电子节气门控制算法的实现装置的制作方法

本实用新型属于汽车电子设备领域。

背景技术：

随着各国汽车工业的不断发展、汽车保有量的不断增长和人们对汽车的需求和依赖性越来越强，由此带来了环境污染和能源短缺等一系列问题。为此国际组织和各国政府纷纷制定和颁发了严格的汽车排放法规，为了满足这些要求，汽车发动机电控系统和相关产品化的研究和开发就尤为重要，通过有效的发动机电子节气门的精确控制对于实现排放、油耗及动力性的优化、对降低尾气排放、减少能源消耗具有重要意义，因而有关电子节气门控制算法的研究得到了汽车行业和各大高校的广泛关注。

在电子节气门控制算法开发到实车应用的过程，却是一个高成本，长周期的过程。人们对汽车的要求越来越高，造成了汽车更新速度的加快，汽车行业的激烈竞争，使汽车行业利润的降低，因为不仅要求控制算法开发的精确性，同时如何缩短控制算法开发到实车应用周期，如何降低这一过程的开发成本成为了行业难题和研究热点。在这一控制算法开发实现的过程中，主要遇到以下几个问题：1、如何实现节气门控制算法的在复杂工况下的实时性和精确性验证；2、节气门控制算法验证过程中，油门踏板给出期望开度，节气门位置传感器反馈出实际开度，它们给出的信号都是模拟电压信号，模拟信号容易引入干扰，从而影响控制器的控制效果，如何实现模拟信号干扰的处理。3、在控制算法验证过程中，如何实现控制算法程序的实时调试，从而减少验证过程的人力和物力。

技术实现要素：

本实用新型的目的是在电子节气门控制算法的验证过程中设计了一整套电路，来处理干扰和进行程序下载和调试的电子节气门控制算法的实现装置。

本实用新型是由MC9S12XS128MAA最小系统、最小系统供电稳压电路、MC9S12XS128MAA最小系统供电滤波电路、最小系统BDM接口电路、最小系统复位电路、BDM调试器的BDM接口电路、BDM调试器的处理电路、BDM调试器的USB接口电路、节气门电机驱动电路和信号处理电路构成；

MC9S12XS128MAA最小系统：晶振Y1与电阻R1并联，与电容C1、C2构成的振荡电路两端分别与MC9S12XS128MAA芯片的34、35引脚相连；电容C3的一端接在MC9S12XS128MAA芯片的9引脚，另一端接地; 电容C4的一端接在主控芯片MC9S12XS128MAA的49引脚，另一端接地; 电容C5的一端接在MC9S12XS128MAA芯片的36引脚，另一端接地; 电容C6的两端分别接的一端接在MC9S12XS128MAA芯片的60、61引脚，通过电阻R2接地，输出端口为VCC；

最小系统供电稳压电路：过流保护器F1一端接在+5V电源，另一端与电容C8、C15、稳压二极管D1构成的并联电路相连，并联电路的另一端接地；

MC9S12XS128MAA最小系统供电滤波电路：电容C9、C10构成的滤波电路一端接地，另一端与MC9S12XS128MAA芯片VDDX2、VDDR端口相连，同时与VCC通过电感L1相连，电容C11、C12构成的滤波电路一端接地，另一端与MC9S12XS128MAA芯片VDDX1端口相连，同时与VCC通过电感L2相连；电容C13、C14构成的滤波电路一端接地，另一端与MC9S12XS128MAA芯片VDDA端口相连，同时与VCC通过电感L3相连；

最小系统BDM接口电路：接线排p1的引脚1和引脚3分别通过电阻R7、R6与MC9S12XS128MAA芯片BKGD连接，同时通过电阻R3与VCC相连，p1的引脚6与+5V电源相连，引脚4与复位电路的输出端RESET相连，引脚2接地；

最小系统复位电路：电阻R4和电容C7串联一端VCC相连，另一端接地，复位开关SW-PB与电容C7的接地端相连，另一端通过电阻R5进行输出；

BDM调试器的BDM接口电路：瞬变抑制二极管Z1引脚1与接线排p2的引脚4相连，Z1的引脚2与接线排P2的引脚1相连，Z1的引脚3接地，U1A、U1B、U1C、U1D为缓冲器，缓冲器型号为74LV125AD；

BDM调试器的处理电路：处理电路采用的处理芯片为MC9S08JS16CWJ，晶振Y2与电容C17、C18构成的振荡电路与电阻R14并联后两端分别与MC9S08JS16CWJ的引脚1、引脚2相连，MC9S08JS16CWJ的引脚4与引脚9相连，电容19和电容20构成并联电路，一端接地，一端与MC9S08JS16CWJ的引脚13相连，同时引脚13与+5V电源相连，电容21和电容22构成并联电路，一端接地，一端与MC9S08JS16CWJ的端口17相连；

BDM调试器的USB接口电路：USB转接口P1的引脚1接+5V电源，引脚5接地，引脚2和引脚3分别通过电阻R8和电阻R9与MC9S08JS16CWJ的引脚15和引脚16相连；

节气门电机驱动电路：图9选取TLE6209R作为驱动芯片，U3引脚14接收PWM信号，与主控芯片MC9S12XS128MAA的引脚78相连，U3引脚1、10、11、20接地，U3引脚2和19作为节气门电机的控制输入，U3的引脚4和引脚17接+12V电源，U3的引脚15接+5V电源,电容C23和C24并联构成滤波电路一端接地，另一端接+12V电源，电容C26和C27并联构成滤波电路一端接地，另一端接+5V电源；

信号处理电路：放大器PA2340完成信号的跟随, 二极管D3、D4对电压限幅, 电阻R19 和电容C28 组成了滤波电路，一端接放大器的正极，另一端通过电阻R18接输入信号。为了防止信号处理电路与单片机MC9S12XS128MAA 电路的干扰, 采用了DC-DC 电源隔离模块单独供电。

本实用新型是一种汽车电子控制算法实现装置，尤其是一种电子节气门的控制算法硬件实现装置。具体是通过油门踏板信号经过信号滤波电路给出目标开度，节气门位置传感器信号经过信号滤波电路反馈实际开度，这两个信号经过主控芯片MC9S12XS128MAA中的控制算法计算输出合适的PWM占空比信号，再通过电机驱动电路驱动电机使电子节气门达到期望开度。本实用新型与现有技术相比具有以下有点：1、实现了控制算法的实时性、有效性验证。2、加入了信号处理电路，实现了模拟信号噪声干扰的处理。3、为控制算法在实车上应用提供了硬件实验依据，可以节约测试成本和缩短测试周期。

附图说明

图1为本实用新型中MC9S12XS128MAA最小系统电路图；

图2为最小系统供电最小系统供电稳压电路；

图3为MC9S12XS128MAA最小系统供电滤波电路；

图4为最小系统BDM接口电路；

图5为最小系统复位电路；

图6为BDM调试器的BDM接口电路；

图7为BDM调试器的处理电路；

图8为BDM调试器的USB接口电路；

图9为节气门电机驱动电路；

图10为信号处理电路。

具体实施方式

本实用新型是由MC9S12XS128MAA最小系统、最小系统供电稳压电路、MC9S12XS128MAA最小系统供电滤波电路、最小系统BDM接口电路、最小系统复位电路、BDM调试器的BDM接口电路、BDM调试器的处理电路、BDM调试器的USB接口电路、节气门电机驱动电路、信号处理电路构成；

MC9S12XS128MAA最小系统：图1中最小系统主控芯片选为飞思卡尔单片机MC9S12XS128MAA，16Mhz晶振Y1与电阻R1并联，与电容C1、C2构成的振荡电路两端分别与MC9S12XS128MAA芯片的34、35引脚相连，起振作用；电容C3的一端接在MC9S12XS128MAA芯片的9引脚，另一端接地; 电容C4的一端接在主控芯片MC9S12XS128MAA的49引脚，另一端接地; 电容C5的一端接在MC9S12XS128MAA芯片的36引脚，另一端接地; 电容C6的两端分别接的一端接在MC9S12XS128MAA芯片的60、61引脚，通过电阻R2接地，输出端口为VCC，其中电容C3、C4、C5、C6的容值很小，对高频信号的容抗很小，可以把漏过来的高频信号从旁路掉；

最小系统供电稳压电路：图2中过流保护器F1一端接在+5V电源，另一端与电容C8、C15、稳压二极管D1构成的并联电路相连，并联电路的另一端接地，整个电路起到电源稳压作用，其中F1可以防止瞬时电流过大对整个系统的伤害；

MC9S12XS128MAA最小系统供电滤波电路：图3中电容C9、C10构成的滤波电路一端接地，另一端与MC9S12XS128MAA芯片VDDX2、VDDR端口相连，同时与VCC通过电感L1相连，电容C11、C12构成的滤波电路一端接地，另一端与MC9S12XS128MAA芯片VDDX1端口相连，同时与VCC通过电感L2相连；电容C13、C14构成的滤波电路一端接地，另一端与MC9S12XS128MAA芯片VDDA端口相连，同时与VCC通过电感L3相连，主要起到对供电滤波作用；

最小系统BDM接口电路：图4接线排p1的引脚1和引脚3分别通过电阻R7、R6与MC9S12XS128MAA芯片BKGD连接，同时通过电阻R3与VCC相连，p1的引脚6与+5V电源相连，引脚4用于RESET输出，引脚2接地；

最小系统复位电路：图5中电阻R4和电容C7串联一端VCC相连，另一端接地，复位开关SW-PB与电容C7的接地端相连，另一端通过电阻R5进行输出；

BDM调试器的BDM接口电路：图6瞬变抑制二极管Z1的引脚1与接线排p2的引脚4相连，Z1的引脚2与接线排P2的引脚1相连，Z1的引脚3接地，U1A、U1B、U1C、U1D为缓冲器，缓冲器型号为74LV125AD，用于调试程序时与最小系统实现数据连接；

BDM调试器的处理电路：图7中处理电路采用的处理芯片为MC9S08JS16CWJ，12Mhz晶振Y2与电容C17、C18构成的振荡电路与电阻R14并联后两端分别与MC9S08JS16CWJ的引脚1、引脚2相连，MC9S08JS16CWJ的引脚4与引脚9相连，电容19和电容20构成并联电路，一端接地，一端与MC9S08JS16CWJ的引脚13相连，同时引脚13与+5V电源相连，电容21和电容22构成并联电路，一端接地，一端与MC9S08JS16CWJ的端口17相连；

BDM调试器的USB接口电路：图8中USB转接口P1的引脚1接+5V电源，引脚5接地，引脚2和引脚3分别通过电阻R8和电阻R9与MC9S08JS16CWJ的引脚15和引脚16相连，用于下载和调试程序时与计算机连接；

节气门电机驱动电路：图9选取TLE6209R作为驱动芯片，U3引脚14接收PWM信号，与主控芯片MC9S12XS128MAA的引脚78相连，U3引脚1、10、11、20接地，U3引脚2和19作为节气门电机的控制输入，U3的引脚4和引脚17接+12V电源，U3的引脚15接+5V电源,电容C23和C24并联构成滤波电路一端接地，另一端接+12V电源，电容C26和C27并联构成滤波电路一端接地，另一端接+5V电源；

信号处理电路：放大器PA2340完成信号的跟随, 二极管D3、D4对电压限幅, 电阻R19 和电容C28 组成了滤波电路，一端接放大器的正极，另一端通过电阻R18接输入信号。为了防止信号处理电路与单片机MC9S12XS128MAA 电路的干扰, 采用了DC-DC 电源隔离模块单独供电。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

本实用新型包括用于对节气门位置信号和油门踏板信号滤波的信号处理电路，用于接收、处理数据、实现控制算法的单片机ECU，用于调试和下载程序的BDM电路，以及实现节气门电机驱动的电机驱动电路。

工作原理：操纵油门踏板，油门踏板位置传感器产生相应的电压信号，经过信号处理电路得到参考信号，然后控制单元根据车辆行驶工况进行综合分析计算得出一个期望的节气门开度值，并输出对应的PWM信号，经过电机驱动电路驱动节气门电机，在驱动电机作用下，控制节气门阀片达到期望的开度。在控制过程中，节气门开度信号不断的经过信号处理电路反馈给主控芯片MC9S12XS128MAA，经控制算法将得到的实际开度和期望开度不断的比较并修正，完成电子节气门的跟踪控制。

电子节气门控制系统中，节气门由直流电机驱动达到目标开度，因此对直流电机的控制直接影响节气门开度的精度，通常直流电机都是由PWM信号控制，油门踏板给出期望开度，节气门位置传感器反馈出实际开度，它们给出的信号都是模拟电压信号，因此控制器必须能够将模拟信号转换为数字信号。基于控制器要具备这些功能，本实用新型选用如图1中的飞思卡尔单片机MC9S12XS128MAA作为主控芯片，MC9S12XS128MAA的引脚78作为电机控制PWM信号的输出端口，期望的节气门开度和实际的节气门开度在单片机MC9S12XS128MAA中经过特定的节气门控制算法控制输出PWM信号；

图2、3、4、5分别为为最小系统供电最小系统供电稳压电路、最小系统供电滤波电路、最小系统BDM接口电路、最小系统复位电路与MC9S12XS128MAA芯片一同构成单片机最小系统；

单片机输出的PWM信号经过电机驱动电路驱动节气门电机实现节气门开度控制，如图9中电机驱动电路采用英飞凌公司的TLE6209R芯片作为驱动芯片，实现节气门电机的驱动；

油门踏板和节气门位置传感器反馈给出的信号都是模拟电压信号，模拟信号容易引入干扰，图10中的信号处理电路主要完成对加速踏板和节气门位置信号的滤波和跟随,预防各种干扰引入系统, 是整个系统抗干扰的重点部分。OPA2340完成信号的跟随, 二极管D3、D4对电压限幅, 电阻R17和电容C28组成了滤波电路。为了防止信号处理电路与单片机MC9S12XS128MAA 电路的干扰, 采用了DC-DC 电源隔离模块单独供电。传感器信号经信号处理电路处理后, 给到主控芯片MC9S12XS128MAA；

节气门算法通过BWM调试器下载到MC9S12XS128MAA，并完成程序调试，如图7中BWM调试器处理电路采用的处理芯片为MC9S08JS16CWJ；图6给出了BWM调试器与最小系统的接口电路，其中采用四个缓冲器为信号传递进行缓冲处理，分别为U1A、U1B、U1C、U1D，缓冲器型号为74LV125AD。图8为BWM电路的USB接口电路，用于与电脑连接，进行数据传输。

本实用新型的几部分组成中，MC9S12XS128MAA最小系统部分作为主控芯片，用于运行控制算法，以及接收、处理输入信号，运算输出控制信号；BDM调试电路用于下载控制算法和进行算法调试；信号处理电路用于处理模拟信号中的干扰；电机驱动电路用于实现节气门电机的驱动。