǔn)備，針對(duì)給定發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)。完成控制器設(shè)計(jì),傳感器與執(zhí)行器選擇。有條件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比測(cè)試并進(jìn)行優(yōu)化。Honda節(jié)能競(jìng)技大賽是一種具有探索性的工程實(shí)踐活動(dòng)，不僅可以培養(yǎng)自己學(xué)習(xí)控制、傳感技術(shù)、電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科知識(shí)，還能能夠培養(yǎng)自己獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)的能力及創(chuàng)新意識(shí)。 二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 1、基本內(nèi)容 本文對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)的原理進(jìn)行了分析，確定了控制策略。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，ECU不斷地采集發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、冷卻水溫度等信號(hào)，并根據(jù)存儲(chǔ)器中的有關(guān)程序與數(shù)據(jù)，確定出該工況下最佳點(diǎn)火提前角和初級(jí)電路的最佳導(dǎo)通時(shí)間，并以此向點(diǎn)火控制模塊發(fā)出指令。點(diǎn)火控制模塊根據(jù)ECU的點(diǎn)火指令，控制點(diǎn)火線圈初級(jí)回路的導(dǎo)通和截止。此外，在帶有爆震傳感器的點(diǎn)火提前角閉環(huán)控制中，ECU還可根據(jù)爆震傳感器的輸入信號(hào)來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震程度，并將點(diǎn)火提前角控制在爆震界限的范圍內(nèi)，使發(fā)動(dòng)機(jī)能獲得最佳的燃燒。 2、解決的主要問題 1) 硬件方面 電控點(diǎn)火系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式：目前主要的實(shí)現(xiàn)方式有通用單片機(jī)（MCS-51等）、PIC單片機(jī)和通用可編程DSP芯片等其他大規(guī)模數(shù)字芯片，需要根據(jù)控制目標(biāo)選擇適當(dāng)?shù)姆绞健? 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與位置傳感器選擇：電磁感應(yīng)式、霍爾效應(yīng)式、光電感應(yīng)式傳感器各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要搭成電路綜合比較后才能確定使用哪個(gè)。 2) 軟件方面 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定算法：轉(zhuǎn)速測(cè)定有測(cè)頻法和測(cè)周法兩種法案，需要根據(jù)本發(fā)動(dòng)機(jī)的具體情況進(jìn)行分析好確定。 點(diǎn)火提前角控制：實(shí)際點(diǎn)火提前角=初始點(diǎn)火提前角+基本點(diǎn)火提前角+修正點(diǎn)火提前角，需要制定一種控制策略來逐個(gè)確定各項(xiàng)值，從而最終求出實(shí)際點(diǎn)火提前角。 3) 電控點(diǎn)火系統(tǒng)應(yīng)用試驗(yàn) 為了驗(yàn)證該系統(tǒng)點(diǎn)火的可行性和實(shí)用性，需要進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)。 `三、技術(shù)路線（研究方法） 硬件電路是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。 波形調(diào)理電路 單片機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路 轉(zhuǎn)速傳感器 波形 調(diào)理 電路 A/D 轉(zhuǎn)換 爆震傳感器 點(diǎn)火控制模塊 節(jié)氣門開度傳感器 火花塞 水溫傳感器 圖1.1 系統(tǒng)硬件方案示意圖 主要由傳感器及信號(hào)調(diào)理電路、A/ D 轉(zhuǎn)換器、電控單元、點(diǎn)火電路、電源及火花塞等部分組成。各傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)相應(yīng)調(diào)理電路調(diào)理、A/ D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后,送入單片機(jī)。單片機(jī)依據(jù)一定的控制策略、算法對(duì)輸入信號(hào)運(yùn)算處理,依據(jù)運(yùn)算結(jié)果,在合適時(shí)刻給出控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后,控制點(diǎn)火控制電路工作,通過火花塞最終實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。 具體技術(shù)路線如下圖：1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件修改 系統(tǒng)軟件修改 最終軟硬件確定 控制系統(tǒng)具體參數(shù)實(shí)驗(yàn)修改 完成報(bào)告，撰寫論文 初選設(shè)計(jì)方案 圖1.2 技術(shù)路線示意圖 四、進(jìn)度安排 1、第4周(3月23日-3月29日) 根據(jù)畢業(yè)任務(wù)書，廣泛搜集資料，查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于S12單片機(jī)、點(diǎn)火提前角控制策略等相關(guān)資料，撰寫開題報(bào)告； 2、第5-9周(3月30日-5月03日) 電控點(diǎn)火系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)制作，各基礎(chǔ)軟件的完善，確定控制算法，并初步選定控制算法的控制參數(shù)； 3、第10周(5月04日-5月10日)論文期中檢查，同時(shí)整理分析所收集的資料，撰寫論文寫作提綱； 4、第11-14周(5月11日-6月07日) 完善設(shè)計(jì)并提交指導(dǎo)教師審核；（對(duì)影響點(diǎn)火效果的各種因素進(jìn)行分析，處理。提出論文框架，撰寫論文初稿；） 5、第15-16周 (6月08日-6月21日)論文整理、修改、定稿，提交論文和相關(guān)文件，準(zhǔn)備答辯； 6、第17周 (6月22日-6月28日)答辯。 五、參考文獻(xiàn) [1]邵貝貝.單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開發(fā)方法[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2004 [2]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005 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指導(dǎo)教師姓名 崔宏耀 職稱 副教授 從事 專業(yè) 車輛工程 指導(dǎo)教師姓名 崔宏耀 題目名稱 單缸四行程汽油機(jī)點(diǎn)火計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 序號(hào) 評(píng) 價(jià) 項(xiàng) 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況；題目難易度 10 2 題目工作量；題目與生產(chǎn)、科研、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等實(shí)際的結(jié)合程度 10 3 綜合運(yùn)用知識(shí)能力（設(shè)計(jì)涉及學(xué)科范圍，內(nèi)容深廣度及問題難易度）；應(yīng)用文獻(xiàn)資料能力 15 4 設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力；計(jì)算能力（數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力）；外文應(yīng)用能力 20 5 計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力） 10 6 插圖（圖紙）質(zhì)量；設(shè)計(jì)說明書撰寫水平；設(shè)計(jì)的實(shí)用性與科學(xué)性；創(chuàng)新性 20 7 設(shè)計(jì)規(guī)范化程度（設(shè)計(jì)欄目齊全合理、SI制的使用等） 5 8 科學(xué)素養(yǎng)、學(xué)習(xí)態(tài)度、紀(jì)律表現(xiàn)；畢業(yè)論文進(jìn)度 10 得 分 X= 評(píng) 語：（參照上述評(píng)價(jià)項(xiàng)目給出評(píng)語，注意反映該論文的特點(diǎn)） 　 　 　 　 　 　 　　 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 SY-025-BY-7 畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱人評(píng)分表 學(xué)生 姓名 張 毅 專業(yè) 班級(jí) 車輛工程B05-18班 指導(dǎo)教 師姓名 崔宏耀 職稱 副教授 題目 　單缸四行程汽油機(jī)點(diǎn)火計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 序號(hào) 評(píng) 價(jià) 項(xiàng) 目 滿分 得分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況；題目難易度 10 2 題目工作量；題目與生產(chǎn)、科研、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等實(shí)際的結(jié)合程度 10 3 綜合運(yùn)用知識(shí)能力（設(shè)計(jì)涉及學(xué)科范圍，內(nèi)容深廣度及問題難易度）；應(yīng)用文獻(xiàn)資料能力 15 4 設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力；計(jì)算能力（數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力）；外文應(yīng)用能力 25 5 計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力（或綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力） 15 6 插圖（圖紙）質(zhì)量；設(shè)計(jì)說明書撰寫水平；設(shè)計(jì)的實(shí)用性與科學(xué)性；創(chuàng)新性 20 7 設(shè)計(jì)規(guī)范化程度（設(shè)計(jì)欄目齊全合理、SI制的使用等） 5 得 分 Y= 評(píng) 語：（參照上述評(píng)價(jià)項(xiàng)目給出評(píng)語，注意反映該論文的特點(diǎn)） 　 　　 　 　 　 　 　　 　 　 　　 　 　 評(píng)閱人簽字 ： 年 月 日 SY-025-BY-8 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯評(píng)分表 學(xué)生 姓名 張 毅 專業(yè) 班級(jí) 車輛工程 B05-18班 指導(dǎo) 教師 崔宏耀 職 稱 副教授 題目 單缸四行程汽油機(jī)點(diǎn)火計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 答辯 時(shí)間 月 日 時(shí) 答辯組 成員姓名 出席 人數(shù) 序號(hào) 評(píng) 審 指 標(biāo) 滿 分 得 分 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的符合程度，綜合訓(xùn)練情況，題目難易度、工作量、與實(shí)際的結(jié)合程度 10 2 設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析能力、計(jì)算能力、綜合運(yùn)用知識(shí)能力 10 3 應(yīng)用文獻(xiàn)資料、計(jì)算機(jī)、外文的能力 10 4 設(shè)計(jì)說明書撰寫水平、圖紙質(zhì)量，設(shè)計(jì)的規(guī)范化程度（設(shè)計(jì)欄目齊全合理、SI制的使用等）、實(shí)用性、科學(xué)性和創(chuàng)新性 15 5 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備情況 5 6 畢業(yè)設(shè)計(jì)自述情況 20 7 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯回答問題情況 30 總 分 Z= 答辯過程記錄、評(píng)語： 　 　 　 　 　 　 　 　 　 答辯組長(zhǎng)簽字： 年 月 日 SY-025-BY-9 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定表 學(xué)生姓名 張毅 性別 男 系部 汽車工程系 專業(yè) 車輛工程專業(yè) 班級(jí) B05-18 設(shè)計(jì)（論文）題目 單缸四行程汽油機(jī)點(diǎn)火計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師姓名 職稱 指導(dǎo)教師 評(píng)分（X） 評(píng)閱教師姓名 職稱 評(píng)閱教師 評(píng)分（Y） 答辯組組長(zhǎng) 職稱 答辯組 評(píng)分（Z） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī) 百分制 五級(jí)分制 答辯委員會(huì)評(píng)語： 答辯委員會(huì)主任簽字（蓋章）： 系部公章： 年 月 日 注：1、指導(dǎo)教師、評(píng)閱教師、答辯組評(píng)分按百分制填寫，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)百分制=0.3X+0.2Y+0.5Z 2、評(píng)語中應(yīng)當(dāng)包括學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題質(zhì)量、能力水平、設(shè)計(jì)（論文）水平、設(shè)計(jì)（論文）撰寫質(zhì)量、學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）實(shí)施或?qū)懽鬟^程中的學(xué)習(xí)態(tài)度及學(xué)生答辯情況等內(nèi)容的評(píng)價(jià)。 SY-025-BY-10 優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）推薦表 題 目 單缸四行程汽油機(jī)點(diǎn)火計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 類別 設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 張毅 系、專業(yè)、班級(jí) 汽車工程系 車輛工程B05-18 指導(dǎo)教師 崔宏耀 職 稱 副教授 設(shè)計(jì)成果明細(xì)： 答辯委員會(huì)評(píng)語： 答辯委員會(huì)主任簽字（蓋章）： 系部公章： 年 月 日 備 注： 注：“類別”欄填寫畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）過程管理材料 題 目 單缸四行程汽油機(jī)點(diǎn)火計(jì)算 機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 張毅 系部名稱 汽車工程系 專業(yè)班級(jí) 車輛工程B05-18 指導(dǎo)教師 崔宏耀 職 稱 副教授 教研室 車輛工程 起止時(shí)間 2009年3月-2009年6月 教 務(wù) 處 制 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 單缸四行程汽油機(jī)點(diǎn)火計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系部名稱： 汽車工程系 專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 B05-18班 學(xué)生姓名： 張 毅 指導(dǎo)教師： 崔宏耀 職 稱： 副教授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○○九年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree Design of The Four-stroke Engine Ignition Computer Control System Candidate：Zhang Yi Specialty：Vehicle Engineering Class：B05-18 Supervisor：Associate Prof. Cui Hongyao Heilongjiang Institute of Technology 2009-06·Harbin 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 為了滿足日益嚴(yán)格的排放法規(guī)和油耗標(biāo)準(zhǔn)，人們提出了計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火技術(shù)。相比較與其他的點(diǎn)火系統(tǒng)，電控點(diǎn)火系統(tǒng)具有適時(shí)性好、響應(yīng)快、控制點(diǎn)火時(shí)刻精確等優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗和排放，大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)。 文中詳細(xì)介紹了一種適用于單缸四行程汽油機(jī)的計(jì)算機(jī)控點(diǎn)火系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用Freescale l6位單片機(jī)MC9S12DG128作為控制處理器。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，ECU實(shí)時(shí)地采集發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、冷卻水溫度等信號(hào)，并根據(jù)存儲(chǔ)器中的有關(guān)程序與數(shù)據(jù)，確定出該工況最佳點(diǎn)火提前角和初級(jí)電路的最佳導(dǎo)通時(shí)間，并以此向點(diǎn)火控制模塊發(fā)出指令。點(diǎn)火控制模塊根據(jù)ECU的點(diǎn)火指令，控制點(diǎn)火線圈初級(jí)回路的導(dǎo)通和截止。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)胃灼蜋C(jī)；點(diǎn)火；提前角；控制；單片機(jī) Ⅰ ABSTRACT In order to meet the increasingly stringent emission regulations and fuel consumption standards, people made computer-controlled ignition. Electronic ignition control system has a timely, fast response time and more precise control of ignition advantages and can effectively reduce the fuel consumption and emissions of engine, substantial increase in engine performance. This paper describes an application of design of the four-stroke engine ignition computer control system. The system uses Freescale l6-bit chip MC9S12DG128 as the control processor. When the engine is running, ECU continued to collect the engine speed, load, cooling water temperature signal and determine the best advance ignition angle with the program and data in memory, then give directions to the ignition control module. Ignition control module control ignition coil primary circuit conduction or cut-off in accordance with ECU ignition commend. Key words: Single-cylinder engine; ignition; advance angle; Control algorithm；Single-chip Ⅱ 目 錄 摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 第1章 緒論 1 1.1 課題背景及目的意義 1 1.1.1 課題背景 1 1.1.2 目的及意義 1 1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀 2 1.2.1 點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展 2 1.2.2 我國(guó)計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.3 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容及擬解決的主要問題 3 1.3.1 基本內(nèi)容 3 1.3.2 解決的主要問題 4 第2章 計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的理論分析及總體設(shè)計(jì) 5 2.1 點(diǎn)火提前角的提出及對(duì)汽油機(jī)工作的影響 5 2.1.1 點(diǎn)火提前角的提出 5 2.1.2 點(diǎn)火提前角對(duì)汽油機(jī)工作的影響 6 2.2 硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 7 2.2.1 對(duì)計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求 7 2.2.2 硬件系統(tǒng)的基本組成 8 2.3 軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 10 2.3.1 軟件的需求分析 10 2.3.2 軟件的設(shè)計(jì)過程 10 2.3.3 軟件的編制過程 10 2.3.4 軟件的測(cè)試過程 10 2.4 本章小結(jié) 10 第3章 計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 11 3.1 微控制器的類型選擇 11 3.1.1 51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 11 3.1.2 Freescale系列微控制器簡(jiǎn)介 12 3.1.3 PIC16F876X系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 17 3.1.4各項(xiàng)性能參數(shù)比較及類型選則 15 3.2 傳感器的選擇 15 3.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及曲軸位置傳感器 15 3.2.2 進(jìn)氣壓力傳感器 16 3.2.3 溫度傳感器 16 3.2.4 爆震傳感器 16 3.3 光耦合隔離保護(hù)電路 18 3.4 本章小結(jié) 18 第4章 計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的控制內(nèi)容及其實(shí)現(xiàn) 19 4.1 點(diǎn)火提前角的控制 19 4.1.1 點(diǎn)火提前角的控制方式 19 4.1.2 點(diǎn)火提前角控制的基本內(nèi)容 20 4.1.3 點(diǎn)火提前角的控制過程 22 4.2 閉合角的控制 25 4.3 爆震控制 26 4.3.1 爆震界限和點(diǎn)火提前角的設(shè)定 26 4.3.2 爆震控制策略 26 4.4 點(diǎn)火提前角及閉合角控制的實(shí)現(xiàn) 27 4.5 本章小結(jié) 28 第5章 計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 29 5.1 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 29 5.1.1 并行I/O接口初始化 29 5.1.2 定時(shí)器模塊初始化 29 5.1.3 ATD0模塊寄存器初始化 31 5.2 軟件設(shè)計(jì)說明 33 5.2.1 程序開始 33 5.2.2 點(diǎn)火提前角脈譜圖 33 5.2.3 點(diǎn)火提前角查尋子程序 33 5.2.4點(diǎn)火延遲子程序 35 5.2.5 測(cè)速中斷程序 35 5.2.6 主程序 36 5.3 本章小結(jié) 37 第6章 系統(tǒng)程序優(yōu)化及展望 38 6.1 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)Codewarrior IDE 38 6.2 軟件系統(tǒng)編程語言 40 6.3 軟件系統(tǒng)程序優(yōu)化 40 6.3.1 測(cè)試方法及結(jié)果 41 6.3.2 程序的優(yōu)化 42 6.4 系統(tǒng)測(cè)試展望 43 6.5 本章小結(jié) 43 結(jié)論 44 參考文獻(xiàn) 45 致謝 46 附錄 47 附錄A 英文科技文獻(xiàn) 47 附錄B 文獻(xiàn)譯文 53 附錄C 程序源代碼 57 第1章 緒 論 1.1 課題背景及目的意義 1.1.1 課題背景 我國(guó)的摩托車工業(yè)雖然起步較晚，但是自改革開放以來，我國(guó)的摩托車行業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。從1994年起，我國(guó)己經(jīng)成為世界上第一大摩托車生產(chǎn)國(guó)，目前我國(guó)的摩托車年產(chǎn)量大約為1300萬輛左右，保有量約為5000萬輛。如此眾多的摩托車必然會(huì)帶來不容忽視的排放問題和能源問題，為了適應(yīng)日趨嚴(yán)格的關(guān)于節(jié)能、排放和安全的法規(guī)要求，并滿足人們對(duì)于安全性、舒適性、便利性的追求，在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛采用了電子控制技術(shù)，開拓了電子技術(shù)新的應(yīng)用領(lǐng)域[1]。 在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)中，其核心便是電控點(diǎn)火技術(shù)。一套好的計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)能夠極大的提高摩托車或汽車的諸多性能，降低油耗，增強(qiáng)產(chǎn)品的可靠性和競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、微型電子計(jì)算機(jī)、新材料、新能源的研究開發(fā)和應(yīng)用將給發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展注入新的活力，使發(fā)動(dòng)機(jī)更節(jié)能、排放更清潔成為可能，尤其是在大規(guī)模集成電路技術(shù)的推動(dòng)下所產(chǎn)生的微型計(jì)算機(jī)以其低價(jià)、輕巧、高速、可變等優(yōu)點(diǎn)己成為發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ弧? 1.1.2 目的及意義 進(jìn)入二十世紀(jì)后期，環(huán)境問題日益嚴(yán)重，特別是大氣污染問題越來越受到各個(gè)國(guó)家的重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國(guó)57%的城市總懸浮顆粒物超過國(guó)家環(huán)保限值，48個(gè)城市的二氧化硫濃度超過國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，82%的城市先后遭到不同程度的酸雨危險(xiǎn)。600多個(gè)城市中，大氣環(huán)境質(zhì)量符合一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的不到1%[2]。這說明我國(guó)的城市污染已到了非治理不可的地步了。為此，國(guó)家也制定很多政策法規(guī)，明確規(guī)定不符合排放標(biāo)準(zhǔn)的車輛嚴(yán)禁生產(chǎn)、銷售和上牌照，以減少廢氣污染物排放。計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用,有效地緩解了這一狀況。與傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)節(jié)式點(diǎn)火時(shí)刻控制系統(tǒng)相比,基于微控制器的電子式控制系統(tǒng)具有及時(shí)性好、精確度高、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。因此,計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的普及使用不僅有著實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益，還有著巨大的社會(huì)效益。 此外，本次設(shè)計(jì)也是為日后參加Honda節(jié)能競(jìng)技大賽大學(xué)組做準(zhǔn)備，針對(duì)給定發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)。完成控制器設(shè)計(jì),傳感器與執(zhí)行器選擇。有條件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比測(cè)試并進(jìn)行優(yōu)化。Honda節(jié)能競(jìng)技大賽是一種具有探索性的工程實(shí)踐活動(dòng)，不僅可以培養(yǎng)自己學(xué)習(xí)控制、傳感技術(shù)、電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科知識(shí)，還能能夠培養(yǎng)自己獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)的能力及創(chuàng)新意識(shí)。 1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀 1.2.1 點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展 1910年，查爾斯·凱特林（Charles F.Kettering）發(fā)明了機(jī)械觸點(diǎn)斷電式點(diǎn)火系統(tǒng)，并首先應(yīng)用于美國(guó)卡迪拉克（Cadillac）轎車，其結(jié)構(gòu)在此之后的幾十年間沒有太大變化。這種點(diǎn)火系統(tǒng)有以下固有的缺點(diǎn)： （1）斷電器觸點(diǎn)易于氧化燒蝕，使點(diǎn)火不可靠，因此需要經(jīng)常維護(hù)。 （2）斷電器凸輪和頂塊的機(jī)械磨損將引起點(diǎn)火提前角發(fā)生變化，因此需要經(jīng)常調(diào)整。 （3）高速時(shí)觸點(diǎn)的跳振和頂塊的運(yùn)動(dòng)跟不上凸輪的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，也都影響了點(diǎn)火的可靠性。 20世紀(jì)50年代初期，人們?yōu)閺母旧峡朔鹘y(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)的這些缺陷，就開始探索用晶體管控制點(diǎn)火系統(tǒng)的工作，即用電子手段來控制點(diǎn)火線圈初級(jí)電流的通斷。 20世紀(jì)60年代末期，摩托羅拉公司已開始大量生產(chǎn)無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)，完全取消了機(jī)械式斷電器及其觸點(diǎn)。從而避免了凸輪、頂塊等機(jī)械磨損所帶來的問題。 20世紀(jì)70年末期，摩托羅拉公司開發(fā)并生產(chǎn)了微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)，取消了傳統(tǒng)的離心式和真空式點(diǎn)火正時(shí)調(diào)節(jié)裝置，改由單片機(jī)來控制，使發(fā)動(dòng)機(jī)隨時(shí)處于最佳點(diǎn)火正時(shí)狀態(tài)，從而大大改善了排放性能，并降低了油耗。 1979年，又制成微機(jī)控制無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅采用微機(jī)控制點(diǎn)火正時(shí)，而且選擇點(diǎn)火氣缸的任務(wù)也由微機(jī)完成，從而完全取消了機(jī)械式分電器。 20世紀(jì)90年代開始，電子點(diǎn)火系統(tǒng)已不再是單一的獨(dú)立系統(tǒng)，而是作為整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，與汽油噴射系統(tǒng)、怠速控制系統(tǒng)、排放凈化系統(tǒng)、故障自診斷系統(tǒng)等共同又一臺(tái)微電腦來集中控制，稱之為發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（EMS）。至此汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系已發(fā)展到較高水平。 1.2.2 我國(guó)計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 早在20世紀(jì)70年代，國(guó)外就已經(jīng)將單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用于汽車點(diǎn)火系統(tǒng)的控制并實(shí)際裝車使用。1986年以來，美國(guó)又進(jìn)一步發(fā)展了直接點(diǎn)火系統(tǒng)，即給每缸的火花塞均單獨(dú)配一只點(diǎn)火線圈，完全取消了分火頭和高壓線，將高壓電傳遞中的能量損失降到最低程度。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，已有半數(shù)以上的轎車和部分輕型貨車采用了微機(jī)控制無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)。中國(guó)曾在20世紀(jì)70年代掀起了有觸點(diǎn)半導(dǎo)體輔助點(diǎn)火系統(tǒng)研制與使用之熱潮，但由于當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的大功率達(dá)林頓管耐壓未過關(guān)，導(dǎo)致該點(diǎn)火系統(tǒng)的使用可靠性較差，因而未能推廣使用[3]。 國(guó)外早已實(shí)現(xiàn)汽油機(jī)的電控燃油噴射與電控點(diǎn)火，國(guó)內(nèi)的中小型汽油車輛也于2001年開始被國(guó)家強(qiáng)制執(zhí)行實(shí)現(xiàn)電噴與電控點(diǎn)火。摩托車電控技術(shù)的研究在國(guó)外正日趨成熟，如澳必托、AVL，薩基姆等公司已先后研制開發(fā)成功。國(guó)內(nèi)有兩個(gè)摩托車大公司曾引進(jìn)應(yīng)用過，但由于成本過高、無自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)等原因至今尚未形成批量使用。目前，國(guó)內(nèi)外的諸多公司和摩托車企業(yè)(包括民營(yíng)企業(yè))、科研院所都在進(jìn)行摩托車電控技術(shù)研發(fā)，相信隨著中國(guó)傳感器技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)電控點(diǎn)火技術(shù)必將在中國(guó)得到較大發(fā)展。 高能無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)的研制開發(fā)，曾是國(guó)家“八五”規(guī)劃項(xiàng)目?！鞍宋濉逼陂g，長(zhǎng)春市汽車電子廠家引進(jìn)了美國(guó)摩托羅拉公司制造許可證，生產(chǎn)了6TS21070型電子點(diǎn)火控制器與磁感應(yīng)式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器配套，用于解放CA1092型載貨汽車，長(zhǎng)春汽車研究所還自行研制了JFD666型點(diǎn)火器與之配套使用。 目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上主流摩托車多為化油器式中、低檔車型，技術(shù)含量低，綜合性能差，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，利潤(rùn)空間己經(jīng)降到歷史最低點(diǎn)。因此，摩托車行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，必然同其它行業(yè)一樣，由價(jià)格戰(zhàn)轉(zhuǎn)向技術(shù)戰(zhàn)，而商技術(shù)含量、高附加值的電控點(diǎn)火技術(shù)正是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)之一。 實(shí)際上 ，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委在《汽車工業(yè)“十五”規(guī)劃》中己經(jīng)確定了摩托車工業(yè)“十五”期間發(fā)展重點(diǎn)，就是擴(kuò)展電控摩托車行業(yè)，以滿足大、中城市的綠色環(huán)保要求，提高摩托車的可靠性和耐久性、低油耗、低排放性能，生產(chǎn)諸如電控車、電動(dòng)車等環(huán)保型產(chǎn)品。而對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)及關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委也提出了以環(huán)保節(jié)能、高可靠性為目標(biāo)，以滿足日益嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)等的要求。 中國(guó)己是世界貿(mào)易組織成員，排放控制日趨向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靠近己是不爭(zhēng)的事實(shí)，開發(fā)低油耗、低排放的摩托車和電動(dòng)車以及在整車上使用電控技術(shù)、電噴技術(shù)、排氣催化轉(zhuǎn)化技術(shù)等將成為中國(guó)摩托車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靠攏的主要措施與技術(shù)手段。 1.3 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容及擬解決的主要問題 1.3.1 基本內(nèi)容 我國(guó)在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)方面，尤其是電控點(diǎn)火技術(shù)方面與發(fā)達(dá)國(guó)家有著比較大的差距，特別是在生產(chǎn)應(yīng)用方面。而目前，隨著各國(guó)對(duì)排放法規(guī)的進(jìn)一步要求，國(guó)際上汽車、摩托車領(lǐng)域的激烈競(jìng)爭(zhēng)，使得我們迫切需要改進(jìn)傳統(tǒng)的點(diǎn)火技術(shù)。 本文就是通過軟件與硬件的結(jié)合，研制了一套單缸四行程汽油機(jī)點(diǎn)火計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，并對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)的原理進(jìn)行了分析，確定了控制策略。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，ECU不斷地采集發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、冷卻水溫度等信號(hào)，并根據(jù)存儲(chǔ)器中的有關(guān)程序與數(shù)據(jù)，確定出該工況下最佳點(diǎn)火提前角和初級(jí)電路的最佳導(dǎo)通時(shí)間，并以此向點(diǎn)火控制模塊發(fā)出指令。點(diǎn)火控制模塊根據(jù)ECU的點(diǎn)火指令，控制點(diǎn)火線圈初級(jí)回路的導(dǎo)通和截止。此外，在帶有爆震傳感器的點(diǎn)火提前角閉環(huán)控制中，ECU還可根據(jù)爆震傳感器的輸入信號(hào)來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震程度，并將點(diǎn)火提前角控制在爆震界限的范圍內(nèi)，使發(fā)動(dòng)機(jī)能獲得最佳的燃燒。 1.3.2 解決的主要問題 1、硬件方面 （1）計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式：目前主要的實(shí)現(xiàn)方式有通用單片機(jī)（MCS-51等）、PIC單片機(jī)和通用可編程DSP芯片等其他大規(guī)模數(shù)字芯片，需要根據(jù)控制目標(biāo)選擇適當(dāng)?shù)姆绞健? （2）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與位置傳感器選擇：電磁感應(yīng)式、霍爾效應(yīng)式、光電感應(yīng)式傳感器各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要搭成電路綜合比較后才能確定使用哪個(gè)。 2、軟件方面 （1）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)定算法：轉(zhuǎn)速測(cè)定有測(cè)頻法和測(cè)周法兩種法案，需要根據(jù)本發(fā)動(dòng)機(jī)的具體情況進(jìn)行分析好確定。 （2）點(diǎn)火提前角控制：實(shí)際點(diǎn)火提前角=初始點(diǎn)火提前角+基本點(diǎn)火提前角+修正點(diǎn)火提前角，需要制定一種控制策略來逐個(gè)確定各項(xiàng)值，從而最終求出實(shí)際點(diǎn)火提前角。 3、計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的程序測(cè)試 為了驗(yàn)證該點(diǎn)火系統(tǒng)的可行性和實(shí)用性，需要對(duì)相關(guān)程序進(jìn)行測(cè)試及優(yōu)化。 第2章 計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的理論分析及總體設(shè)計(jì) 2.1 點(diǎn)火提前角的提出及對(duì)汽油機(jī)工作的影響 2.1.1 點(diǎn)火提前角的提出 點(diǎn)火時(shí)刻B C D 曲軸轉(zhuǎn)角 汽缸壓力 B C D A 在氣缸中，從火花塞開始跳火到著火燃燒是需要一定時(shí)間的。為了使汽油機(jī)能夠具有較好的性能，點(diǎn)火就不能在壓縮終了時(shí)刻進(jìn)行，而必須有一定的提前，即點(diǎn)火必須在最佳時(shí)刻進(jìn)行。點(diǎn)火的時(shí)刻便是用點(diǎn)火提前角來表示的，它是指從火花塞電極間跳火開始，到活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)時(shí)的這一段時(shí)間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度[4]。點(diǎn)火提前角的大小直接影響到氣缸內(nèi)最高燃燒壓力到達(dá)的時(shí)刻，如圖2.1所示。 圖2.1 汽缸壓力與點(diǎn)火時(shí)刻的關(guān)系 而點(diǎn)火時(shí)刻，對(duì)汽油機(jī)的功率及經(jīng)濟(jì)性有著重大的影響。若最高燃燒壓力點(diǎn)到達(dá)過早即點(diǎn)火提前角大，則混合氣必然早點(diǎn)火，經(jīng)過滯燃期后，壓力上升線的主要部分處于上止點(diǎn)前，而此時(shí)氣缸內(nèi)處于壓縮過程，由于其容積不斷地縮小使得氣缸內(nèi)的壓力升高率較大，最高壓力值也較高，如圖中B線所示。從而導(dǎo)致壓縮過程負(fù)功的增長(zhǎng);汽油機(jī)各傳力零部件承受載荷增加;缸內(nèi)混合氣的溫度、壓力的增高，最后燃燒的那些混合氣產(chǎn)生爆震的傾向也在增加。反之，若最高燃燒壓力點(diǎn)到達(dá)過遲，則燃燒產(chǎn)物的膨脹比將減小，并使排氣溫度較高，同時(shí)相應(yīng)燃燒高溫時(shí)期的傳熱表面增加，造成較大的熱損失，如圖中D線所示。而所謂的最佳點(diǎn)火提前角，就是當(dāng)氣缸內(nèi)的燃燒壓力升高率為170~240Kpa/℃，而最高壓力點(diǎn)出現(xiàn)在上止點(diǎn)后10°~15°曲軸轉(zhuǎn)角。此時(shí)汽油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性均良好。由于各工況的滯燃期不相同，對(duì)于汽油機(jī)的每一工況都對(duì)應(yīng)存在一個(gè)最佳點(diǎn)火提前角。為了達(dá)到這一最佳狀態(tài)，汽油機(jī)通過對(duì)點(diǎn)火提前角的調(diào)控來達(dá)到目的。 2.1.2 點(diǎn)火提前角對(duì)汽油機(jī)工作的影響 1、對(duì)功率的影響 針對(duì)每一個(gè)固定的工況，即固定的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，由于最佳點(diǎn)火提前角在節(jié)氣門開度不變時(shí)，各個(gè)轉(zhuǎn)速的滯燃期均變化不大。但隨轉(zhuǎn)速的上升，相同滯燃期所占的曲軸轉(zhuǎn)角呈正比增加，所以，高轉(zhuǎn)速下的著火落后角將顯著加大。要保證最大燃燒壓力點(diǎn)相位大致不變，必定要加大點(diǎn)火提前角。隨著點(diǎn)火提前角的增大，功率先期呈增加狀態(tài)，達(dá)到最大值后下降。在轉(zhuǎn)速不變的情況下，當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，意味著節(jié)氣門開度的減小，每循環(huán)燃燒的混合氣數(shù)量也減少。再加上缸內(nèi)殘余廢氣所占的比例相對(duì)增大，對(duì)進(jìn)入的混合氣起到稀釋作用，氣缸壁與燃燒室壁面溫度的下降等諸多因素則使滯燃期加長(zhǎng)，必須相應(yīng)使點(diǎn)火提前增大。當(dāng)最高壓力點(diǎn)出現(xiàn)在上止點(diǎn)后10°~15°曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)，平均有效壓力達(dá)到最大值[5]。 2、對(duì)油耗的影響 過量空氣系數(shù)λ ge/[g/kW·h] 汽油機(jī)的油耗與燃燒室的形式、發(fā)動(dòng)機(jī)工況、過量空氣系數(shù)λ及點(diǎn)火提前角等均有關(guān)。如圖2.2所示，在部分負(fù)荷，轉(zhuǎn)速為2000r/min時(shí)，若過量空氣系數(shù)λ>1.07時(shí)，隨著點(diǎn)火提前角的增大，油耗不斷下降；而當(dāng)λ<1.07時(shí)，點(diǎn)火提前角為30度時(shí)的油耗最低，在其它條件相同的情況下，最低油耗和最佳扭矩大體出現(xiàn)在相同的點(diǎn)火提前角[5]。 圖2.2 燃油消耗率ge與點(diǎn)火提前角 3、對(duì)排放的影響 （1）對(duì)HC排放的影響 在以預(yù)制均勻混合氣進(jìn)行燃燒的汽油機(jī)中，HC是一種不完全燃燒的產(chǎn)物，與過量空氣系數(shù)λ有密切關(guān)系，但即使在λ>1的條件下，往往也會(huì)產(chǎn)生很高的HC排放，這是因?yàn)镠C還有著淬熄和吸附等其它生成原因。 在均質(zhì)混合氣汽油機(jī)的過量空氣系數(shù)范圍內(nèi)，點(diǎn)火提前角增大時(shí)，HC排放則隨之增大，且?guī)缀醭删€性關(guān)系。隨著點(diǎn)火提前角的減小，HC排放也有所降低，因?yàn)辄c(diǎn)火提前角的減小導(dǎo)致后燃的加重和排氣溫度的上升，使得在排氣行程以及排氣管中HC氧化反應(yīng)加速，最終使排出HC量減少。 （2）對(duì)NOx排放的影響 發(fā)動(dòng)機(jī)中NOx的生成有三種途徑:高溫NOx，激發(fā)NOx和燃料NOx。在汽油機(jī)中激發(fā)NOx所占比率很小。而且，在內(nèi)燃機(jī)的常規(guī)燃料中，汽油基本不合氮。所以，發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生NOx的途徑中，高溫NOx是主要來源。 在足夠的氧濃度條件下，溫度越高，反應(yīng)速度越快，NOx的生成量也就越大。隨著點(diǎn)火提前角小于由動(dòng)力性確定的最佳值，燃燒等容度的降低，最終使最高燃燒溫度隨著點(diǎn)火的延遲而呈直線下降，導(dǎo)致NOx排放的減少。其次NOx在整個(gè)過量空氣系數(shù)范圍內(nèi)，均隨著點(diǎn)火提前角的增大而增大，這也正是燃燒最高溫度的增加所致。 （3）對(duì)CO排放的影響 在全負(fù)荷工況的過量空氣系數(shù)范圍內(nèi)，即λ< 0.95時(shí)，點(diǎn)火提前角的增大使CO排放略有增加，而當(dāng)λ> 0.95 時(shí)，點(diǎn)火提前角對(duì)CO排放幾乎沒有影響。 可見，點(diǎn)火提前角越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的排放越惡化，由于CO排放幾乎與點(diǎn)火提前角無關(guān)。因而可以來用推遲點(diǎn)火的方法來減少HC和NOx排放。但大量研究證明，推遲點(diǎn)火則使發(fā)動(dòng)機(jī)的熱力循環(huán)的等容度減小，最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性惡化[5] ~[7]。 綜上所述，點(diǎn)火提前角無論對(duì)功率、油耗還是排放都有相當(dāng)?shù)挠绊?，而這些因素本身又相互影響。同時(shí)，影響點(diǎn)火提前角的因素又有很多，如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、汽油辛烷值、進(jìn)氣壓力、冷卻水溫等。所以，如何控制點(diǎn)火提前角至最佳值是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械式點(diǎn)火提前角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有很大的局限性，很難完成這項(xiàng)工作，而本文所介紹的計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)可以充分發(fā)揮軟件的強(qiáng)大功能，精確的控制點(diǎn)火提前角，將使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種轉(zhuǎn)速內(nèi)較準(zhǔn)確的達(dá)到最佳工作狀態(tài)。 2.2 硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 2.2.1 對(duì)計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求 該系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到以下要求： （1） 可靠性高:這是對(duì)控制系統(tǒng)的最基本要求。無論是最簡(jiǎn)單的單回路控制電路，還是擁有強(qiáng)大功能的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可靠性一直是首要的衡量指標(biāo)，這是由被控制對(duì)象的連續(xù)操作運(yùn)行的特性和工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的惡劣性所決定的。 （2）可擴(kuò)展性好:ECU控制系統(tǒng)可以控制多種不同的信號(hào)，處理不同的過程參數(shù)。各種被控制信號(hào)及被控參數(shù)要求各異，同時(shí)設(shè)備的型號(hào)常會(huì)更新變換，這就要求控制系統(tǒng)能適應(yīng)不同設(shè)備和各種不同的控制對(duì)象的要求，而系統(tǒng)本身作局部調(diào)整即可。欲使控制系統(tǒng)達(dá)到這樣的要求，就必須要求系統(tǒng)部件是標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的。 （3）環(huán)境適應(yīng)性好:在惡劣的工業(yè)環(huán)境下，最常遇到的問題是粉塵、輻射、高溫以及各種強(qiáng)烈電氣干擾。對(duì)于一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合，系統(tǒng)還需有防震、防潮、抗沖擊等要求。 2.2.2 硬件系統(tǒng)的基本組成 計(jì)算機(jī)控制電點(diǎn)火系統(tǒng)的基本組成可分為三部分:傳感器部分、控制器部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。 （1）傳感器 傳感器的作用是把代表發(fā)動(dòng)機(jī)工況、狀態(tài)變化的物理參數(shù)變成電信號(hào)，輸送給控制器。一般用于點(diǎn)火系統(tǒng)的傳感器有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、缸體溫傳感器、爆燃傳感器以及蓄電池電壓和空調(diào)開關(guān)等。 （2）電子控制單元 電子控制單元(ECU)的作用是將傳感器送入的電信號(hào)進(jìn)行綜合處理，然后輸出最佳點(diǎn)火提前角控制信號(hào)。ECU是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，在其存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)著混合氣空燃比的脈譜特性、點(diǎn)火角度的脈譜特性及多種修正參數(shù)。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，控制單元接收來自各個(gè)傳感器的信號(hào)，經(jīng)計(jì)算處理后向執(zhí)行機(jī)構(gòu)——點(diǎn)火器等發(fā)出點(diǎn)火指令。 圖2.3為點(diǎn)火提前角電腦控制框圖。 電子控制單元各部分的功能簡(jiǎn)介如下: 運(yùn)算器：用于對(duì)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。 控制器：按人們事先編排的程序發(fā)出工作程序控制脈沖控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各部自動(dòng)協(xié)調(diào)工作。 寄存器：用于暫時(shí)存儲(chǔ)運(yùn)算器的中間運(yùn)算數(shù)據(jù) ① ROM——只讀存儲(chǔ)器:用于存儲(chǔ)一些固定的信息，工作時(shí)只供讀取，電源切斷時(shí)其內(nèi)部的信息也不會(huì)消失。 ② RAM——隨機(jī)存儲(chǔ)器:工作時(shí)隨時(shí)可存入或讀取信息，電源切斷后，信息隨即消失。 輸入/輸出接口:它是CPU與外部傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的紐帶，在CPU與外圍設(shè)備之間起著數(shù)據(jù)的緩沖、電平和時(shí)序的匹配等多種作用。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器:它是將傳感器的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)讀的數(shù)字信號(hào)。傳感器的信號(hào)有模擬信號(hào)和脈沖信號(hào)兩種，模擬信號(hào)是一個(gè)連續(xù)變化的電量，往往用信號(hào)電壓的幅值來表示信息的量值。如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由模擬信號(hào)控制的，那么CPU輸出的控制信號(hào)須經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換才能對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)起作用。 轉(zhuǎn)速傳感器 爆震傳感器 節(jié)氣門開度傳感器 水溫傳感器 接口 A/D 轉(zhuǎn)換 CPU 點(diǎn)火控制模塊 火花塞 接口 RAM ROM 點(diǎn)火線圈 圖2.3 點(diǎn)火提前角電腦控制框圖 （3）執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電子控制點(diǎn)火執(zhí)行器的作用是按照ECU輸出的控制信號(hào)動(dòng)作，把控制系統(tǒng)參數(shù)迅速調(diào)整到設(shè)定值，使控制系統(tǒng)裝置工作在被設(shè)定狀態(tài).計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的執(zhí)行器主要有點(diǎn)火控制器(簡(jiǎn)稱點(diǎn)火器，或稱點(diǎn)火功率放大器)、點(diǎn)火線圈、火花塞等。點(diǎn)火控制器的功能主要是進(jìn)行功率放大，即依照ECU輸來的方波信號(hào)，控制初級(jí)電流的通斷。因?yàn)镋CU進(jìn)行大電流的輸出有困難，所以有必要依靠點(diǎn)火控制器完成功率放大任務(wù)。另外，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)等工況下，傳感器信號(hào)將經(jīng)過ECU的后備集成電路提供給點(diǎn)火控制器，由點(diǎn)火控制器單獨(dú)對(duì)初級(jí)電流進(jìn)行控制，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)順利起動(dòng)，此時(shí)點(diǎn)火提前角固定不變。此外，點(diǎn)火控制器還根據(jù)點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組的自感電動(dòng)勢(shì)向ECU反饋點(diǎn)火系統(tǒng)的工作狀況信號(hào)，以便ECU進(jìn)行故障檢測(cè)和故障自診斷。點(diǎn)火線圈和火花塞的作用同普通電子點(diǎn)火系統(tǒng)。 2.3 軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)將軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)分為四個(gè)部分，即軟件的需求分析、軟件的設(shè)計(jì)過程、軟件的編制過程、軟件的測(cè)試過程。 2.3.1 軟件的需求分析 需求分析是把本次畢業(yè)設(shè)計(jì)即單缸四沖程汽油機(jī)點(diǎn)火計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)信息和硬件資源加以分析、提煉，最后從功能和性能上加以描述。采用“自頂向下逐層分解”的方式，把復(fù)雜的點(diǎn)火控制系統(tǒng)進(jìn)行合理的逐層分解，直至每個(gè)點(diǎn)火子系統(tǒng)能被簡(jiǎn)單、清楚地表達(dá)和理解為止。 2.3.2 軟件的設(shè)計(jì)過程 軟件設(shè)計(jì)就是把點(diǎn)火控制過程中的需求變換成軟件的具體設(shè)計(jì)方案的過程。結(jié)構(gòu)化模塊設(shè)計(jì)是根據(jù)需求分析導(dǎo)出軟件模塊，得到軟件模塊結(jié)構(gòu)，包括模塊之間的接口定義。軟件設(shè)計(jì)的成果即軟件設(shè)計(jì)說明書，它主要包括兩部分內(nèi)容：一是模塊結(jié)構(gòu)圖（指點(diǎn)火控制系統(tǒng)有哪些模塊組成），二是模塊的功能說明（指系統(tǒng)中每個(gè)模塊的輸入，輸出及模塊的功能）。 2.3.3 軟件的編制過程 點(diǎn)火控制軟件編制是在軟件設(shè)計(jì)和硬件資源（主要包括ROM、RAM、定時(shí)計(jì)器/數(shù)器、中斷源、I/O口等）合理分配的基礎(chǔ)上，由程序設(shè)計(jì)語言把模塊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接受的形式，即具體的充放電程序編譯[8]。 2.3.4 軟件的測(cè)試過程 軟件測(cè)試是保證軟件質(zhì)量的關(guān)鍵，它是對(duì)點(diǎn)火控制需求分析、設(shè)計(jì)和編碼的最后復(fù)審。軟件測(cè)試、糾錯(cuò)和軟件的可靠性三者密不可分。測(cè)試是企圖發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤；糾錯(cuò)是診斷已發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤，并且改正這些錯(cuò)誤；可靠性是衡量測(cè)試于糾錯(cuò)結(jié)果的基準(zhǔn)。一系列全面的測(cè)試是確保點(diǎn)火控制程序在運(yùn)行過程中保持高穩(wěn)定性的有效途徑。 2.4 本章小結(jié) 本章首先介紹了點(diǎn)火提前角的概念，及其對(duì)汽油機(jī)工作的各方面影響。然后介紹了計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的硬件組成。最后通過軟件開發(fā)的四個(gè)階段對(duì)軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的介紹。 第3章 計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3.1 微控制器的類型選擇 3.1.1 51系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 MCS-51單片機(jī)是美國(guó)Intel公司于1980年推出的產(chǎn)品，其典型產(chǎn)品有8031、8051和8751等通用產(chǎn)品。一直到現(xiàn)在，MCS-51內(nèi)核系列兼容的單片機(jī)仍然是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍以MCS-51單片機(jī)作為代表進(jìn)行理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)[9]。 振蕩器和時(shí)序OSC 89C51 CPU 程序存儲(chǔ)器 4KB Flash ROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256B RAM 2x16位定時(shí)計(jì)數(shù)器/計(jì)數(shù)器 64KB總線擴(kuò)展控制器 可編程I/O 可編程全雙工串行口 P0 P1 P2 P3 地址/數(shù)據(jù) 控制 外中斷 內(nèi)中斷 DBUS 外部事件計(jì)數(shù)器 圖3.1 89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 有些文獻(xiàn)甚至也將8051泛指MCS-51系列單片機(jī)，8051是早期的典型的代表作，由于MCS-51單片機(jī)的影響極深遠(yuǎn)，許多公司都推出了兼容系列單片機(jī)，即MCS-51內(nèi)核實(shí)際上已經(jīng)成為一個(gè)8位單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。圖3.1為51系列中最具代表性的89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖。 3.1.2 Freescale系列微控制器簡(jiǎn)介 飛思卡爾的MC9S12DG128B單片機(jī)是68HC12系列單片機(jī)的一個(gè)產(chǎn)品。68HC12系列單片機(jī)是68HC11單片機(jī)的代替產(chǎn)品。68CH11單片機(jī)自80年代后期以來，在汽車電子、通訊、計(jì)算機(jī)外設(shè)、工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，十余年來，以發(fā)展到十余個(gè)系列，幾十個(gè)品種，年產(chǎn)量上億片。68HC12與68HC11的指令在源碼級(jí)兼容。68HC12比起68HC11來，在總線速度2-3MHZ提高到8MHZ。增加了一些新的指令，特別是用于模糊邏輯運(yùn)算與模糊控制的指令。68HC12的基本尋址空間仍為64KB，但可以采用自動(dòng)分頁的方式擴(kuò)展應(yīng)用程序到256KB甚至更多。這樣做的好處是指令代碼短，程序代碼效率高。如圖2.5為MC9S12DG128B開發(fā)板實(shí)物。 圖3.2 MC9S12DG128B開發(fā)板實(shí)物 MC9S12DG128B系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大致可以分為MCU核心和MCU外設(shè)兩部分，對(duì)應(yīng)圖3.2中的左右兩半邊。 （1）MCU核心 該部分包括MCU的的三種內(nèi)存（FLASH、RAM、EEPROM）；多電壓調(diào)整器，包括數(shù)字電路和模擬電路電源電壓；具有單線背景調(diào)試接口（BDM）和運(yùn)行監(jiān)視功能的增強(qiáng)S12CPU；程序內(nèi)存的頁面模式控制；具有終端識(shí)別、讀寫控制、工作模式等控制功能的系統(tǒng)綜合模塊（SIM）；可用于系統(tǒng)擴(kuò)展的分時(shí)復(fù)用總線端口，其中A口和B口可作為外擴(kuò)內(nèi)存或接口電路的分時(shí)復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線，E口的部分口可作為控制總線。 （2）MCU外設(shè) S12外設(shè)部分包括：A/D轉(zhuǎn)換器（ATD0、ATD1），增強(qiáng)型定時(shí)與捕捉模塊（ECT），串行接口SPI、I2C。CAN、Byteflight等接口是許多微控制器所沒有的[10]。 圖3.3 MC9S12DG128系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3.1.3 PIC16F876X系列單片機(jī)簡(jiǎn)介 目前PIC16F876X系列單片機(jī)應(yīng)用范圍非常廣泛，國(guó)內(nèi)有眾多的仿真器支持該系列單片機(jī)，大多數(shù)的終端產(chǎn)品公司也大量應(yīng)用PIC系列單片機(jī)作為產(chǎn)品的開發(fā)，由于一些知名的軟件開發(fā)商開發(fā)出比較可靠的面向PIC系列的編譯器和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的支持下可開發(fā)出可靠性能高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的較大型程序代碼，使得PIC系列單片機(jī)在國(guó)內(nèi)成為開發(fā)中小嵌入式系統(tǒng)的主選單片機(jī)之一。 PIC單片機(jī)的特點(diǎn)如下： （1）PIC單片機(jī)采用精簡(jiǎn)指令集(RISC)的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，它只有35個(gè)匯編指令，且每一條字長(zhǎng)都固定為14位長(zhǎng)。采用指令總線和數(shù)據(jù)總線分開的哈佛(Harvard)雙總線結(jié)構(gòu)，避免了瓶頸現(xiàn)象，且允許指令碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用C工SC結(jié)構(gòu)的8位單片機(jī)相比，可以達(dá)到2:1的代碼壓縮，速度提高4倍。它的CPU分別使用不同字長(zhǎng)的總線讀取程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及堆棧，所以它的程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及堆?？梢造`活設(shè)計(jì)。 （2）運(yùn)算速度。可采用0~20MHZ晶振。一般來講其運(yùn)算速度是8051單片機(jī)的4倍。因?yàn)橹噶钪芷跁r(shí)間大多是以工作振蕩頻率為基礎(chǔ)的，再予以分頻得到。以標(biāo)準(zhǔn)的8051單片機(jī)來講，它是將工作振蕩頻率除以12所得，而PIC單片機(jī)則是除以4后所得。 （3）兩級(jí)指令流水線結(jié)構(gòu)。由于PIC系列單片機(jī)采用了指令空間和數(shù)據(jù)空間分開的哈佛結(jié)構(gòu)，用了兩種位數(shù)不同的總線。因此，取指令和取數(shù)據(jù)有可能同時(shí)交疊進(jìn)行，所以在PIC系列微控制器中取指令和執(zhí)行指令就采用指令流水線結(jié)構(gòu)。 （4）徹底的保密技術(shù)。PIC可提供三級(jí)加密及OPT永久不可逆加密，給用戶應(yīng)用軟件提供高可靠的保密措施。它以保密熔絲來保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復(fù)熔絲。目前，PIC采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。。當(dāng)?shù)谝粭l指令被取出后，隨即進(jìn)入執(zhí)行階段，這時(shí)可能會(huì)從某寄存器取數(shù)而送至另一寄存器，或從一端口向寄存器傳送數(shù)等，但數(shù)據(jù)不會(huì)流經(jīng)程序總線，而只是在數(shù)據(jù)總線中流動(dòng)，因此，在這段時(shí)間內(nèi)，程序總線有空，可以同時(shí)取出第二條指令。 （5）上電延時(shí)器保障VDD穩(wěn)定建立。振蕩定時(shí)器保障振蕩穩(wěn)定建立。掉電復(fù)位鎖定，即當(dāng)芯片電源電壓下降到某一值以下時(shí)，使芯片保持復(fù)位，當(dāng)電源電壓恢復(fù)正常后，芯片恢復(fù)運(yùn)行。 （6）配有中斷處理器和定時(shí)控制器，可以很方便地構(gòu)成一個(gè)小規(guī)模系統(tǒng)。 （7）PIC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還體現(xiàn)在寄存器組上，如寄存器I/O口、定時(shí)器和程序寄存器等都是采用了RAM結(jié)構(gòu)形式，而且都只需要一個(gè)周期就可以完成訪問和操作。而其它單片機(jī)常需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。 3.1.4 各項(xiàng)性能參數(shù)比較及類型選則 下面就89C51單片機(jī)、MC9S12DG128B單片機(jī)與PIC16F8767系列單片機(jī)的幾項(xiàng)參數(shù)作了如下比較，如表3.1所示。 表3.1 兩款單片機(jī)性能對(duì)比 89C51單片機(jī) MC9S12DG128單片機(jī) PIC76F876A單片機(jī) 程序存儲(chǔ)器寫入方式 只支持并行寫入，同時(shí)需要VPP燒寫高壓 使用BDM工具將應(yīng)用程序燒入FALSH FALSH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 抗干擾性 外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路 很強(qiáng) 較強(qiáng) 燒寫壽命 <=1000次 <=100000次 <=1000000次 編程語言 匯編語言 匯編語言及C語言 匯編語言 引腳數(shù)目 40 128 40 功能寄存器數(shù)目 較少 較多 較少 封裝類型 插針式 貼片式 貼片式 市場(chǎng)價(jià)格 較便宜 較貴 較便宜 通過這三款單片機(jī)性能參數(shù)的對(duì)比表格，我們可以發(fā)現(xiàn)89C51單片機(jī)和PIC76F876A單片機(jī)雖然具有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，但其他性能不如MC9S12DG128B單片機(jī)。此外，根據(jù)我們對(duì)該點(diǎn)火系統(tǒng)的可靠性高、擴(kuò)展性好及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的要求，在本設(shè)計(jì)中選用了飛思卡爾MC9S12DG128B單片機(jī)。 3.2 傳感器的選擇 3.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及曲軸位置傳感器 本系統(tǒng)選擇光電式傳感器作為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及曲軸位置傳感器。它安裝在凸輪軸附近，由信號(hào)發(fā)生器和帶齒的信號(hào)盤組成。信號(hào)盤安裝在凸輪軸上，其應(yīng)有45個(gè)齒但缺2個(gè)齒，較小的齒隙用以產(chǎn)生Ne轉(zhuǎn)速信號(hào)，缺齒部分用以產(chǎn)生點(diǎn)火基準(zhǔn)位置信號(hào)即汽缸上止點(diǎn)基準(zhǔn)的G信號(hào)。 信號(hào)發(fā)生器被安裝在機(jī)體上，主要由發(fā)光二極管、光敏二極管和信號(hào)放大電路等組成。發(fā)光二極管正對(duì)著光敏二極管，且以光敏二極管為照射目標(biāo)。隨著凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，信號(hào)盤不斷地對(duì)光敏二極管進(jìn)行透光和遮光的交替變化，信號(hào)發(fā)生器便不斷輸出表征曲軸位置(或角度)的脈沖信號(hào)。 當(dāng)發(fā)光二極管的光束照射到光敏二極管時(shí)，光敏二極管立即感光并產(chǎn)生電壓;當(dāng)發(fā)光二極管的光束被遮擋時(shí)，光敏二極管不產(chǎn)生電壓。將此電壓信號(hào)送至電子電路進(jìn)行放大、整形后，即向電控制單元(ECU)輸送Ne信號(hào)和上止點(diǎn)基準(zhǔn)G信號(hào)。因?yàn)樾盘?hào)發(fā)生器安裝位置的關(guān)系，上止點(diǎn)基準(zhǔn)信號(hào)是在活塞行至上止點(diǎn)前60°時(shí)輸出的。亦即發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸每轉(zhuǎn)1圈，則Ne信號(hào)發(fā)生器輸出43個(gè)脈沖，每個(gè)脈沖周期高電位對(duì)應(yīng)8°，低電位亦對(duì)應(yīng)8°，共表征曲軸轉(zhuǎn)角720°;與此同時(shí)，上止點(diǎn)基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器在各缸壓縮上止點(diǎn)前60°產(chǎn)生一個(gè)脈沖。 3.2.2 進(jìn)氣壓力傳感器 進(jìn)氣壓力傳感器能跟據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)測(cè)出進(jìn)氣歧管內(nèi)絕對(duì)壓力的變化。并轉(zhuǎn)化成壓力信號(hào)輸送到電控單元ECU，作為決定點(diǎn)火提前角的依據(jù)之一。 本系統(tǒng)選用半導(dǎo)體應(yīng)片式進(jìn)氣壓力傳感器，其具有尺寸小、精度高、響應(yīng)快和再現(xiàn)性、抗震性較好等優(yōu)點(diǎn)。該傳感器由壓力轉(zhuǎn)換元件和放大電路組成。壓力轉(zhuǎn)換元件是利用半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)制成的硅膜片，其一面是真空室，另一面導(dǎo)入進(jìn)氣歧管壓力。如圖3.4所示，膜片為3mm的正方形，其中部經(jīng)光刻腐蝕形成直徑約2mm，厚為0.05mm的薄膜，薄膜周圍有四個(gè)應(yīng)變電阻，以惠斯頓電橋方式連接。 A VB （電源） VO （輸出） GND （搭鐵） R1 R2 R3 R4 圖3.4 半導(dǎo)體應(yīng)片式進(jìn)氣壓力傳感器示意電路 由于薄膜一側(cè)是真空室，因此薄膜的另一側(cè)即進(jìn)氣歧管的壓力越高，硅膜片的變形也越大，其應(yīng)變與壓力成正比，隨著在薄膜上的應(yīng)變電阻的阻值隨應(yīng)變成正比的變化，這樣就可利用惠斯頓電橋?qū)⒐枘て淖冃巫兂呻娦盘?hào)輸出。 3.2.3 溫度傳感器 溫度傳感器一般是通過其溫度感應(yīng)元件將被測(cè)對(duì)象溫度的變化轉(zhuǎn)化為電阻值的變化，并最終轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷夯螂娏餍盘?hào)向電控制單元ECU輸出。汽車電子控制系統(tǒng)中使用的溫度傳感器有多種形式，根據(jù)其結(jié)構(gòu)與工作原理分為熱敏式電阻式、線繞式、半導(dǎo)體擴(kuò)散電阻式、半導(dǎo)體晶體管式、金屬芯式和熱電偶式等，目前使用最多的是熱敏式電阻型溫度傳感器。 這種溫度傳感器的測(cè)量元件是一個(gè)高由金屬氧化物混合晶體構(gòu)成的電阻器。該傳感器是利用半導(dǎo)體材料的電阻隨著溫度的變化而改變的特性制成的。熱敏式電阻可分為NTC(負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻)、PTC(正溫度系數(shù)熱敏電阻)和CTR(電阻突變的熱敏電阻)三種，其中NTC較為常見。 3.2.4 爆震傳感器 在發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的爆震傳感器一般采用測(cè)機(jī)體振動(dòng)原理來工作的。在機(jī)體或缸蓋上合適的位置安裝振動(dòng)(加速度)傳感器，對(duì)爆震壓力波引起的機(jī)體振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)傳感器和信號(hào)處理識(shí)別系統(tǒng)調(diào)整其振動(dòng)頻帶，使能覆蓋發(fā)動(dòng)機(jī)爆震時(shí)振動(dòng)的頻率，并在爆震時(shí)發(fā)生振動(dòng)，給出相應(yīng)的信號(hào)輸出。本方法的優(yōu)點(diǎn)是無需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行多大加工就可以測(cè)得爆震信號(hào)，傳感器成本低，測(cè)量系統(tǒng)維修方便，適合大量生產(chǎn)，測(cè)量精度比測(cè)燃燒噪聲高，因而目前應(yīng)用最廣泛，國(guó)外生產(chǎn)的轎車發(fā)動(dòng)機(jī)大都裝備有這種測(cè)量系統(tǒng)。缺點(diǎn)是高轉(zhuǎn)速時(shí)信噪比低，難以分辨各缸的爆震，測(cè)量結(jié)果不能在不同發(fā)動(dòng)機(jī)間進(jìn)行比較，且機(jī)體振動(dòng)也是爆震燃燒的間接信號(hào)，測(cè)量的靈敏度不夠高，測(cè)量結(jié)果也無法體現(xiàn)缸內(nèi)壓力振蕩的真實(shí)情況。爆震傳感器的安裝位置如圖3.5所示。 爆震傳感器 信號(hào)線 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體 信號(hào)采集 傳感器外殼與機(jī)體絕緣 圖3.5 爆震傳感器的安裝位置示意圖 爆震傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的工作原理是：爆震傳感器安放在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體或氣缸的不同位置，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上產(chǎn)生一定量值的沖擊振動(dòng)，爆震傳感器中的壓電單元將會(huì)在對(duì)應(yīng)的頻率處產(chǎn)生相應(yīng)的沖擊峰值，爆震越大，爆震傳感器產(chǎn)生的主峰值就越大。爆震傳感器通常工作在5~18 kHz的頻率范圍。 另外爆震測(cè)量分直接測(cè)量與間接測(cè)量。直接測(cè)量是在每個(gè)氣缸內(nèi)安裝壓力傳感器，測(cè)量氣缸壓力變化，該方法最直接，但成本高昂。間接測(cè)量是采用壓電振動(dòng)傳感器，測(cè)量缸體的振動(dòng)，該方法簡(jiǎn)單，傳感器便宜且安裝方便。考慮到傳感器的安裝、成本控制等方面的問題，本試驗(yàn)采用間接測(cè)量法利用壓電式爆震傳感器測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的分析，本設(shè)計(jì)選用SIEMENS VDO 23460-12900爆震傳感器。 3.3 光耦合隔離保護(hù)電路 ECU信號(hào)輸入 VCC VCC 330Ω 10KΩ H301 10KΩ 點(diǎn)火信號(hào)輸出 2 3 8 42 1 LM393N 圖3.6 光耦合隔離保護(hù)電路 在計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電控單元ECU不斷向點(diǎn)火器發(fā)出點(diǎn)火指令，經(jīng)過功率放大后，驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火線圈工作。為防止點(diǎn)火模塊控制電壓突變燒毀電控單元，需要在它與點(diǎn)火器之間加入光耦合隔離電路，來對(duì)點(diǎn)火指令進(jìn)行隔離，以保護(hù)其不被損壞。在本系統(tǒng)中選用了光耦隔離器H301與運(yùn)算放大器LM393N作為光耦合隔離保護(hù)電路主要組部件，圖3.6為光耦合隔離保護(hù)電路圖。 3.4 本章小結(jié) 本章主要介紹計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。首先，在充分考慮到對(duì)本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，通過對(duì)兩種微控制器性能參數(shù)的比較，選定MC9S12DG128B單片機(jī)作為本次設(shè)計(jì)的控制核心。然后又對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及曲軸位置傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、溫度傳感器和爆震傳感器進(jìn)行了選型。最后詳細(xì)說明了光耦合隔離保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。 第4章 計(jì)算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的控制內(nèi)容及其實(shí)現(xiàn) 4.1 點(diǎn)火提前角的控制 4.1.1 點(diǎn)火提前角的控制方式 在單片機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)中，單片機(jī)對(duì)點(diǎn)火正時(shí)的控制方式有開環(huán)控制與閉環(huán)控制兩大類。開環(huán)控制按照預(yù)先制定的脈譜來工作，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)和系統(tǒng)響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，其控制精度依賴于控制脈譜圖的測(cè)量精度;在開環(huán)控制的基礎(chǔ)上增加反饋回路可形成閉環(huán)控制，閉環(huán)控制能夠自動(dòng)修正被控量與設(shè)定值之間的偏差，其控制精度較高。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化時(shí)，由于開環(huán)控制無需進(jìn)行尋優(yōu)調(diào)節(jié)過程，可直接做出控制決策，因而這種方式對(duì)于工況不斷快速變化的車用發(fā)動(dòng)機(jī)尤為適用。在實(shí)際應(yīng)用中，一般都是開環(huán)與閉環(huán)并用的混合控制方式，而且往往還配有點(diǎn)火提前角的最大值與最小值限制控制，以防止點(diǎn)火提前角失常。 （1）開環(huán)控制 在控制系統(tǒng)中，若系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用沒有影響，則叫開環(huán)控制。開環(huán)控制的基本點(diǎn)火提前是靠預(yù)先在臺(tái)架上用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得的數(shù)據(jù)來確定的。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷劃分為若干個(gè)小區(qū)，構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷的點(diǎn)陣。各交叉點(diǎn)代表了發(fā)動(dòng)機(jī)的特殊工況。 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)速，節(jié)氣門開度，進(jìn)氣流量等基本參量通過相關(guān)的傳感器檢測(cè)出來，并輸入微型計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)從其存儲(chǔ)器ROM中查找相應(yīng)的基本點(diǎn)火提前角。再根據(jù)冷卻液溫度等參數(shù)，對(duì)查出的點(diǎn)火提前角進(jìn)行修正，得到適應(yīng)當(dāng)前工況的最佳點(diǎn)火提前角，并存入隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM中，然后利用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)角)信號(hào)的曲軸位置信號(hào)，將最佳點(diǎn)火提前角轉(zhuǎn)換成點(diǎn)火時(shí)刻，即初級(jí)電流的切斷時(shí)刻，微機(jī)還要根據(jù)電源電壓，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等信號(hào)，從其只讀存儲(chǔ)器ROM中選取適當(dāng)當(dāng)前工況的初級(jí)電流導(dǎo)通角數(shù)據(jù)，并換算成初級(jí)電流導(dǎo)通時(shí)刻。然后以方波的形式發(fā)出指令，指揮點(diǎn)火控制器或簡(jiǎn)單的功率三極管，在所確定的時(shí)刻導(dǎo)通和切斷點(diǎn)火線圈中的初級(jí)電流，使點(diǎn)火系統(tǒng)正常工作。 （2）閉環(huán)控制 閉環(huán)控制是一種利用系統(tǒng)本身的調(diào)節(jié)功能，使系統(tǒng)輸出信號(hào)對(duì)控制產(chǎn)生直接影響，因此閉環(huán)控制也叫反饋控制.輸入信號(hào)和反饋信號(hào)之差稱為誤差信號(hào)。誤差信號(hào)加到控制器上，通過控制調(diào)節(jié)以減小系統(tǒng)的誤差，使系統(tǒng)的輸出量趨于所期望的值，亦即通過反饋?zhàn)饔靡詼p少系統(tǒng)的誤差。 在單片機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)中，閉環(huán)控制所用的反饋信息可以是發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)或氣缸的壓力信號(hào)等等，其中最常見的是發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震信息作為反饋信息，用來控制大負(fù)荷工況下的點(diǎn)火正時(shí)。在怠速等工況，則常用發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)作為反饋信息從而盡可能維護(hù)怠速時(shí)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。在中等負(fù)荷等工況，則一般采用開環(huán)控制方式，此工況下一旦發(fā)生爆震，又會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入利用爆震信號(hào)作為反饋信息的閉環(huán)控制方式。 下面以發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震信息作為反饋信息說明閉環(huán)控制: 利用發(fā)動(dòng)機(jī)爆震信號(hào)作為反饋信息的閉環(huán)控制方式中，爆震傳感器將發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震狀況反饋給ECU。一旦爆震程度超過了規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，ECU立即指令點(diǎn)火系統(tǒng)推遲點(diǎn)火當(dāng)爆震程度低于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，ECU又會(huì)將點(diǎn)火時(shí)刻提前。循環(huán)調(diào)節(jié)點(diǎn)火時(shí)刻的結(jié)果使發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于臨界爆震的工作狀態(tài)，此工作狀態(tài)與發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)狀況無關(guān)。在此工作狀態(tài)下，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得最大的動(dòng)力性能，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性能也得到一定程度的改善，污染排放也將有一定程度的下降。其控制原理如圖4.1所示。 產(chǎn)生爆震 減小點(diǎn)火提前角 不產(chǎn)生爆震 增大點(diǎn)火提前角 圖4.1 爆震時(shí)的閉環(huán)反饋控制原理圖 閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)是采用了反饋信息，因而使系統(tǒng)響應(yīng)對(duì)外界干擾和內(nèi)部系統(tǒng)參數(shù)變化很不敏感，這樣，對(duì)于給定的控制系統(tǒng)，就有可能采用不太精密的、成本低的元器件來完成精確的控制。 4.1.2 點(diǎn)火提前角控制的基本內(nèi)容 發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，微機(jī)根據(jù)各個(gè)傳感器的信號(hào)計(jì)算點(diǎn)火提前角，輸出點(diǎn)火定時(shí)信號(hào)。實(shí)際點(diǎn)火提前角包括如下幾部分:初始點(diǎn)火提前角、基本點(diǎn)火提前角、修正點(diǎn)火提前角。它們之間的關(guān)系是: Q0=Q1+Q2+Q3 （4.1） 式中：Q0—實(shí)際點(diǎn)火提前角；Q1—初始點(diǎn)火提前角； Q2—基本點(diǎn)火提前角；Q3—修正點(diǎn)火提前角。 （1）初始點(diǎn)火提前角 曲軸位置傳感器信號(hào)確定的，未經(jīng)計(jì)算機(jī)控制的點(diǎn)火提前角稱為初始點(diǎn)火提前角。初始點(diǎn)火提前角又稱為固定點(diǎn)火提前角，其值大小取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)和曲軸位置傳感器的初始位置，一般為上止點(diǎn)前6°~12°。曲軸位置傳感器信號(hào)與曲軸轉(zhuǎn)角有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，比如，某發(fā)動(dòng)機(jī)把G信號(hào)后的第一個(gè)Ne信號(hào)過零點(diǎn)作為點(diǎn)火基準(zhǔn)點(diǎn)，該信號(hào)過零點(diǎn)為活塞壓縮行程上止點(diǎn)前10°，那么該發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)初始點(diǎn)火提前角就是10°,不同的發(fā)動(dòng)機(jī)其初始點(diǎn)火提前角有所不同。 在下列情況時(shí)，實(shí)際點(diǎn)火提前角等于初始點(diǎn)火提前角： ①發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速變化大，空氣流量不穩(wěn)定，進(jìn)氣量傳感器輸出的流量信號(hào)不穩(wěn)定，點(diǎn)火提前角不能準(zhǔn)確控制，所以采用固定的初始點(diǎn)火提前角進(jìn)行控制； ②發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于400r/min時(shí)，原因同①； ③當(dāng)故障診斷端子對(duì)地短路時(shí)； ④當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU內(nèi)的后備系統(tǒng)工作時(shí)。 （2）基本點(diǎn)火提前角 轉(zhuǎn)速 高 高 每轉(zhuǎn)進(jìn)氣量 由計(jì)算機(jī)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷所確定的點(diǎn)火提前角為基本點(diǎn)火提前角。如前所述，特定工況的基本點(diǎn)火提前角是通過實(shí)驗(yàn)確定并存在計(jì)算機(jī)的ROM存儲(chǔ)器中的，其它工況是計(jì)算機(jī)在工作時(shí)用插值法計(jì)算得到的。圖4.2為ECU中存儲(chǔ)的點(diǎn)火提前角數(shù)據(jù)。 圖4.2 ECU中存儲(chǔ)的點(diǎn)火提前角數(shù)據(jù) 基本點(diǎn)火提前角是發(fā)動(dòng)機(jī)最主要的點(diǎn)火提前角，是設(shè)計(jì)微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)時(shí)確定的點(diǎn)火提前角。由于發(fā)動(dòng)機(jī)本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響點(diǎn)火的因素很多，理論推導(dǎo)點(diǎn)火提前角的數(shù)學(xué)模型比較困難，而且很難適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。因此，國(guó)內(nèi)外普遍采用臺(tái)架試驗(yàn)方法，利用發(fā)動(dòng)機(jī)最佳運(yùn)行狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定基本點(diǎn)火提前角。 首先測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與最佳點(diǎn)火提前角的特性，試驗(yàn)時(shí)節(jié)氣門全開(排除真空度的影響)，在每一轉(zhuǎn)速下，逐漸增加點(diǎn)火提前角，直到得到最大功率為止，此時(shí)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火提前角即為該轉(zhuǎn)速的最佳點(diǎn)火提前角。用同樣的方法測(cè)出不同轉(zhuǎn)速下的最佳點(diǎn)火提前角，即可繪出一組轉(zhuǎn)速與最佳點(diǎn)火提前角的特性曲線。然后測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷(真空度)與點(diǎn)火提前角的特性，將發(fā)動(dòng)機(jī)固定在某一轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)真空度的大小，在每一真空度下將點(diǎn)火提前角逐步增加，即可繪一組發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷與最佳點(diǎn)火提前角的特征曲線。 綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)油耗，扭矩、排放和爆震等因素，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化處理后，即可獲得以轉(zhuǎn)速和負(fù)荷為變量的三維點(diǎn)火特性脈譜圖。將脈譜圖以數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)在ECU的只讀存儲(chǔ)器ROM中，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，微機(jī)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和負(fù)荷信號(hào)(由空氣流量和節(jié)氣門位置傳感器確定)，即可從ROM中查詢出相應(yīng)的基本點(diǎn)火提前角來控制點(diǎn)火。 （3）修正點(diǎn)火提前角 計(jì)算機(jī)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和負(fù)荷信號(hào)以外的有關(guān)傳感器的信號(hào)對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行修正的點(diǎn)火提前角稱為修正點(diǎn)火提前角。 點(diǎn)火提前角的修正項(xiàng)目有多有少，為使實(shí)際點(diǎn)火提前角適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，以便得到良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能，