發(fā)動機控制系統(tǒng)中幾個傳感器與執(zhí)行器信號的軟件處理研究.pdf

1、傳感器與執(zhí)行器是發(fā)動機控制系統(tǒng)的重要組成部分。傳感器負責向控制系統(tǒng)單元(ECU)提供發(fā)動機的工作狀態(tài)信息,或作為閉環(huán)控制回路的反饋元件反映被控量的狀態(tài);執(zhí)行器則根據(jù)ECU的指令調(diào)節(jié)被控量,實現(xiàn)設定的控制目標。傳感器信號的錯誤識別和執(zhí)行器控制信號的不正確輸出都會導致災難性的控制后果,因此,被測量和被控量的正確性與合理性對于有效的發(fā)動機控制至關重要。這不僅要求保證控制系統(tǒng)單元接口電路與傳感器或執(zhí)行器之間良好的硬件匹配,而且要求在軟件層面上對

2、發(fā)動機傳感器和執(zhí)行器的信號進行優(yōu)化處理。
　　現(xiàn)代發(fā)動機管理系統(tǒng)(EMS)廣泛采用基于模型的控制策略和分層的軟件體系架構(gòu),由應用層的傳感器組件實現(xiàn)傳感器輸入信號的軟件處理,將采樣后的傳感器電壓信號轉(zhuǎn)換成對應的物理量,并進行合理性判斷和信號診斷。應用層的執(zhí)行器組件將控制器產(chǎn)生的控制信號轉(zhuǎn)換成執(zhí)行器驅(qū)動信號,并進行相應的信號診斷。本文針對發(fā)動機控制系統(tǒng)中幾種典型的傳感器和執(zhí)行器,研究了模擬量和頻率量輸入信號以及離散和PWM型輸出信號的

3、軟件處理方法。主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)模擬量傳感器信號的軟件處理策略。針對節(jié)氣門位置、進氣歧管壓力、進氣溫度和開關氧傳感器,利用靜態(tài)特性函數(shù)或輸入/輸出特性查詢表表征其特性和進行物理量的轉(zhuǎn)換。采用時間延遲、低通濾波等方法進行信號的去顫。根據(jù)信號的標稱閾值范圍檢查,判斷信號的合理性,并對輸出信號進行診斷處理。
　　(2)頻率量傳感器信號的軟件處理策略。針對曲軸位置和凸輪軸相位傳感器,根據(jù)硬件電路獲取的信號,通過檢查相鄰齒

4、及缺齒的周期判斷信號的合理性。通過檢查每個凸輪軸旋轉(zhuǎn)周期中的齒數(shù)進行信號正確性診斷。通過建立曲軸和凸輪軸信號特性查詢表,進行曲軸與凸輪軸信號同步處理。采用濾波、去顫等方法進行信號的診斷處理。凸輪軸信號出現(xiàn)偏差時,利用自適應算法實現(xiàn)信號調(diào)整。
　　(3)執(zhí)行器信號的軟件處理策略。針對離散量的報警燈、點火線圈控制信號以及驅(qū)動節(jié)氣門電機的PWM信號,分別采用不同的信號處理方式。根據(jù)發(fā)動機的狀態(tài)確定報警燈工作模式的優(yōu)先級,并通過一個狀態(tài)機

5、計算其輸出狀態(tài)。根據(jù)標定后的查詢表確定線圈的通電時間和火花塞的放電時間。通過閾值范圍的檢查判斷點火輸出信號的合理性。根據(jù)節(jié)氣門目標開度位置,由PWM信號發(fā)生器產(chǎn)生所需的PWM信號占空比,并通過時間延遲消除信號抖顫,驅(qū)動節(jié)氣門電機轉(zhuǎn)動。根據(jù)閾值范圍限值的檢查來判斷信號的合理性。
　　對于上述提及的傳感器和執(zhí)行器,基于ETAS/ASCET平臺建立了相應的信號處理模型,并通過仿真驗證了信號處理邏輯的正確性,為EMS應用層軟件的構(gòu)建奠定了