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

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SY-025-BY-3 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué)生姓名 張 毅 系部 汽車工程系 專業(yè)、班級 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)火計算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 1、研究現(xiàn)狀： 我國的摩托車工業(yè)雖然起步較晚，但是自改革開放以來，我國的摩托車行業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。從1994年起，我國已經(jīng)成為世界上第一大摩托車生產(chǎn)國，目前我國的摩托車年產(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對人體的危害，我國正在建立并且實(shí)施相應(yīng)的排放法規(guī)。發(fā)動機(jī)電控點(diǎn)火技術(shù)可以有效降低發(fā)動機(jī)的排放污染和油耗，大幅提高發(fā)動機(jī)的性能，因此發(fā)動機(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)動機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展時期： 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）高速時觸點(diǎn)的跳振和頂塊的運(yùn)動跟不上凸輪的高速轉(zhuǎn)動，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)火正時調(diào)節(jié)裝置，改由單片機(jī)來控制，使發(fā)動機(jī)隨時處于最佳點(diǎn)火正時狀態(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，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)，而是作為整個發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中的一個子系統(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)等共同又一臺微電腦來集中控制，稱之為發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)（EMS）。至此汽車發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系已發(fā)展到較高水平。 　 我國在發(fā)動機(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，隨著各國對排放法規(guī)的進(jìn)一步要求，國際上汽車、摩托車領(lǐng)域的激烈競爭，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國家的重視。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前我國57%的城市總懸浮顆粒物超過國家環(huán)保限值，48個城市的二氧化硫濃度超過國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)，82%的城市先后遭到不同程度的酸雨危險。600多個城市中，大氣環(huán)境質(zhì)量符合一級標(biāo)準(zhǔn)的不到1%；。這說明我國的城市污染已到了非治理不可的地步了。為此，國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，還有著巨大的社會效益。 此外，本次設(shè)計也是為日后參加Honda節(jié)能競技大賽大學(xué)組做準(zhǔn)備，針對給定發(fā)動機(jī)設(shè)計計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)。完成控制器設(shè)計,傳感器與執(zhí)行器選擇。有條件對發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性對比測試并進(jìn)行優(yōu)化。Honda節(jié)能競技大賽是一種具有探索性的工程實(shí)踐活動，不僅可以培養(yǎng)自己學(xué)習(xí)控制、傳感技術(shù)、電子、計算機(jī)、機(jī)械等多學(xué)科知識，還能能夠培養(yǎng)自己獲取知識、應(yīng)用知識的能力及創(chuàng)新意識。 二、設(shè)計（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)動機(jī)運(yùn)行時，ECU不斷地采集發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、冷卻水溫度等信號，并根據(jù)存儲器中的有關(guān)程序與數(shù)據(jù)，確定出該工況下最佳點(diǎn)火提前角和初級電路的最佳導(dǎo)通時間，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來判斷發(fā)動機(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。 2) 軟件方面 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速測定算法：轉(zhuǎn)速測定有測頻法和測周法兩種法案，需要根據(jù)本發(fā)動機(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） 硬件電路是整個設(shè)計的基礎(chǔ)，整個系統(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、算法對輸入信號運(yùn)算處理,依據(jù)運(yùn)算結(jié)果,在合適時刻給出控制信號?？刂菩盘柦?jīng)驅(qū)動電路后,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 系統(tǒng)軟件設(shè)計 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 完成報告，撰寫論文 初選設(shè)計方案 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)計并提交指導(dǎo)教師審核；（對影響點(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 [3]徐科軍.傳感器與檢測技術(shù)[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2004.9 [4]王威等.HCS12微控制器原理及應(yīng)用[M]，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.10 [5] 黃麗雯，陳渝光.高精度汽車電子點(diǎn)火控制系統(tǒng)[J]，控制系統(tǒng)，2008 [6] 王囤.現(xiàn)代汽車點(diǎn)火系統(tǒng)——電子點(diǎn)火與微機(jī)控制點(diǎn)火[M]，西安：西安交通大學(xué)出版社，1997.10 [7] 周云山,鐘勇.汽車電子控制技術(shù)[M]，北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2004 [8] 孔波，鮑可進(jìn)，王曦.基與MC9S12芯片的發(fā)動機(jī)電子點(diǎn)火系統(tǒng)[J]，微計算機(jī)信息，2005 [9] 張權(quán).一種基于單片機(jī)的汽車電子點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計[J]，現(xiàn)代電子技術(shù)，2007 [10] 盧珞先. 汽車發(fā)動機(jī)電子點(diǎn)火通用芯片的研究[J]，汽車電器，2000 [11] 葛郢漢.電控發(fā)動機(jī)點(diǎn)火提前角的控制[J]，公路與汽運(yùn)，2006 [12] 黎瓊，溫泉徹，李炳富.一種內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)數(shù)字直接點(diǎn)火系的研制[J]，小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車，2006 [13]Schnubel，M . 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