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汽油机电控系统模拟教学演示台设计【汽车类】【11张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: 汽油机电控系统模拟教学演示台设计汽车 cad图纸

资源描述：

汽油机电控系统模拟教学演示台设计

48页 18000字数+说明书+任务书+开题报告+11张CAD图纸【详情如下】

中期检查表.doc

任务书.doc

传动螺杆.dwg

传动螺母.dwg

台架三维图.dwg

台架布置图.dwg

导套.dwg

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焊接架体图4张.dwg

电机控制图.dwg

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汽油机电控系统模拟教学演示台设计.gif

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台架布置图.gif

台架三维图.gif

摘　　要

随着我国汽车保有量的大幅度上升，高新技术产品和装置在汽车上的不断引入和普及与汽车维修业高素质从业人员不足之间的矛盾显得日益突出。发动机电控技术是汽车专业的一门核心技术，理论性与实践性很强。开发发动机电控系统模拟教学实验台，能便于学生认识和学习发动机电控系统的工作原理。发动机电控系统模拟实验台可以广泛应用于科研、教学等方面，通过对发动机工作过程的模拟、显示，可以提高汽车从业人员的知识掌握水平及实际操作能力，增强对汽车电控系统的认识和掌握，为学生学习和掌握发动机电控系统的工作原理提供帮助。

本设计是以教学展示为前提，主要介绍了发动机电控系统的控制内容、发展简史与前景、组成与工作原理，并在此基础上设计电控系统模拟实验台的相关内容。主要包括实验台架的设计、电控系统的零部件布置、电动机转速控制等内容。这个教学实验台能够演示发动机的起动和正常工作过程，并且设置了测量点。通过完成对实验台的设计，可以深刻理解和掌握发动机电控系统的组成和工作原理、机械设计与机械制图的相关知识，最终设计出一款及机械、电控于一体化的产品。

关键词：发动机电控系统；电动机控制；实验台；单片机；PWM

ABSTRACT

With significant increase of the number of automobile，the contradiction between high-tech products and devices, the constant introduction in the car and popularization of high-quality vehicle maintenance trade and lack of practitioners become increasingly prominent. Engine electronic control technology is the theoretical and practical of a core technology and theoretical and practical very strong. Electronic control system simulation teaching test can make students to understand and learn the engine electronic control system works easy. Engine electronic control simulation system can be widely used in scientific research, teaching, etc. By displaying of the course of the engine simulation process, it can be employed to improve motor vehicle mastery level of knowledge and practical ability, and enhance the automotive electronic control system of understanding and mastering, for the students to learn and master the engine control system works to help.

The design is based on the premise of teaching show, this paper introduces control content system of the engine electronic control, brief history of and prospects for development, composition and working principle and design on the basis of electronic control system simulation test-bed of related content. It mainly includes the design of bench testing, electrical control system layout of components, such as motor speed control. The teaching experiment platform to demonstrate the engine start and normal work processes, and set the measurement points. The design of the test-bed by accomplish can help learns to understand and master the engine electronic control system components, a final design and mechanical and electrical control products in the integration.

Key words: Engine Electrical Control System；Motor Control；Test-bed；microcontroller；PWM

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1 汽油机电子控制系统概述1

1.1.1汽油机电控系统发展简史1

1.1.2 汽油机电子控制系统开发现状及趋势2

1.2 汽油机电控系统模拟演示台设计概述2

1.2.1设计的背景与意义2

1.2.2总体设计功能要求3

1.2.3本次设计的主要研究内容3

第2章汽车发动机电子控制技术4

2.1概述4

2.2汽油机电子控制系统的功能与组成4

2.3电子控制燃油喷射系统的组成与工作原理5

2.3.1空气供给系统5

2.3.2燃油供给系统5

2.3.3控制系统6

2.4 本章小结10

第3章教学演示实验台设计11

3.1实验台面板的布置设计11

3.2教学演示实验台台架设计12

3.2.1 实验台架的设计12

3.2.2 实验台面板、操作台设计14

3.3 模拟教学实验台尺寸的确定15

3.4 实验台材料的选择与强度校核17

3.4.1 实验台架材料的选择17

3.4.2 实验台强度校核17

3.5 滑动螺旋副传动21

3.5.1滑动螺旋传动21

3.5.2滑动螺旋的特点21

3.5.3螺旋传动的应用21

3.7本章小结23

第4章实验台电路设计与电机控制原理24

4.1 实验台电路优化设计24

4.2 电动机的选择与转速控制原理25

4.2.1 电动机的选择25

4.2.2 实验台电动机的转速控制原理25

4.3 PWM调速控制的优点27

4.4 本章小结27

第5章电动机控制系统设计28

5.1 概述28

5.1.1 节气门位置传感器与电机转速控制28

5.1.2 水温传感器与电机转速控制28

5.2 硬件装置的选择29

5.2.1单片机的选择29

5.2.2电动机驱动芯片的选择29

5.2.3转速传感器的选择29

5.3 控制原理30

5.3.1电动机控制器原理30

5.3.2发动机控制电路图31

5.3.3软件程序设计32

5.4本章小结40

结论41

参考文献42

致谢43

附录44

1.1 汽油机电子控制系统概述

近年来，随着电子技术、计算机技术和信息技术的应用，汽车电子控制技术得到了迅猛的发展，尤其在控制精度、控制范围、智能化和网络化等多方面有了较大突破。汽车电子控制技术已成为衡量现代汽车发展水平的重要标志。发动机电子控制系统的综合应用大大改善了发动机的性能：提高了发动机的充气效率及动力性、提高了发动机的燃油经济性、降低了排放污染等等，使发动机的性能更加完善。

　汽车电子控制系统基本由传感器

、电子控制器（ECU）、驱动器和控制程序软件等部分组成，与车上的机械系统配合使用（通常与动力系统、底盘系统和车身系统中的子系统融合），并利用电缆或无线电波互相传输讯息，即所谓的“机电整合”，发动机电子控制系统的综合应用大大改善了发动机的性能：提高了发动机的充气效率及动力性、提高了发动机的燃油经济性、降低了排放污染等等，使发动机的性能更加完善。 1.2 汽油机电控系统模拟演示台设计概述

1.2.1设计的背景与意义

我国汽车发动机的电控化的起因与西方国家相同，但发动机电控化所经历的过程却完全不同。西方国家经历了从起步到发展的几十年的漫长的发展过程。而我国主要是通过技术引进的方式实现发动机电控化的，在短短的几年内，实现了小客车发动机的电控化。我国电控发动机的发展过程如此之快，以至于汽车发动机的研制、使用、维修人员在如此短的时间内难以接受和消化这些技术，这对我国汽车工业的发展是非常不利的。从长远看，我国的汽车工业要在国际舞台上占有一席之地，必须走自主开发、自主研制的道路，因此，无论是研制人员还是使用维修人员，都必须尽快掌握电控发动机的原理和技术，迅速缩短与世界先进水平的差距。

本次设计的发动机电控系统模拟教学实验台不必放置整体的发动机，这样做减少了实验台的制作成本和实验时产生的噪声。此外，由于实验台没有放置整体的发动机，因此在实验过程中使用循环液代替燃料，这样就减少了燃料的消耗和废气污染。设计发动机电控系统模拟实验台，锻炼学生通过动手操作，从而达到理论与实践相结合。

1.2.2总体设计功能要求

1、故障诊断功能

结合控制系统本身的故障自诊断功能可以任意设置故障,通过台面设计的功能区,进行设置故障和诊断故障,利用实验台模拟汽车电喷系统,实现电喷系统的功能演示,使学生了解和掌握系统的结构原理及工作特性。

2、与外设匹配功能

实验台设有一个诊断端子接口，可以与发动机分析仪、故障分析仪等相连,直接测量输出信号,进行实车故障诊断与分析的实验教学过程。2.1概述

汽车发动机电子控制系统的英文名称是Engine Electronic Control System，简称为EECS或EEC系统。发动机电子控制系统主要由信号输入装置、发动机控制模块和执行部件等组成。在不同车系的车型上，组合型式和控制项目各有异同。就发动机集中控制系统而言，主要包括：进气控制、燃油喷射控制、点火控制、怠速控制、排放控制、自我诊断与报警系统控制、失效保护控制等。

2.2汽油机电子控制系统的功能与组成

2.2.1 汽油机电子控制系统的功能

汽车发动机电子控制系统的主要功能是控制燃油喷射式发动机的空燃比和点火时刻。除此之外，还有控制发动机启起动、怠速转速、极限转速、排气再循环、闭缸工作、二次空气喷射、进气增压、爆震、发电机输出电压、电动燃油泵和系统自诊断等辅助功能[3]。

2.2.2 汽油机电子控制系统的组成

发动机（以汽油机为例）电子控制系统主要由以下几大系统组成[4]：

1、微机控制点火系统（MCIS）

汽油发动机采用MCIS能将点火提前角控制在最佳值。燃烧后产生的气体温度和压力达到最大值。从而提高发动机的动力性。同时降低燃油消耗量，减少有害气体的排放。其主要由凸轮轴位置传感器（CLS）、曲轴位置传感器（CPS）、空气流量传感器（AFS）、节气门位置传感器（TPS）、进气温度

结论

由于时间和其它客观上的原因，此次设计没有做出教学演示台具体实物。但是对设计打下了一个很好的理论基础。设计的最终结果是解决了教师在发动机实物旁讲解电控系统的组成和原理，由于电控系统各元件的功能关联性差以及发动机的喷油、点火等过程不可见等原因，导致学生印象不深、理解不透的问题。

本次设计从发动机电子控制系统组成和原理出发，查阅大量有关教学实验台设计的参考文献，根据预计的功能目标，对照实验室其它实验台的设计方法，设计出了汽油机电控系统模拟教学演示台。设计的电控系统实验台保留了卡罗拉轿车电控系统的部分电器元件，去掉了发动机，改用调速电机模拟发动机工作。设计的实验台具有学习利用的高效性、操作的安全性和简捷性以及人机间的教学互动性等使用特色,有利于教师改善教学环境，方法和手段，增强学生的教学活动的参与性和主动性，该装置可模拟并演示电控汽油机的喷油、点火、加速、怠速、碳罐等控制过程。所有布置在面板上的电器元件都用汉字标出，使学生更直观认识课本中所提到的元件，理论联系实际。通过对传感器的替代与改进以及对电动机转速的控制，实验台在没有发动机的情况下，ECU可以得到电控喷油系统及其附属装置传来的信号，并经过分析来控制实验中喷油器的喷油量与点火时刻，并可以比较准确的反映出转速的变化。

本次设计仍存在一些问题，如对电动机的控制还不是很完善，并没有实际搭建控制系统。里面的有关电控系统的内容还有很多需要进一步补充和改进的地方，希望以后有机会进一步去完善设计，并且亲自动手制造出实验台实物。

参考文献

[1]臧杰，阎岩．汽车构造：上册[M]．北京：机械工业出版社，2006

[2]孙仁云，付百学．汽车电器与电子技术[M]．北京：机械工业出版社，2006

[3]杨可桢，程光蕴，李仲生．机械设计基础[M]．北京：高等教育出版社，2006

[4]周松鹤，徐烈烜．工程力学[M]．北京：机械工业出版社，2006

[5]陈志恒，胡宁．汽车电控技术[M]．北京：高等教育出版社，2004

[6]贺建波，贺展开．汽车传感器的检测[M]．北京：机械工业出版社，2005

[7]夏耀良.汽车电控示教台研制[J]. 重庆职业技术学院学报, 2005

[8]解福泉．汽车典型电控系统构造与维修[M]．北京：人民交通出版社，2005

[9]福昌．汽车传感器识别与检测图解[M]．北京：电子工业出版社，2006

[10]黄凌．轿车电控发动机维修技能实训[M]．北京：北京理工大学出版社，2005

[11]戴冠军．丰田轿车电控系统维修手册[M]．北京：机械工业出版社，2002

[12]李涵武，赵雨旸．汽车电器与电子技术[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003

[13]赵晓军，于春鹏．汽车电控发动机实验台设计与应用研究[J]．黑龙江交通科技，2008

[14]谭本忠．汽车电学基础[M]．北京: 机械工业出版社，2008

[15]秦兴顺，罗斌．电控发动机故障诊断模拟实验台设计[J]．西华大学学报·自然科学版，2008

[16]王晓明．电动机的单片机控制[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2002

[17][日]谷腰欣司著，王益全译. 直流电动机实际应用技巧[M]. 北京：科学出版社，2006

[18]陈忠平．单片机原理及应用[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2006

[19]Martin W. Stockel, Martin T. Stockel. Auto Fundamentals[M]. Goodheart Wilcox Company，2003.1

[20]Julian Happian Smith. An Intruduction to Moden Vehicle Design[M]. Butterworth-Heinenmann，2002

内容简介：: SY-025-BY-5毕业设计（论文）中期检查表填表日期年月日迄今已进行 7 周剩余 9 周学生姓名杨凯系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆B07-9班指导教师姓名齐益强职称实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称汽油机电控系统模拟教学演示台设计学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容1、收集毕业设计有关资料，完成开题报告； 2、确定实验台面板的布置方案；3、绘制完成实验台台架图；4、对实验台电路图进行优化。 1、电机控制图的设计与绘制2、撰写设计说明书存在问题及努力方向对CAD的运用上还需更加熟练，对实验台台架设计部分存在一些问题，还需进一步的改正。学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名杨凯院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆07-9班指导教师姓名齐益强职称实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称汽油机电控系统模拟教学演示台设计一、设计目的、意义设计目的：以满足教学实验需要，提高学生对汽油机电控系统及信号模拟的认识及运用所学知识进行系统设计的培养为目标，设计具有汽油机电控系统模拟功能的教学演示台。设计意义：培养学生资料收集、调研分析的能力和方案设计的能力；培养学生创新能力、工程实践能力和商品意识；综合训练学生设计计算、结构设计、绘图（含计算机绘图）能力。二、设计内容、技术要求（研究方法）内容：1、实车电控系统的熟悉，总体规划。2、演示台的布置及设计，设计说明书的撰写。3、传感器信号模拟的研究和设计。4、及相关图纸的绘制，实验指导书的编写。研究方法：学习和了解相关理论和实践知识，掌握教学台架设计的基本思路和方法，以现有实验设备和实验台为参考，并在其基础上进行创新。三、设计完成后应提交的成果计算说明部分 1、毕业设计计算说明书。 2、实验指导与使用说明。 3、主要参考文献目录。图纸部分台架图、布置图、结构图、实验台电控线路图等合计零号3张。四、设计（论文）进度安排1、对课题有关资料进行收集，完成开题报告第12周（3.13.14）2、完成说明书纲要及目录第3周（3.153.21）3、整体结构及实验台布置方案（草稿）第4周（3.223.28）4、总图（台架结构图、布置图、电路图等）（初稿）第56周（3.294.11）5、其它部件CAD图和传感器信号分析与研究第79周（4.125.2）6、编制实验指导与使用说明第10周（5.35.9）7、完成说明书部分章节的撰写第1112周（5.105.23）8、完成设计计算说明书及图纸第1314周（5.246.6）9、设计审核与修改第1516周（6.76.20）10、毕业答辩第17周（6.216.27）五、主要参考资料1 有关汽车运用类、汽车发动机电控及维修类、电子技术类、信号模拟及实验台设计制作的期刊杂志；2 汽车发动机电控维修手册、汽车电器及电控、汽车维修、机械设计类、制图类及相关专业书籍；3 汽车维修、电子技术类、汽车电气与电控、教学实验台、信号模拟及故障诊断相关研究数据及相关著作，有关学位论文。六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日毕业设计（论文）指导记录日期2010-03-01地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）通过齐老师的讲解，明确了选题目的及方向，了解所需的文献和书籍，并根据任务书的内容查找相关的资料。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-03-04地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）把搜集到的资料拿给齐老师，齐老师对资料进行了详细的阅读，告诉我哪些是对我所做的设计有用的，让我们重点学习这些资料，然后确定自己的设计方案，并告诉撰写开题报告的一些注意事项。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-03-08地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）齐老师对我初步完成的开题报告进行了指导，告诉我设计内容和需要解决的问题和技术路线需要改进，参考文献的格式等问题。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2010-03-11地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）将完成的开题报告拿给齐老师签字，齐老师给我详细的讲解了开题答辩时的一些注意事项。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-03-15地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）齐老师给我讲解了一些实验台整体设计的要求，我对实验台台架的一些参数不清楚，齐老师给了我认真的解答。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-03-18地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）我把自己初步设计出的实验台面板布置图和台架图拿给老师审查，老师提出了一些问题，并告诉我需要对设计方案进行哪些修改。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2010-03-22地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）针对实验台台架的升降功能设计，分析了所加的举升机构的可行性与不足，并让我查阅了相关的资料，齐老师给我认真的检查了一遍。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-03-25地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）我进行了实验台电路的优化设计，齐老师帮我分析了一下改进之处，并提出了一些要求。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-03-29地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）在给实验台电路添加传感器电压表时遇到了一些问题，经老师讲解把问题解决了。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2010-04-01地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）将优化绘制好的实验台电路图拿给齐老师检查，齐老师对实验台电路图进行总体检查，并再次指出需改进的地方。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-04-05地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）将修改后的实验台电路图给老师检查，在标注上齐老师说还需要进一步的修改。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-04-08地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）将最终的三张图拿给齐老师检查，我把我在绘图中的一些问题咨询了齐老师，齐老师给了详细的解答，告诉我完成中期检查表。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2010-04-12地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）将初步的中期检查表拿给齐老师，齐老师对其中的主要内容和待完成的主要内容进行了修改，告诉我回去修改，并告诉我中期检查时的一些注意事项。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-04-15地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）今天齐老师主要讲了一些接下来的任务，需要进行电机控制电路的设计，以及需要掌握的一些有关单片机方面的知识。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-04-19地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）首先对电动机进行选择，并将选择好的电机参数拿给齐老师看是否合理满足要求，对一些不太明白的地方老师给我们了比较细心的讲解。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2010-04-22地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）对单片机进行选择，老师对其控制功能进行了分析，并告诉我针对我的设计所选的单片机应满足的一些要求。如要有PWM输出，要有A/D转换功能等。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-04-26地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）最终确定了单片机的型号，并设计出了电机控制电路的草图，将其拿给齐老师检查，老师对我的电路设计中存在的一些问题进行了说明，并告诉我一些修改的建议。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-04-29地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）将修改过的电机控制电路图纸拿给齐老师看，齐老师说图纸的规范化还存在一些问题。向老师请教了集成电路中的一些问题，得到了老师耐心的指导，收获颇多。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2010-05-03地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）接下来是编写设计说明书，但是在整理材料的同时遇到了一些问题，我对Word操作不是很熟悉，齐老师认真的教我学会了怎么打引用文献的上角标，如何调整行间距等。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-05-06地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）主要还是对说明书进行修改，里面有关第3章内容需要修改及第4、5章需要合并等要求。通过和老师研究，决定在文章里加一些实验台台架的手里分析和校核。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-05-10地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）把修改后的说明书拿给老师看，老师又对格式上的错误进行了指正，并继续对说明书进行修改。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2010-05-13地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）这次拿来了写好的单片机的程序给老师看，老师对我写的程序进行了分析和指出了毛病，让我回去继续修改，把说明书上一些细小的毛病继续完善。同时向老师学习了一些有关编程方面的知识。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-05-17地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）结合电机控制电路中所要实现的功能来检查我的软件程序，又发现了一些问题，齐老师给我进行了细致的分析与讲解，提出了新的要求，回去进行修改。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-05-20地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）通过这几天的分析比较，在老师的指导下，决定更换选择单片机的类型。选择一款功能齐全，引脚较少的符合设计要求的单片机，即STC系列、学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2010-05-24地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）把重选选择好的单片机的型号及参数表拿给老师查看，老师给我做了可行性分析，并对其中一些我还不是太明白的地方进行了讲解。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-05-27地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）继续对电机控制电路进行修改，并对说明书做相应修改。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-05-31地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）本次主要是经老师指导，进行了完善处理。并详细说明了图纸及说明书的内容及部分格式要求。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2010-06-03地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）本次指导主要对说明书的排版，图纸的标注等问题进行检查，并对预答辩的注意事项进行讲解，为下周的预答辩做准备。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-06-07地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）预答辩之前的最后一次修改，对图纸和说明书做了具体的修改。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-06-10地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）集中对预答辩发现的问题进行讲解和指导，对设计图纸的内容进行了纠正。如：控制芯片输出的电流太小，不满足能驱动电动机等。学生（记录人）签名：指导教师签名：SY-025-BY-4毕业设计（论文）指导记录日期2010-06-14地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）继续修改预答辩中提出的错误，和说明书上一些格式上的错误。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-06-17地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）正式答辩之前的最后一次修改，对预答辩指正出的错误进行最后一次修改，和对没指出的错误，自己继续找并改正。学生（记录人）签名：指导教师签名：日期2010-06-24地点丰田中心实验室指导方式面授指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）正式答辩之后的复审，对正式答辩之后提出的错误进行最后的修改，和格式上的修改，并作出电子版。学生（记录人）签名：指导教师签名：本科学生毕业设计汽油机电控系统模拟教学演示台设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程 B07-9班学生姓名：杨凯指导教师：齐益强职称：实验师黑龙江工程学院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of Petrol Engine Electronic Control System Simulation Test-bedCandidate：Yang KaiSpecialty：Vehicle EngineeringClass：B07-9Supervisor：Experimental Division. Qi YiqiangHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin1毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 汽油机电控系统模拟教学演示台设计院系名称: 汽车与交通工程学院专业班级: 车辆079班学生姓名: 导师姓名: 开题时间: 2011年2月28日指导委员会审查意见：签字：年月日开题报告撰写要求一、“开题报告”参考提纲1. 课题研究目的和意义；2. 文献综述（课题研究现状及分析）；3. 基本内容、拟解决的主要问题；4. 技术路线或研究方法；5. 进度安排；6. 主要参考文献。二、“开题报告”撰写规范请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求。字数应在4000字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。毕业设计（论文）开题报告学生姓名系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-9指导教师姓名职称实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称汽油机电控系统模拟教学演示台设计一、课题研究现状、选题目的和意义目的意义：车用汽油机普遍采用电子控制技术，深入了解和掌握汽油机电控系统的组成、结构和工作原理，对学生实践能力的提高和适应企业要求具有重要意义。然而在发动机实物旁讲解电控系统的组成和原理，由于电控系统各元件的功能关联性差以及发动机的喷油、点火等过程不可见等原因，导致学生印象不深、理解不透。为了解决这一问题，决定设计一套用于演示汽油机电控系统工作原理和过程的实验教学装置。该装置可模拟并演示电控汽油机的喷油、点火、加速、怠速、碳罐等控制过程，简洁、直观，学生可亲自动手操作。本课题研制的实验台在具备原理演示、结构展示的教学功能的同时，可以用来进行发动机电控系统零部件的性能检测及其它性能试验。为此，有必要系统阐述汽油机电控系统模拟教学演示台设计与评估。研究现状：近年来，汽车技术迅速发展, 汽车的结构发生了革命性变化, 但这些发展与变化几乎无一不是应用电子技术，特别是应用电子控制技术的结果. 汽车的先进性、汽车新型的特点也主要集中表现在电子控制技术的应用程度上，电子控制系统在汽车上的广泛应用，使汽车的动力性、经济性、安全性、舒适性、可靠性都得到了显著改善和提高，并使汽车排气对环境的污染从根本上得到控制。面对电子技术,尤其是电子控制技术在汽车上广泛应用的现状和迅猛发展趋势,。随着新兴科学技术领域的不断创新，尤其是计算机、电子控制、人工智能等高新技术的迅速发展，对汽车工业的发展产生了巨大的影响和渗透。汽车产业的迅速发展也使相关的高新技术产业得到了最大的收益。从90年代开始，汽车已经步入了一个全新的电子时代。采用电子技术是解决汽车面临诸多技术难题的最佳方案，电子技术已成为未来汽车厂的产品竞争中能否掌握主动权的关键。汽车发动机电子控制系统技术属于汽车电子领域的关键技术并占据汽车电子市场的主要份额。随着环保政策、能源政策限制力度的加大，大力应用电子控制技术，开发汽车发动机电子控制系统产品是未来汽车领域的必然。电子技术在汽车上的应用主要以微处理机对各种工作过程进行控制为主要特征。微处理机实际上是一种比较简单的单片计算机，它把中央处理器、存储器和输入输出接口集成在一块芯片上，通过各种传感器接受各种输入信号，经过分析、计算后再向执行机构发出命令，控制机械装置动作。汽车运行时，发动机和传动机构的工作过程相当复杂，因此，要对其进行适时控制，微处理器在这方面能够大显身手。在不久的将来，随着电子技术、信息技术、新材料技术等新兴科学技术的进一步发展，将会满足未来汽车发展需求的各种高新技术，使汽车不仅成为人类的交通工具，而且会成为人类活动的重要场所。我国汽车发动机的电控化的起因与西方国家相同，但发动机电控化所经历的过程却完全不同。西方国家经历了从起步到发展的几十年的漫长发展过程。而我国主要是通过技术引进的方式实现发动机电控化的，在短短的几年内，实现了小客车发动机的电控化。我国电控发动机的发展过程如此之快，以至于汽车发动机的研制、使用、维修人员在如此短的时间内难以接受和消化这些技术，这对我国汽车工业的发展非常不利的。从长远看，我国的汽车工业要在国际舞台上占有一席之地，必须走自主开发、自主研制的道路，因此，无论是研制人员还是使用维修人员，都必须尽快掌握电控发动机的原理和技术，迅速缩短与世界先进水平的差距。目前的电控发动机实验台主要有两类，一类主要用于发动机电控系统的开发，另一类主要用于教学。用于发动机电控系统的开发的发动机实验台主要有两种；一种是利用国外成熟的发动机电控系统与我国自己开发的发动机进行匹配；另一种是开发新的发动机电控系统。当进行发动机电控系统的匹配时，所要做的主要工作就是匹配协定。所谓匹配标定就是通过对安装了电子控制系统的汽油机进行喷油特性、点火提前特性、电子稳定行、怠速稳定性及瞬态过渡工况下的各参数的综合试验，使电子控制系统在试验中获取最佳控制数据，从而使由该控制系统精确控制下的汽油机在动力性、经济性及排放性能等方面均获得令人满意的结果。开发新的发动机电控系统所用的发动机实验台与进行电控系统匹配的实验台基本相同。当完成控制系统的总体设计、硬件与软件的设计及系统的调试后，必须在实验台架上进行发动机与ECU的匹配试验，利用实验台的电涡流测功机、油耗仪、废弃分析仪等设备对发动机各工况下的动力性、燃油经济性及排放性能进行测量，根据测量结果不断优化控制系统的参数，从而达到最佳的控制状态。用于教学的电控发动机实验台主要有两种功能：一是演示发动机电控系统工作原理的功能，二是进行故障模拟的功能。目前用于演示发动机电控系统工作原理的方法主要有三种，第一种是利用实验台显示面板的图形表示，如长安大学研制的电控发动机故障模拟实验台，发动机电控系统的原理图印制在显示面板的正面，为了能够方便地使对发动机各个线路进行控制和检测有关信号，控制开关和检测插口都设置在现实面板正面。为了使实验台的显示面板更直观，控制面板上的电路原理图根据各部分性质的不同，分别用不同的颜色加以区分。在控制面板的背面，每一个控制开关的和检测插口都必须与发动机的实际线路相连，即每一个传感器、执行器和信号线、接地线等在进入发动机电控单元或者由发动机控制单元输出、接地之前，必须要先与显示面板上的控制开关相连，然后经过检测插孔，最后才能进入发动机电控单元、执行器或接地。第二种演示发动机电控系统工作原理的表达方式是利用LED显示，将发动机电控系统的原理图制作在实验台的显示板上，发动机电控系统原理图中的传感器、执行器、电源和搭铁线路由LED显示灯表示。通过操控控制开关，LED显示灯将依次点亮，表示从电源到ECU，从传感器到ECU，从ECU到执行器，从ECU到搭铁等电路中的电流，从而直观地表达发动机电控系统的工作原理。第三种演示发动机电控系统工作原理的表达方式是利用安装在显示面板上的液晶显示屏显示输出的方式。各种传感器、发动机控制单元、执行器实物都安装在实验台上，同时将发动机喷油量信号和点火提前角信号在发动机实验台的液晶显示屏上用直方图表示出来，当改变输入信号时，就可以直观地显示出输出的变化。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1. 基本内容：了解熟悉实车电控系统的结构组成及工作原理，对汽油机电控系统演示台设计进行总体规划，系统研究汽油机电控系统各传感器；根据实验台制作需要进行设计所需资料调研(查看、收集各种资料和数据)，确定方案并论证方案：查找课题研究的理论依据，进行方案论证并最终确定方案，选择演示台材料以及各项参数；利用电脑软件进行绘图，最后汇总、编写设计说明书。设计具有可模拟并演示电控汽油机的喷油、点火、加速、怠速、碳罐控制过程等功能的教学演示台。2. 拟解决的主要问题：1）结构设计：确定教学演示台总体结构及布置方案。2）根据机械制造手册选择演示台框架的制作材料以及各项参数。3）对演示台的各项数据做受力分析和强度计算。4）教学演示台控制面板的设计与制作及元件的选择。5）研究汽油机某些传感器信号进行仿真模拟，并且使其在演示台上得到应用。6）对教学演示台电动机进行选择、设计。7）绘画部分：a绘制草图，进行运动关系校核。b绘制总装图。c绘制主要零件图。d绘制电路图。三、技术路线（研究方法）教学演示台控制面板的设计与制作演示台台框架的设计与制作汽油机电控系统演示台设计进行总体规划计算选择汽油机电控系统模拟教学演示台各项参数方案演示台电动机的选择及设计调研和查阅资料完成设计图纸，说明书应用电脑软件进行设计及绘制对各项数据做受力分析和强度计算确定汽油机电控系统教学演示台设计方案了解熟悉实车电控系统传感器信号模拟的研究与设计四、进度安排1、对课题有关资料进行收集，完成开题报告第12周（3.13.14）2、完成说明书纲要及目录第3周（3.153.21）3、整体结构及实验台布置方案（草稿）第4周（3.223.28）4、总图（台架结构图、布置图、电路图等）（初稿）第56周（3.294.11）5、其它部件CAD图和传感器信号分析与研究第79周（4.125.2）6、编制实验指导与使用说明第10周（5.35.9）7、完成说明书部分章节的撰写第1112周（5.105.23）8、完成设计计算说明书及图纸第1314周（5.246.6）9、设计审核与修改第1516周（6.76.20）10、毕业答辩第17周（6.216.27）五、参考文献1夏耀良. 汽车电控示教台研制J. 重庆职业技术学院学报, 2005年2郭翼平. 上海帕萨特轿车使用与维修手册. 机械工业出版社, 2005年3张凤山. 王颖. 国产轿车故障诊断与排除精选. 机械工业出版, 2003.104姚彦兵. 捷达、高尔夫轿车的维修. 人民邮电出版社, 1999.55林春阳. 现代轿车电路图大全. 人民交通出版社, 1996.106冯崇毅. 汽车电子控制技术 (上). 第1版技术工业出版, 2001年7付百学. 汽车电子控制技术 (下). 第1版技术工业出版, 2001年8孙仁云,付百学. 汽车电器与电子技术. 机械工业出版社, 2006年9郭翼平. 上海帕萨特轿车使用与维修手册. 机械工业出版社, 2003年10张凤山.王颖. 国产轿车故障诊断与排除精选. 机械工业出版社，2005.1011解福泉. 汽车典型电控系统构造与维修. 辽宁科学技术出版社，2005年12郭翼平. 上海帕萨特轿车使用与维修手册. 机械工业出版社，2004年 13王晓明. 电动机的单片机控制. 辽宁科学技术出版社，2001年14王俊红. 电控汽油发动机传感器信号模拟试验系统设计. 学位论文 2007年 15赵晓军,于春鹏. 汽车电控发动机实验台设计与应用研究J. 黑龙江交通科技, 2008年16周云山. 汽车电子控制技术. 北京:;机械工业出版社, 2004年17日谷腰欣司著.王益全译. 直流电动机实际应用技巧. 科学出版社，2006年18Martin W. Stockel, Martin T. Stockel. Auto FundamemtalsM. Goodheart Wilcox Company, 2003.119Julian Happian Smith. An Intruduction to Moden Vehicle DesignM. Butterworth-Heinenmann，2002六、备注指导教师意见：签字：年月日黑龙江工程学院本科生毕业设计本科学生毕业设计汽油机电控系统模拟教学演示台设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程B07-9班学生姓名：指导教师：职称：实验师摘要随着我国汽车保有量的大幅度上升，高新技术产品和装置在汽车上的不断引入和普及与汽车维修业高素质从业人员不足之间的矛盾显得日益突出。发动机电控技术是汽车专业的一门核心技术，理论性与实践性很强。开发发动机电控系统模拟教学实验台，能便于学生认识和学习发动机电控系统的工作原理。发动机电控系统模拟实验台可以广泛应用于科研、教学等方面，通过对发动机工作过程的模拟、显示，可以提高汽车从业人员的知识掌握水平及实际操作能力，增强对汽车电控系统的认识和掌握，为学生学习和掌握发动机电控系统的工作原理提供帮助。本设计是以教学展示为前提，主要介绍了发动机电控系统的控制内容、发展简史与前景、组成与工作原理，并在此基础上设计电控系统模拟实验台的相关内容。主要包括实验台架的设计、电控系统的零部件布置、电动机转速控制等内容。这个教学实验台能够演示发动机的起动和正常工作过程，并且设置了测量点。通过完成对实验台的设计，可以深刻理解和掌握发动机电控系统的组成和工作原理、机械设计与机械制图的相关知识，最终设计出一款及机械、电控于一体化的产品。关键词：发动机电控系统；电动机控制；实验台；单片机；PWMABSTRACTWith significant increase of the number of automobile，the contradiction between high-tech products and devices, the constant introduction in the car and popularization of high-quality vehicle maintenance trade and lack of practitioners become increasingly prominent. Engine electronic control technology is the theoretical and practical of a core technology and theoretical and practical very strong. Electronic control system simulation teaching test can make students to understand and learn the engine electronic control system works easy. Engine electronic control simulation system can be widely used in scientific research, teaching, etc. By displaying of the course of the engine simulation process, it can be employed to improve motor vehicle mastery level of knowledge and practical ability, and enhance the automotive electronic control system of understanding and mastering, for the students to learn and master the engine control system works to help. The design is based on the premise of teaching show, this paper introduces control content system of the engine electronic control, brief history of and prospects for development, composition and working principle and design on the basis of electronic control system simulation test-bed of related content. It mainly includes the design of bench testing, electrical control system layout of components, such as motor speed control. The teaching experiment platform to demonstrate the engine start and normal work processes, and set the measurement points. The design of the test-bed by accomplish can help learns to understand and master the engine electronic control system components, a final design and mechanical and electrical control products in the integration.Key words: Engine Electrical Control System；Motor Control；Test-bed；microcontroller；PWMII目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 汽油机电子控制系统概述11.1.1汽油机电控系统发展简史11.1.2 汽油机电子控制系统开发现状及趋势21.2 汽油机电控系统模拟演示台设计概述21.2.1设计的背景与意义21.2.2总体设计功能要求31.2.3本次设计的主要研究内容3第2章汽车发动机电子控制技术42.1概述42.2汽油机电子控制系统的功能与组成42.3电子控制燃油喷射系统的组成与工作原理52.3.1空气供给系统52.3.2燃油供给系统52.3.3控制系统62.4 本章小结10第3章教学演示实验台设计113.1实验台面板的布置设计113.2教学演示实验台台架设计123.2.1 实验台架的设计123.2.2 实验台面板、操作台设计143.3 模拟教学实验台尺寸的确定153.4 实验台材料的选择与强度校核173.4.1 实验台架材料的选择173.4.2 实验台强度校核173.5 滑动螺旋副传动213.5.1滑动螺旋传动213.5.2滑动螺旋的特点213.5.3螺旋传动的应用213.7本章小结23第4章实验台电路设计与电机控制原理244.1 实验台电路优化设计244.2 电动机的选择与转速控制原理254.2.1 电动机的选择254.2.2 实验台电动机的转速控制原理254.3 PWM调速控制的优点274.4 本章小结27第5章电动机控制系统设计285.1 概述285.1.1 节气门位置传感器与电机转速控制285.1.2 水温传感器与电机转速控制285.2 硬件装置的选择295.2.1单片机的选择295.2.2电动机驱动芯片的选择295.2.3转速传感器的选择295.3 控制原理305.3.1电动机控制器原理305.3.2发动机控制电路图315.3.3软件程序设计325.4本章小结40结论41参考文献42致谢43附录44第1章绪论1.1 汽油机电子控制系统概述近年来，随着电子技术、计算机技术和信息技术的应用，汽车电子控制技术得到了迅猛的发展，尤其在控制精度、控制范围、智能化和网络化等多方面有了较大突破。汽车电子控制技术已成为衡量现代汽车发展水平的重要标志。发动机电子控制系统的综合应用大大改善了发动机的性能：提高了发动机的充气效率及动力性、提高了发动机的燃油经济性、降低了排放污染等等，使发动机的性能更加完善。汽车电子控制系统基本由传感器传感器全文、电子控制器（ECU）、驱动器和控制程序软件等部分组成，与车上的机械系统配合使用（通常与动力系统、底盘系统和车身系统中的子系统融合），并利用电缆电缆全文或无线电波互相传输讯息，即所谓的“机电整合”，发动机电子控制系统的综合应用大大改善了发动机的性能：提高了发动机的充气效率及动力性、提高了发动机的燃油经济性、降低了排放污染等等，使发动机的性能更加完善。 1.1.1 汽油机电子控制系统发展简史电子技术的迅速发展，促进了汽车发动机电子控制系统技术的发展。汽车发动机电子控制系统的技术是逐步完善的过程，从最初的电控汽油喷射技术发展到如今集汽油喷射控制、点火控制、怠速控制、进气控制、排放控制、增压控制等于一身的发动机综合电子控制系统1。从1948年发明晶体管，到20世纪60年代硅二极管应用于交流发动机并第一次在汽车上采用，继而出现点火系统和调节器；后来集成电路（IC）、模拟计算机和数字计算机等相继出现，使电子技术在汽车上的应用越来越广泛，改善了汽车的各种性能，起到了机械装置不可替代的作用。世界汽车电子技术的发展过程大致可分为以下三个阶段：第一阶段：从20世纪60年代中期到70年代中期，主要是为了改善部分性能而对汽车产品进行的技术改造，主要产品有交流发电机、电子电压调节器、电子闪光器、汽车收音机、电子点火控制器等。第二阶段：从20世纪70年代末期到90年代中期，汽车进入了微机控制时代，在此期间，汽车上广泛应用集成电路和16位以下的微处理器。为解决安全、污染、和节能三大问题，先后研制出电控汽油喷射系统、电子控制防滑制动装置和电控点火系统等。第三阶段：20世纪90年代中期以后，电子技术广泛的应用在底盘、车身、和车用柴油发动机多个领域。主要侧重于汽车性能的进一步提高、各种功能的进一步完善。主要产品有四轮转向控制系统、轮胎气压监控系统、故障自诊断系统、驱动防滑系统等2。1.1.2 汽油机电子控制系统开发现状及趋势目前，我国自主开发的汽车电子产品正处于加速发展阶段。汽车发动机电子控制系统的开发与应用已逐渐从过去的院校和研究机构的研发向以企业为主导并以产业化为目标的局面发展。随着奇瑞、吉利等民营汽车制造企业的崛起、国家的政策支持和国内汽车市场的发展潜力将给汽车发动机电子控制系统开发商带来难得的机遇。尽管市场巨大，但生产汽车发动机电子产品也充满了挑战。发动机电子产品对于汽车电子产业来说是技术门槛最高的一块，也是当前利润率最好的产业，其在汽车电子产业中的产值和规模也是最大。所以，未来几年，来自国际知名品牌垄断企业的打压以及国内大批厂商的涌进也是自主开发汽车发动机电子产品目前所面临的现状。汽车市场发展的焦点是围绕安全、节能、环保、舒适、方便的主题为消费者提供高质量、安全可靠、多功能低价位的创新产品。开发商面临的挑战是快速研发这类产品，在最短的时间内将新产品推向市场。汽车电子技术的发展为提高整车性能起到了关键性的作用。随着汽车电子化发展的深入，32位微控制器将逐渐取代8位、16位微控制器而成为主流应用产品。1.2 汽油机电控系统模拟演示台设计概述1.2.1设计的背景与意义我国汽车发动机的电控化的起因与西方国家相同，但发动机电控化所经历的过程却完全不同。西方国家经历了从起步到发展的几十年的漫长的发展过程。而我国主要是通过技术引进的方式实现发动机电控化的，在短短的几年内，实现了小客车发动机的电控化。我国电控发动机的发展过程如此之快，以至于汽车发动机的研制、使用、维修人员在如此短的时间内难以接受和消化这些技术，这对我国汽车工业的发展是非常不利的。从长远看，我国的汽车工业要在国际舞台上占有一席之地，必须走自主开发、自主研制的道路，因此，无论是研制人员还是使用维修人员，都必须尽快掌握电控发动机的原理和技术，迅速缩短与世界先进水平的差距。本次设计的发动机电控系统模拟教学实验台不必放置整体的发动机，这样做减少了实验台的制作成本和实验时产生的噪声。此外，由于实验台没有放置整体的发动机，因此在实验过程中使用循环液代替燃料，这样就减少了燃料的消耗和废气污染。设计发动机电控系统模拟实验台，锻炼学生通过动手操作，从而达到理论与实践相结合。1.2.2总体设计功能要求1、故障诊断功能结合控制系统本身的故障自诊断功能可以任意设置故障,通过台面设计的功能区,进行设置故障和诊断故障,利用实验台模拟汽车电喷系统,实现电喷系统的功能演示,使学生了解和掌握系统的结构原理及工作特性。2、与外设匹配功能实验台设有一个诊断端子接口，可以与发动机分析仪、故障分析仪等相连,直接测量输出信号,进行实车故障诊断与分析的实验教学过程。3、教学演示台效果实验台可以比较真实的反映出系统的组成及控制过程,并且实验具有可操控性能,可以动态测试,实验台的制作解决了学生不便于基本概念的形成、工作原理的理解、实际共性的认识和专业技能的掌握等问题。1.2.3本次设计的主要研究内容实验台设计中主要涉及到实车发动机电控系统的组成与工作原理的掌握、教学演示台架的设计、实验台面板的布置、电动机转速控制，主要内容如下：1、汽油机电控系统组成与工作原理本文以丰田卡罗拉发动机电控系统为例，主要介绍了电控燃油喷射系统和点火系统的组成与工作原理。掌握电控系统的组成与工作原理至关重要，这些内容是制作实验台的基础，为实验台的实际应用与故障诊断分析提供了理论依据。2、教学演示台架的设计实验台架的设计中主要介绍了实验台架结构的设计、材料的选择及强度校核等内容。实验台架是实验台的主体部分，是整个电控系统零部件的载体。除了满足实验要求之外，还要具有占用空间小、方便操作等特点。3、实验台面板布置实验台是电控系统零部件的载体，总体布置应该直观、简洁、方便操作。在考虑实验台布置时，遵循的基本原则是ECU传感器执行器，这样的布置可以清晰的看清楚系统的工作过程，对电控系统的组成和工作原理也可以得到很好的理解。4、电动机转速控制由于实验台采用了电动机来代替实际发动机的工作情况，所以就要求电动机的转速变化与实际发动机的转速变化大体一致。因此，在实验台上就要采用一定的方法把传感器信号的变化反映到电动机转速变化上来。第2章汽车发动机电子控制技术2.1概述汽车发动机电子控制系统的英文名称是Engine Electronic Control System，简称为EECS或EEC系统。发动机电子控制系统主要由信号输入装置、发动机控制模块和执行部件等组成。在不同车系的车型上，组合型式和控制项目各有异同。就发动机集中控制系统而言，主要包括：进气控制、燃油喷射控制、点火控制、怠速控制、排放控制、自我诊断与报警系统控制、失效保护控制等。2.2汽油机电子控制系统的功能与组成2.2.1 汽油机电子控制系统的功能汽车发动机电子控制系统的主要功能是控制燃油喷射式发动机的空燃比和点火时刻。除此之外，还有控制发动机启起动、怠速转速、极限转速、排气再循环、闭缸工作、二次空气喷射、进气增压、爆震、发电机输出电压、电动燃油泵和系统自诊断等辅助功能3。2.2.2 汽油机电子控制系统的组成发动机（以汽油机为例）电子控制系统主要由以下几大系统组成4：1、微机控制点火系统（MCIS）汽油发动机采用MCIS能将点火提前角控制在最佳值。燃烧后产生的气体温度和压力达到最大值。从而提高发动机的动力性。同时降低燃油消耗量，减少有害气体的排放。其主要由凸轮轴位置传感器（CLS）、曲轴位置传感器（CPS）、空气流量传感器（AFS）、节气门位置传感器（TPS）、进气温度传感器（IATS）、车速传感器（VSS）、爆震传感器（EDS）等组成。2、发动机爆震控制系统（EDCS）增大点火提前角可使汽油发动机获得最大功率和最佳燃油经济性但点火提前角过大又会引起发动机爆震。只有推迟点火提前角才能消除爆震。实践证明：当发动机工作在爆震的临界点或有轻微的爆震时。发动机热效率最高，动力性和经济性最好。发动机爆震控制系统可有效控制点火提前角，以使发动机工作在爆震临界状态。3、废气再循环控制系统（EGRC） ECU根据发动机的转速、负荷、温度、进气流量、排气温度控制电磁阀适时地打开，进气管真空度经电磁阀进入EGR阀真空膜室，膜片拉杆将EGR阀门打开，排气中的少部分废气经EGR阀进入进气系统，与混合气混合后进入气缸参与燃烧。当发动机在怠速、低速、小负荷及冷机时，ECU控制废气不参与再循环，避免发动机性能受影响；当发动机超过一定的转速、负荷并达到一定的温度时，ECU控制小部分废气参与再循环，参与再循环的废气量根据发动机转速、负荷、温度及废气温度的不同而异，从而降低废气中NOx的含量。4、电子控制发动机燃油喷射系统（EFI）汽车发动机电子控制燃油喷射技术是借鉴飞机发动机汽油喷射技术而诞生的，汽车发动机采用燃油喷射技术的主要目的是：降低燃油消耗量和减少有害气体的排放。汽车发动机电子控制系统跟其它电子控制系统一样，也是由传感器（开关信号）、电子控制单元（ECU）和执行器（执行元件）组成，如图2.1所示。图2.1 汽车发动机电子控制系统基本结构2.3电子控制燃油喷射系统的组成与工作原理尽管电控燃油喷射系统类型丰富、种类繁多，但它们都具有相同的控制原则：即以电控单元（ECU）为控制核心，以空气流量和发动机转速为控制基础，以喷油器等为控制对象，保证获得与发动机各种工况相匹配的最佳混合气成分。发动机电子控制燃油喷射系统主要由空气供给系统、燃油供给系统和控制系统组成。52.3.1空气供给系统空气供给系统的功能是测量和控制发动机不同工况下所需的空气量，为发动机可燃混合气的形成提供必需的空气。根据检测进气量方式的不同，可以分为质量流量型（L型）和压力速度（D型）进气系统。丰田卡罗拉轿车发动机的PFI系统属于L型PFI系统。空气经空气滤清器过滤后，由空气流量计测量吸入的空气量，空气通过节气门体进入进气总管，再分配到发动机各进气歧管。其主要部件包括空气滤清器、节气门体、空气阀、空气流量计、进气管等。2.3.2燃油供给系统燃油供给系统的功能是向气缸内供给燃烧所需的汽油。发动机工作时，电动汽油泵将汽油从油箱泵出，经过燃油滤清器后再经压力调节器调压，然后经输油管配送给各个喷油器和冷起动喷油器，喷油器根据ECU发来的喷射信号，把适量汽油喷射到进气歧管中。当ECU将开启针阀的电信号通过驱动电路作用于电磁阀线圈时，柱塞和针阀在电磁线圈吸力作用下向右移动，当其凸缘部被吸引碰到调整垫片时，针阀全开，燃油通过沿箭头的通路喷射出去。喷射结束后，电磁圈断电，回位弹簧将针阀关闭，喷油器停止喷油。喷射量的大小除与针阀行程，喷口面积以及喷射环境压力与燃油压力的压差等因素有关以外，主要与针阀的开启时间，即电磁线圈的通电时间有关。2.3.3控制系统控制系统的功能是根据发动机的运转工况和车辆行驶状况，来确定最佳燃油喷射量和喷油时刻。同时控制进气、点火、怠速和排放系统。该系统由输入装置、电子控制单元和执行器组成。1、输入装置（1）冷却液温度传感器冷却液温度传感器是检测发动机冷却液温度用的传感器。它由对温度特别敏感的热敏电阻组成，安装在发动机冷却液通道上，利用电阻值随温度变化的特性来检测冷却液温度。如图2.2所示为冷却液温度传感器的结构和特性。冷却液温度越低电阻值越大，冷却液温度越高电阻值越小。当在外界环境温度较低的条件下起动发动机时，这时水温传感器的热敏电阻阻值较大，此时ECU接收到低温信号，给喷油器做较多额外喷油的指令，使喷油器多喷油，当发动机冷却水的温度逐渐升高，热敏电阻的阻值逐渐减小，从而控制单元控制喷油器逐渐减少额外喷油。此外，ECU还根据冷却液温度信号去控制二次空气喷射系统、点火正时、自动变速器控制系统、怠速控制系统、燃油压力控制系统、EGR系统等6,14。图2.2 冷却液温度传感器结构、特性及与ECU的连接电路a）水温传感器结构 b）水温传感器特性 c）与ECU连接电路1-电阻 2-外壳 3-电线接头 4-冷却液温度传感器 5-接蓄电池端 6-电控单元（ECU）7-水温信号（2）节气门位置传感器节气门位置传感器安装在节气门体上。节气门位置传感器的作用是测量节气门在全闭还是在全开的位置，将节气门的开闭状态信号输送给ECU，可以满足节气门不同开度状态的喷射量控制。节气门开度传感器通常有两种型式，一种是节气门位置信号成线性输出，称线性式；一种是以开关量的形式输出，称作接触开关式。丰田卡罗拉轿车采用的节气门位置传感器为线性量输出型10。如图2.3所示。传感器有两个同节气门联动的可动电刷触点，一个触点可在位于基板上的电阻体上滑动，利用电阻值的变化，测行与节气门开度相对应的线性输出电压，根据输出的电压值，应可知道节气门的开度。但是，与节气门开度相对应的电阻体的电阻值，多少都存在偏差，因此影响了节气门开度检测的准确性。为了能够准确检测节气门的全关闭状态，另外设一个怠速触点IDL，它只在节气处于全关闭状态时才被接通。图2.3线性式节气门开度传感器的结构a）构造 b）内部电路 c）与ECU的连接电路1-电阻体 2-检测节气门开度用的电刷 3-检测节气门全闭的电刷 Vcc-电源端子 VTA-节气门开度输出端子 IDL-怠速触点 E2-地线 4-怠速触点开关 5-滑动触头 6-节气门开度传感器（3）氧传感器氧传感器安装在排气管上，用来监测排气中氧的含量，检测空燃比是否位于最佳工作区，并向电控单元发出反馈信号，将空燃比控制在最佳工作区附近。丰田轿车使用的氧传感器为氧化锆式氧传感器。如图2.4所示。氧传感器由可产生电动势的多孔二氧化锆陶瓷管、具有导线作用的套管以及为防止氧化锆管破损的防护罩与导入排气的通气窗等构成。在试管状氧化锆元素的内外两侧，设置了白金电极，为了保护白金电极，用陶瓷包覆电极外侧，内侧输入氧浓度高的大气，外侧输入氧浓度低的汽车排出气体13。图2.4 氧化锆式氧传感器的结构a）结构图 b）局部放大图1-防护置 2-氧化锆体 3-壳体 4-输出接头 5-外套 6-导线 7-电动势 8-大气一侧的白金电极 9-固态电解质（氧化锆元素）10-排气一侧的白金电极 11-涂层（陶瓷）12-排气 13-大气（4）爆震传感器爆震是指燃烧室中本应逐渐燃烧的部分混合气突然自燃的现象。爆震使发动机部件受高温、高压，会使燃烧室和冷却系过热，严重的可使活塞顶部熔化，爆震还会使发动机功率下降，燃油消耗率上升。如图2.5为爆震控制处理时间图，因为爆震仅在燃烧期间发生，所以为了避免干扰引起的误检测，只在爆震判定期间进行判定处理。由微机程序完成的爆震控制，在检测到爆震时，立即把点火时刻变成滞后角，在无爆震时，则采用提前角反馈控制形式8。图2.5为爆震控制处理时间图爆震传感器检测发则发动机爆震时，一般安装在发动机的缸体上。比较常用的是压电式爆震传感器。压电式爆震传感器是利用压电晶体的压电效应制成的爆震传感器，把爆震传到缸体上的机械振动转变成电信号，这种爆震传感器有共振型和非共振型两种。共振型爆震传感器，是由与爆震几乎具有相同共振频率的振子和能够检测振动压力并将其转换成电信号的压电元件构成，非共振型爆震传感器是用压电元件直接检测爆震信息。除此之外，还有在火花塞的热圈部位装上压电元件，根据燃烧压力检测爆震信息，如图2.6所示。图2.6各种压电式爆震传感器a）电器连接装置 b）共振型 c）火花塞座金属模型1-电器连接装置 2-平衡块 3-压电元件 4-外壳 5-安装螺纹部 6-压电元件圆盘 7-火花塞 8-爆震传感器图2.7所示为非共振型压电式爆震传感器的结构，该传感器由压电元件、平衡块及导线等构成。图2.7 压电式爆震传感器结构1-导线 2-压电元件 3-平衡块当发动机缸体的振动传到爆震传感器壳体时，壳体与平衡块之间产生相对运动，从而使夹在中间的压电元件所承受的推压力变化。于是，随着压电元件承受推压作用力而产生电压。在控制组件上只检出频率达到7kHz左右时爆震所产生的电压，通过该电压值的大小可判定爆震强度。2、电子控制单元（ECU）ECU是以单片微型计算机为核心所组成的电子控制装置，具有强大的数学运算、逻辑判断、数据处理与数据管理功能。ECU是发动机电子控制系统的控制中心，其功用是分析处理传感器采集到的各种信息，并向受控装置发出控制指令11。（1）ECU的功能一般来说，ECU具有以下功能：接收传感器和其他装置输入的信息，将输入的信息转变为微型计算机所能接受的信号；给传感器提供参考电压。存储、计算、分析处理信息，存储该车型的特点参数，存储运算中的数据，存储故障信息。运算分析。根据信息参数求出执行命令数值，将输出的信息与标准值对比，查出故障。输出执行命令。自我修正功能。（2）ECU的组成ECU主要由输入回路、模/数（A/D）转换器、微型计算机和输出回路组成。3、执行器电控燃油喷射系统的执行器主要为喷油器，另外ECU还要完成对电动汽油泵的控制。（1）喷油器控制即汽油喷射控制主要包括两个方面：喷射正时控制和喷油量控制。喷油正时控制是控制喷油器喷油开始时刻。可分为同步喷射和异步喷射两类。同步喷射又可分为同时喷射、分组喷射、顺序喷射三种基本类型。（2）电动汽油泵控制一般符合以下要求：只有在发动机处于运转状态时，电动汽油泵才工作；发动机不运转时，即使点火开关接通，电动汽油泵也不工作。2.4 本章小结本章主要介绍了汽油机电控系统的组成及汽油机电控系统中的燃油喷射控制工作原理，除此之外，发动机电控系统中还包括怠速控制、排放控制、自我诊断与报警系统控制、失效保护控制等，由于实验台条件所限，这些控制内容在实验台上都不能进行工作模拟。理解和掌握发动机电控系统的组成和工作原理，为下面的模拟实验平台的设计和建立奠定了理论基础。第3章教学演示实验台设计汽油机电控系统模拟教学演示台通常由发动机电控系统传感器等构件、演示台架显示面板和控制部分所组成。发动机电控系统不能模拟实车的燃烧等工况，只能模拟实车的发动机计算机控制系统的部分工况进行工作，故其一些信号和实车不完全一样。通过仿真系统的试验，可以学习和研究电子控制单元（ECU）、传感器和执行器的结构、功用、原理和检测方法以及零部件在实车中的连接方式，掌握发动机冷却水温度、负荷、转速等工况变化时系统的运行情况和ECU输入、输出信号的检查方法，进行故障设定，研究当输入ECU的信号电路开路或短路时ECU端子电压的变化情况。学习计算机控制系统的诊断功能，并可使用各种汽车发动机检测仪进行检测。此外，可进行零部件研究，通过单片机开发系统对发动机计算机控制系统进行研究。实验台作为电控系统零部件的载体，除了要满足强度要求，零部件布置合理之外，还要方便使用，具有易于操作、拆装方便等特点。电控系统实验台的设计和制作主要依据丰田卡罗拉轿车的电器线束进行设计，再根据卡罗拉轿车发动机电控系统零部件的尺寸与布置情况确定实验台台面布置。3.1实验台面板的布置设计实验台面板是电控系统零部件的载体，总体布置应该直观、简洁、方便操作。实验台的显示面板上布置了发动机的各个传感器、发动机ECU、组合仪表、点火器、喷油器和ECU端子板等，ECU端子板上设有故障控制开关，用以接通或断开电路，模拟系统故障。和实车一样，可在该系统上用解码器或人工读故障码，并清除故障码。各区域的设计力争紧凑。12在考虑实验台布置时，遵循的基本原则是ECU传感器执行器，这样的布置可以清晰的看清楚系统的工作过程，对电控系统的组成和工作原理也可以得到很好的理解。电控系统零部件布置图详见下图。图3.1 实验台布置图3.2教学演示实验台台架设计发动机电控系统实验台台架的设计是根据板面的布置情况和大小，以及某些元件的传动需要来进行设计的。在设计中要考虑到强度要求、零部件的合理布置、操作的方便等综合因素。就模拟发动机电控系统实验而言，实验台的总体结构主要由实验台架、面板、操作台等组成。3.2.1 实验台架的设计实验台架是实验台的主体机构，主要起到支承的作用，是电控系统零部件的载体。实验台架采用四脚支承，考虑到实验台移动的方便，在台架底部设有万向轮。实验台架整体采用铁板焊接而成。支承操作台部分以两平行三角铁为主体，如图3.2所示。图3.2 主体结构角钢四个立柱分别与三角铁焊接，直到支承的作用。四个立柱亦用横杆焊接，起到稳定的作用。立柱和横杆均为矩形空心结构。如图3.3所示。图3.3 台架三维图该台面与操作面成75度，整个台面可以上下举升，由螺纹传动将台面板举升，在台面的两侧导杆起到导向作用。如图3.4(a)、（b）所示（a）台架两侧导杆 (b) 摇动手轮图3.4 台架导杆及手轮图 3.2.2 实验台面板、操作台设计面板的作用是用来放置发动机电控系统各零部件；操作台主要是用于放置实验中需要的万用表、示波器等工具。面板、操作台按已设计的尺寸加工成与实验台相符合的形状即可。面板与三角铁为螺栓连接；操作台直接水平放置在支承三角铁上。角铁和导杆座焊接在一起，导杆和导杆座是通过定位螺钉固定。3.3 模拟教学实验台尺寸的确定在确定实验台的尺寸时主要是考虑到操作和观察的方便，另外还要大小合适，布局合理等。总体上应该符合人机工程学的要求。1、实验台整体尺寸的确定参照实验室现有电控系统实验台的实体模型，再通过实际在原车的上测量及其估算，此外，零部件之间的间隙要适中，便于安装，整体布局应该合理、美观，最终确定面板的尺寸为1680900mm。操作台主要是用来放置万用表、实验教学工具等；操作台离地面的高，主要是考虑到实验者操作的方便，最终确定操作台的尺寸为730400mm；实验台的宽度为700mm。2、实验台支承件尺寸的确定三角铁的尺寸为3030mm；支柱的尺寸为3030mm3、实验台导向件的尺寸的确定导杆的尺寸分别为201100和206504、实验台举升动力机构的确认传动螺杆为Tr366（p=6）的梯形螺纹传动，手轮为外购件，规格为150最后综合确实实验台的尺寸如图3.5所示。（a）主视图尺寸（b）俯视视图尺寸（c）左视图尺寸图3.5 实验台各部分尺寸3.4 实验台材料的选择与强度校核3.4.1 实验台架材料的选择由于实验台本身的质量不是很大（大约100kg）左右，只承受静载荷和轻微的电机振动，另外考虑到成本的因素，所以选择实验台架的材料为普通碳素钢，材料牌号为Q235。面板、操作台选择双贴面细木工板即可。3.4.2 实验台强度校核初步选定实验台的材料后就要进行强度校核。本实验台主要进行压杆稳定校核和弯曲应力校核。1、压杆稳定校核如图3.5所示的实验台结构图，可将实验台简化成图3.6所示的力学模型。其中，m1为操作台部分的总质量；m2为面板部分的总质量。图3.6 实验台力学模型如图3.6所示，根据力矩平衡，可列出如下方程：（3.1）其中，m1的最大承载质量为50kg；m2的最大承载质量为100kg；a=350mm；b=500mm；c=1680mm；g取9.8m/s2，将各值代入式3.1得，F2=860.3N临界力（3.2）式3.2为两端铰支细长压杆的欧拉公式，所以只有当压杆的临界应力未超过材料的比例极限时，欧拉公式才适用。因此，应用欧拉公式的条件为：或写作令则欧拉公式的适用条件为对于实验台材料的碳素钢Q235，弹性模量E=2105MPa，=200MPa，代入后，可行100。即只有100时，才能用欧拉公式计算临界力。（3.3）（3.4）其中，为长度系统，对于该力学模型，取2；l为实验台的高，l=700mm；I为极惯性矩，，d为正方形支柱的边长；d=30mm； A为支柱的面积，将各值代入式3.3和式3.4可得：161.66 100所以实验台力学模型可以看做细长压杆应用欧拉公式来计算临界力。将各值代入式3.2得，Fcr=6.78104N稳定安全系数nw=3，则许用载荷所以F2 F，满足强度要求。2、弯曲应力校核如图3.7所示，为实验台支承三角铁的截面图。图3.7 三角铁截面图如图3.8所示为实验台的受力简图。其中（b）为剪力图；（c）为弯矩图。最大弯矩为M=63050Nmm。图3.8 实验台受力分析图（1）确定中性轴的位置（2）截面对中性轴的惯矩（3）校核强度综上所述，实验台所选材料Q235满足强度要求7,9。3.5 滑动螺旋副传动 3.5.1滑动螺旋传动1、按用途分三类：（1）传力螺旋举重器、千斤顶、加压螺旋特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁（2）传导螺旋机床进给汇杠传递运动和动力特点：速度高、连续工作、精度高（3）调整螺旋机床、仪器及测试装置中的微调螺旋特点：是受力较小且不经常转动 2、传动形式： 1）螺杆转螺母移 2）螺杆又转又移（螺平固定）用得多 3）螺母转螺杆移 4）螺母又转又移（螺杆固定）用得少该台架举升用的螺旋就是传力螺旋，传动形式：为螺杆又转又移（螺平固定）。3.5.2滑动螺旋的特点构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁。磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），摩擦损耗大，传动效率低（30%40%）。3.5.3螺旋传动的应用螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动变为直线运动将直线运动变为回转运动，同时传递运动或动力。3.6螺旋传动的设计计算对于一般的传力螺旋，其主要的失效形式是螺旋表面的磨损，螺杆的拉断或剪切以及螺纹牙根部的剪断及弯断，设计时常以耐磨性计算和强度计算来确定螺纹传动的主要尺寸；对于受压的长螺杆还要进行压杆稳定性核算，要求自锁的螺旋腰验算是否满足自锁条件；1、耐磨性计算螺纹的的耐磨性条件为（3.5）若按耐磨性条件设计螺纹中径时，可引用系数以消去H得（3.6）对于梯形螺纹，h=0.5p,则（3.7）式中的许用压强，Mpa 螺纹的中径， H螺母高度， F轴向载荷，螺纹副许用压强，N/mm2（查表11-19）。根据表5-8查得，该材料满足耐磨性的要求2、螺杆强度计算螺杆端面承受轴向力F和转矩T1的作用，根据第四强理论，螺杆危险截面的强度条件为： 3、螺纹副自锁条件校核对有自锁要求的螺旋，要校核其自锁性：通常式中当量摩擦角摩擦因数（查表11-1-7） S导程 mm按照综合计算，此螺纹副具有自锁能力。4、台架举升受力分析图3.9 台架举升受力分析图由上图可知，作用在Fx上的力可以用力的分解来计算人手转动该螺杆所需的力为人工只需16.5公斤力就可以将螺杆转动并且使其上升。在台架上升的过程中，由于有四个导杆做支撑作用，台板在上升的过程中，力是始终不变的，四个导杆的相对位置始终处于水平状态，螺纹传动的过程只是单纯的螺纹杆受垂直上下的力，倾斜力全都被四个导杆给抵消掉，导杆不光起到导向的作用，同时也起到倾斜方向的力。所以在台板上升的过程中，螺纹传动是不会被卡死的。3.7 本章小结本章主要介绍了汽油机电控系统模拟教学演示台的设计，包括教学演示实验台面板的布置方案设计和实验台台架设计。涵盖了实验台的布置方案、结构设计、尺寸确定、材料的选择及强度校核等内容。实验台的整体结构由实验台架、整理台、面板组成。台架的材料选择Q235，经验算符合强度要求。实验台台架的设计则是以能够方便教学展示为目的。本章节设计是本次设计中比较关键的一部分。第4章实验台电路设计与电机控制原理电路系统设计是实验台设计中重要的一部分，直接关系到电控系统的正常工作。本实验台的电路系统设计是在丰田卡罗拉轿车电路的基础上加以改进，去掉在实验台中不需要的部分，添加了电动机的控制等内容。4.1 实验台电路优化设计实验台发动机电控系统所用电路是在原丰田卡罗拉轿车的发动机控制系统电路的基础上加以优化。由于实验台的条件所限，不能模拟怠速控制、进排气控制、增压控制等内容，所以在电路中去掉了原车的相应传感器、执行器的接线；另外，也去掉了空调开关、车速传感器等控制信号。由于相比原车实验台的电路要简单得多，所以去掉了原车采用的接线盒，而直接用导线连接。接地点也集中到一点。为了便于观察电路，导线颜色、粗细则与原车相同。此外，结合本实验台的特点，又在原车电路的基础上增加了电动机的控制电路、诊断接口、传感器信号模拟等内容。为了方便在教学过程中更好的起到教学演示作用，在设计实验台电路的过程中，将所有连接到ECU端子的导线单独连接到一起，并且增设了故障开关，方便学生进行故障模拟和故障的检测，加深对发动机电控系统的认识和学习。结合上述本实验台的电路的特点，最后绘制出本实验台的电路图14。如图4.1所示：图4.1 汽油机电控系统实验台电路图4.2 电动机的选择与转速控制原理电动机在实验台中的主要作用是代替实际发动机的工作，并用于驱动曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮，同时也时刻反映实际发动机转速的变化。4.2.1 电动机的选择实验台所用电源为汽车用蓄电池，额定电压为12V。所以选用汽车空调系统送风机用永磁式直流电动机作为本实验台用电动机。其电动机的参数如下表4.2所示。表4.2 电动机参数生产公司（型号）机壳外径（mm）机壳长度（mm）转轴长度（mm）额定电压（V）最大空载转速（r/min）转矩0.3Nm时转矩0.6Nm时输出功率(W)电流(A)转速(r/min)电流(A)转速(r/min)SIEMENS（PHW）64781591245001637002931001704.2.2 实验台电动机的转速控制原理1、电动机的基本特性如图4.3所示为直流电动机的简化等效电路。电动机部分用框中的电枢电阻Ra和电动势Ec的串联电路来等效，电源电压Eb通过a，b给电路供电。图4.3直流电动机的简化电路根据上图可列写出如下电压方程：（4.1）式中，Eb为电源电压；Ec为电动机反电动势；Ra为电枢电阻；Ia为电枢电流。电动机在负载状态下运行时，由式（1.1）得电动机流过的电流为：（4.2）由式（4.2）可知，由于电动机在运转时出现了反电动势，因此，电动机转速越高，反电动势越大，电枢电流也就越小。2、电动机转速调节原理由上述的电动机的基本特性可知，改变电源电压的大小可以改变电动机的转速，因此调节电动机转速的最简单的方法就是电枢回路串联电阻调整。图4.2为在电动机电枢回路中使用串联电阻实现调速的方法。图中R1、R2、R3的电阻值依次增大。当依次切换开关SW1的A、B、C、D时，转速即可发生变化。图4.4 串联电阻调速的方法采用电枢回路串联电阻调速的方法是一种最简单的电动机调速方法，虽然也能达到电动机变速的目的，但是不能精确控制电动机的转速，下面介绍一种比较精确的电动机调速方法，脉宽调制（PWM）控制方式。PWM控制方式是利用功率晶体管的开关特性来调制电压恒定的直流电源，通过改变占空比（占空比是指在一个周期T里，晶体管导通的时间与周期的比值）来改变电枢的平均电压，以此控制电机的转速，这是目前直流电动机的主要控制方式。其控制原理图如图4.3a所示。 a)原理图 b)输入输出电压波形电流波形图4.5直流电机脉宽调制控制原理和电压波形图在PWM调速时，占空比是一个重要参数。主要使用的改变占空比的方法是定频调宽法，即使周期T保持不变，而同时改变t1和t2。3、直流电动机的不可逆PWM系统直流电动机PWM控制系统有可逆和不可逆系统之分。可逆系统是指电动机可以正反两个方向旋转；不可逆系统是指电动机只能单向旋转。本实验台所应用的电动机为单向旋转，所以采用PWM不可逆系统15,16。4.3 PWM调速控制的优点1、简化了主电路和控制电路的结构，使装置的体积变小，重量减轻，造价下降，所用功率元件少，且工作于开关状态，因此电路的导通损耗小，工作效率比较高。2、采用功率较小的低惯量奠基石，具有高的定位速度和精度。3、低速性能好，稳速精度高，调速范围宽。4、改善了系统的动态性能和电机的运行性能，提高了调节速度，使调节过程中电压与频率配合较好、动态响应好、抗干扰能力好、可靠性能高4.4 本章小结本章主要介绍了实验台电路优化、电动机的选择与转速调节等内容，这些内容对于电控系统能否正常、准确工作起着关键的作用。实验台电路主要是在丰田卡罗拉实车电路的基础上加以改进。去掉实验台中不需要的排放控制、怠速控制等内容，加入故障诊断、电动机控制等内容。由于电动机控制采用单片机和PWM控制，改善了系统的动态性能和电机的运行性能，提高了调节速度，使调节过程中电压与频率配合较好。第5章电动机控制系统设计5.1 概述为了精确的反应发动机的转速（实验台用电动机替代）与传感器信号变化的关系，在本实验台设计中，用节气门位置传感器的变化信号与冷却液温度传感器信号变化来控制电动机的转速，下面将具体介绍这个控制系统的搭建。5.1.1 节气门位置传感器与电机转速控制节气门位置传感器输出的信号为开度与转速的线性变化关系，通过对丰田卡罗拉的实车实验，可以测得节气门开度与发动机转速的对应关系，将节气门开度信号送入单片机，再通过单片机控制即可达到目的。5.1.2 水温传感器与电机转速控制水温传感器是由负温度系数的热敏电阻组成的。发动机水温度变化时，热敏电阻的阻值发生变化，通过控制电路将其转变成电压信号输送给ECU。单片机，通过P1.3口读取节气门位置信号，通过P1.2口读取水温信号。在程序设计上，通过读取P1.3口和P1.2引脚的输入状态来控制电机的运行。当P1.3口有输入，即节气门打开时，当节气门信号电压值不大于0.5V由水温传感器来控制转速。当节气门信号电压值大于0.5V时，由节气门位置传感器来控制电动机转速。如图5.1所示，对于冷却液温度传感器可以用一个可变电阻器替代，两者并联，用一个双刀单掷开关来控制可变电阻器的工作。图5.1 冷却液温度传感器电路5.2 硬件装置的选择5.2.1单片机的选择（1）必须带有AD转换，用于采集温度信号和节气门信号，由于温度信号和节气门信号的最大电压是4.5V，所以AD应该能采集大于4.5V的信号，为了使电路简单，所选的单片机应该使用5V电源,为了更精确读取控制信号，选择AD位数高一点的比较好。（2）必须带有PWM调制，用于控制电动机的转速。（3）因为需要使用的端口比较少，单片机需要完成的功能比较简单，所以选择单片机是应选择端口少一些，程序存储器和数据存储器满足使用要求即可，以降低成本。（4）有定时/计数器，用于采集转速信号（5）跟据以上要求最终选定STC12C5608AD。其技术参数为：工作电压：5.5-3.5V；Flash 程序存储器8K，SRAM:786字节，ADC10位，PWM8位四通道。5.2.2电机驱动器的选择电动机带载电流最大需要29A，目前市场上现有的PWM放大器件或PWM放大设备几乎找不到对口的，所以需要自做电机驱动电路，其核心器件（功率器件）为30N06型MOS管，其最大工作电流为30A，最大工作电压为60V,其主要参数如下图：图5.2 30N06型MOS管参数5.2.3转速传感器的选择转速传感器选用SZHJ-01霍尔效应式转速传感器，因为其采用12V电源，可以直接有电池供电，输出脉冲为高电平为5V，低电平小于0.5V,便于被采集，每转输出1个脉冲，测量范围;110000r/min。.而且该传感器体积小，结构简单，无触点，启动力矩小，使用寿命长，可靠性高，频率特性好。5.3 控制原理5.3.1电动机控制器原理了解了硬件的组成，接下来介绍其控制原理。本实验台的电机控制系统还是比较简单的，控制流程图如图5.3所示。本驱动控制电路是一个闭环反馈电路，单片机在读取控制信好的同时采集来自电动机的转速信号，通过计算处理将修正后的转速信号以PWM的方式输出到电机控制器，从而控制电机的转速。其具体实现过程如下：单片机STC12C5608AD，通过P1.3口读取节气门位置信号，通过P1.2口读取水温信号，且经过AD转换模块，将信号转换成CPU能够处理的数字量，计算出指令转速。然后使用计时器计算出转速传感器通过P3.3输入的一个脉冲的时间，并计算出电动机的实际转速。接着将指令转速和实际转速对比，并根据此时有P3.7输出的PWM波的占空比，对PWM波得占空比进行修正并通过P3.7口输出。这样完成一次的电机转速调整，并周而复始的重复以上过程，是电动机处于比较稳定的工作状态，并起到根据气门调节信号和水温信号的变化随时调节电动机的转速。由于采用了闭环反馈所以电动机的转速不会因负载（小于额定负载）的变化而发生变话。18电动机驱动电路说明：首先电动机和单片机不能有直接连接，这里采用了光电隔离（图中O1为一只光耦）。单片机输出PWM信号经过三极管Q1放大电流后（R5的作用是限制从单片机到三极管的电流，这样不至于烧坏单片机P3.7脚及三极管，三极管的工作原理通过R5一个小电流，R6和光耦发光管就会通过一个大电流，起到放大电流驱动光耦的作用），驱动光耦的发光管，信号经过光耦输出后，经过三极管Q2放大后（放大作用同Q1,R8的作用是限流，R7的作用是限流和下拉，光耦不通时，可以把R8的电压拉低，R10的作用是限流，使30N06不至于烧坏）驱动功率器件（30N06型MOS管），30N06就可以驱动电机。（30N06的工作原理是和R10连接的引脚上有一个高电压，其余两个脚不通。和R10连接的引脚上有一个低电压，其余两个脚导通，并且最大可以通过30A电流）由于电机是感性负载，在PWM波有高电压到低电压变化时，感性负载（电动机）的电流不能突变成零，所以要加一个大电流二极管（FR104，最大电流30A）和电动机并联防止产生高电压烧坏30N06型MOS管。图5.3 程序流程图5.3.2发动机控制电路图根据上述的内容，确定控制系统的连接电路如图5.3所示。图5.4 电机控制电路5.3.3软件程序设计根据系统的工作原理和工作方式，确定了程序，并采用C语言进行编写，具体如下：#include reg51.h#include intrins.h#define FOSC 18432000L;#define MODE 1 T;define T1MS (65536-FOSC/1000); typedef unsigned char DutyCycle,BYTE;typedef unsigned int IntBuff1,IntBuff2; void ReadOpen(BYTE dat);void ReadSpeed(BYTE dat);void Readtlem(BYTE dat);void PwmOut( char DutyCycle );void InitUart();void SendData(BYTE dat);void Delay(WORD n);void InitADC(); main() sfr CCON = 0xD8; /PCA control registersbit CCF0 = CCON0; /PCA module-0 interrupt flagsbit CCF1 = CCON1; /PCA module-1 interrupt flagsbit CR = CCON6; /PCA timer run control bitsbit CF = CCON7; /PCA timer overflow flagsfr CMOD = 0xD9; /PCA mode registersfr CL = 0xE9; /PCA base timer LOWsfr CH = 0xF9; /PCA base timer HIGHsfr CCAPM0 = 0xDA; /PCA module-0 mode registersfr CCAP0L = 0xEA; /PCA module-0 capture register LOWsfr CCAP0H = 0xFA; /PCA module-0 capture register HIGHsfr PCAPWM0 = 0xF2;sfr PCAPWM1 = 0xF3;sfr PCAPWM2 = 0xF4;sfr PCAPWM3 = 0xF5 /设置PWM模块，/*Declare SFR associated with the ADC */sfr AUXR = 0x8e;sfr ADC_CONTR = 0xC5; /ADC control registersfr ADC_DATA = 0xC6; /ADC high 8-bit result registersfr ADC_LOW2 = 0xBE; /ADC low 2-bit result registersfr P1M0 = 0x06; /P1 mode control register0sfr P1M1 = 0x00; /P1 mode control register1/*Define ADC operation const for ADC_CONTR*/#define ADC_POWER 0x80 /ADC power control bit#define ADC_FLAG 0x10 /ADC complete flag#define ADC_START 0x08 /ADC start control bit#define ADC_SPEEDLL 0x00 /1080 clocks#define ADC_SPEEDL 0x20 /810 clocks#define ADC_SPEEDH 0x40 /540 clocks#define ADC_SPEEDHH 0x60 /270 clocks 设置ADC模块DutyCycle=0;P1|=0x20;for(;)Open=ReadOpen(BYTE dat) ; /读取气门位置子程序if( Open 102) /处于气门控制状态 speed=ReadSpeed(BYTE dat); /读取电机转速子程序 /计算电机是否过载子程序speed=speed-800；IntBuff1=speed*820/3200; /将实际转速转换成对应的气门开度（不是使用查表方法，）Open=Open-102 ; if（） /电机堵转或过载 P1&=0xDF; /报警并停机 DutyCycle=0; PwmOut( uchar DutyCycle ); if(IntBuff1Open) /转速比气门设定转速高IntBuff2=(IntBuff1-Open)/4;DutyCycle = DutyCycle -IntBuff2;else /转速比气门设定转速低IntBuff2=(Open-IntBuff1)/4;DutyCycle = DutyCycle +IntBuff2PwmOut( uchar DutyCycle ); /设置PWM输出子程序else tlem= Readtlem(BYTE dat); /读取温度子程序 speed=ReadSpeed(BYTE dat); /读取电机转速子程序 /计算电机是否过载子程序speed=speed-600；tlem=992-tlem；IntBuff1=speed*820/900;tlem=tlem-102 ;if（） /电机堵转或过载 P1&=0xDF; /报警并停机 DutyCycle=0; PwmOut( uchar DutyCycle ); if(IntBuff1tlem) /转速比温度设定转速高IntBuff2=(IntBuff1-tlem)/4;DutyCycle = DutyCycle -IntBuff2;else /转速比气门设定转速低IntBuff2=(tlem-IntBuff1)/4;DutyCycle = DutyCycle +IntBuff2;PwmOut( uchar DutyCycle ) ; /修正PWM占空比并输出 void PwmOut( uchar DutyCycle )CCON = 0; /Initial PCA control register /PCA timer stop running /Clear CF flag /Clear all module interrupt flagCL = 0; /Reset PCA base timerCH = 0;CMOD = 0x02; /Set PCA timer clock source as Fosc/2 /Disable PCA timer overflow interruptCCAP0H = CCAP0L = DutyCycle; /PWM0 port output 50% duty cycle square waveCCAPM0 = 0x42; /PCA module-0 work in 8-bit PWM mode /and no PCA interruptPCAPWM1 = 0x03;CCAPM1 = 0x42; /PCA module-1 work in 8-bit PWM mode /and no PCA interruptCR = 1; /PCA timer start runreturnvoid ReadOpen(BYTE dat);BYTE ch = 3; /ADC channel NO.InitUart(); /Init UART, use to show ADC resultInitADC(); /Init ADC sfrAUXR |= 0x10; /set EADCIIE = 0xa0; /Enable ADC interrupt and Open master interrupt switchreturn ADC_CONTR ;void Readtlem(BYTE dat);BYTE ch = 2; /ADC channel NO.InitUart(); /Init UART, use to show ADC resultInitADC(); /Init ADC sfrAUXR |= 0x10; /set EADCIIE = 0xa0; /Enable ADC interrupt and Open master interrupt switchreturn ADC_CONTR ;/*-ADC interrupt service routine-*/void adc_isr() interr

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