电子节气门控制系统和发动机故障诊断系统开发

论文摘要

发动机采用电子控制技术能大大优化发动机排放,改善发动机排放性和经济性,提高整车驾驶性。电子节气门控制系统是发动机电子控制系统的一个重要组成部分。本文采用快速原型开发方式,首先建立起电子节气门数学模型,通过仿真分析优化控制参数,使用代码自动生成软件来进行控制器部分软件设计。本文采用两种不同的控制算法:传统PID和滑模变结构算法对电子节气门控制器进行设计,同时结合其他传感器信号,节气门控制器能判断发动机当前所处工况和故障自诊断,根据工况信号和故障信号分析计算理想节气门开度。本文使用模型自动代码生成软件Targetlink开发出此节气门控制系统。通过试验测试,此滑模变结构电子节气门控制系统能快速准确响应理想的节气门开度。电子节气门根据需求扭矩可以采用不同的模式来提高发动机的操纵性。本文基于J1939协议对发动机传感器故障和电子节气门模块故障进行了故障代码的定义。参考J1939-73协议对发动机传感器来进行故障代码定义和故障信息传送。同时通过传感器的特性来诊断发动机传感器可能出现故障,并对传感器故障进行适当的处理。失火故障诊断是发动机故障诊断系统的重要组成部分。基于曲轴转速波动法,通过对发动机58齿转速信号进行分析,计算发动机每缸失火粗暴度来判断是否失火。采用了故障计数器和概率统计来避免误诊断,从而提高了发动机失火诊断的可靠性。为了检测以上软件设计的准确性,使用NI板卡制作了电子节气门测试系统、故障发生器和转速虚拟信号。系统的测试需要虚拟输入信号和数据采集系统,使用图形化编程软件LabVIEW来设计电子节气门测试系统和虚拟信号发生器。测试显示,发动机故障诊断模块能及时准确显示出故障信息,同时对故障做出相应的处理。针对具体某款发动机发动机电控系统数据需要标定。基于转速和进气压力,稳态工况下对发动机电控系统各点充气效率和点火提前角的标定。根据发动机电控系统的控制策略,对各瞬态工况和氧传感器闭环控制实现过渡工况的调谐。最终实现标定满足发动机动力性、经济性、排放性等技术要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 汽车电子技术概况
• 1.2 电子节气门控制系统介绍
• 1.3 发动机故障诊断系统介绍
• 1.4 国外发展现状
• 1.5 国内发展现状
• 1.6 本文研究的内容和意义
• 1.7 本章小结
• 2 电子节气门控制系统模型的建立
• 2.1 电子节气门控制系统构成
• 2.1.1 电子节气门体的结构
• 2.1.2 油门踏板和节气门位置传感器
• 2.1.3 电子控制单元及其电机驱动
• 2.2 电子节气门的数学模型
• 2.2.1 电子节气门电学分析
• 2.2.2 电子节气门力学分析
• 2.3 电子节气门伺服控制算法
• 2.3.1 滑模变结构控制算法
• 2.3.2 经典PID 控制算法
• 2.4 MATLAB/Simulink 模型建立
• 2.5 本章小结
• 3 电子节气门控制系统软件设计
• 3.1 软件的总体设计
• 3.1.1 软件需求
• 3.1.2 软件开发工具Targetlink 介绍
• 3.1.3 控制器模型转换和数据定标
• 3.1.4 代码自动生成
• 3.2 故障诊断模块
• 3.2.1 油门踏板位置传感器
• 3.2.2 节气门位置传感器
• 3.2.3 电子节气门跟随误差诊断
• 3.2.4 节气门驱动芯片诊断
• 3.2.5 电子节气门开机自检测诊断
• 3.2.6 电子节气门控制系统故障代码定义
• 3.3 工况判断模块
• 3.4 伺服控制模块
• 3.5 本章小结
• 4 基于J1939 发动机故障诊断系统
• 4.1 J1939 协议简介
• 4.2 CAN 2.0 通信
• 4.3 J1939-73 故障诊断
• 4.4 发动机电控系统传感器故障诊断
• 4.5 故障处理
• 4.6 发动机失火诊断
• 4.6.1 曲轴转速波动法
• 4.6.2 软件诊断策略
• 4.7 本章小结
• 5 电子节气门控制系统和发动机失火故障的测试
• 5.1 电子节气门控制系统测试系统搭建
• 5.1.1 NI PIC 6723 和PIC 7813R 板卡介绍
• 5.1.2 LabVIEW 介绍
• 5.1.3 虚拟信号产生和信号采集平台建立
• 5.1.4 转速信号发生器
• 5.2 电子节气门控制系统测试试验和结果
• 5.3 发动机失火故障测试
• 5.3.1 失火故障发生器
• 5.3.2 硬件在环测试
• 5.4 本章小结
• 6 发动机电控系统台架调试和标定
• 6.1 发动机电控系统标定目的和内容
• 6.2 传感器和执行器调试与标定
• 6.3 发动机控制系统基本参数标定
• 6.4 燃气供给开环标定
• 6.5 点火提前角标定
• 6.6 燃气供给闭环标定
• 6.7 瞬态标定标定
• 6.8 故障诊断标定
• 6.9 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 符号表
• 附录B 英文字母缩写表
• 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况
• 致谢