专利名称：一种基于单片机的电子节气门控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到节气门的智能化控制领域，尤其涉及一种基于单片机的电子节气门控制装置。
背景技术：
电子节气门的研究工作起源于上世纪70年代，自上世纪80年代开始有产品问世， 近几十年来，国外对电子节气门的研究取得了非常迅速的发展。发展趋势可总结为在控制策略上由线性控制发展为非线性控制，由辅助电子节气门发展为独立的电子节气门系统， 从单一的控制功能发展到集成多种控制功能，兼顾提高动力性、经济性、操纵稳定性、排放性和乘坐舒适性。电子节气门系统的研发已有了很大的进步，但在技术上仍不成熟，因此应用也并不十分广泛，但是电子节气门系统对提高车辆动力性、经济性、安全性、乘坐舒适性， 降低排放有重大意义。在21世纪新能源开发和电控技术飞速发展的形势下，随着生产成本下降以及排放要求不断提高，电子节气门系统的普及使用将成为必然。
发明内容本实用新型的目的在于，提供一种基于单片机的电子节气门控制装置。它能够解决节气门的精确控制问题，即通过单片机来处理传感器单元采集的信息，然后将处理后的转向控制信号传送给驱动电路。从而达到节气门的精确控制。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案予以实现一种基于单片机的电子节气门控制装置，其特征在于，包括电源模块，安装在节气门位置的开度传感器、安装在油门踏板上的位置传感器、与驱动电机连接的电机控制单元、 以及核心控制单元，其中，核心控制单元分别与开度传感器、位置传感器、电机控制单元相连接，电源模块经降压后与核心控制单元连接。本实用新型的基于单片机的的电子节气门控制装置，根据核心控制单元所采集的驾驶员踩下油门踏板开度，油门踏板位置传感器将油门踏板行程转换成目标电信号。同时， 节气门开度传感器也将节气门实际开度转换成实际电信号。这两个信号同时送入单片机进行比较。若目标信号与实际信号不同，说明节气门开度没有达到控制要求，则单片机改变输出PWM的占空比，以改变驱动电机的平均电压，使电机驱动扭矩与弹簧回复扭矩达到新的平衡位置，控制节气门开度变化，达到目标要求。
图1为系统硬件总体设计示意图。图2为系统电压调节示意图。图3为H桥正转示意图。图4为主程序流程图。图5为节气门角度计算子程序流程图。[0012]图6为PID控制系统原理图。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明
具体实施方式
参照图1，本实用新型的基于单片机的电子节气门控制装置，包括电源模块，安装在节气门位置的开度传感器、安装在油门踏板位置的油门传感器、与驱动电机连接的电机控制单元、以及核心控制单元，其中，核心控制单元分别与开度传感器、油门传感器、电机控制单元相连接，电源模块经降压后与核心控制单元连接。所述核心控制器采用16位的单片机MC9S12XS128，该系列的单片机在汽车电子领域有着广泛的应用。单片机MC9S12XSU8的中央处理器CPU12由以下三部分组成算术逻辑单元ALU，控制单元和寄存器组。CPU外部总线频率为8MHZ或者16MHZ，通过内部锁相环 (PLL)，可以使内部总线速度可以达到25MHZ。内部寄存器组中的寄存器，堆栈指针和变址寄存器均为16位。它具有很强的高级语言支持功能。CPU12的累加器A和B是8位的，也可以组成16位累加器D。所述电机控制单元也就是采用行脉冲调制(pulse width modulation，简称PWM) 控制方式，该控制方式的电路采用H桥驱动电路，所谓的H桥驱动电路就是控制电机正反转的。本实施例使用了 2路PWM控制信号，用来控制电机驱动电路。将节气门位置上的开度传感器和油门踏板上的位置传感器采集到的信息送到单片机MC9S12XS128B中进行处理。参照图2，电源模块为各个模块正常工作提供可靠的工作电压。在电子节气门控制系统中，核心控制单元、节气门位置的开度传感器、油门踏板上的位置传感器都是5V;驱动电机可直接由12V电源为其提供工作电压。电源电压经过7805芯片稳压至5V后供单片机 MC9S12XS128，节气门位置上的开度传感器、油门踏板上的位置传感器使用。参照图3，H桥电路由2个P型场效应管Ql、Q2与2个N型场效应管Q3、Q4组成， 所以它叫P-NMOS管H桥。桥臂上的4个场效应管相当于四个开关，P型管在栅极为低电平时导通，高电平时关闭；N型管在栅极为高电平时导通，低电平时关闭。场效应管是电压控制型元件，栅极通过的电流几乎为“零”。正因为这个特点，在连接好下图电路后，控制臂1 置高电平(U = VCC)、控制臂2置低电平(U = 0)时，Q1、Q4关闭，Q2、Q3导通，电机左端低电平，右端高电平，所以电流沿箭头方向流动。设为电机正转。参照图4，本系统软件采用模块化编程，查询方式工作，主要程序有系统初始化程序、A/D转换子程序、数据处理子程序、电机控制子程序、系统自检子程序。其中，V为汽车的实际速度，V’为目标车速，θ为节气门实际开启角，θ 目标开启角，η为发动机实际转速，η’为目标怠速转速值。初始化部分主要用于完成常量和变量的初始化；单片机MC9S12XSU8输出PWM初始化和数据初始化。控制软件的工作循环部分包括信号的采集、传感器的故障判断、电子节气门角度和踏板角度计算，根据控制算法计算控制量以及串行通信等。参照图5，程序运行中，需要计算踏板的给定角度和节气门的反馈角度。根据TPS 和PPS的输入信号，和各自的电压角度关系，可以计算出输入角度和反馈角度。此外，需要将踏板输入的角度进行换算，以保证踏板的开度与节气门的开度相对应。参照图6，PID控制是现在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(integral)、微分 -Derivative)线性组合进行控制的方式。 在PID控制算法中，存在比例、积分、微分三种控制作用。PID控制也就是这三种控制的线性组合。将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)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。
权利要求1.一种基于单片机的电子节气门控制装置，其特征在于，包括电源模块，安装在节气门位置的开度传感器、安装在油门踏板上的位置传感器、与驱动电机连接的电机控制单元、以及核心控制单元，其中，核心控制单元分别与开度传感器、油门传感器、电机控制单元相连接，电源模块经降压后与核心控制单元连接。
2.如权利要求1所述的基于单片机的电子节气门控制装置，其特征在于，所述的核心控制单元采用单片机MC9S12XS128。
3.如权利要求1所述的基于单片机的电子节气门控制装置，其特征在于，所述的电机控制单元采用H桥驱动电路。
4.如权利要求3所述的基于单片机的电子节气门控制装置，其特征在于，所述H桥电路由2个P型场效应管与2个N型场效应管组成。
专利摘要本实用新型公开了一种基于单片机的电子节气门控制装置，包括电源模块，安装在节气门位置的开度传感器、安装在油门踏板上的位置传感器、与驱动电机连接的电机控制单元、以及核心控制单元，其中，核心控制单元分别与开度传感器、油门传感器、电机控制单元相连接，电源模块经降压后与核心控制单元连接。过单片机来处理传感器单元采集的信息，然后将处理后的转向控制信号传送给电机控制单元，从而达到节气门的精确控制。
文档编号F02D11/10GK202250418SQ20112039820
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者丁磊, 刘伟, 张双喜, 王金洋, 谢昊原, 赵康, 韩毅 申请人:长安大学