发动机控制系统中几个传感器与执行器信号的软件处理研究

摘要

传感器与执行器是发动机控制系统的重要组成部分。传感器负责向控制系统单元(ECU)提供发动机的工作状态信息,或作为闭环控制回路的反馈元件反映被控量的状态;执行器则根据ECU的指令调节被控量,实现设定的控制目标。传感器信号的错误识别和执行器控制信号的不正确输出都会导致灾难性的控制后果,因此,被测量和被控量的正确性与合理性对于有效的发动机控制至关重要。这不仅要求保证控制系统单元接口电路与传感器或执行器之间良好的硬件匹配,而且要求在软件层面上对发动机传感器和执行器的信号进行优化处理。
　　现代发动机管理系统(EMS)广泛采用基于模型的控制策略和分层的软件体系架构,由应用层的传感器组件实现传感器输入信号的软件处理,将采样后的传感器电压信号转换成对应的物理量,并进行合理性判断和信号诊断。应用层的执行器组件将控制器产生的控制信号转换成执行器驱动信号,并进行相应的信号诊断。本文针对发动机控制系统中几种典型的传感器和执行器,研究了模拟量和频率量输入信号以及离散和PWM型输出信号的软件处理方法。主要研究内容包括:
　　(1)模拟量传感器信号的软件处理策略。针对节气门位置、进气歧管压力、进气温度和开关氧传感器,利用静态特性函数或输入/输出特性查询表表征其特性和进行物理量的转换。采用时间延迟、低通滤波等方法进行信号的去颤。根据信号的标称阈值范围检查,判断信号的合理性,并对输出信号进行诊断处理。
　　(2)频率量传感器信号的软件处理策略。针对曲轴位置和凸轮轴相位传感器,根据硬件电路获取的信号,通过检查相邻齿及缺齿的周期判断信号的合理性。通过检查每个凸轮轴旋转周期中的齿数进行信号正确性诊断。通过建立曲轴和凸轮轴信号特性查询表,进行曲轴与凸轮轴信号同步处理。采用滤波、去颤等方法进行信号的诊断处理。凸轮轴信号出现偏差时,利用自适应算法实现信号调整。
　　(3)执行器信号的软件处理策略。针对离散量的报警灯、点火线圈控制信号以及驱动节气门电机的PWM信号,分别采用不同的信号处理方式。根据发动机的状态确定报警灯工作模式的优先级,并通过一个状态机计算其输出状态。根据标定后的查询表确定线圈的通电时间和火花塞的放电时间。通过阈值范围的检查判断点火输出信号的合理性。根据节气门目标开度位置,由PWM信号发生器产生所需的PWM信号占空比,并通过时间延迟消除信号抖颤,驱动节气门电机转动。根据阈值范围限值的检查来判断信号的合理性。
　　对于上述提及的传感器和执行器,基于ETAS/ASCET平台建立了相应的信号处理模型,并通过仿真验证了信号处理逻辑的正确性,为EMS应用层软件的构建奠定了基础。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 传感器与执行器信号的软件处理研究现状

1.3 本课题的目的和意义

1.4 本课题主要内容

1.5 论文结构

第二章 发动机控制系统整体架构

2.1 发动机控制系统系统组成

2.2 发动机控制系统系统常用传感器及分类

2.3 发动机控制系统系统常用的执行器及分类

2.4 ETAS_ASCET软件介绍

2.5 本章小节

第三章 发动机控制系统中几个模拟量传感器信号软件处理

3.1 节气门位置传感器信号软件处理

3.2 进气歧管压力传感器信号软件处理

3.3 进气温度传感器信号软件处理

3.4 开关型氧传感器的输出信号处理

3.5 本章小节

第四章 发动机控制系统中几个频率量传感器信号软件处理

4.1 曲轴位置传感器信号软件处理

4.2 凸轮轴相位传感器信号软件处理

4.3 曲轴信号与凸轮轴信号的同步处理

4.4 曲轴位置信号与凸轮轴相位信号软件处理仿真

4.5 本章小节

第五章 发动机控制系统中几个执行器信号的软件处理

5.1 报警灯信号软件处理

5.2 点火线圈信号软件处理

5.3 电子节气门驱动电机信号软件处理

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况