氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2．2 信號(hào)采集模塊
為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制，傳感器必須能夠準(zhǔn)確地反映發(fā)動(dòng)機(jī)的各狀態(tài)參數(shù)，傳感器的選型和傳感器信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)對(duì)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(duì)磁場(chǎng)敏感、輸出電壓變化大和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。油門位置傳感器選用電位式傳感器，通過(guò)加速踏板繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)電位器觸點(diǎn)的移動(dòng)，使其輸出電壓在0．5～4．5V間發(fā)生變化。信號(hào)采集模塊的設(shè)計(jì)必須保證信號(hào)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，所以在電路設(shè)計(jì)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(hào)分兩種：一種是數(shù)字信號(hào)，如曲軸／凸輪軸信號(hào)，經(jīng)數(shù)字信號(hào)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(hào)，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(hào)，如油門位置信號(hào)，經(jīng)模擬信號(hào)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(hào)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(guò)AD轉(zhuǎn)換器可以將模擬信號(hào)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(guò)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(huì)產(chǎn)生。
T／C1(Timer／counter1)是ATmega16的一個(gè)16位多功能定時(shí)計(jì)數(shù)器。它的輸入捕捉單元可用來(lái)捕獲外部事件，并為其賦予時(shí)間標(biāo)記以說(shuō)明此事件的發(fā)生時(shí)刻，外部事件發(fā)生的觸發(fā)信號(hào)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(shí)引發(fā)一個(gè)中斷。
氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中，經(jīng)處理電路處理過(guò)的曲軸位置和凸輪軸位置信號(hào)，接到ICP1和INT1引腳。當(dāng)相應(yīng)電平變化時(shí)就會(huì)觸發(fā)曲軸、凸輪軸中斷。凸輪軸中斷子程序主要是用來(lái)判斷壓縮上止點(diǎn)位置的。在曲軸中斷函數(shù)中，完成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算，確定噴氣定時(shí)，以及結(jié)合油門位置信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換值計(jì)算噴氣量等，并通過(guò)PA7引腳輸出信號(hào)控制執(zhí)行模塊。
2．4 功率驅(qū)動(dòng)模塊
功率驅(qū)動(dòng)模塊就是將單片機(jī)輸出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁閥的控制量，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥執(zhí)行相應(yīng)操作的控制。高速電磁閥是整個(gè)氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的執(zhí)行器，是整個(gè)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(kāi)關(guān)動(dòng)作。因此，對(duì)它的響應(yīng)時(shí)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.biyoush.com/article/178756.htm
圖2所示的是電磁閥功率驅(qū)動(dòng)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(chǎng)效應(yīng)管漏極。Q1是場(chǎng)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(hào)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(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。當(dāng)ECU發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，光耦導(dǎo)通，穩(wěn)壓二極管D10將場(chǎng)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(shí)，電磁閥線圈電流增大，線圈產(chǎn)生強(qiáng)大的電動(dòng)勢(shì)，電磁閥被打開(kāi)。而當(dāng)光耦截止時(shí)，電磁閥關(guān)閉，線圈中電路變化很大，會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)。R20功率電阻和D11肖特基二極管IN5819與電磁閥并聯(lián)，防止場(chǎng)效應(yīng)管被擊穿。
2．5 通訊模塊
氣動(dòng)發(fā)動(dòng)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(hào)的采集處理；還要對(duì)電磁閥的噴氣定時(shí)和噴氣量完成精確控制等等。另外，氣動(dòng)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(shí)時(shí)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(jì)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(shí)用性和靈活性等特點(diǎn)。氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)通訊平臺(tái)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(shì)。
評(píng)論