摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元ECU的開發(fā)

單片機(jī)根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)變化的方向和變化的速率，確定發(fā)動(dòng)機(jī)是處于加速工況還是減速工況，控制發(fā)動(dòng)機(jī)在過渡工況下運(yùn)行時(shí)的噴油脈寬和點(diǎn)火時(shí)刻。

怠速的穩(wěn)定性和排放性能都是摩托車的重要指標(biāo)，需要進(jìn)行良好的控制。同時(shí)ECU還應(yīng)該具有自診斷功能，可以對(duì)傳感器和執(zhí)行器的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。

為了方便監(jiān)控，ECU具有通訊功能，不僅可以通過上位機(jī)開發(fā)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控，還能進(jìn)行在線的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)標(biāo)定。通過不同的標(biāo)定數(shù)據(jù)，就可以將此ECU用于不同排量、不同傳感器和執(zhí)行器特性摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的控制。

電控摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，以MC68HC908SR12為核心，還包括傳感器信號(hào)的處理電路、執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)電路及通訊接口電路.

硬件描述

電控摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，以MC68HC908SR12為核心，還包括傳感器信號(hào)的處理電路、執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)電路及通訊接口電路。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)電控管理系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

　　主芯片MC68HC908SR12
主芯片必須其滿足ECU軟件計(jì)算的要求以及硬件資源的要求。
由于摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)上萬轉(zhuǎn)，點(diǎn)火提前角的計(jì)算必須在目標(biāo)點(diǎn)火時(shí)刻到來之前完成，這時(shí)間通常不到0.5ms，所以需要較高的指令的執(zhí)行速度。而且執(zhí)行速度越快，ECU就可以獲取更新的傳感器信號(hào)，計(jì)算實(shí)現(xiàn)更精確的控制。MC68HC908SR12采用了PLL鎖相環(huán)技術(shù)，因此可以在很低的晶振頻率32.768KHz下，產(chǎn)生高達(dá)8M的總線頻率。本電控系統(tǒng)采用的內(nèi)部總線為4.9125M，不僅滿足了摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)控制的需要，還可以產(chǎn)生19200的SCI通訊波特率，與原有的電控系統(tǒng)開發(fā)裝置兼容。 電控系統(tǒng)需要能采集5路A/D，并且具有1路輸入捕捉、2路輸出比較功能及各種I/O口，還要具有通訊接口。MC68HC908SR12具有4路輸入捕捉/輸出比較、12通道10位A/D轉(zhuǎn)化器和SCI串行通訊口，3個(gè)8位I/O口和1個(gè)7位I/O口（包括與其它功能模塊復(fù)用的端口），能滿足控制要求。各端口的使用狀況如下表1所示。

MC68HC908SR12可尋址64KB地址空間，主要包括：12KB的閃速存儲(chǔ)器Flash、512字節(jié)的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、48字節(jié)的用戶定義矢量區(qū)和368字節(jié)的監(jiān)控ROM，存儲(chǔ)器的具體分配情況如下表：

其12KB的Flash ROM和512Byte的RAM都基本上能滿足系統(tǒng)的使用要求，而且SR12的價(jià)格也比較便宜。

傳感器簡(jiǎn)介
　　各傳感器的采集周期各不相同。變化快并且重要的信號(hào)就需要很高的采集頻率，變化慢不太重要的信號(hào)的采集頻率就可以降低。并且采集方式也有同步與異步之分，影響發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)工作狀態(tài)的模擬量采集方式就應(yīng)該是同步的，否則可以為異步的。

節(jié)氣門位置傳感器
　　節(jié)氣門由駕駛員操縱，反映駕駛員的控制意圖，因此是判斷發(fā)動(dòng)機(jī)工況的重要信號(hào)。節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門軸的尾端，常采用滑線變阻器的型式。節(jié)氣門完全關(guān)閉時(shí)，傳感器輸出電壓大于0V；節(jié)氣門完全打開時(shí)，輸出電壓小于5V。當(dāng)節(jié)氣門不斷開大時(shí)，其輸出電壓隨之線形增加。

　　TPS信號(hào)從整體上說具有較高要求，不僅對(duì)節(jié)氣門位置傳感器硬件要求較高，而且還需要在電控軟件中對(duì)其信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的濾波處理。

壁面溫度傳感器
　　壁面溫度傳感器是負(fù)溫度系數(shù)的電阻型測(cè)溫傳感器，其電阻隨著溫度增加而降低，溫度與電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系在電控軟件中通過查表完成。

　　壁面溫度傳感器用來精確地指示發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度。對(duì)應(yīng)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度范圍，電控單元應(yīng)該對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性進(jìn)行相應(yīng)修正和補(bǔ)償。比如，冷起動(dòng)時(shí)，需要比熱機(jī)時(shí)更多的燃油。

蓄電池電壓　
　　蓄電池電壓信號(hào)直接從蓄電池的接線柱處取得。此信號(hào)對(duì)于電控單元來說非常重要，油泵、噴油器和點(diǎn)火線圈的工作都受到蓄電池電壓的影響，因此必須根據(jù)蓄電池電壓信號(hào)對(duì)噴油脈寬和點(diǎn)火線圈閉合時(shí)間進(jìn)行修正補(bǔ)償。

拖動(dòng)期間，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速周期性變化，蓄電池電壓的瞬時(shí)值也隨之周期性波動(dòng)，ECU采用同步方式采集。進(jìn)入運(yùn)行點(diǎn)火工況后，采用定周期方式采集。

進(jìn)氣溫度傳感器
　　進(jìn)氣溫度傳感器與壁面溫度傳感器一樣，也是負(fù)溫度系數(shù)的電阻型測(cè)溫傳感器。安裝在進(jìn)氣管中測(cè)量進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣的溫度。進(jìn)氣溫度影響進(jìn)氣密度，因此將影響進(jìn)氣質(zhì)量，從而改變所需的燃油量，故在電控軟件中需要根據(jù)進(jìn)氣溫度進(jìn)行進(jìn)一步的修正補(bǔ)償。

CO調(diào)整螺釘
　　這個(gè)電位計(jì)也安裝在電控單元內(nèi)，但可以用一個(gè)小的平頭改錐從外面進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種調(diào)整結(jié)果被用來在電控軟件中對(duì)基本的負(fù)荷計(jì)算進(jìn)行偏移，從而改變發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際空燃比。加裝此CO調(diào)整螺釘?shù)哪康木褪钦{(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的排放狀況。

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及曲軸位置傳感器
　　發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及曲軸位置傳感器是所有傳感器中最為重要的，本電控系統(tǒng)中使用的是磁電式傳感器。經(jīng)過電控單元的脈沖整形電路處理之后，由主芯片的輸入捕捉口進(jìn)行脈沖捕捉。電控系統(tǒng)不僅要根據(jù)此信號(hào)找到齒缺位置，從而與曲軸同步，并且還要根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化進(jìn)行判缸，根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同進(jìn)行不同的點(diǎn)火和噴油控制。如果此信號(hào)有誤，發(fā)動(dòng)機(jī)將無法正常工作。

　　壁面溫度傳感器用來精確地指示發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度。對(duì)應(yīng)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度范圍，電控單元應(yīng)該對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性進(jìn)行相應(yīng)修正和補(bǔ)償。比如，冷起動(dòng)時(shí)，需要比熱機(jī)時(shí)更多的燃油。