汽车电子节气门控制系统ECU设计及其在ASR控制中的应用

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    早期节气门是为了调节汽油机的充气量,在化油器腔体上设置的节流装置,通过杠杆、钢丝拉线与油门踏板相连。因其常见为蝶形阀门,故称节气门。电控喷射系统取代化油器后,油路自成系统,进行压力喷射;在进气系统方面,保留了化油器进气道喉管下方的一个简单却非常重要的部件——节气门,并增设电子控制单元(ECU)、节气门位置传感器、空气流量计等监测工况。电子控制节气门系统(Electronic Throttle ControlSystem,ETC)是在电喷系统的节气门机构中,去掉了一些附属补偿装置,增加了新的电控单元、直流电机、减速齿轮、驱动电路等。与传统的节气门控制方法不同,电子节气门系统中节气门在任何工况下都直接由电机驱动;而且ECU可综合车辆管理信息和发动机工况的变化而随时配制一个最佳的混合气成分。这种最佳的混合气成分,同时按发动机的动力性、经济性,特别是按减少排放有害物的要求来确定,具有良好的怠速、加速、减速等的过渡性能。
        电子节气门相当于用一种柔性连接取代了传统的机械连接方式(即刚性连接)。在刚性连接中,发动机节气门开度完全受控于油门踏板开度,发动机工作状况取决于驾驶员对油门踏板的操作。在柔性连接方式中,油门踏板仅相当于一个反映驾驶员操纵意图的传感器,节气门的实际开度由其控制器根据当时的汽车行驶状况、其他车载电控系统的需求并考虑发动机特性之后确定。
        汽车驱动防滑控制系统(ASR)是重要的主动安全系统,其控制需要调节发动机输出转矩。由于目前我国装车的轿车发动机大都不具备自主知识产权,无法完成对发动机控制系统的干预,所以本文采用了安装电子节气门来调节转矩的ASR系统方案。为了实现驱动防滑控制(ASR)的需要,设计并开发了ETC系统ECU软硬件,在安装电子节气门体的试验台架上进行了功能测试,并将之应用于ASR控制中,进行了硬件在环测试。

    1 ECU硬件电路设计
        ECU硬件主要实现油门踏板信号采集与处理、存储与运行控制软件、驱动直流电机以及和其他ECU或者计算机进行通信等功能。硬件设计框架如图1所示。

        ECU的设计还需综合考虑几个因素:
        (1)控制程序实时性要求,要求控制器能够快速运行程序并具备较高的计算速度;
        (2)控制器可靠性要求,确保在汽车级恶劣电磁环境中具备较强的抗干扰性能,控制程序能够运行可靠、稳定;
        (3)控制器体积及成本考虑,具备一定的市场竞争能力。

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