汽车电子控制课程设计
PT100铂电阻。
3.2. 进气压力传感器
进气压力传感器的全称是进气歧管绝对压力传感器MAP（Manifold Absolutely Pressure Sensor），通过检测进气歧管内空气压力来反映发动机的负荷情况，并将发动机的负荷状况转变为电信号输入发动机的控制单元ECU。
进气压力传感器检测的是节气门后方的进气歧管的绝对压力，它根据发动机转速和负荷的大小检测出歧管内绝对压力的变化，然后转换成信号电压送至电子控制器(ECU)，ECU依据此信号电压的大小，控制基本喷油量的大小。进气压力传感器种类较多，有压敏电阻式、电容式等。由于压敏电阻式具有响应时间快、检测精度高、尺寸小且安装灵活等优点，因而被广泛采用。
MAP是一种间接测量发动机进气量的传感器。该传感器由硅膜片和压敏电阻组成。硅膜片的一侧是真空室，另一侧接进气歧管。在进气歧管压力发生变化时，硅膜片产生变形，由此引起硅膜片上压敏电阻的阻值变化，进而导致惠斯顿电桥输出电压的变化，再利用一放大电路将其电压信号进行放大，作为进气歧管绝对压力信号送到ECU。MAP传感器的结构如图所示：
MAP传感器接口电路如图所示：
3.3 转速传感器
车用转速传感器，按其检测技术可分为可变磁阻式、韦根德效应式、霍尔效应
6
汽车电子控制课程设计
式、磁控电阻式、各向异性磁阻式、巨磁阻式转速传感器。本方案选用常见的霍尔效应式转速传感器。
发动机转速和曲轴角位置可以利用霍尔传感器来的测量，当飞轮的每个轮齿从霍尔传感器的顶端扫过的时候霍尔传感器的输出电压都将产生跳变。产生的波形经整形滤波电路生成脉冲信号，输入80C71的计数器和定时器的外部输入端口，对产生的脉冲信号进行计数，而且利用单片机的定时器可以得出每个脉冲中高低电平持续的时间。由于飞轮的齿数是已知的，所以飞轮转一周的时是可以得到的，即飞轮旋转的周期可以得到，周期的倒数即为飞轮转数，也就是发动机转数。
磁铁
霍尔效应式转速传感器
由于转速传感器输出的脉冲信号不是标准的方波信号，不能直接送定时计数器进行脉冲计数，因此，需要对转速信号进行处理。首先选用运放电路对转速信号进行放大，使所有的正脉冲都超过某一域值，然后经过电压比较器对放大了的脉冲信号进行削波，得到近方波的梯形脉冲信号。再经过D触发器，得到标准的TTL方波。
发动机转速与测得信号频率的关系是：
z
公式中n为发动机转速(rpm)，f为信号频率，Z为齿轮数。如果所用的齿数是60，则信号频率在数量上即等于发动机转速。
n?60?f曲轴
3.4. 扭矩传感器
扭矩由水力测功机测得，有T=F·S可知，在固定力臂S的前提下，测量拉力F即可得到转矩的大小。拉力F的测量主要通过拉力传感器来实现。
拉力传感器利用电阻应变原理构成，是在圆管形弹性体的外臂，对称贴上电阻应变片，即连接成惠斯登电桥。当被测力F通过连接螺纹直接作用在粘有电阻应变片的应变筒上，应变筒受到拉力时，轴向拉伸，电阻应变片阻值增加。横向收缩阻值减小；当应变筒受到压力时则相反，筒轴向压缩其阻值减小，横向膨胀其阻值增大。这样电桥失去平衡，对角输出端有不平衡电压输出，该电压正比于作用在传感器上的拉力或压力。
4. 测控系统数字电路设计
测控系统完成的主要功能是对传感器信号进行转换、处理、显示，并且根据试验意图通过油门及测功器控制发动机运行工况。核心部分为数据采集模块和控制模
7
汽车电子控制课程设计
块。
数据采集模块结构如图：
选用高性能芯片MC68376，该芯片嵌了CAN控制器模块，CAN控制器与物理总线间的接口使用芯片82C250。
控制模块结构如图：
该网络通讯系统的主要功能有：
1）上位机向控制模块节点发送进行参数设定的命令，如油耗的测量时间可通过CAN 网络总线送给智能油耗仪进行保存；
2）控制模块节点可通过CAN网络协议接收控制指令，从而控制测功机的运行； 3）系统在检测到报警时，CAN 总线网络送出相关状态信号，将报警信息自动发送给上位机。
5. 通讯软件流程设计
发动机台架信号分析及动态测试软件系统需要处理的信息量大，而且对软件的准确性要求很高。这就要求软件具有高速、高效、高集成度、高可靠性、易维护等特点。 因此，在软件设计上，是在信号处理和分析理论方法的指导下， 应用集成化、模块化软件系统开发技术，以最快速度、最短时间实现系统各功能。
整个软件系统由数据采集模块、信号预处理模块、信号分析模块、信号发生器模块和辅助功能模块等五个模块组成，这些模块又有许多小的模块组成，软件结构清晰易懂，维护方便。
8
汽车电子控制课程设计
主 控 程 序 数 据 采 集 实 时 显 示 数 据 处 理 系 统 配 置
系统的交互界面使用流行的图形化用户界面(GUI-Graphic User Interface)，具有直观、简单、表现能力强等特点，受到广大用户的欢迎，并已经成为用户发展的方向。
6. 发动机台架控制方式
6.1. PID控制
PID控制是现代控制技术中最经典的控制方法，它是按偏差的比例
(P-Proportional)、积分(I-Integral)和微分(D-Derivative)的线性组合进行控制的方式，三种控制作用各有优缺点。
比例控制的优点是：误差一旦产生，控制器立即就有控制作用，使被控制量朝着减小误差方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数Kp，其缺点是：对于具有自平衡性的被控对象存在静差。加大Kp可减小静差，但Kp过大，会导致动态性能变坏，甚至会使闭环系统不稳定。
积分控制的优点是：它能对误差进行记忆并积分，有利于消除静差。但它的不足之处在于积分作用具有滞后特性，积分控制作用太强会使控制的动态性能变差，以致于使系统不稳定。
微分控制的优点是：它能对误差进行微分，对误差的变化趋势敏感，增大微分控制作用可加快系统响应，使超调量减少，增加系统的稳定性。它的缺点是对于干扰同样敏感，使系统抑制干扰能力降低。
将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，用这一控制量对被控对象进行控制，就构成了PID控制器。
应用于发动机控制中，已有多种结合现代控制理论的PID控制器。
模糊PID控制必须通过多次修改模糊排理规则进行优化没计， 并进行在线、离线的反复调试才能最后确定。经过长期人工操作经验的总结．得出模糊推理规则。
计算机控制系统中，由于运算速度和灵活性非常强，经常使用的是数字PID控制器，将原积分微分运算实现离散化处理。
9
汽车电子控制课程设计
6.2. 发动机台架控制方式
根据发动机的台架试验的要求，外特性试验、负荷特性试验要求发动机在一定的转速和油门下进行，而许多变工况试验要求发动机在一定的转速和扭矩下运行，因此试验台架监控系统的控制方式有以下四种： 1）恒转速(测功机)—油门开度(发动机)控制
这种控制方式是将转速反馈信号输入调控系统构成闭环控制，该信号与给定值进行比较后经过PID调节器控制输出来的调节水门开度大小，从而改变测功机的制动扭矩，以达到维持系统的转速恒定。这种控制方式适用于有着平缓特性曲线的发动机的外特性、负荷特性试验。
2）恒扭矩（测功机）—油门开度（发动机）控制
这种控制方式是将扭矩反馈信号输入调控系统构成闭环控制，该信号与给定值进行比较后经过PID调节器输出来调节水门开度的大小，从而改变测功机的制动扭矩，以达到维持系统的扭矩恒定。
3）恒转速（测功机）—恒扭矩（发动机）控制
这种控制方式采用的是双闭环控制形式，转速变量是通过转速PID调节器自动改变测功机的制动扭矩，来的维持恒定。而扭矩变量是通过扭矩PID调节器自动改变油门开度，来维持其恒定。对于测试水平要求较高的发动机研究可以采用这种方式。 4）恒扭矩（测功机）—恒转速（发动机）控制
这种控制方式也采用的是双闭环控制形式。如（3）所述的原理完全一样，所不同的只是扭矩变量由测功机来的自动控制，而转速变量油门执行机构改变油门开度来的自动控制。
6.3. 发动机定转速控制基本策略
发动机转速控制，可归结为对发动机节气门开度的控制。通过转速传感器可实时获得发动机转速信息，经处理分析，在计算机上可得到转速随时间变化的一系列数据点，作为数字PID控制的信息来源，结合在计算机上设定的目标转速值，进行离散化PID运算，得出油门开度变化信息，传至油门执行器进行操作。由此可实现发动机定转速控制。
基本运算公式如下，
nU(n)?KPEn?KI?Ei?KD(En?En?1)i?0
U(n)为n时刻的控制量，KP、KI、KD依次为比例放大系数、积分系数、微分
系数，En为n时刻发动机转速与目标转速之间的误差值。
其中各系数选择与采样间隔选择对控制效果都有很大影响，需要通过实验进一步确定。
7. 总结
随着现代能源与环境问题的日益严峻，我们对发动机性能有着越来越高的要
求。在提高发动机性能的努力中，发动机试验起着重要作用，合理的试验平台设计方案意义巨大，有待我们进一步研究。
10
发动机台架系统课程设计
