專利名稱：一種基于單片機(jī)的發(fā)動機(jī)恒溫進(jìn)氣控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于單片機(jī)的汽車發(fā)動機(jī)恒溫進(jìn)氣控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會的發(fā)展，人們不僅對于汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)型、安全性等提出了更高的要求而且對汽車環(huán)保性能的要求也日趨苛刻。由于空氣的密度隨溫度變化的程度較燃油大10倍左右，又受到汽車行駛時(shí)地理環(huán)境和氣候條件的變化，進(jìn)氣溫度直接影響發(fā)動機(jī)的充氣效率，從而影響汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性以及汽車尾氣中有害氣體的含量。汽車電子控制技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)成為提高汽車環(huán)保性能要求的重要入手點(diǎn)，設(shè)計(jì)、研發(fā)合理的信號采集及控制技術(shù)已經(jīng)成為進(jìn)一步提升汽車環(huán)保性能的重要途徑。發(fā)動機(jī)恒溫進(jìn)氣控制裝置與汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性都有著非常重要的影響，設(shè)計(jì)合理的恒溫進(jìn)氣控制裝置能夠在一定程度上提高汽車的上述性能指標(biāo)。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種基于MC9S12XS單片機(jī)的汽車電噴發(fā)動機(jī)恒溫進(jìn)氣控制裝置，該控制裝置通過溫度傳感器、空氣流量傳感器將采集到信號傳遞給控制單元，控制單元將處理后的信號傳送給直流步進(jìn)電機(jī)，由直流步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動發(fā)動機(jī)恒溫進(jìn)氣裝置旋轉(zhuǎn)閥的開度，從而使汽車在不同的環(huán)境溫度和使用工況條件下，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性的有效折中，有害氣體排放穩(wěn)定在相關(guān)法規(guī)規(guī)定的范圍內(nèi)，有效解決了汽車發(fā)動機(jī)的有害氣體排放問題。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)解決方案:一種基于單片機(jī)的汽車發(fā)動機(jī)恒溫進(jìn)氣控制裝置，包括電源、傳感器單元、控制單元和執(zhí)行單元，其中，電源為傳感器單元、控制單元和執(zhí)行單元連接供電，傳感器單元包括角度傳感器、安裝在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣管處的溫度傳感器和空氣流量傳感器，執(zhí)行單元包括直流步進(jìn)電機(jī)、變速箱和發(fā)動機(jī)的恒溫進(jìn)氣裝置；溫度傳感器和空氣流量傳感器的輸出端連接控制單元的輸入端，控制單元的輸出端連接直流步進(jìn)電機(jī)，直流步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過變速箱連接發(fā)動機(jī)的恒溫進(jìn)氣裝置的旋轉(zhuǎn)閥驅(qū)動軸；恒溫進(jìn)氣裝置的旋轉(zhuǎn)閥通過角度傳感器連接控制單元構(gòu)成反饋回路。進(jìn)一步的，所述ECU采用Freescale公司的MC9S12XS單片機(jī)。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為系統(tǒng)程序的軟件功能結(jié)構(gòu)圖。圖3為軟件功能流程圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型的基于單片機(jī)的汽車發(fā)動機(jī)恒溫進(jìn)氣控制裝置，包括電源、傳感器單元、控制單元和執(zhí)行單元。其中，電源與傳感器單元、控制單元和執(zhí)行單元連接為其供電，傳感器單元包括安裝在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣管處的溫度傳感器、空氣流量傳感器和角度傳感器，執(zhí)行單元包括直流步進(jìn)電機(jī)、變速箱和發(fā)動機(jī)的恒溫進(jìn)氣裝置。溫度傳感器和空氣流量傳感器的輸出端通過信號處理元件連接控控制單元的輸入端，控制單元的輸出端連接直流步進(jìn)電機(jī)，直流步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過變速箱連接發(fā)動機(jī)的恒溫進(jìn)氣裝置的旋轉(zhuǎn)閥驅(qū)動軸，以控制旋轉(zhuǎn)閥的開度。恒溫進(jìn)氣裝置的旋轉(zhuǎn)閥通過角度傳感器連接控制單元構(gòu)成反饋回路。溫度傳感器、空氣流量傳感器分別用來測量發(fā)動機(jī)進(jìn)氣溫度和空氣流量。控制單元為ECU，本實(shí)施例中，ECU采用Freescale公司的MC9S12XS單片機(jī)。電源采用車載蓄電池，車載蓄電池經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換后分別向傳感器單元、執(zhí)行單元以及控制單元供電。其中，溫度傳感器使用5V直流電，ECU使用12V直流電，直流步進(jìn)電機(jī)根據(jù)選擇的電機(jī)型號提供電壓。本實(shí)用新型的工作流程如下:參照圖1，進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣量、發(fā)動機(jī)載荷工況信息作為系統(tǒng)輸入，以直流步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度信號作為系統(tǒng)輸出。傳感器單元實(shí)時(shí)采集進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣量、發(fā)動機(jī)載荷工況信息，并將這些信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字形式后發(fā)送給ECU，ECU先將接收到的信息通過A/D電路進(jìn)行放大處理，然后再傳送給ECU的微處理器。ECU利用最佳燃油經(jīng)濟(jì)性-轉(zhuǎn)速特性曲線計(jì)算最佳進(jìn)氣恒溫裝置旋轉(zhuǎn)閥角度，對比油門踏板的電壓升降趨勢和反饋回來的進(jìn)氣管處溫度感器實(shí)際的溫度信號，計(jì) 算出最佳的旋轉(zhuǎn)閥開度控制量，然后控制直流步進(jìn)電機(jī)調(diào)整旋轉(zhuǎn)閥角度。同時(shí)，采用閉環(huán)控制，將恒溫進(jìn)氣裝置的旋轉(zhuǎn)閥開度信號利用角度傳感器采集后，以反饋回路的形式返回E⑶進(jìn)行控制比較，直至達(dá)到設(shè)定的要求。采用開環(huán)控制，可以在調(diào)整圈上安裝有一個(gè)雙向擠壓式平衡彈簧，此平衡彈簧具有平衡反力，無控制信號輸入時(shí)，在彈簧的擠壓力作用下旋轉(zhuǎn)閥自動回復(fù)到預(yù)先設(shè)定的位置。這樣就能保證在控制單元或傳感器發(fā)生故障的時(shí)候，發(fā)動機(jī)仍然能夠以一定的工況穩(wěn)定的運(yùn)行。同時(shí)，ECU將直流步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的步數(shù)存儲起來，在以后的進(jìn)氣恒溫裝置旋轉(zhuǎn)閥控制中使用。參照圖2，進(jìn)氣恒溫裝置控制系統(tǒng)要求旋轉(zhuǎn)閥具有較快的響應(yīng)特性、較好的穩(wěn)定特性以及容易控制等特點(diǎn)。系統(tǒng)軟件包括控制功能和通信功能，系統(tǒng)相關(guān)軟件對控制結(jié)果有著決定性的影響，控制程序的結(jié)構(gòu)和控制算法的設(shè)計(jì)直接影響控制效果。綜合采用硬件和軟件抗干擾措施以減少干擾的影響，提高系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)采用閉環(huán)與開環(huán)聯(lián)合控制的策略；為了能實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及顯示錯(cuò)誤警報(bào)，設(shè)計(jì)了串行通信程序。參照圖3，軟件設(shè)計(jì)采用“初始化”加“循環(huán)體”的結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)首先對模塊進(jìn)行初始化賦值，然后在循環(huán)體內(nèi)依次進(jìn)行傳感器信號檢測、LIN驅(qū)動模塊通信、PPS模塊通信以及數(shù)據(jù)處理，各程序模塊次序如圖所示。
權(quán)利要求1.一種基于單片機(jī)的汽車發(fā)動機(jī)恒溫進(jìn)氣控制裝置，其特征在于，包括電源、傳感器單元、控制單元和執(zhí)行單元，其中，電源為傳感器單元、控制單元和執(zhí)行單元連接供電，傳感器單元包括角度傳感器、安裝在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣管處的溫度傳感器和空氣流量傳感器，執(zhí)行單元包括直流步進(jìn)電機(jī)、變速箱和發(fā)動機(jī)的恒溫進(jìn)氣裝置；溫度傳感器和空氣流量傳感器的輸出端連接控制單元的輸入端，控制單元的輸出端連接直流步進(jìn)電機(jī)，直流步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過變速箱連接發(fā)動機(jī)的恒溫進(jìn)氣裝置的旋轉(zhuǎn)閥驅(qū)動軸；恒溫進(jìn)氣裝置的旋轉(zhuǎn)閥通過角度傳感器連接控制單元構(gòu)成反饋回路。
2.如權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的汽車發(fā)動機(jī)恒溫進(jìn)氣控制裝置，其特征在于，所述控制單元為ECU，E CU采用Freescale公司的MC9S12XS單片機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于單片機(jī)的汽車發(fā)動機(jī)恒溫進(jìn)氣控制裝置，包括電源、傳感器單元、控制單元和執(zhí)行單元，傳感器單元包括角度傳感器、安裝在發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣管處的溫度傳感器和空氣流量傳感器，執(zhí)行單元包括直流步進(jìn)電機(jī)、變速箱和發(fā)動機(jī)的恒溫進(jìn)氣裝置；溫度傳感器和空氣流量傳感器連接控制單元，控制單元連接直流步進(jìn)電機(jī)，直流步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過變速箱連接發(fā)動機(jī)的恒溫進(jìn)氣裝置的旋轉(zhuǎn)閥驅(qū)動軸；恒溫進(jìn)氣裝置的旋轉(zhuǎn)閥通過角度傳感器連接控制單元構(gòu)成反饋回路。該控制裝置使汽車在不同的環(huán)境溫度和使用工況條件下，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性的有效折中，有害氣體排放穩(wěn)定在相關(guān)法規(guī)規(guī)定的范圍內(nèi)，有效解決了汽車發(fā)動機(jī)的有害氣體排放問題。
文檔編號F02D41/14GK203098067SQ201220669168
公開日2013年7月31日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者吳海鵬, 包建超, 王立峰, 范文旭, 王金洋, 楊震, 劉高洋, 孫國華, 宋曉磊, 張勇 申請人:長安大學(xué)