汽車電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)ECU設(shè)計(jì)及其在ASR控制中的應(yīng)用

ETC系統(tǒng)需要通過CAN總線來接收其他車載電控系統(tǒng)的開度需求信號。
MC68HC908AZ32A片內(nèi)集成了CAN控制器，本文選擇Philips公司的，TJA1040作為CAN收發(fā)器，具體的CAN總線接口電路如圖4所示。

1．5 SCI通信電路設(shè)計(jì)
為了對控制過程進(jìn)行監(jiān)控、實(shí)時顯示，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和處理，以及在某些情況下替換CAN實(shí)現(xiàn)ECU間通信功能，ECU預(yù)留了SCI通信接口，為此設(shè)計(jì)了SCI通信電路，如圖5所示。串行通信有使用簡單，傳輸距離長的優(yōu)點(diǎn)，雖然其傳輸速率不高，但是可以滿足系統(tǒng)的要求。

此外，ECU硬件還包括BDM接口電路以及故障診斷電路等，本文不再一一贅述。

2 ECU軟件設(shè)計(jì)
ECU軟件主要包括：系統(tǒng)初始化模塊，模擬信號采集與處理模塊，數(shù)據(jù)通信模塊，節(jié)氣門開度控制決策模塊，PWM信號生成模塊等。程序總體流程如圖6所示。

系統(tǒng)初始化內(nèi)容主要包括MCU內(nèi)部的時鐘、輪速輸入通道端口設(shè)置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出通道端口設(shè)置、看門狗定時器設(shè)置、通信端口初始化、系統(tǒng)變量等，以保證MCU正常運(yùn)行。
信號采集與處理模塊采集油門踏板位置信號和節(jié)氣門位置信號兩個模擬量和制動信號開關(guān)量。數(shù)據(jù)通信模塊接收其他車載電控系統(tǒng)發(fā)出的開度需求信號，并用于開度控制決策。
控制決策模塊根據(jù)當(dāng)時的汽車行駛狀況、其他車載電控系統(tǒng)的需求并考慮發(fā)動機(jī)特性之后，按照一定的控制算法決定目標(biāo)節(jié)氣門開度。PWM信號生成模塊將節(jié)氣門開度需求轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制直流電機(jī)的PWM信號，通過驅(qū)動芯片驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動使節(jié)氣門開度到達(dá)目標(biāo)位置。

3 ETC系統(tǒng)功能測試
ETC系統(tǒng)由電子控制單元、節(jié)氣門體、直流驅(qū)動電機(jī)、油門踏板模塊(包括踏板位置傳感器)、節(jié)氣門位置傳感器等組成。
節(jié)氣門位置傳感器用于實(shí)時采集節(jié)氣門開度，對閉環(huán)控制進(jìn)行位置反饋，是節(jié)氣門狀態(tài)惟一的檢測元件。電子節(jié)氣門要求具有高度的可靠性，位置傳感器采用了冗余設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用2個節(jié)氣門位置傳感器。為了精確控制電子節(jié)氣門的開度，必須研究其位置傳感器輸出電壓特性，找到輸出電壓與節(jié)氣門位置之間的對應(yīng)關(guān)系。節(jié)氣門的開度范圍為0°～88°。由于有怠速開度，節(jié)氣門靜態(tài)位置以上的工作區(qū)域?qū)嶋H為9°～88v°。節(jié)氣門位置傳感器具有良好的線性關(guān)系。因此，根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器提供的電壓信號，可以準(zhǔn)確地檢測出節(jié)氣門連續(xù)的旋轉(zhuǎn)角度。通過標(biāo)定試驗(yàn)，輸出電壓與節(jié)氣門位置的對應(yīng)關(guān)系如圖7所示。

電機(jī)輸出力矩與驅(qū)動信號占空比成正比。占空比增大時，電機(jī)驅(qū)動力矩大于復(fù)位彈簧阻力矩，節(jié)氣門開度增加；當(dāng)占空比減小時，電機(jī)驅(qū)動力矩小于復(fù)位彈簧阻力矩，節(jié)氣門開度減小。本文采用單片機(jī)輸出的頻率為10 kHz、占空比可調(diào)的PWM信號，經(jīng)過功率放大后對直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。通過標(biāo)定試驗(yàn)，節(jié)氣門開度和PWM信號占空比關(guān)系如圖8所示。由于回位彈簧滯后等非線性因素影響，節(jié)氣門開度和PWM控制信號占空比成近似的線性關(guān)系。

4 ETC應(yīng)用于ASR控制的硬件在環(huán)測試
在開發(fā)的ASR系統(tǒng)進(jìn)行控制時，控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩通過調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度實(shí)現(xiàn)。ASR控制器需要將其節(jié)氣門開度需求發(fā)送給ETC控制器，通過ETC系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)。將開發(fā)的電子節(jié)氣門系統(tǒng)用于ASR控制，搭建了以先進(jìn)的實(shí)時仿真系統(tǒng)dSPACE為核心的硬件在環(huán)測試平臺，總體結(jié)構(gòu)如圖9所示。