天然气发动机模拟负载箱

【摘要】：从1769年人类发明了第一辆汽车开始，在其两百余年的生命历程中，汽车见证了人类科技文明的发展与变迁，是人类探索和求知的缩影。汽车领域所焕发出的力量是人类整个科学世界的写照。与此同时，各个国家汽车产业的实力也代表了一个国家的综合国力。 在科技飞速发展的今天，越来越多的科技已经融入到人们的日常生活中，为我们带来了极大的便利。汽车产业作为人类科技的标杆之一，首当其冲的站在了科技领域的最前沿。结合当代的自然资源及使用成本，加之传统机械系统已经被人类发挥到极限，人们越来越多的将目光放在科技与汽车的结合上。更高效、更环保已然成为现代汽车厂商所追逐的首要目标。传统发动机由于其机械特性的限制，无法做到精确的燃气混合比及点火时间，从而导致混合气体无法充分燃烧，这样既达不到理想的扭矩，也浪费了油、气资源，同时会伴随有更高的污染气体排放到大气中。种种弊端迫使传统机械发动机退出历史舞台，随着电喷发动机的发明，这一系列问题迎刃而解。我国汽车产业起步较晚，但是在国家的大力扶持及科研人员的辛勤努力下，国产汽车已经取得了令世人瞩目的成绩，低、中、高端汽车领域都已经有了国人的影子。 众所周知，电喷发动机的核心是电子控制单元，即ECU。ECU是现代汽车的大脑，通过接收放置于车身各个部件上的传感器传回的信号、数据，经过分析、计算，来发出命令控制车身各部件进行相应的动作。我们所熟知的ABS防抱死系统、ESP车身稳定系统、陡坡缓降乃至高端的红外防撞，自动巡航系统都是基于ECU的控制。由此可见ECU的好坏可以决定一部汽车的成败。然而针对电喷发动机而言，其ECU的研制与开发需要对大量的数据进行标定，来确保ECU的正确性和稳定性，这就需要大量的人力、物力来维持，同时还具有一定的危险性。而实际的产品开发中往往是通过模拟真实环境来测试、标定ECU。但通常在我国这些设备需要进口，不仅浪费了大量资金，而且从根本上制约了我国汽车发动机产业的发展。为此，作者所在实验室联合一汽技术中心开发了多套模拟发动机负载系统。本文将着重介绍天然气电喷发动机的模拟负载的设计方法。 模拟负载系统主要由模拟负载模块，显示模块，控制模块，通讯模块，电源模块五大模块组成。选用意法半导体公司生产的STM32F107系列单片机作为主处理芯片，选用带气隙的电感作为模拟负载模块，利用电流传感器ACS712对ECU下行的喷油、点火两部分控制信号分别进行检测，检测信号经过LM324、LM339进行整形、滤波、翻转后传送到主处理芯片，通过计算、比对，将信息经两路信号反馈回上位机与显示模块。显示部分，用户可以通过前面板的控制按钮来选择查看喷油脉宽、喷油提前角、点火蓄能宽度、点火提前角。并能通过旋钮控制负载电压幅值。上位机部分，可以实时查看发动机状态，并可以下发指令，使负载箱进行相应动作。负载箱与信号箱内的各个模块，上位机模块之间采用CAN总线进行数据通信，在系统出现错误时，控制模块会检测到错误点，并发出相应CAN数据包，通过上位机模块与显示模块两种途径告知用户故障点。 【关键词】：STM32 模拟负载 ECU检测 智能配置
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U464.174
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 文章的相关背景10-13
• 1.2 文章的意义13-14
• 1.3 本文主要内容14-15
• 第二章 系统需求分析及结构描述15-18
• 2.1 系统的需求分析15-16
• 2.2 系统的结构描述16-18
• 第三章 系统的硬件电路设计与分析18-37
• 3.1 硬件电路设计原则18
• 3.2 系统主处理器的选择18-19
• 3.3 模拟负载及检测电路19-28
• 3.3.1 喷油驱动信号分析19-20
• 3.3.2 模拟喷油器电路20-23
• 3.3.3 点火驱动信号分析23-24
• 3.3.4 模拟点火线圈电路24-26
• 3.3.5 模拟喷油器驱动信号检测26-28
• 3.3.6 模拟点火线圈驱动信号检测28
• 3.4 显示及按键模块硬件设计28-30
• 3.4.1 STM32 控制数码管显示28-29
• 3.4.2 ST7 控制数码管显示29
• 3.4.3 STM32 控制按键部分29-30
• 3.5 通信部分硬件电路设计30-32
• 3.5.1 CAN 模块的设计30-31
• 3.5.2 同步信号硬件设计31-32
• 3.6 电源模块设计32-35
• 3.6.1 前面板供电设计32-33
• 3.6.2 模拟负载检测供电设计33-34
• 3.6.3 ECU 及模拟负载供电设计34-35
• 3.7 电路板的设计35-37
• 第四章 系统软件设计37-49
• 4.1 系统软件的主要任务37-38
• 4.2 系统软件的设计原则38
• 4.3 系统软件开发环境38
• 4.4 系统软件设计概述38-40
• 4.5 模拟负载检测程序40-43
• 4.5.1 曲轴 0 度角的确定41
• 4.5.2 模拟喷油量的检测41-42
• 4.5.3 模拟点火量的检测42
• 4.5.4 模拟负载保护42-43
• 4.6 前面板显示模块程序43
• 4.7 通信程序43-45
• 4.7.1 CAN 通信模块程序43-44
• 4.7.2 UART 通信44-45
• 4.8 按键控制模块设计45-46
• 4.9 自动模式程序设计46-49
• 第五章 总结49-51
• 5.1 论文的总结49-50
• 5.2 未来工作展望50-51
• 参考文献51-53
• 作者简介53-54
• 致谢54

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