氣動發(fā)動機(jī)的電控系統(tǒng)設(shè)計
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
2．2 信號采集模塊
為實現(xiàn)發(fā)動機(jī)實時檢測和控制，傳感器必須能夠準(zhǔn)確地反映發(fā)動機(jī)的各狀態(tài)參數(shù)，傳感器的選型和傳感器信號處理電路的設(shè)計對電控系統(tǒng)是至關(guān)重要的。曲軸／凸輪軸位置傳感器選用霍爾式傳感器，它具有對磁場敏感、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點。油門位置傳感器選用電位式傳感器，通過加速踏板繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，帶動電位器觸點的移動，使其輸出電壓在0．5～4．5V間發(fā)生變化。信號采集模塊的設(shè)計必須保證信號的實時性和準(zhǔn)確性，所以在電路設(shè)計中要加入大量的濾波和抗干擾元件。
傳感器所產(chǎn)生的信號分兩種：一種是數(shù)字信號，如曲軸／凸輪軸信號，經(jīng)數(shù)字信號處理電路，進(jìn)行濾波、放大和整形，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的方波信號，分別輸入到ATmega16的輸入捕捉(ICP1)引腳和外部中斷1(INT1)引腳。另一種是模擬信號，如油門位置信號，經(jīng)模擬信號處理電路進(jìn)行濾波后，輸入到ATmega16的AD轉(zhuǎn)換輸入通道0(ADC0)引腳。
2．3 信號處理模塊
在ATmega16中集成了ADC功能模塊，它是8通道10位的逐次逼近A／D轉(zhuǎn)換器，0-VCC的ADC輸入電壓范圍。通過AD轉(zhuǎn)換器可以將模擬信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的數(shù)字量，并保存在ADC數(shù)據(jù)寄存器中。
ATmega16的外部中斷1，通過引腳INT1觸發(fā)。中斷可以由下降沿、上升沿、低電平，或任意邏輯電平變化觸發(fā)中斷。當(dāng)外部中斷使能并且配置為下降沿觸發(fā)，只要引腳電平為下降沿，中斷就會產(chǎn)生。
T／C1(Timer／counter1)是ATmega16的一個16位多功能定時計數(shù)器。它的輸入捕捉單元可用來捕獲外部事件，并為其賦予時間標(biāo)記以說明此事件的發(fā)生時刻，外部事件發(fā)生的觸發(fā)信號由引腳ICP1輸入。當(dāng)該引腳上的邏輯電平發(fā)生了變化，輸入捕捉被激發(fā)：16位的TCNT1數(shù)據(jù)將被拷貝到輸入捕捉寄存器ICR1，同時引發(fā)一個中斷。
氣動發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)中，經(jīng)處理電路處理過的曲軸位置和凸輪軸位置信號，接到ICP1和INT1引腳。當(dāng)相應(yīng)電平變化時就會觸發(fā)曲軸、凸輪軸中斷。凸輪軸中斷子程序主要是用來判斷壓縮上止點位置的。在曲軸中斷函數(shù)中，完成發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速計算，確定噴氣定時，以及結(jié)合油門位置信號的AD轉(zhuǎn)換值計算噴氣量等，并通過PA7引腳輸出信號控制執(zhí)行模塊。
2．4 功率驅(qū)動模塊
功率驅(qū)動模塊就是將單片機(jī)輸出的控制信號轉(zhuǎn)換成電磁閥的控制量，并實現(xiàn)對電磁閥執(zhí)行相應(yīng)操作的控制。高速電磁閥是整個氣動發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的執(zhí)行器，是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵的部件之一。由于噴射高壓空氣，而且要求在高速下完成電磁閥的開關(guān)動作。因此，對它的響應(yīng)時間要有特殊的要求。本課題選用貴州紅林車用電控技術(shù)有限公司的SP021高速電磁閥。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/178756.htm
圖2所示的是電磁閥功率驅(qū)動模塊。其中，P7插座連接高速電磁閥，電磁閥線圈一端連接電源，另一端連接場效應(yīng)管漏極。Q1是場效應(yīng)管IRF540，起放大作用。U6是可控制的光電耦合器件TLP521-1，它廣泛應(yīng)用于電路之間的信號傳輸，將ECU與負(fù)載隔離，可以增加電路的安全性，減小電路干擾，簡化電路設(shè)計。當(dāng)ECU發(fā)出驅(qū)動信號，光耦導(dǎo)通，穩(wěn)壓二極管D10將場效應(yīng)管Q1的柵極電壓穩(wěn)定在12V，漏極電流增大，漏極電壓被拉低。此時，電磁閥線圈電流增大，線圈產(chǎn)生強(qiáng)大的電動勢，電磁閥被打開。而當(dāng)光耦截止時，電磁閥關(guān)閉，線圈中電路變化很大，會產(chǎn)生反電動勢。R20功率電阻和D11肖特基二極管IN5819與電磁閥并聯(lián)，防止場效應(yīng)管被擊穿。
2．5 通訊模塊
氣動發(fā)動機(jī)的控制系統(tǒng)是極其復(fù)雜的，不僅包括轉(zhuǎn)速、油門位置等信號的采集處理；還要對電磁閥的噴氣定時和噴氣量完成精確控制等等。另外，氣動汽車上還包括ABS、空調(diào)系統(tǒng)和車輛燈光等模塊，這些模塊需要實時共享車輛的數(shù)據(jù)，以達(dá)到整車的最優(yōu)控制。傳統(tǒng)的電氣控制設(shè)計策略已經(jīng)不能滿足當(dāng)今電氣控制網(wǎng)絡(luò)的需要，而CAN總線的數(shù)據(jù)通訊具有突出的可靠性、實用性和靈活性等特點。氣動發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)通訊平臺如圖3所示。它具有布線成本低、通訊速率高和數(shù)據(jù)傳輸精度高等優(yōu)勢。
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