基于ARM Cortex-M0的摩托车发动机控制系统研究

摘要

近年来，我国空气污染日益严重、雾霾现象频发的一个重要原因就是机动车尾气排放量快速上升。而我国是摩托车产销大国，且大多数中小排量的摩托车排放仍没有达到国Ⅲ标准，所以如何降低摩托车尾气排放污染物、提高燃油经济性迫在眉睫。本文以JL091单缸四冲程摩托车用汽油发动机为对象，研究其控制系统，主要内容包括:
　　1.系统总体控制方案的确定。通过了解和分析国内外摩托车用发动机控制技术的发展现状，提出采用无回油燃油供给系统、电子控制进气道喷射、直流双电容点火加三元催化转化器的总方案。通过测量进气压力与发动机转速来确定基本喷油脉宽和基本点火提前角，根据蓄电池电压、缸体温度以及节气门开度等信号来修正喷油脉宽。在高速大负荷工况下，利用爆震传感器对点火提前角进行闭环控制。控制系统中的执行器主要包括电容点火式高压包、燃油泵和喷油器。
　　2.电子控制单元ECU(electric control unit)的硬件电路设计。根据系统的设计目标自主开发了ECU的硬件电路，硬件电路的主要功能模块包括发动机信号采集与处理、执行器的驱动、直流反激式升压电路、电容充放电控制电路、微控制器控制电路及与上位机通信电路等，试验证明这些电路模块的性能稳定可靠。
　　3.发动机控制软件及上位机标定软件的设计。研究了发动机在各工况下的点火和喷油、怠速、安全保护等控制策略，并且自行开发了与之相匹配的上位机标定软件和通信协议。
　　4.完成了发动机台架标定试验。通过上位机标定软件和发动机台架完成对ECU控制策略的验证以及参数标定，并对比分析了本电控系统发动机与原化油器发动机的万有特性和排放性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 摩托车发动机控制技术研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．3 研究意义和主要工作内容

1．4 章节安排

第二章 总体方案设计

2．1 系统总体设计

2．2 燃油供给方案的确定

2．3 点火技术方案设计

2．3．1 点火参数对汽油机参数的影响

2．3．2 模拟式点火技术

2．3．3 微机控制式点火技术

2．3．4 点火方案设计

2．4 磁电机飞轮设计

2．5 本系统的特点

2．6 本章小结

第三章 硬件设计

3．1 ECU硬件设计整体框图

3．2 微控制器

3．2．1 微控制器的选择

3．2．2 微控制器的介绍

3．2．3 微控制器引脚分配

3．3 输入信号采集电路

3．3．1 缸体温度传感器

3．3．2 节气门位置传感器

3．3．3 进气压力传感器

3．3．4 爆震传感器

3．3．5 转速信号处理电路

3．4 执行器驱动电路

3．4．1 喷油嚣驱动电路

3．4．2 电动燃油泵驱动电路

3．5 CDI充放电电路

3．5．1 TL2843的简介

3．5．2 电容充放电电路的分析

3．5．3 变压器设计

3．6 其他电路

3．6．1 电源电路设计

3．6．2 与上位机通信电路

3．6．3 转速输出电路

3．7 ECU硬件可靠性与抗干扰性设计

3．8 本章小结

第四章 软件设计

4．1 通信协议的制定

4．2 ECU控制软件的设计

4．2．1 开发环境简介

4．2．2 控制软件总体框架

4．2．3 状态种类与切换

4．2．4 转速的计算

4．2．5 进气压力的计算

4．2．6 点火控制

4．2．7 喷油控制

4．2．8 怠速闭环控制

4．2．9 下位机标定控制模块

4．2．10 发动机断油控制策略

4．2．11 传感器故障处理

4．2．12 软件抗干扰

4．3 上位机标定软件的设计

4．3．1 LabWindows／CVI简介

4．3．2 基于Labwindows／CVI标定软件的设计

4．4 本章小结

第五章 试验与结果分析

5．1 试验设备与装置

5．2 标定功能测试

5．3 系统性能验证

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录A 硬件原理图

致谢

在学期间发表的学术论文及其他科研成果