汽车发动机油门控制系统的开发
汽车发动机的PID控制系统设计与仿真
（ １ ）
式 中： 表示车轮半径 ， 表示发 动机转矩 ， ｒ 表示变速器 的传 动比 ， ｉ 。 表示 主减速器 的传动 比， ＇ 表示传动系的机械效 率 ， ： ７ 则有
＝ ｆ泖ｒ （） ２
个黑箱， 即不管其中环节的复杂程度 ， 只关心黑箱 系统的输入和输出信号 ，
工 程 ，０ （ ）１ ９ １１ ２ ０ ６ ：７ — ８ ． ４
我们感官 区分物 体的不同 ， 了物体大小形状 等的不 同之外 ， 除 主要 的便是物体表面的纹理 。随着人们对真实感图形要求的 日益提高 ， 纹理
映射技术也就 自然地成 了我们关注的一个焦点。 所谓纹理 映射技术就是模拟景物表面纹理细节。根据纹理定义域的 不同， 纹理可分为二维纹理和三维纹理 ； 根据纹理的表现形式 ， 纹理又可 分 为颜色纹理 、 几何纹理和过程纹理三大类。
杂场景的真三维几何表达。 参考文献
（ ） 适应细分。 ２自 这类算法首先构造一 个初始模型 ， 然后根据一定 的 规则通过细分把细节信息增加到简化模 型中 ， 从而得到精细模 型。
（ 删除 。 ３） 这类 算法重复地删除网格 中的顶点或多边形 ， 并对形成 的
［ ］ 许智钦 ， 长库 ， １ 孙 陶立 ， 彩 色三维激光扫描 测量方法 的研究 ［］ 等． Ｊ．
பைடு நூலகம்
基于激光 三维扫描数据 的三维重建技术在逆向工程 、汽车制造、 医
学影像 、 地形绘制和文物复原等领域具有广阔的应用前景 。
（ 责任编辑 ： 胡建平 ）
４ 结语
本研 究针对激光三维扫描仪得 到数据信 息， 探讨 了一 系列 的数据处
第一作者简介： 赵庆阳 男 ，９ ８年 ４月生 ， 为西安科技大学 ２ ０ ｌ７ 现 ｏ５
汽车ecu工作原理及工作过程介绍
一、汽车ECU的概念汽车ECU是指汽车电子控制单元，它是一种微处理器，负责管理发动机的各种电子系统，以确保汽车能够稳定运行并同时保持高效性能。
ECU通过监测和调整发动机的参数，例如燃油供给、气缸点火时间等，来确保发动机的工作状态处于最佳状态。
ECU还可以通过传感器获取各种数据，如发动机转速、油门开度、冷却液温度等，帮助汽车达到更好的动力输出和更低的废气排放。
二、汽车ECU的工作原理1. 数据采集汽车ECU通过与各种传感器相连来实现数据采集。
这些传感器包括但不限于空气流量传感器、氧气传感器、冷却液温度传感器、节气门位置传感器等。
这些传感器可以实时收集有关发动机工作状态的数据，ECU可根据这些数据进行快速准确的响应。
2. 数据处理ECU通过其内部的微处理器进行数据处理，包括对带有燃烧、排气等基本物理过程数据进行处理，以及根据不同的工作模式处理传感器获取的数据，例如怠速、加速、减速等。
3. 实时控制ECU通过控制发动机相关的执行器来对发动机进行实时的控制。
通过对点火系统的控制来调整火花塞的点火时机，以对发动机进行点火；通过对燃油供给系统的控制来调整燃油的供给量，从而影响发动机的工作状态。
4. 故障诊断ECU还具有故障诊断的功能，一旦发现发动机工作状态异常，ECU会通过指示灯或车载诊断仪输出故障码，以帮助技师准确定位并修复故障。
三、汽车ECU的工作过程1. 启动阶段当司机启动汽车后，ECU首先进行自检。
在自检过程中，ECU会检测发动机传感器是否正常、执行器是否正常工作以及存储器中故障诊断码是否异常等。
ECU还会对车辆其他系统的工作状态进行监测，以确保整个系统处于正常工作状态。
2. 怠速阶段在发动机怠速时，ECU会持续地接收各种传感器的数据并进行处理，以确保发动机的稳定运转。
ECU会根据氧气传感器的数据和节气门位置传感器的数据来调整发动机的燃油供给量，以维持发动机的怠速转速和保证排放达标。
3. 加速阶段当司机踩下油门踏板以提升车速时，ECU会立即调整发动机的工作参数，以获得急促的动力输出。
汽车电子油门设计FMEA
汽车电子油门设计FMEA汽车电子油门是现代汽车中的重要组成部分，其设计和功能的稳定性对汽车的性能和安全起着至关重要的作用。
为了确保汽车电子油门的可靠性和稳定性，设计团队需要进行一项称为失效模式及其影响分析（Failure Mode and Effects Analysis，FMEA）的过程。
FMEA是一种系统性的方法，用于识别和评估设计中的潜在失效模式，并通过设计控制措施和预防措施减少或消除这些失效模式及其负面影响。
在进行电子油门设计FMEA时，以下是一些可能需要考虑的关键部分和潜在失效模式：1.电子油门传感器：电子油门传感器是电子油门系统的核心部分，用于测量踏板的位置和驾驶员对油门的控制。
潜在失效模式可能包括传感器故障、信号漂移或失真等。
设计控制措施可能包括使用高质量的传感器、冗余传感器以及通过监控系统来验证传感器的准确性。
2.电子油门执行器：电子油门执行器是将电子控制信号转换为机械运动的装置。
潜在失效模式可能包括执行器卡住、振动过大或执行器内部元件故障等。
设计控制措施可能包括使用高质量的执行器、采用重要元件的冗余设计以及增加执行器的冗余。
3.控制单元：电子油门的控制单元负责接收来自传感器的信号，并通过电子油门执行器控制发动机转速。
潜在失效模式可能包括控制单元故障、软件错误或通信中断等。
设计控制措施可能包括采用高可靠性的控制单元、多层次软件设计和增加通信冗余性。
4.电源供应：电子油门需要一个稳定可靠的电源供应来确保正常运转。
潜在失效模式可能包括电源断电、电压波动或电源线路短路等。
设计控制措施可能包括采用多电源系统、应急电源备份以及使用电源管理模块来监控和稳定电源供应。
5.环境条件：汽车电子油门需要在各种环境条件下工作，包括高温、低温、高湿度等。
潜在失效模式可能包括环境温度过高导致电子元件故障、湿度引起腐蚀或电路短路等。
设计控制措施可能包括选择适应各种环境条件的元件和材料、加强密封性和使用冷却系统或加热系统来控制温度。
汽车电子油门工作原理
汽车电子油门工作原理
汽车电子油门是现代汽车的主要油门控制系统。
它工作的原理是通过传感器和电控单元来检测驾驶员的油门踏板位置，并将这些信息传递给发动机电控单元，以控制发动机的油门开度。
具体来说，汽车电子油门系统包括以下几个关键组件：
1. 油门踏板传感器：安装在油门踏板上，用于测量驾驶员的踏板踏力和位置。
油门踏板传感器通常由两个或多个位置传感器组成，以提高系统的可靠性。
2. 电控单元：位于汽车发动机控制单元（ECU）内部，接收并处理油门踏板传感器发送的电信号。
根据这些信号，电控单元计算出发动机油门的开度，并发送控制信号给发动机控制执行器。
3. 发动机控制执行器：负责控制发动机进气门的开度。
它可以是电动执行器（如电动进气门执行器）或电磁执行器（如电磁节气门执行器）。
电控单元根据驾驶员的踏板踏力和位置信号，通过控制执行器调整进气门的开度，从而实现发动机油门的控制。
总体来说，汽车电子油门工作的原理是通过油门踏板传感器检测驾驶员的脚踏力和位置，然后通过电控单元计算出发动机油门的开度，并使用控制执行器来调整进气门的开度，从而控制发动机的动力输出。
这种电子控制的油门系统相比传统的机械
油门系统更灵活，响应更快，有助于提高汽车的性能和燃油经济性。
汽车油门的原理
汽车油门的原理
汽车油门是控制汽车加速的重要部件。
它通过传递驾驶员的指令来控制发动机的燃油供应量，进而调节汽车的速度。
汽车油门的工作原理基于以下几个关键组成部分：
1. 油门踏板：驾驶员通过脚踩油门踏板来发出加速指令。
油门踏板一般位于驾驶员座位附近，可以通过机械或电子的方式与其他相关的系统连接。
2. 油门位置传感器：油门位置传感器用于检测油门踏板的具体位置，并将其转化为电子信号。
这个信号会被传输到车辆的计算机系统中。
3. 发动机控制单位：发动机控制单位接收来自油门位置传感器的信号，并将其转化为相应的加速指令。
这些指令通常可以调整发动机系统中的燃油供应量和点火时机等参数。
4. 节气门：节气门是汽车引擎的一个关键部件，它控制着燃油和空气的混合比例。
当发动机控制单位接收到加速指令后，它会通过控制节气门的开启程度来调整燃油供应的多少。
5. 燃油供应系统：燃油供应系统通过喷油器将燃油喷入发动机中进行燃烧。
当加速指令变大时，发动机控制单位会增加燃油的供应量，使发动机产生更大的动力。
综上所述，汽车油门的原理就是通过油门踏板、油门位置传感
器、发动机控制单位、节气门和燃油供应系统等部件的配合工作，从而控制车辆的加速和速度。
柴油发动机电动控制油门的现状与发展方向
柴油发动机电动控制油门的现状与发展方向王长青;马少群【摘要】结合我国实际情况,分析国内柴油发动机电子控制技术的现状,提出以柴油发动机电动控制油门技术为发展方向的思路,实现发动机的转速与负栽功率达到最佳匹配,并且针对各行业的需求进行可行性分析.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2008(000)003【总页数】3页(P49-51)【关键词】工程机械;柴油发动机;油门;控制【作者】王长青;马少群【作者单位】郑州大方桥梁机械有限公司,郑州,450005;郑州大方桥梁机械有限公司,郑州,450005【正文语种】中文【中图分类】TK421 概述目前,国际上一些知名柴油发动机厂家已开始采用ECU电子控制技术来控制发动机的喷油量和转速,例如：美国CATERPILIER公司的3126系列发动机,美国康明斯发动机中的部分型号,德国MAN发动机等。
它的优点是：燃油量可根据负载的大小自动调节,发动机的转速升降加速度得到最佳匹配控制、转速的控制取消了传统的软轴而使得机械结构简化；缺点是：价格昂贵,特别是对于工程机械来说,由于他们的ECU软件保密,控制方式和参数无法修改来适应工程机械的特殊需要,因此在国内仅有少量使用。
国内的发动机生产厂家,无论是合资企业产品如康明斯发动机、斯太尔发动机、道依兹发动机等,还是国产老品牌如上海柴油机厂的发动机,由于受国外产品技术封锁,关键技术尚未得到充分利用,特别是包括ECU电子控制技术在内一些高科技硬件、软件和控制技术,加上国内的一些科技人员由于受到“国外的产品好”的思想束缚,只把别人的东西拿来用,使得技术开发基本上处于空白。
笔者认为，如果一下子将所有的柴油发动机技术问题都解决掉也不现实,但可以通过其他方式来解决上述问题中的一部分。
譬如第一步，先将柴油发动机电动控制油门取代ECU电子控制技术来控制发动机；第二步,在发动机厂家的配合下,逐步完成对发动机喷油量的自动控制。
郑州大方桥梁机械有限公司在大型运梁车的研制作了有益的尝试并取得成功。
电子油门踏板工作原理
电子油门踏板工作原理
电子油门踏板是现代汽车中常用的控制系统之一，它通过传感器和电子控制单元（ECU）来控制发动机的加速。
其工作原理如下：
1. 传感器感知踏板位置：电子油门踏板装有一个或多个传感器，通常是通过踏板的力量或位置来感知驾驶者对油门的需求。
传感器可以是电阻式、光电式或霍尔效应传感器等。
2. 传感器将信号转化为电压或电流：传感器将踏板位置的力量或位置变化转化为电信号，通常是电压或电流。
这个信号会随着踏板的位置变化而变化。
3. 电子控制单元(ECU)接收信号：电子控制单元（ECU）位于
车辆中，并接收来自传感器的信号。
4. ECU处理信号并发送命令：ECU会对接收到的信号进行处理，并根据车辆的状态和驾驶者的需求来决定应向发动机发送怎样的控制指令。
5. 指令发送到发动机控制单元：ECU通过车辆的总线系统将
控制指令发送到发动机控制单元（ECM)。
6. 发动机控制单元调节节气门：发动机控制单元（ECM）根
据接收到的指令来调节发动机的节气门开度，从而控制发动机的加速或减速。
总的来说，电子油门踏板通过传感器感知驾驶者对油门的需求，并将信号传递给ECU。
ECU根据接收到的信号来控制发动机
的加速，并将指令发送到发动机控制单元，最终调节发动机的节气门开度，实现油门的控制。
电子油门踏板工作原理
电子油门踏板工作原理
电子油门踏板是现代汽车中常见的油门控制系统之一。
它基于电子传感器和执行器来控制发动机的油门开合程度，从而实现车辆的加速和减速。
电子油门踏板系统主要由踏板传感器、电子控制单元(ECU)和
执行器组成。
踏板传感器安装在踏板的位置，通过感应踏板的踩踏力度来转换成电信号。
这个电信号会被传输到ECU，成
为ECU进行油门控制的输入信号。
ECU作为系统的中央控制单元，接收到踏板传感器的信号后，会根据车速、转速和其他相关参数进行计算和判断，并制定相应的油门开度控制策略。
ECU会将计算结果转换成相应的电
信号，然后发送到执行器。
执行器是负责控制发动机油门开合程度的关键部件。
它一般通过电动马达或电磁阀来实现。
执行器根据接收到的信号来调整发动机的进气阀门或燃油喷射器等控制装置，从而实现油门的开合控制。
执行器调节的程度取决于ECU发送的信号，以满
足驾驶员对油门的要求。
整个电子油门踏板系统通过数字信号的传输和处理，实现了高效、精确和可靠的油门控制。
相比于传统的机械连接式油门踏板，电子油门踏板具有反应更灵敏、可编程性强、易于集成和故障检测等优点，提升了驾驶操控的舒适性和安全性。
总而言之，电子油门踏板是一种基于电子传感器和执行器的先
进油门控制系统，通过ECU的计算和控制实现发动机油门开合的精确控制，为驾驶员提供更好的驾驶体验。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电子控制汽车发动机油门控制系统的开发陈培红1,田 颖2,聂圣芳1,卢青春1(1.清华大学汽车工程系,北京 100084; 2.北京交通大学机械与电子控制工程学院,北京 100044) 摘要:开发了基于摩托罗拉16位单片机M C9S12DP256B 的汽车发动机油门控制系统,介绍了单片机核心控制电路、力矩电机驱动电路及控制算法设计,该系统已应用到电涡流测功机控制器中,实现了对发动机油门位置的控制。
试验证明,该系统运行稳定、可靠,控制效果良好。
关键词:汽车发动机;油门控制;控制电路;单片机中图分类号:T K421 文献标志码:B 文章编号:1001-2222(2006)05-0045-03油门执行器主要由直流力矩电机和拉线机构构成,汽车发动机台架油门执行器内部安装与电机旋转方向相反的拉力弹簧,控制系统通过功率驱动电路调节电机线圈中电流大小来调节其输出力矩,不同的输出力矩可以通过与其内部拉力弹簧反力矩相平衡而稳定在任意恒定位置。
油门执行器与发动机油门相连来控制其油门位置,发动机在不同的油门位置时发出的功率不同,直接影响着发动机扭矩和转速输出,对于发动机转速调节是一个相当重要的环节,油门执行器恒定位置控制需要有很好的稳态和动态调节特性。
1 油门控制系统直流力矩电机的基本工作原理和普通直流电机相同,只是在结构和外形尺寸比例上有所不同。
从直流电机基本工作原理可知,设直流电机每个磁极下磁感应强度平均值为B ,电枢绕组导体上的电流为I a ,导体的有效长度(即电枢铁心的厚度)为L ,则每根导体所受的电磁力为F =B I a L ,则电磁转矩为 T =N FD 2=(B N L D)I a2,(1)式中,N 为电枢绕组总匝数;D 为电枢铁心直径。
由式(1)可知,一台成品力矩电机的B,N,L ,D 都是固定不变的。
由于电磁转矩和I a 成正比,而I a 又和加在电枢绕组导体上的电压有效值成正比,所以,电磁转矩和加在电枢绕组导体上的电压有效值也成正比[1]。
本研究所述的闭环控制,主要是控制电枢绕组导体上的电压有效值。
图1示出油门闭环控制系统框图。
主要由功率MOSFIT 主回路、MOSFIT 控制电路、单片机核心电路、滤波电路、油门给定电路、位置检测及调理电路组成。
图1 油门闭环控制系统框图2 硬件及控制算法设计2.1 单片机核心控制电路单片机核心控制电路主要由16位单片机MC9S12DP256及12位A/D 转换芯片MAX180组成。
M C9S12DP256的主频高达25MH z,片上还集成了许多标准模块,片内拥有12kB 的RAM,4kB收稿日期:2006-04-29;修回日期:2006-08-16作者简介:陈培红(1965 ),女,山西省定襄县人,工程师,主要从事汽车电子产品的研发工作.第5期(总第165期)2006年10月 车 用 发 动 机VEHICL E ENGIN EN o.5(Serial N o.165)Oct.2006的EEPROM,256kB 的FlashEEPROM 。
采用外扩12位A/D 芯片MAX180电路来提高系统模拟信号的测量精度。
单片机核心控制电路见图2。
图2 单片机核心控制电路油门位置反馈信号从MAX180的AN0引脚输入,经MAX180转换成数字量由单片机读取。
单片机与MAX180采用数字I/O 口直接扩展的方式连接;其中,单片机A 口低4位和B 口与MAX180数据线相连;K 口分别对MAX180读/写/片选线及通道选择控制线进行操作;MAX180的Busy引脚与单片机PJ1相连;J 口具有外部中断功能,可以用中断方式进行A/D 转换。
为了防止驱动电路对单片机的干扰,PWM0输出采用光耦隔离后输送到EXB841的输入端口用来控制油门开度的大小。
2.2 力矩电机驱动电路功率M OSFET 驱动电路的设计主要包括栅极驱动电路和保护电路两部分。
驱动电路的设计好坏直接决定了系统对执行机构的驱动品质,同时由于电流比较大,需要保护可靠,应尽量减少对控制部分弱电电路的干扰。
力矩电机驱动电路功率器件采用IRFP460功率MOSFET 芯片,驱动电路以IGBT 及功率MOSFET 驱动保护集成模块EXB841为核心进行设计。
EXB841模块输入信号经内部光电隔离,有过流保护电路和过流保护输出端,可单电源供电,内部提供栅源电压自举电路,最大延时为1.5 s;其主要缺点是过流保护盲区较大,且无过流保护自锁功能,在发生过流保护时,自身只是在当前脉冲软关断,而不是关闭。
力矩电机驱动保护电路见图3。
EXB841可直接驱动高位开关,负载与功率MOSFET 之间采用高位开关方式连接。
漏源过电压保护系统采用负载钳位和R C 吸收电路相结合的方式。
图3中DZ为图3 力矩电机驱动电路快速恢复二极管,在IRFP460关断时给感性负载提供放电回路;电阻RZ 1和电容C Z 共同组成RC 吸收电路,可以吸收IRFP460漏源两极间的瞬时电压尖峰;这两个电路的结合应用,基本消除了漏源电压尖峰,很好地保护了功率MOSFET 器件。
考虑到EXB841存在保护盲区,将EXB841的6脚接导通压降大一点的超快速恢复二极管,并串联一个稳压二极管,这样可使实际过载电流小于MOS -FET 的极限过载电流;EXB841的6脚通过DWK 和DK 接到IRFP460的漏极,以检测V ds 的高低来判断是否发生短路;若发生短路,通过内部电路使EXB841的3脚电压逐步下降,关断IRFP460;当14脚和15脚输入为开通信号时,两脚有10mA46 车 用 发 动 机 2006年第5期电流流过,其内部光耦导通,从而使3脚输出为+15V 的驱动电压;通过电阻RZ 2对IRFP460的栅极和源极等效电容进行充电,保证开通信号具有较好的前沿陡度[2]。
为了防止栅源两极瞬态电压过大,影响驱动效果,在栅源两极之间加入了阻尼电阻RZ 2。
对栅极驱动电阻进行改造,在线路电阻的基础上加入电阻RK 2,此电阻数值需要在系统运行状态下通过试验进行调试,在开关速度与栅极驱动效果间折衷。
由于EXB841无过流保护自锁功能,设计中添加了过流信号锁定电路,通过锁定信号对继电器进行控制,在过流发生时直接断开主回路供电。
2.3 油门位置PID 控制油门位置反馈闭环为一阶惯性加纯滞后环节,传递环节较少,响应时间较短,采用增量式PID 控制,算法见式(2)u =u(k)-u(k -1)=K p [e(k)-e(k -1)]+K i e(k)+K d [e(k)- 2e(k -1)+e(k -2)],(2)式中,K p ,K i ,K d 分别为比例、积分和微分放大系数,u(k)表示第k 个采样时刻的控制量,e(k)表示第k 个采样时刻的航向输入偏差。
首先通过电磁时间常数确定系统控制输出时间,然后进行PID 参数的整定。
整定时采用临界比例法,即先令积分系数K i 为0,调整比例系数K p ,K p 逐渐增大,直到系统发生振荡后再稍微减小K p 值,然后再适当调节K i ,使系统无静差。
之后再根据位置设定值与实际值的偏差e(k)进行分段控制,分段策略为e(k)较大时采用正常PI 参数,e(k)很小时尽量增大K p 与K i 的数值,只要保证大阶跃调整时不发生振荡即可[3]。
3 闭环系统控制效果本系统对北汽福田492汽油机、南峰CW-160电涡流测功机及油门执行器组成的试验系统进行控制。
转速2800r/min,扭矩120N m,油门开度由0阶跃到70%的控制阶跃曲线见图4,该条件下的油门位置控制数据见表1。
通过大量试验表明,油门位置调节时间小于1s ,稳态控制精度优于 0.3%FS。
图4 油门位置控制阶跃曲线表1 油门位置控制效果对比值油门开度/%设定值10.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.0实际值10.120.130.039.850.060.269.979.890.199.84 结束语基于16位单片机M C9S12DP256B 的汽车发动机油门闭环控制系统,不仅驱动与保护效果良好,而且控制精度高,更主要的是实用性强。
只改变主回路供电电源的电压和功率,该系统就可以应用到需要较大功率的控制系统中。
参考文献:[1] 程 明,林明耀,张润和,等.微特电机及系统[M ].北京:中国电力出版社,2004[2] 田 颖,陈培红,聂圣芳,等.功率M OSFET 驱动保护电路设计与应用[J].电力电子技术,2005(1):73-74,80 [3] 田颖,曾贤波,卢青春.电涡流测功机控制器控制算法研究[J].内燃机工程,2005(6):58-60Development of Throttle Control System for Automobile EngineCH EN Pe-i ho ng 1,TIAN Ying 2,NIE Sheng -fang 1,LU Qing -chun 1(1.Depar tment o f A uto motive Eng ineering ,T sing hua U niv ersity ,Beijing 100084,China;2.Scho ol of M echanical and Electr ical Contr ol Eng ineer ing,Beijing Jiao tong U niversit y,Beijing 100044,China)Abstract:T his paper dev elo ped the t hr ottle contro l system fo r automobile eng ine based on M oto ro la 16bit sing le chip micr o -com puter,the desig n of micr ocomputer contro l circuit,t orque moto r w ere intro duced and co nt ro l alg or ithm,this sy stem has a-lr eady been used for the Eddy Cur rent Dynamometer to r ealize the co nt rol of engine thr ottle po sitio n.It sho ws that the system operatio n is steady and cr edible,the contro l effect has been pr oved actually.Key words:auto mobile eng ine;thro ttle contr ol;contro l cir cuit;sing le chip m icroco mputer[编辑:张玉花]47 2006年10月 陈培红,等:汽车发动机油门控制系统的开发。