1、汽車發(fā)動機(jī)電控怠速系統(tǒng)的分析與研究 目錄 TOC o 3-3 h z t 標(biāo)題 1,1,標(biāo)題 2,2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc260218158 目 錄I HYPERLINK l _RefHeading_Toc260218159 摘 要II HYPERLINK l _RefHeading_Toc260218160 AbstractIII HYPERLINK l _RefHeading_Toc260218161 第1章 緒 論1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc260218162 1.1汽車電子控制技術(shù)發(fā)展簡介1 HYPERLINK l _Re

2、fHeading_Toc260218163 1.2電子控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc260218164 1.3本文容1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc260218165 第2章電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與其功能22.1電子控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)2.1.1個傳感器 HYPERLINK l _RefHeading_Toc260218168 2.1.2電子控制單元2致動器2.2電子控制系統(tǒng)的基本原理2.2.1電子控制系統(tǒng)的控制能力和功能2.2.3控制軟件2.3查表程序和數(shù)據(jù)區(qū)結(jié)構(gòu)分析第3章發(fā)動機(jī)怠速控制3.1怠速執(zhí)行器3.2怠速執(zhí)行器控制電路3.3

3、不同工況下的怠速控制策略3.4怠速時的點(diǎn)火控制3.5怠速控制系統(tǒng)和怠速控制閥的檢查發(fā)動機(jī)怠速系統(tǒng)智能控制研究4.1發(fā)動機(jī)怠速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型4.2怠速控制的策略和方法第五章總結(jié)與展望 HYPERLINK l _RefHeading_Toc260218169 參考文獻(xiàn)3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc260218170 致4摘要近年來，隨著生活水平的提高和環(huán)境的惡化，對汽車的經(jīng)濟(jì)性、排放性和舒適性的要求已經(jīng)到了傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)無法勝任的地步。同時，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，采用電子發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)是滿足上述要求的最佳選擇。發(fā)動機(jī)電子控制主要包括燃油噴射控制、點(diǎn)火控制和怠速控制。典型的

4、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)由三部分組成:傳感器、電子控制單元和執(zhí)行器。傳感器采集的發(fā)動機(jī)熱力參數(shù)和機(jī)械參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給ECU。ECU綜合分析各種參數(shù)，確定發(fā)動機(jī)工況，然后向執(zhí)行器發(fā)送控制信號，改變(或維持)發(fā)動機(jī)工況。怠速工況的控制主要是ECU根據(jù)采集到的節(jié)氣門TP、轉(zhuǎn)速、水溫、車速來決定處于什么怠速工況，然后輸出怠速空氣量信號給怠速執(zhí)行器。本文詳細(xì)介紹了電控系統(tǒng)的三個部分，但重點(diǎn)是怠速控制，并討論了不同怠速工況下的控制策略。怠速工況包括啟動、預(yù)熱、快速減速、失速保護(hù)和突然加載等。同時，由于采用了電子控制，可以根據(jù)需要自由控制點(diǎn)火提前角和噴油量，這些都是傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)系統(tǒng)所沒有的。由于怠速控制是一個非線

5、性時變系統(tǒng)，很難建立數(shù)學(xué)模型。隨著控制理論的發(fā)展，國外許多專家學(xué)者正在研究怠速的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和自適應(yīng)控制，這些控制方法可以與各種控制方法相結(jié)合。相信怠速控制會讓汽車越來越“智能”，越來越舒適。本文也討論了怠速的智能控制，但都是膚淺的。通過對發(fā)動機(jī)怠速控制系統(tǒng)的分析和研究，我們對電控怠速系統(tǒng)有了更深入的了解。關(guān)鍵詞:電子控制系統(tǒng)，怠速狀態(tài)，電子控制，智能控制第一章:緒論1.1汽車電子控制技術(shù)發(fā)展概述電子是從電控燃油噴射技術(shù)開始的，傳統(tǒng)汽車都是用化油器?；推魇前l(fā)動機(jī)混合氣生成系統(tǒng)，具有燃油的霧化、氣化、混合、配量和定量控制等功能。但是化油器有一些致命的弱點(diǎn)，混合氣濃度過高，油耗高，尾氣

6、污染嚴(yán)重，使發(fā)動機(jī)震動大，容易熄火。汽油噴射最早是在航空發(fā)動機(jī)上開發(fā)使用的，二戰(zhàn)汽油噴射轉(zhuǎn)向車輛。20世紀(jì)50年代，世界上大量生產(chǎn)汽油噴射汽車并投入市場。但在這個階段，汽油噴射是機(jī)械式的，即載荷信息由桿系傳遞，轉(zhuǎn)速信息由離心塊檢測，循環(huán)噴油量由空間凸輪控制。1957年，一家美國公司推出了電子控制汽油噴射系統(tǒng)，稱為電子噴射，簡稱EFI。電噴技術(shù)為發(fā)動機(jī)乃至整個交通行業(yè)的發(fā)展開創(chuàng)了一個新時代。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，從60年代后半期開始。電控汽油噴射經(jīng)歷了從晶體管、集成電路到微處理器控制，從模擬電子噴射到數(shù)字電子噴射的發(fā)展過程。在研究電噴的同時，開發(fā)人員還進(jìn)行了汽車其余部分的電控研究。1960年，集成

7、電路調(diào)節(jié)器被用來代替電磁振動調(diào)節(jié)器。1969年，開發(fā)出汽車變速器電子控制裝置。1970年開始使用電子防滑裝置(即防抱死制動系統(tǒng))。1977年，數(shù)字計算機(jī)被用于點(diǎn)火系統(tǒng)。同年，開發(fā)了同時控制點(diǎn)火正時、廢氣再循環(huán)和二次空氣的電子控制。以上系統(tǒng)都是分開獨(dú)立的控制發(fā)動機(jī)的各個部件，但是發(fā)動機(jī)的參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的，所以這些系統(tǒng)的功效有很大的局限性。1979年開發(fā)出具有自診斷功能的發(fā)動機(jī)集中控制系統(tǒng)，綜合控制點(diǎn)火正時、空燃比、排氣循環(huán)和怠速。如今，汽車電子設(shè)備的應(yīng)用占汽車總成本的三分之一。美國福特、日本豐田、德國大眾等公司生產(chǎn)的汽車都裝有幾臺甚至二十臺單片機(jī)和上百個傳感器。主要的汽車電子設(shè)備包括:發(fā)動機(jī)電子

8、控制系統(tǒng)、自動變速器系統(tǒng)防抱死、牽引力控制、防撞系統(tǒng)、電子助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、安全氣囊、油泵控制、自動懸架控制、自動門鎖、玻璃窗升降控制和語音報警系統(tǒng)。1.2電子控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢汽油機(jī)電控系統(tǒng)的研發(fā)主要體現(xiàn)在以下幾個方面。1.控制器隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，發(fā)動機(jī)控制器在小型化的同時功能也越來越強(qiáng)大。目前電控單元的硬件不斷豐富，集成度越來越高，數(shù)據(jù)采集、計算和通訊的速度不斷提高，燃燒壓力的瞬態(tài)變化也可以實時處理。發(fā)動機(jī)控制發(fā)展到綜合控制，不僅可以實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)本身的控制，還可以控制車輛的自動變速器、主動懸架和車速。目前，16位計算機(jī)取代8位計算機(jī)成為車載微機(jī)的主流，并正在向32位計算機(jī)邁進(jìn)，這將有

9、力地支持控制系統(tǒng)開發(fā)更多更先進(jìn)的功能。2.傳感器隨著小型化、集成化和智能化的發(fā)展，傳感器可以自動補(bǔ)償溫度和電壓，自動恢復(fù)長期使用造成的性能退化。具有自診斷、自修復(fù)功能，直接輸出數(shù)字信號，簡化了控制單元。傳感器本身抗干擾能力強(qiáng)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。目前新型傳感器的開發(fā)主要集中在燃燒數(shù)據(jù)傳感器的開發(fā)和發(fā)動機(jī)輸出參數(shù)的檢測。3.新機(jī)構(gòu)的發(fā)展未來有望實現(xiàn)的新控制項目有:1)可變尺寸進(jìn)氣系統(tǒng)2)氣門正時和氣門升程的控制3)爆震控制實現(xiàn)高壓縮比和可變壓縮比控制。4)排氣冷卻系統(tǒng)和噪聲控制。5)渦流和燃料霧化的控制4.控制軟件的開發(fā)表現(xiàn)在新控制理論在發(fā)動機(jī)控制中的實際應(yīng)用。汽油機(jī)的控制理論從開環(huán)控制走向閉環(huán)

10、控制，從最優(yōu)控制走向自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)，最后走向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制。未來，控制軟件的發(fā)展主要表現(xiàn)在:1)為新變量開發(fā)控制算法2)開發(fā)控制算法的仿真研究。3)對未來車外診斷系統(tǒng)和車內(nèi)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真應(yīng)用研究。5.新一代電控發(fā)動機(jī)的開發(fā)目前，美國、日本等國家正在積極開展新一代電控汽油發(fā)動機(jī)的研究，主要包括以下幾個方面方面:1)汽油機(jī)稀燃技術(shù)的研究。2)缸內(nèi)直噴技術(shù)的研究?？傊娮涌刂圃谄嚬I(yè)的發(fā)展中起著關(guān)鍵的作用。未來，隨著各種社會需求和新材料、新技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動機(jī)的電子控制將向高速化、小型化方向發(fā)展。1.3本文內(nèi)容本文以目前廣泛使用的發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)為研究對象，分析了發(fā)動機(jī)電子控制的總體結(jié)構(gòu)和功能，

11、特別是不同工況下的怠速控制。主要包括以下幾個方面:1)通過對電控燃油噴射系統(tǒng)的分析，得出電控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及各部分功能在軟件和硬件上的實現(xiàn)。2)詳細(xì)討論了不同怠速工況下控制策略的實現(xiàn)，分析了怠速執(zhí)行器的工作原理。3)在此基礎(chǔ)上，探討了怠速系統(tǒng)的智能控制。第二章電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能2.1電子控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展和社會的需求，集中控制已成為必然趨勢。只有集噴油、點(diǎn)火、怠速、廢氣再循環(huán)(EGR)和碳罐氣門控制等功能于一體的發(fā)動機(jī)集中管理系統(tǒng)(EMS)，才能更好地解決各種控制功能相互關(guān)聯(lián)、相互影響的問題。圖2-1是發(fā)動機(jī)控制電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)由傳感器、電控單元

12、和執(zhí)行器三部分組成。工作時，系統(tǒng)首先根據(jù)傳感器傳輸?shù)男盘柅@取發(fā)動機(jī)的當(dāng)前參數(shù)，電控單元通過對當(dāng)前參數(shù)的綜合分析，確定發(fā)動機(jī)的運(yùn)行模式。然后，信號被輸出到致動器。比如在起步狀態(tài)下，ECU(電子控制單元)根據(jù)接收到的點(diǎn)火開關(guān)位置、轉(zhuǎn)速、車速、TP信號等知道自己處于起步狀態(tài)。當(dāng)采集的轉(zhuǎn)速大于設(shè)定值ns時，判定啟動成功，立即將旁通閥開度調(diào)整到Hs，然后逐漸調(diào)整到正常怠速位置。在這種工況下，要求系統(tǒng)實時采集、綜合分析并向執(zhí)行器輸出信號。發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時有很多類似的工況。2.1.1個傳感器傳感器是感知信息的部件，其作用是采集控制系統(tǒng)的信號，轉(zhuǎn)換成電信號發(fā)送給ECU，從而提供汽車運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)動機(jī)工況等相關(guān)信息。

13、因此，傳感器信息的準(zhǔn)確性、再現(xiàn)性和即時性直接決定了控制的質(zhì)量。傳感器是一種信號檢測和轉(zhuǎn)換裝置。傳感器安裝在發(fā)動機(jī)的各個部位，比如安裝在發(fā)動機(jī)空氣濾清器后面的空氣流量計，安裝在排氣管上的氧傳感器。發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)中常用的傳感器如下:(1)空氣流量計安裝在空氣濾清器后面，用于檢測進(jìn)入發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣。(2)節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門體上，用于檢測節(jié)氣門的開度。(3)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速曲軸位置傳感器安裝在氣缸體上，用于檢測發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸位置。(4)冷卻液溫度傳感器安裝在水套上，用于檢測發(fā)動機(jī)工作時冷卻液的溫度。(5)爆震傳感器安裝在側(cè)氣缸體上，以控制爆震的發(fā)生和點(diǎn)火時間。(6)氧傳感器安裝在排氣管上，用氧

14、化鋯加熱型氧傳感器檢測廢氣中的氧含量，并給計算機(jī)反饋信號。由ECU控制空燃比收斂到理論值。2.1.2電子控制單元電子控制單元(ECU)是整個發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的計算中心和控制中心。ECU接收來自傳感器的信息，進(jìn)行存儲、計算和分析，然后向執(zhí)行器發(fā)出相應(yīng)的控制指令。其作用是根據(jù)各種傳感器和控制開關(guān)輸入的信號參數(shù)，實時控制噴油量、噴油時刻和點(diǎn)火時刻。它利用存儲的軟件(各種函數(shù)、算法程序、數(shù)據(jù)表)和硬件(各種整形、放大、A/D、CPU、D/A)電路處理各種傳感器輸入的許多信號。在這些信號的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟件的其他信息，制定各種控制命令，并發(fā)送給各種執(zhí)行器，從而實現(xiàn)發(fā)動機(jī)控制。從外觀上看，電控單元是一個金屬方

15、盒，金屬外殼具有靜電屏蔽功能。在其部分，印刷電路板用于容納所需的數(shù)字邏輯電路和包括微處理器的模擬信號處理電路，以便用包括燃料噴射、點(diǎn)火和燃料泵控制的功率驅(qū)動最后階段。燃料噴射和點(diǎn)火的最后階段的功率驅(qū)動元件安裝在冷卻部分中以改善散熱。電纜束和插頭將電子控制器與電池連接，將傳感器與執(zhí)行器連接。電噴控制器具有防短路和極性轉(zhuǎn)換功能。在發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)中，如果把電控單元比作“司令部”，那么這個“司令部”的“最高統(tǒng)帥”就是CPU。它接受外部信號的變化，及時做出決策，發(fā)出指令，并根據(jù)預(yù)先編制的軟件控制外部執(zhí)行器的運(yùn)行和動作。因此，CPU的性能在一定程度上決定了整個電控系統(tǒng)的性能。早期的電控系統(tǒng)，使用的處理器速

16、度較慢，沒有A/D轉(zhuǎn)換器，復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算無法快速處理，RAM較少，限制了電控系統(tǒng)的整體功能。隨著人們對汽車性能的要求(如經(jīng)濟(jì)性、排放性、安全性等。)不斷完善，需要電控系統(tǒng)采集更多的傳感器信號，進(jìn)行更復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，安全可靠地診斷故障，快速排除故障。但是，原來的微處理器不能滿足要求。因此，隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，性能更高、運(yùn)算速度更快的微處理器已被用作發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)的CPU。從直接傳感器獲得的信號包括數(shù)字、模擬和開關(guān)值。這些信號大部分不能被CPU直接使用，需要經(jīng)過輸入處理電路的處理，才能被CPU采集。模擬信號必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能被微處理器處理。由于控制系統(tǒng)往往要求高分辨率和高精度

17、的模數(shù)信號轉(zhuǎn)換，通常使用10位以上的A/D轉(zhuǎn)換器。為了跟上輸入信號的變化，提高測控系統(tǒng)的實時性，一般要求采樣間隔小于4 ms，對于數(shù)字信號，雖然微處理器可以處理數(shù)字信號，但并不是所有的數(shù)字信號都可以按其原始幅度輸入，而是需要通過電控單元中的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成TTL電平。另外，隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，有一些集成了整形電路的傳感器，可以直接發(fā)送適合電控單元輸入的數(shù)字信號。此外，輸入信號，如超過電源電壓、電壓在正負(fù)之間變化、高振蕩或噪聲、電壓波動等。也必須通過專用的輸入處理電路轉(zhuǎn)換成可以被微處理器接收和處理的信號。微處理器輸出的信號通常是用于控制電磁閥的電流、指示燈的開/關(guān)信號、規(guī)定的周期性脈沖信號(例如

18、用于發(fā)動機(jī)燃料噴射控制)、用于驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的一系列固定的周期性脈沖信號、用于比例控制的電壓信號等。一方面，由于這些信號的功率很低，它們的電流一般為毫安級；另一方面，由于汽車中執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源多為電壓為12V或42V的電池，微處理器采用+5V的電壓，不能直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而微處理器的控制信號需要經(jīng)過輸出處理電路的處理，才能驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成整個系統(tǒng)的控制功能。有許多特定形式的輸出驅(qū)動器。最常見、最簡單的就是晶體管放大輸出驅(qū)動器，利用晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷來驅(qū)動執(zhí)行器。目前電控單元電路中普遍采用專用驅(qū)動芯片來驅(qū)動各種執(zhí)行器，如TLE5203。致動器執(zhí)行器接收電控單元的控制指令，完成特定的控制動作，使發(fā)動

19、機(jī)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。目前，在廣泛使用的發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)中，主要的執(zhí)行器包括燃油噴射系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、怠速執(zhí)行器、EGR系統(tǒng)和碳罐閥等。，下面簡要分析。燃油噴射系統(tǒng)的作用是提供符合功率和工況要求的噴油量和空燃比。一般可分為單點(diǎn)噴射系統(tǒng)和多點(diǎn)噴射系統(tǒng)兩大類。早期的發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)一般采用進(jìn)氣管單點(diǎn)噴射。這種系統(tǒng)一般在進(jìn)氣管節(jié)氣門上方裝有一個與化油器大小形狀相似的中央噴射裝置，其中安裝一個或兩個噴油器，將汽油噴入進(jìn)氣氣流中形成混合氣，由進(jìn)氣歧管分配到各缸。與化油器相比，單點(diǎn)燃油噴射系統(tǒng)在排放和燃油經(jīng)濟(jì)性方面有了很大的提高，并且結(jié)構(gòu)簡單，成本低，所以在早期得到了廣泛的應(yīng)用。但由于單點(diǎn)噴射系統(tǒng)的噴射點(diǎn)離氣

20、缸太遠(yuǎn)，加速時的燃油滯后和濕壁效應(yīng)更加明顯。同時，由于只有一個噴射點(diǎn)，各缸混合氣的均勻性也較差，所以已經(jīng)逐漸被淘汰，只部分使用了部分經(jīng)濟(jì)型轎車。一般在各缸進(jìn)氣門的進(jìn)氣歧管處安裝電磁噴油器，直接將燃油噴入氣缸的進(jìn)氣門，充分利用氣缸的熱量使燃油霧化，與進(jìn)氣形成混合氣。因此也稱為各缸噴射系統(tǒng)。多點(diǎn)噴射系統(tǒng)可根據(jù)不同工況實現(xiàn)同時噴射、順序噴射和分組噴射。各缸燃油分配均勻，可以直接控制空燃比，甚至可以讓發(fā)動機(jī)停止工作。它對瞬態(tài)工況的適應(yīng)性和燃油經(jīng)濟(jì)性最好，因此成為燃油噴射系統(tǒng)的主流。燃油噴射系統(tǒng)的最新發(fā)展方向是缸內(nèi)汽油直噴技術(shù)。這套系統(tǒng)和柴油供油方式一樣，采用5MPa以上的高壓直接向缸內(nèi)噴射燃油，通過新

21、研發(fā)的燃燒控制技術(shù)，實現(xiàn)穩(wěn)定的超稀燃燒和更高的壓縮比(最高可達(dá)12.5)，可以達(dá)到或接近柴油的燃油經(jīng)濟(jì)性和高動力輸出。它是21世紀(jì)最有前途的燃油噴射方式。為了輸出動力，發(fā)動機(jī)必須使噴入氣缸的燃油燃燒做功，所以點(diǎn)火系統(tǒng)必不可少。點(diǎn)火系統(tǒng)有很多種，但總的來說可以分為三大類:分電器點(diǎn)火系統(tǒng)、無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)和個體點(diǎn)火系統(tǒng)。所有這些點(diǎn)火系統(tǒng)仍然使用點(diǎn)火線圈來存儲點(diǎn)火能量并產(chǎn)生用于點(diǎn)火的高電壓。早期開發(fā)的電子點(diǎn)火裝置一般都有分電器點(diǎn)火系統(tǒng)，用電子控制單元的輸出信號代替?zhèn)鹘y(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)中的斷路器和點(diǎn)火提前機(jī)構(gòu)(包括離心式和真空式提前機(jī)構(gòu))，但仍保留高壓分電器。隨著點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展，分電器被取消，出現(xiàn)了無分電器點(diǎn)

22、火系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，控制器和點(diǎn)火驅(qū)動器直接產(chǎn)生幾個點(diǎn)火信號，幾個點(diǎn)火線圈依次充放電，產(chǎn)生每個氣缸點(diǎn)火所需的高壓，直接傳輸?shù)交鸹ㄈc(diǎn)火。無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是取消了分電器，大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了能量傳遞損失和系統(tǒng)故障率。由于去掉了分電器蓋和分電器頭，消除了分電器頭的導(dǎo)電片與分電器蓋旁邊的電極之間的放電火花，抑制了對無線電設(shè)備的干擾。它能精確控制點(diǎn)火提前角和點(diǎn)火間隔角，有效提高發(fā)動機(jī)的動力性和經(jīng)濟(jì)性，并顯著降低排放。單點(diǎn)火系統(tǒng)也是無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)，但是每個火花塞都裝有一個小的點(diǎn)火線圈，點(diǎn)火驅(qū)動器直接控制每個線圈的初級電流。它的主要優(yōu)點(diǎn)是取消了高壓線，避免了高壓電傳輸過程中的能量損失，而

23、且由于點(diǎn)火線圈的充電時間可以很短，加上每個氣缸一個線圈，曲軸每兩周才點(diǎn)火一次，可以適應(yīng)極高的轉(zhuǎn)速。因此，在高性能的四氣門汽油機(jī)中，常采用單點(diǎn)火系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)怠速執(zhí)行器是指發(fā)動機(jī)怠速時控制發(fā)動機(jī)進(jìn)氣的裝置，這將在第3章詳細(xì)討論。此外，還有其他執(zhí)行器，如EGR閥、空調(diào)開關(guān)等。這些執(zhí)行器的控制一般比較簡單，這里就不贅述了。2.2電子控制系統(tǒng)的基本原理在發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中，ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的傳感器發(fā)送的信號判斷發(fā)動機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀況和條件，從rom中查找相應(yīng)的控制參數(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)中央處理器(CPU)計算和必要的修正后，輸出相應(yīng)的控制信號控制發(fā)動機(jī)運(yùn)行。2.2.1電子控制系統(tǒng)的控制能力和功能目前汽車發(fā)動機(jī)

24、的主要電控系統(tǒng)有:電控燃油噴射系統(tǒng)、電控點(diǎn)火系統(tǒng)、進(jìn)氣控制系統(tǒng)、怠速控制系統(tǒng)、排放控制系統(tǒng)和自診斷系統(tǒng)等。通常情況下，除電控點(diǎn)火系統(tǒng)外的所有其他控制系統(tǒng)都稱為輔助控制系統(tǒng)。發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的主要控制功能是燃油控制(控制噴油量和噴油正時)和電點(diǎn)火控制(控制點(diǎn)火提前角、關(guān)閉角和爆燃控制)。燃油噴射控制。燃油噴射控制是發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)最重要的控制功能。燃油噴射控制主要包括噴射正時控制、噴射持續(xù)時間控制、燃油停止控制和電動汽油泵控制。噴射正時控制，即噴射開始時間控制，包括根據(jù)曲柄角位置的同步噴射控制和根據(jù)發(fā)動機(jī)運(yùn)行條件的異步噴射控制。燃料噴射持續(xù)時間控制，即燃料噴射量控制。包括兩個控制程序:發(fā)動機(jī)起動時的

25、燃料噴射持續(xù)時間控制和發(fā)動機(jī)起動后的燃料噴射持續(xù)時間控制。停油控制包括減速停油控制、超速停油控制和停油后恢復(fù)供油控制。電動汽油泵的控制包括發(fā)動機(jī)啟動前電動汽油泵的預(yù)運(yùn)行控制，發(fā)動機(jī)正常運(yùn)行時和發(fā)動機(jī)停止時電動汽油泵的運(yùn)行控制。(2)點(diǎn)火控制。點(diǎn)火控制是發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)的第二個主要控制功能。電子控制系統(tǒng)控制點(diǎn)火，包括點(diǎn)火正時控制、關(guān)閉角控制和爆燃反饋控制。正時控制，即最佳點(diǎn)火提前角控制。包括基本點(diǎn)火提前角的確定、基本點(diǎn)火提前角的修正和點(diǎn)火控制。閉合角控制，即控制點(diǎn)火線圈的一次通電時間。包括初級線圈接通時間的確定和通過電流的控制。爆燃反饋控制是汽油機(jī)電控系統(tǒng)特有的控制功能。包括爆燃的檢測和反饋校

26、正控制。(3)怠速控制當(dāng)發(fā)動機(jī)處于怠速時，Ecu根據(jù)怠速的變化或附屬設(shè)備(如空調(diào)壓縮機(jī))是否連接，控制怠速控制裝置調(diào)節(jié)怠速_T時的供氣量，使發(fā)動機(jī)保持最佳怠速。(四)廢氣凈化控制發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)的排氣凈化控制功能包括氧傳感器的反饋控制、廢氣再循環(huán)控制(EGR)、二次空氣噴射控制、活性碳罐清潔控制等。氧傳感器的反饋控制:當(dāng)Ecu根據(jù)發(fā)動機(jī)工況決定實施空燃比閉環(huán)控制時，Ecu根據(jù)氧傳感器的反饋信號修正噴油持續(xù)時間，精確控制空燃比在14.7: 1左右，使三元催化凈化裝置的凈化效率最高。廢氣再循環(huán)控制:在采用廢氣再循環(huán)的發(fā)動機(jī)中，Ecu根據(jù)發(fā)動機(jī)工況，通過真空電磁閥控制廢氣再循環(huán)過程和再循環(huán)廢氣的量

27、，從而降低NOx的量。二次空氣噴射控制:在裝有二次空氣噴射裝置的發(fā)動機(jī)中，Ecu根據(jù)發(fā)動機(jī)工況和工作溫度，向排氣管或三元催化轉(zhuǎn)化器中噴射新鮮空氣，以降低某些特殊工況下C0和Hc的排放。活性炭罐清洗控制:在裝有活性炭罐清洗控制裝置的發(fā)動機(jī)中，Ecu定期打開活性炭罐清洗控制電磁閥，清洗活性炭層，恢復(fù)活性炭的吸附功能。(5)進(jìn)氣控制汽油機(jī)電控系統(tǒng)的進(jìn)氣控制功能包括進(jìn)氣諧振增壓控制、進(jìn)氣渦流控制、氣門正時控制和增壓控制。氣門正時控制:在可變氣門正時的發(fā)動機(jī)中，Ecu可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，通過改變氣門正時來提高發(fā)動機(jī)的充氣效率、動力性和經(jīng)濟(jì)性。(6)故障自診斷和帶故障運(yùn)行控制。自診斷控制:當(dāng)電控系

28、統(tǒng)的元件出現(xiàn)故障時，Ecu使故障報警裝置及時發(fā)出報警信號，同時將故障信息存儲在存儲器中，以供維修時參考。帶故障運(yùn)行控制:微機(jī)控制系統(tǒng)部件出現(xiàn)故障后，Ecu根據(jù)故障類型做出最合適的應(yīng)急處理。大部分情況下，車子還是可以跑到性能稍差的車庫維修。2.2.3控制軟件控制軟件的特點(diǎn)是程序量大，各種可能性都要考慮。它由主控制程序、各種功能和一些中斷服務(wù)程序。圖2- 5是主控制程序的流程圖。對于每種工況，它包括噴油控制、點(diǎn)火控制和怠速控制。加速/減速決策的閾值主要來自節(jié)氣門位置信號的變化。量來確定是否真的需要加/減速，或者一個無意的擾動信號?？刂屏康挠嬎阒饕嵌〞r進(jìn)行的，即每0.01秒一次。并且在指定的曲軸位

29、置實現(xiàn)控制功能。圖2- 6是控制序列流程。三個主要控制變量:噴油量、點(diǎn)火提前角和怠速氣門開度的控制都是基于開環(huán)控制加閉環(huán)控制。所謂開環(huán)控制，就是根據(jù)各個傳感器的輸入值，通過查表計算出各個控制量的基本量和增量。閉環(huán)控制是根據(jù)控制目標(biāo)來確定各個控制量的修正量。在一定條件下，噴油量的控制目標(biāo)是利用氧傳感器使空燃比達(dá)到理想值，點(diǎn)火提前角的控制目標(biāo)是利用爆震傳感器使發(fā)動機(jī)工作在弱爆震狀態(tài)，怠速閥開度的控制目標(biāo)是利用測速(通過霍爾傳感器)使怠速保持在要求值。控制軟件還可以對各個傳感器的信號進(jìn)行監(jiān)控，判斷其是否異常。一旦出現(xiàn)異常，可以記錄異常的性質(zhì)，用于以后的故障診斷。另一方面，沒有這個傳感器，繼續(xù)控制發(fā)動

30、機(jī)盡可能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2.3查表程序和數(shù)據(jù)區(qū)結(jié)構(gòu)分析2.3.1查表程序分析第三章發(fā)動機(jī)怠速控制3.1怠速執(zhí)行器本文以UAES聯(lián)合汽車電子公司開發(fā)的M1、M3、M7和ME7為基礎(chǔ)，對怠速調(diào)節(jié)閥進(jìn)行了探討。聯(lián)合汽車電子是由中聯(lián)汽車電子和德國博世公司于1997年在浦東共同投資的合資企業(yè)。引進(jìn)德國博世公司世界一流的產(chǎn)品技術(shù)，制造Motronic系列(簡稱M系列)發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)。該公司目前生產(chǎn)的EMS包括M1、M3、M7和ME7系統(tǒng)，主要用于大眾、一汽大眾、長安等汽車公司的汽車。3 . 1 . 1 M1系統(tǒng)中使用的怠速閥M1系統(tǒng)中有兩種怠速調(diào)節(jié)閥，一種是旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速調(diào)節(jié)閥，另一種是步進(jìn)電機(jī)式怠速調(diào)節(jié)閥。旋

31、轉(zhuǎn)滑閥怠速調(diào)節(jié)閥旋轉(zhuǎn)滑閥怠速調(diào)節(jié)閥根據(jù)怠速與標(biāo)稱轉(zhuǎn)速的瞬時誤差，通過旁通管向節(jié)流閥提供或多或少的空氣，電子噴射控制器(ECU)根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和溫度向旋轉(zhuǎn)滑閥怠速調(diào)節(jié)閥提供控制信號。然后旋轉(zhuǎn)滑閥怠速調(diào)節(jié)閥中的旋轉(zhuǎn)滑閥改變旁通管的流通截面。旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速調(diào)節(jié)閥具有兩個繞組和90度的有限旋轉(zhuǎn)角度。固定在樞軸上的旋轉(zhuǎn)滑閥適當(dāng)?shù)卮蜷_空氣旁路通道，以獲得所需的怠速，而不受負(fù)載的影響。電噴控制器中的調(diào)節(jié)電路利用怠速從轉(zhuǎn)速傳感器獲得所需的實際轉(zhuǎn)速信號，與編程標(biāo)定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，通過旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速調(diào)節(jié)閥的作用改變空氣的通過量，直到標(biāo)定轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速相同。2.步進(jìn)電機(jī)式怠速調(diào)節(jié)閥目前有相當(dāng)一部分汽車采用步進(jìn)電機(jī)控

32、制怠速，使發(fā)動機(jī)在不同怠速和工況下都能以最佳怠速運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)由ECU控制，如圖所示。當(dāng)ECU執(zhí)行怠速控制時，首先，ECU根據(jù)節(jié)氣門全關(guān)信息(怠速開關(guān))和車速信號判斷發(fā)動機(jī)處于怠速。然后ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)水溫傳感器、空調(diào)、動力轉(zhuǎn)向和自動變速器的負(fù)載情況，以及存儲器中存儲的參考數(shù)據(jù)，確定相應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。一般采用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速反饋形式，將實際發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，根據(jù)差值確定相應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速控制量來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。移動前氣門，改變氣門與氣門座的距離，調(diào)節(jié)旁通氣道的空氣流量，使發(fā)動機(jī)怠速達(dá)到要求的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。3.1.2 M3系統(tǒng)怠速節(jié)流裝置在M1系統(tǒng)中，有一個旁通閥通向怠速穩(wěn)定系統(tǒng)中的節(jié)氣門，用于怠速穩(wěn)

33、定。它的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)空間大，結(jié)構(gòu)部件多，增加了節(jié)氣門本身的漏風(fēng)。一旦發(fā)動機(jī)過了磨合期，通過節(jié)氣門和旁通閥的空氣量之和可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)動機(jī)怠速時所需的空氣量，這時怠速調(diào)節(jié)就不再有效。當(dāng)使用電動機(jī)和傳動齒輪來調(diào)節(jié)節(jié)氣門本身(消除通向節(jié)氣門的旁路通道)來調(diào)節(jié)怠速空氣流量時，這種缺點(diǎn)將不復(fù)存在。節(jié)流裝置的原理圖如圖所示。怠速電機(jī)根據(jù)發(fā)動機(jī)負(fù)荷和溫度控制節(jié)氣門的開啟或關(guān)閉，怠速節(jié)氣門的開啟由怠速節(jié)氣門位置傳感器和“怠速”接觸開關(guān)識別，使發(fā)動機(jī)始終工作在最佳怠速，怠速調(diào)節(jié)更好。由于對節(jié)氣門的直接控制，減少了可能的空氣泄漏。對灰塵不敏感，減少廢氣排放和油耗。整體結(jié)構(gòu)減少了容易失效的單個部件的數(shù)量，如怠速穩(wěn)定閥等

34、。當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)負(fù)荷時，節(jié)氣門會根據(jù)駕駛員的意愿通過油門踏板和油門拉線進(jìn)行調(diào)節(jié)。其負(fù)載油門位置由油門電位計識別。當(dāng)油門踏板快速釋放時，怠速電機(jī)將抓住油門并控制其緩慢返回，直到達(dá)到所需的怠速位置。減慢油門的關(guān)閉速度。如果怠速電機(jī)斷電，應(yīng)急彈簧將油門拉到一定位置，駕駛員對油門踏板的控制不受其影響。G8。怠速節(jié)氣門電位計V60。怠速電機(jī)G69節(jié)氣門電位計F60。怠速開關(guān)A踏板3)M7系統(tǒng)采用電子節(jié)氣門(ETC)。常規(guī)的系統(tǒng)設(shè)計是依靠機(jī)械連接來控制油門，油門踏板的運(yùn)動是通過系纜或機(jī)械拉桿來傳遞的，相應(yīng)地轉(zhuǎn)化為油門的動作。然而，ME7系統(tǒng)的進(jìn)氣控制與常規(guī)設(shè)計相反。它使用電子節(jié)氣門和ECU來控制節(jié)氣門的動作

35、。發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣不是由油門踏板直接控制的，而是由電子控制單元采集油門踏板上的電位器(兩個反互補(bǔ)的電位器)的信號，并分析許多其他信號，從而精確地確定和控制油門開度。電子節(jié)氣門由節(jié)氣門、節(jié)氣門執(zhí)行器(DC電機(jī))和節(jié)氣門角度傳感器-節(jié)氣門總成組成。如圖所示，油門上還有兩個互補(bǔ)的電位計，用于監(jiān)控油門踏板的運(yùn)動。圖電子節(jié)氣門控制電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)主要由油門踏板、踏板位移傳感器、ECU(電子控制單元)、數(shù)據(jù)總線、伺服電機(jī)和節(jié)氣門執(zhí)行器組成。位移傳感器安裝在油門踏板上，隨時監(jiān)控油門踏板的位置。當(dāng)油門踏板高度的位置改變時，該信息將立即發(fā)送到ECU。ECU將計算和處理這些信息和來自其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，計算出一個控

36、制信號，并通過線路發(fā)送給伺服電機(jī)繼電器。伺服電機(jī)驅(qū)動節(jié)氣門執(zhí)行器，數(shù)據(jù)總線負(fù)責(zé)系統(tǒng)ECU與其他ECU之間的通信。由于油門是由ECU調(diào)節(jié)的，所以電子油門系統(tǒng)可以配備各種功能來提高駕駛的安全性和舒適性，其中最常見的是ASR(牽引力控制系統(tǒng))和速度控制系統(tǒng)(巡航控制系統(tǒng))。ASR系統(tǒng)在感知車輪轉(zhuǎn)速時，根據(jù)油門踏板位置、車輪轉(zhuǎn)速和方向盤轉(zhuǎn)向角度的差值計算出滑行率，并通過減小節(jié)氣門開度來調(diào)節(jié)混合氣流量，以降低發(fā)動機(jī)功率來達(dá)到控制目的。在ASR系統(tǒng)中，電子節(jié)氣門起著關(guān)鍵作用，它涉及到整個ASR系統(tǒng)中的車速控制和怠速控制功能，使系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地執(zhí)行指令。即當(dāng)電子油門系統(tǒng)接收到來自ASR系統(tǒng)的指令時，其油門

37、控制指令只來自ASR，從而避免了駕駛員的誤操作。當(dāng)駕駛員使用速度控制系統(tǒng)時，速度傳感器將速度信號輸入ECU，然后ECU向伺服電機(jī)輸出指令，控制油門開度。在這種系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)根據(jù)行駛阻力的變化自動調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度，從而保持行駛速度穩(wěn)定。因此，電子節(jié)氣門系統(tǒng)也可以兼容巡航控制功能。在目前的電噴發(fā)動機(jī)中，電子節(jié)氣門不僅能發(fā)揮上述功能，還能進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)的節(jié)油和排放性能，因為它控制著發(fā)動機(jī)功率調(diào)節(jié)的大門。所以電子油門可以起到很多作用。3.2怠速執(zhí)行器控制電路采用電磁閥形狀的怠速控制器。它從ECU輸出不同占空比的脈沖信號，使電磁閥轉(zhuǎn)動，改變閥門的開度，從而實現(xiàn)對怠速的控制。從完全關(guān)閉的閥門到完全

38、打開的閥門，控制信號的占空比應(yīng)該從0到100%變化。控制電路如圖所示。當(dāng)使用步進(jìn)電機(jī)型怠速空氣執(zhí)行器時。它由一個由永磁體組成的轉(zhuǎn)子、一個由勵磁線圈組成的定子、一個進(jìn)給螺桿和一個將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動的閥門組成。在ECU輸出信號的控制下，使轉(zhuǎn)子正反轉(zhuǎn)，使閥芯上下運(yùn)動，達(dá)到控制節(jié)流閥旁通通道截面的目的。ECU會輸出A、B、C、D四個控制端子，分別連接到步進(jìn)電機(jī)的兩個線圈，控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。圖為步進(jìn)電機(jī)空轉(zhuǎn)控制電路。3.3不同工況下的怠速控制策略怠速控制包括開環(huán)和閉環(huán)。一般來說，開環(huán)控制常用于起動、暖機(jī)、突然減速等。，而閉環(huán)控制通常用于穩(wěn)定的怠速條件。3 1不同工況下的開環(huán)控制啟動和預(yù)熱條件

39、為了保證順利啟動，在最后一次停車時，ECU使怠速旁通閥處于全開位置。成功啟動后，當(dāng)ECU接收到速度信號時，它會立即減小旁通閥的開度。這個過程是:1.根據(jù)點(diǎn)火開關(guān)位置、速度信號、車速信號和TP信號，ECU知道發(fā)動機(jī)處于起動狀態(tài)。2.根據(jù)ECT，ECU設(shè)定旁通閥的預(yù)設(shè)速度值ns和預(yù)設(shè)位置值Hs。2)啟動條件為了改善車輛起動時從怠速到行駛狀態(tài)的平穩(wěn)過渡，一些系統(tǒng)設(shè)置了起動狀態(tài)的控制。過程如下:ECU從TP信號和車速信號(TP信號由on變?yōu)閛ff，車速小于8km/h)知道自己處于起步狀態(tài)，開始起步狀態(tài)的控制。首先旁通閥增加HST，然后發(fā)動機(jī)每轉(zhuǎn)一圈旁通閥的修正量減少一個值，直到最后為零。修正啟動條件后

40、，空氣量增加。這樣在離合器接合時，不會因為負(fù)載突然增大而失去速度，有利于平穩(wěn)起步。3)減速條件發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，如果突然關(guān)閉油門，混合氣會瞬間過濃。此時，除了空燃比控制中的減速和稀釋外，大部分系統(tǒng)還控制怠速旁通空氣量，通過增加瞬時空氣量來降低進(jìn)氣管真空度。控制過程如下:首先ECU根據(jù)TP信號和車速信號判斷其處于減速狀態(tài)(TP觸點(diǎn)接通，車速大于8km/h)，然后ECU根據(jù)車速給出減速修正HDE，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下降到一定程度時，HDE為零。4)過熱保護(hù)在某些系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)動機(jī)過熱時(例如ECT溫度高于110)，會增加怠速空氣量以提高怠速，從而降低發(fā)動機(jī)溫度。此時，ECU還會同時修正空燃比和點(diǎn)火提前角，

41、以獲得更好的冷卻效果。5)怠速旁通閥的自校準(zhǔn)隨著車輛的老化，零件磨損越來越嚴(yán)重，會造成旁通閥絕對位置的偏差。另外，每輛車的情況也不完全一樣，會造成ECU對怠速旁通空氣量的控制出現(xiàn)偏差。為了克服這些偏差，有些系統(tǒng)具有將旁通閥的開度校準(zhǔn)為零的自校正功能，即ECU先關(guān)閉所有旁通閥，然后將其步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)重置為零。這種自校正一般是在停車關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)(如2s)后進(jìn)行，有些系統(tǒng)也是在行駛過程中進(jìn)行。怠速旁通閥的自校準(zhǔn)不頻繁。通常情況下，ECU會根據(jù)信號做出判斷，只有在必要的時候才會去做。一般當(dāng)旁通閥(步進(jìn)電機(jī)型)的控制步數(shù)高于一定值，但實際速度仍低于一定值時；當(dāng)控制步數(shù)低于某一值，但實際速度高于某一值時。

42、3.3.2怠速閉環(huán)控制怠速空氣量閉環(huán)控制常采用PID(比例積分微分)控制方法。3.3.3怠速空氣量的校正量發(fā)動機(jī)冷卻液溫度校正量。發(fā)動機(jī)水溫的修正主要用于啟動和暖機(jī)階段。一般來說，項的修正量是以加法的形式出現(xiàn)的，所以也叫ECT偏差。負(fù)載變化的修正量。負(fù)載變化修正是為了適應(yīng)空調(diào)壓縮機(jī)A/C、動力轉(zhuǎn)向泵P/S、電動冷卻風(fēng)扇、自動變速器N/D擋位變化引起的轉(zhuǎn)速變化。這些負(fù)載都是突然加載的，對它們的任何補(bǔ)償都不能反應(yīng)足夠快，可能會造成發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動甚至失速。為了改善這一過程，有些系統(tǒng)采用預(yù)控方式，其控制過程如下:當(dāng)ECU接收到A/C等請求信號時，不立即開啟，而是延時開啟；隨即，ECU計算并給出相應(yīng)的修

43、正量h load在怠速旁通閥開始執(zhí)行H負(fù)載校正且轉(zhuǎn)速增加后，打開負(fù)載。h負(fù)載的具體量一般在ECU修正時給出。為了保證不失速，有些系統(tǒng)還設(shè)置了A/C故障。對于200步左右的步進(jìn)電機(jī)旁通閥，冷卻風(fēng)扇的H負(fù)載一般為2-5步。動力泵的控制不同于A/C，首先P/S的要求不能延遲；其次，首先要滿足P/S的要求。當(dāng)方向盤大角度轉(zhuǎn)動時，P/S需要更大的功率。此時，如果空調(diào)同時繼續(xù)工作，總功率需求可能會超過怠速旁通閥可能提供的上限。此時，ECU會暫時切斷A/C，優(yōu)先考慮P/S需求。3.失速保護(hù)修正。在怠速條件下，無論發(fā)動機(jī)失速到什么程度，ECU都將始終提供失速保護(hù)校正量HS。此時目的是保證發(fā)動機(jī)不熄火，暫時不考

44、慮運(yùn)行穩(wěn)定性。通常，ECU設(shè)置兩個速度限制n1和n2 (n1n2)。當(dāng)?shù)∷俚陀趎1時，故障保護(hù)開始工作，進(jìn)行HS修正。當(dāng)發(fā)動機(jī)速度高于n2時，失速保護(hù)停止，但是HS不是立即為零，而是作為時間的函數(shù)逐漸減小到零。3.4怠速時的點(diǎn)火控制怠速時的點(diǎn)火角比帶有機(jī)械分配器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的點(diǎn)火角要早得多。因為起動點(diǎn)火角和怠速點(diǎn)火角無關(guān)，所以可以根據(jù)效率和廢氣排放的要求來優(yōu)化怠速點(diǎn)火角。節(jié)氣門全關(guān)時基本點(diǎn)火提前角與負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖所示。在怠速工況下，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量小，燃燒不完全，容易出現(xiàn)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速波動，因此要對點(diǎn)火提前角進(jìn)行轉(zhuǎn)速波動修正。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低于目標(biāo)轉(zhuǎn)速時，根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的偏差增大點(diǎn)火提前角，以便提高

45、怠速溫度，而當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較高時，減小點(diǎn)火提前角。點(diǎn)火提前角修正曲線設(shè)置在程序數(shù)據(jù)區(qū)，如圖和圖。起動時，根據(jù)冷卻水溫度選擇最佳點(diǎn)火提前角。當(dāng)冷卻水溫度較低時，增加點(diǎn)火提前角，以便盡快預(yù)熱，加速催化反應(yīng)器達(dá)到正常溫度。隨著水溫的升高，點(diǎn)火應(yīng)逐漸延遲，以免發(fā)動機(jī)過熱。3.5怠速控制系統(tǒng)和怠速控制閥的檢查以皇冠3.0轎車怠速系統(tǒng)為例，對怠速控制系統(tǒng)和怠速控制閥的檢測進(jìn)行了分析研究。一、怠速控制系統(tǒng)的車載檢測1.怠速控制系統(tǒng)的車載檢測方式有三種，可酌情選擇。(1)發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的檢測冷起動發(fā)動機(jī)后，在暖機(jī)過程開始時，發(fā)動機(jī)的怠速應(yīng)達(dá)到規(guī)定的快速怠速(通常為1500轉(zhuǎn)/分)；發(fā)動機(jī)達(dá)到正常工作溫度后，

46、怠速應(yīng)恢復(fù)正常(通常為750轉(zhuǎn)/分)。如果冷起動后不能按照上述規(guī)則改變怠速，則怠速控制系統(tǒng)有故障。發(fā)動機(jī)達(dá)到正常工作溫度后，打開空調(diào)開關(guān)時，發(fā)動機(jī)的怠速應(yīng)該上升到900轉(zhuǎn)/分左右。如果打開空調(diào)開關(guān)后發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降低，則怠速控制系統(tǒng)有故障。發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時，如果稍微轉(zhuǎn)動怠速調(diào)節(jié)螺釘，發(fā)動機(jī)的怠速應(yīng)該不會改變(怠速調(diào)節(jié)螺釘轉(zhuǎn)動后應(yīng)該恢復(fù)到原來的位置)。如果怠速在旋轉(zhuǎn)過程中發(fā)生變化，怠速控制系統(tǒng)將不工作。(2)檢查怠速控制閥的工作情況。對于脈沖線性電磁閥式怠速控制閥，在發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時，拔下怠速控制閥的線束接插件，觀察發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速是否變化。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化時，怠速控制閥正常工作。對于步進(jìn)電機(jī)式怠速控制閥

47、，可以在發(fā)動機(jī)熄火后的瞬間，聽聽怠速控制閥是否有“嗡嗡”的聲音(此時步進(jìn)電機(jī)要一直工作到怠速控制閥全開，便于發(fā)動機(jī)重新啟動)。如果怠速控制閥發(fā)出“嗡嗡”聲，則怠速控制閥是好的。檢查步進(jìn)電機(jī)式怠速控制閥的工作情況，也可以在發(fā)動機(jī)啟動前拔掉怠速控制閥的線束接頭，發(fā)動機(jī)啟動后插上，觀察發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速是否變化。如果此時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，怠速控制閥工作正常；否則，怠速控制閥或控制電路有故障。(3)檢測3)ECU控制電壓對于脈沖線性電磁閥式怠速控制閥，拔下怠速控制閥的線束接插件，用萬用表電壓檔測量其端子電壓。如果怠速控制閥線束連接器的端子在發(fā)動機(jī)運(yùn)行期間有脈沖電壓輸出，則ECU和怠速控制系統(tǒng)沒有故障。如果沒

48、有脈沖電壓輸出，打開空調(diào)開關(guān)再測試。如果仍然沒有脈沖電壓輸出，怠速控制系統(tǒng)將不起作用。檢查ECU與怠速控制閥之間的接線(是否存在接觸不良或斷路故障)；如果怠速系統(tǒng)線路沒有故障，則ECU有故障，應(yīng)更換ECU。對于步進(jìn)電機(jī)怠速控制閥，將點(diǎn)火開關(guān)置于“on”位置，然后測量ECU的ICS1、ICS2、ICS3和ICS4端子與E1端子之間的電壓(應(yīng)為9-14V)。如果沒有電壓，則ECU有故障。二、怠速控制閥的檢查(1)怠速控制閥線圈電阻的檢測拆下怠速控制閥，用萬用表測量怠速控制閥線圈的電阻值。線性電磁閥式怠速控制閥只有一組線圈，電阻值為10-15。步進(jìn)電機(jī)式怠速控制閥通常有2-4組線圈，每組線圈的電阻值

49、為10-30。如果線圈電阻值不在上述范圍內(nèi)，應(yīng)更換怠速控制閥。(2)步進(jìn)電機(jī)的動作檢查通過以一定的順序?qū)㈦姵仉娏斔偷讲竭M(jìn)電機(jī)的每個線圈，步進(jìn)電機(jī)可以被旋轉(zhuǎn)。各種步進(jìn)電機(jī)的線圈形式和端子排列不同。這里以皇冠3.0轎車2JZ-GE發(fā)動機(jī)怠速控制閥步進(jìn)電機(jī)為例，說明檢查方法。首先將步進(jìn)電機(jī)連接器的端子B1和B2連接到電池正極，然后將端子S1、S2、S3和S4依次連接到電池負(fù)極(S1-S2-S3-S4)。此時，步進(jìn)電機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)動，閥芯向外伸出。如果端子S1、S2、S3和S4以相反的順序(S4-S3-S2-S1)連接到電池的負(fù)極，步進(jìn)電機(jī)第四章:發(fā)動機(jī)怠速系統(tǒng)智能控制研究4.1發(fā)動機(jī)怠速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型發(fā)動

50、機(jī)在怠速工作時，其轉(zhuǎn)速主要受點(diǎn)火時間、空氣量和燃油量的影響。因此，發(fā)動機(jī)的怠速控制系統(tǒng)通常被視為由三個輸入量和一個輸出量組成的多變量系統(tǒng)。同時，由于怠速下轉(zhuǎn)速變化很小，我們可以假設(shè)點(diǎn)火時間是固定的。如果將空燃比視為干擾參數(shù)，發(fā)動機(jī)怠速控制系統(tǒng)可以簡化為單輸入。輸出系統(tǒng)是控制怠速旁通風(fēng)道的步進(jìn)電機(jī)。輸入步進(jìn)電機(jī)的工作步數(shù)，輸出發(fā)動機(jī)的怠速。其數(shù)學(xué)模型如圖4-1所示。怠速控制的策略和方法因為怠速系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)，很難控制。通常的解決方法是在工作點(diǎn)附近尋找線性降階模型。通常采用的控制方法是比例積分微分控制。怠速控制是國外發(fā)動機(jī)控制研究的一個熱點(diǎn)。控制策略中加入了點(diǎn)火正時控制，因為點(diǎn)火提前角的變化

51、可以導(dǎo)致轉(zhuǎn)速的快速變化，可以補(bǔ)償空氣量控制的滯后。一般有以下幾種怠速控制的策略和方法。傳統(tǒng)控制怠速控制中最常用的策略是空氣量調(diào)節(jié)的比例積分控制和點(diǎn)火的比例反饋控制?？刂破鞯妮敵隹梢杂孟旅娴墓奖硎?u = k p e+ki edt。這種控制已在第三章中討論過。模糊控制由于發(fā)動機(jī)是一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，而且發(fā)動機(jī)的性能是隨著使用壽命不斷變化的，許多研究者提出了模糊邏輯控制的方法來實現(xiàn)發(fā)動機(jī)的怠速控制。模糊方法具有其他控制方法所沒有的獨(dú)特特征。模糊控制具有良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，抗干擾能力強(qiáng)，對參數(shù)變化的適應(yīng)性強(qiáng)，對參數(shù)不敏感，可以使怠速控制系統(tǒng)對參數(shù)變化和各種擾動的影響具有魯棒性。模糊控制不需要建

52、立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，但是怠速過程會受到各種因素的影響，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型。模糊控制可以實現(xiàn)時變和非線性系統(tǒng)的控制，可以控制怠速過程中明顯的非線性時變。模糊控制質(zhì)量高，易于使用自然語言進(jìn)行人機(jī)對話。根據(jù)實際怠速控制效果和一定的經(jīng)驗，可以修改模糊控制規(guī)則或模糊隸屬函數(shù)的選取，直接在計算機(jī)中優(yōu)化模糊控制查找表。由于模糊控制的最大特點(diǎn)是不需要被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，并且善于解決模型不確定的控制問題，因此適用于具有明顯時變非線性和不確定因素的發(fā)動機(jī)怠速控制。該方法是以轉(zhuǎn)速偏差為唯一輸入，根據(jù)偏差隸屬度反模糊化確定控制量?？刂七^程如圖所示。模糊推理機(jī)的設(shè)計模糊控制的核心是模糊推理機(jī)。模糊推理機(jī)完

53、成輸入變量的模糊推理和模糊輸出的精確運(yùn)算。模糊控制器的設(shè)計包括以下內(nèi)容確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量，即控制變量。設(shè)計模糊控制器的控制規(guī)則。建立模糊和反模糊模糊決策方法。選擇模糊控制器的輸入變量和輸出變量的論域，確定模糊控制器的參數(shù)。編寫模糊控制算法的應(yīng)用程序選擇合理的模糊算法采樣時間。由于時間和工程設(shè)備等原因，模糊控制試驗及其試驗結(jié)果是無用的。以下數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)。加入模糊控制算法后，速度波動現(xiàn)象得到一定程度的抑制。測得原系統(tǒng)怠速最大值為怠速最小值，加入模糊算法后怠速波圍為怠速最小值。怠速波動范圍是空調(diào)開機(jī)時，加入模糊跟隨算法程序后，怠速波動范圍較快。空調(diào)開啟時，怠速是空調(diào)緩慢開啟時系統(tǒng)轉(zhuǎn)速

54、的波動范圍。通過數(shù)據(jù)可以看出，加入模糊控制后，速度控制效果更好。但原作者在空調(diào)測試中的表述并不盡如人意，因為那是個開關(guān)，并不算什么。但是，可以理解為添加不同的負(fù)載和不同的屬性，例如和。負(fù)載的性質(zhì)不同，負(fù)載即每輛車的設(shè)備狀況不同，可以達(dá)到更好的控制效果。非自適應(yīng)模糊控制非自適應(yīng)模糊控制器完全依靠專家來確定輸入輸出成員函數(shù)和模糊規(guī)則。根據(jù)控制器的期望輸出和實際輸出之間的誤差，更優(yōu)化的控制器實現(xiàn)更好的性能。在實際應(yīng)用中，輸出成員函數(shù)是自適應(yīng)的，因此輸出模糊邏輯控制器可以減小發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與怠速參考轉(zhuǎn)速之間的誤差。其控制方式如圖所示。4.2.4動態(tài)矩陣控制動態(tài)矩陣控制是一種基于時域的控制算法。其基本思想是

55、利用過程模型的時域階躍響應(yīng)來計算各操縱變量的未來輸出，從而優(yōu)化系統(tǒng)被控對象的性能。DMC控制算法已廣泛應(yīng)用于各種系統(tǒng)，其計算階躍響應(yīng)的矩陣也是如此是從FIR對象模型獲得的。為了比較各種控制器的性能，經(jīng)常使用以下兩種方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制該方法主要是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)功能與模糊系統(tǒng)易于利用的專家經(jīng)驗相結(jié)合，來控制發(fā)動機(jī)怠速工況。狀態(tài)空間表達(dá)式可以完整地描述線性系統(tǒng)的所有動態(tài)行為，也可以給出一個難以分析和設(shè)計的非線性通用表達(dá)式。此外，它為線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)矩陣提供了一個常系數(shù)輸入和輸出。在時域中，使用自回歸平均滑動模型(ARMA ),也可以使用各種參數(shù)估計方法來描述系統(tǒng)的輸入和輸出，但是對于非線性系統(tǒng)

56、，很難找到合適的基于非線性自回歸滑動模型的參數(shù)估計方法。與傳統(tǒng)的非線性控制系統(tǒng)辨識方法相比，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在這方面顯示出明顯的優(yōu)勢。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有通過學(xué)習(xí)強(qiáng)制實現(xiàn)任意非線性映射的能力，因此應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對非線性系統(tǒng)進(jìn)行建模和辨識可以不受非線性模型的限制，便于給出工程上易于實現(xiàn)的學(xué)習(xí)算法39神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制主要應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能，分為全局比較神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和局部推進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。如果網(wǎng)絡(luò)的一個或多個連接權(quán)系數(shù)或自適應(yīng)可調(diào)參數(shù)對輸入空間中每一點(diǎn)的任何輸出都有影響，則該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)稱為全局神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的每一個輸入輸出數(shù)據(jù)和每一個連接權(quán)都需要調(diào)整，導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)速度很慢。對于控制來說，確定這個缺點(diǎn)通常是不可容忍的。如果

57、在輸入空間的某個局部區(qū)域只需要調(diào)整很少的連接權(quán)值，那么對于控制來說，使局部推入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有學(xué)習(xí)速度快的優(yōu)點(diǎn)是非常重要的，CMAC B樣本RBF屬于局部神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。4.2.6模糊和PID復(fù)合控制常規(guī)的二維模糊控制器以誤差誤差的變化為輸入變量，一般認(rèn)為這種控制器具有比例微分的功能，而缺少積分控制的功能。這種控制器具有較好的動態(tài)性能，但其穩(wěn)態(tài)性能并不令人滿意。眾所周知，積分可以消除控制理論中的穩(wěn)態(tài)偏差，所以如果將PID控制策略引入模糊控制器，模糊-PID復(fù)合控制是一種改善模糊控制器性能的方法，它是控制目標(biāo)和輸出目標(biāo)。當(dāng)差值的絕對值較大時，采用模糊控制快速消除誤差；當(dāng)其較小時，采用PID調(diào)節(jié)方法，以獲得較高的控制精度，減