汽车队列中发动机转速控制系统的设计与实现
信号采集系统主要担负了控制系统的模拟信号的采集。由于要采集油门踏板的电 压信号，所以要有采集模拟信号的A/D转换电路。为了提高对电压采集的准确性， 必须对输入电压信号进行滤波。所以要设计低通滤波器，考虑到油门踏板的电压信号 特点。低通滤波器的通频带为0Hz?20Hz。A/D转换芯片要有基准电压，由于油门踏 板的信号是0V?5V，所以基准电压芯片必须是5V，精度要高于±1%，温度对基准电 压的影响要低于±5mv/°C。
对于A/D采集芯片要满足以下条件：位分辨率大于12位；差分非线性DNL (最 大值）要小于制2 LSB；积分非线性INL (最大值）要小于制2 LSB；最大采样速率 要高于50 kbps。工作环境温度为：-30C?+50C。管脚的ESD保护要大于2KV。
数据处理运算系统是整个控制系统的核心，因为载重汽车的安全性，直接影响驾 驶员和行人的安全。所以MCU要有很强的稳定性和抗噪性。考虑到控制性能的快速 响应，对MCU要有很高的运算速度。
通讯系统完成了车间和车内其他ECU之间的通讯。车间网络要采用CAN通讯， 要采集发动机ECU的信号，所以CAN总线的通讯速率为250kbps。通过光耦对通讯 系统实行电气隔离，阻止总线中出现强电磁干扰而对控制器的整个电气系统造成破 坏。
2.2控制系统的优点和可行性
我国对发动机转速的研宄主要集中两个方面，一种是通过控制节气门的开合来控 制发动机的转速；另外一种是研宄整个内燃机的动力系统来提高发动机在转速性能和 燃油性能。这两类研宄方向都是比较基础的研宄方向。而通过油门踏板来控制发动机 的转速，可以不用过多的考虑发动机的特性，在上层对发动机进行转速控制，这种控制方式对汽车队列的研宄具有更好的实用性和研宄性，研发周期也能的缩短。油门踏板安装有位移传感器，通过位移传感器能够把油门踏板的位移转化为 0?5V的电压信号。油门踏板的接口如图2所示，端口 2是电压信号输出端口。实物 的结构如图3所示。
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万方数据第二章系统方案与整体结构论述
CONNECTOR B:
AMP ECONOSEAL J SERIES CONNECTOR
Pffsl 174264-2 CONNECTOR PfN 174265-7 OR 1-174265^1 DOUBLE LOCK PLATE R 171661-1 TERMINAL P^N 17288S-2WIRE SEAL
图3油门踏板的结构示意图
在节气门控制过程中有柔性控制系统和刚性控制系统。在柔性控制系统中，节气 门和车辆的油门踏板之间没有机械连接，油门踏板的位置传感器输出的信号输入发动 机ECU，然后发动机ECU利用一定的控制策略来控制节气门的执行机构来控制节气 门的开合大小，从而实现发动机的转速控制。控制示意图如图4所示。
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万方数据汽车队列中发动机转速控制系统的设计与实现
在刚性控制系统中，油门踏板和节气门执行器之间是机械连接。油门踏板的位移 直接改变节气门的开度，然后发动机的ECU把节气门的开度传递给TCU。TCU通过 控制点火或喷油系统的提前角来控制发动机转速。由于机械控制节气门的开度，控制 精度比较低，从而导致了发动机转速的控制精度不会很高。
图5车速的刚性控制系统
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万方数据第二章系统方案与整体结构论述
在通过发动机转速控制器的发动机转速控制中。发动机转速控制器是一个智能的 油门踏板控制器，能够在提供精度高达1/ (212) V的电压信号。这样完全能满足对 发动机的转速控制。CAN总线数据的加入，可以直接在CAN网络上获得发动机的转 速数据，这个数据作为反馈信号，从而实现发动机的转速控制。这种控制方式，显然 简化了整个控制策略，而又能获得满意的控制精度，控制方式如图6所示。
图6控制器的发动机转速控制示意图
2.3系统整体实现的方案
系统实现的难度主要在于控制算法的设计、电路系统的EMC的干扰问题和CAN 通信网络的设计。控制算法采用的是模糊PID，电路系统的EMC干扰问题的解决方 案是：在原理上采用瞬态抑制二极管和压敏电阻进行削峰处理，在PCB设计上处理 信号之间的干扰。CAN网络的设计是基于SAEJ1939协议组建了一个CAN网络。
2.3.1转速控制器的方案设计
在汽车队列中，考虑到队列中的车辆单元是多样性的（比如不同的车型，车辆中 配备不同的发动机等等），所以采用了通过油门踏板的位置信号作为输入信号来控制 队列中不同车辆的发动机转速。本设计尽最大可能的保留车辆自身的动力系统，只需 在油门踏板的位置输入信号处做一个切换键，就能实现对车辆自身的油门踏板位置信 号和汽车队列控制器输出的电压信号的切换。在车辆离开队列控制时，只需做一个简 单的切换，就能让车辆自由的行驶。
当前油门踏板可分为机械式油门踏板和电子油门踏板两种。
机械式油门由节气门、节气门叶片、拉杆、踏板、传动齿轮、复位弹簧构成。踏
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板通过拉杆带动传动齿轮，然后又传动齿轮直接控制节气门叶片的位置，从而控制节 气门的开度。由于人自身的局限性，例如脚的抖动和复位弹簧的弹性系数的改变；决 定了机械式油门踏板不会有很高的精度。机械式油门踏板的结构示意图如下图7所示O
节气门体
〔-,1/与
节气门叶片
\
电子节气门控制系统中，加速踏板没有通过机械结构驱动节气门，而是由电机驱 动执行机构。
电子节气门控制系统由踏板、加速踏板位置传感器、油门ECU、油门位置传感 器和步进电机构成。当油门踏板发生动作时，加速踏板位置传感器会把位移量转化成 电压信号量，ECU通过电压信号来判断驾驶员的操作意图。油门ECU通过自有的算 法，控制步进电机的旋转角度，从而控制油门开度。
由于引入了 ECU，就可以使整个系统的智能性提高。在预测驾驶员意图的情况 下控制油门开度，比如防止司机误操作，对加速信号进行平滑加速，设置油门开度极 限等等来提高驾驶的舒适性和车辆行驶的安全性。
电子节气门的电气结构示意图8所示
发动机的转速控制系统是复杂的系统，普通的PID控制算法不能达到很好的控制 效果。在不同目的转速下，需要对控制算法的PID的系数进行改变，因此普通的PID 控制算法不适合应用到发动机转速控制中。本论文在PID的基础上，利用实验数据对
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