汽車電子節氣門控制系統ECU設計及其在ASR控制中的應用

ETC系統需要通過CAN總線來接收其他車載電控系統的開度需求信號。
MC68HC908AZ32A片內集成了CAN控制器，本文選擇Philips公司的，TJA1040作為CAN收發器，具體的CAN總線接口電路如圖4所示。

1．5 SCI通信電路設計
為了對控制過程進行監控、實時顯示，進行數據采集、分析和處理，以及在某些情況下替換CAN實現ECU間通信功能，ECU預留了SCI通信接口，為此設計了SCI通信電路，如圖5所示。串行通信有使用簡單，傳輸距離長的優點，雖然其傳輸速率不高，但是可以滿足系統的要求。

此外，ECU硬件還包括BDM接口電路以及故障診斷電路等，本文不再一一贅述。

2 ECU軟件設計
ECU軟件主要包括：系統初始化模塊，模擬信號采集與處理模塊，數據通信模塊，節氣門開度控制決策模塊，PWM信號生成模塊等。程序總體流程如圖6所示。

系統初始化內容主要包括MCU內部的時鐘、輪速輸入通道端口設置、執行機構輸出通道端口設置、看門狗定時器設置、通信端口初始化、系統變量等，以保證MCU正常運行。
信號采集與處理模塊采集油門踏板位置信號和節氣門位置信號兩個模擬量和制動信號開關量。數據通信模塊接收其他車載電控系統發出的開度需求信號，并用于開度控制決策。
控制決策模塊根據當時的汽車行駛狀況、其他車載電控系統的需求并考慮發動機特性之后，按照一定的控制算法決定目標節氣門開度。PWM信號生成模塊將節氣門開度需求轉化為相應的控制直流電機的PWM信號，通過驅動芯片驅動電機轉動使節氣門開度到達目標位置。

3 ETC系統功能測試
ETC系統由電子控制單元、節氣門體、直流驅動電機、油門踏板模塊(包括踏板位置傳感器)、節氣門位置傳感器等組成。
節氣門位置傳感器用于實時采集節氣門開度，對閉環控制進行位置反饋，是節氣門狀態惟一的檢測元件。電子節氣門要求具有高度的可靠性，位置傳感器采用了冗余設計，系統采用2個節氣門位置傳感器。為了精確控制電子節氣門的開度，必須研究其位置傳感器輸出電壓特性，找到輸出電壓與節氣門位置之間的對應關系。節氣門的開度范圍為0°～88°。由于有怠速開度，節氣門靜態位置以上的工作區域實際為9°～88v°。節氣門位置傳感器具有良好的線性關系。因此，根據節氣門位置傳感器提供的電壓信號，可以準確地檢測出節氣門連續的旋轉角度。通過標定試驗，輸出電壓與節氣門位置的對應關系如圖7所示。

電機輸出力矩與驅動信號占空比成正比。占空比增大時，電機驅動力矩大于復位彈簧阻力矩，節氣門開度增加；當占空比減小時，電機驅動力矩小于復位彈簧阻力矩，節氣門開度減小。本文采用單片機輸出的頻率為10 kHz、占空比可調的PWM信號，經過功率放大后對直流電機進行驅動。通過標定試驗，節氣門開度和PWM信號占空比關系如圖8所示。由于回位彈簧滯后等非線性因素影響，節氣門開度和PWM控制信號占空比成近似的線性關系。

4 ETC應用于ASR控制的硬件在環測試
在開發的ASR系統進行控制時，控制發動機轉矩通過調節節氣門開度實現。ASR控制器需要將其節氣門開度需求發送給ETC控制器，通過ETC系統進行節氣門開度調節。將開發的電子節氣門系統用于ASR控制，搭建了以先進的實時仿真系統dSPACE為核心的硬件在環測試平臺，總體結構如圖9所示。