基于小波变换的爆震控制系统设计与实现

摘要

随着汽车电子技术的不断发展，爆震控制技术在汽车发动机控制系统中的应用逐渐从以前的高档车高配变成现在的标准配置，尽管发动机在出厂前会进行一系列标定实验（包括点火提前角度的标定），随着发动机的老化，气缸积碳、火花塞点火性能下降等不可抗拒因素都会影响发动机的性能，可能导致发动机发生爆震使输出扭矩减小，功率下降以及排放效果变差，严重时还可能损坏发动机。因此爆震控制显得尤为重要。目前围绕爆震控制的研究以及实现方式有多种，市面上车用发动机控制器大多都采用专用的爆震信号处理芯片处理爆震传感器信号，此种方法成本较低但需要进行大量的阈值标定工作，耗时耗力；也有部分研究采用FPGA或DSP等进行处理但成本过高。本文针对以上缺点采用价格低廉的STM32F103单片机，结合小波变换在信号分析领域的强大功能实现了基于小波变换的爆震控制系统设计，并采用了当前效率较高的基于模型的开发方式对控制策略软件进行了开发。
　　本文通过对国内外爆震控制领域研究现状的分析对比确定了爆震控制系统的基本开发线路。首先，采用自主研发的发动机控制单元（ECU）结合发动机实验台架以及测功机搭建了爆震信号检测试验系统，采集多种工况爆震与非爆震情况下的爆震传感器信号对发动机的爆震机理以及信号频谱做了进一步分析；其次，进一步学习了小波变换的原理以及Mallat小波快速算法，并在此基础上根据爆震信号的频谱分布设计了小波滤波器，对爆震传感器信号滤波以获得爆震特征信号，再结合相对能量判定方法对爆震特征信号进行分析获取爆震判定指标；然后，使用STM32构建了爆震控制单元的硬件系统，软件部分根据对小波滤波和爆震判定方法的研究在simulink下搭建了爆震控制单元模型，并对模型进行定点化处理以提高代码运行效率，配置生成代码所需的系统目标文件和编译模板文件生成目标硬件的嵌入式代码，并做了实时性分析；最后，将爆震控制单元和发动机控制器（ECU）联合实验验证了爆震控制单元的功能。
　　最终经过实验验证，爆震控制单元能够将点火提前角控制在爆震临界区域，当发动机发生爆震时能够通过调整点火提前角有效地消除爆震，同时，使发动机的输出功率和扭矩达到最大。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容

第2章 爆震信号检测及控制机理分析

2.1 爆震控制原理研究

2.2 爆震信号检测实验系统设计

2.3 基于快速傅里叶变换的爆震信号频谱分析

2.4 本章小结

第3章 基于小波变换的爆震特征提取及判定方法研究

3.1小波变换定义

3.2 小波变换提取爆震特征

3.3 爆震强度判定策略研究

3.4 本章小结

第4章 爆震控制单元设计

4.1 爆震控制系统结构

4.2爆震控制单元硬件设计

4.3爆震控制单元软件设计

4.4 实时性分析

4.5 本章小结

第5章 台架实验验证

5.1 双控制器实验系统设计

5.2发动机爆震控制单元试验验证

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间获得与论文相关的科研成果