STM32开发发动机负载研究

由于最近在搞点火系统、发动机负载测试，想咨询一下有做过这种方案的朋友没有？

我在这里找到了一个方案，关于里面有一些细节不清楚。希望有人可以指点迷津！谢谢！

    ECU处理遍布于车身的传感器(例如空气流量传感器、节气门位置传感器、
氧传感器，曲轴位置传感器，凸轮轴相位传感器等)传回的实时的工况信息，并
将这些信息与固化在ECU存储模块中的数据进行比对，计算出相应的喷油量，
点火角度等。电喷发动机的好处在于，根据检测到的工况，ECU可以精确的控
制发动机的喷油脉宽、喷油提前角、点火蓄能时长、点火提前角等，从而达到更
精确、更合理的燃烧，更低、更环保的排放。可见ECU及所控制的喷油器、点
火器在发动机的正常工作中所起到的作用是至关重要的。

    在模拟发动机工况的实验中，曲轴、凸轮轴信号可以由信号源产生，并且信
号的幅值、频率、相位均可调节。而ECU发出的喷油和点火信号是根据曲轴、
凸轮轴信号的频率、幅值、相位等信息所计算出来的，这些信号的精确与否对于
想要在各种工况下得到高扭矩、高燃烧效率的发动机来讲是至关重要的。通常来
讲，利用真实的喷油器、点火线圈来充当ECU负载，首先，由于这些部件没有
处在真实的工作环境中，他们的物理特性会产生一些变化，并且这些变化是不能
通过技术手段来弥补的，这对ECU控制信号的测量与标定来讲是不允许的;其
次，选用真实负载对于控制成本来讲是十分困难的。然而利用模拟的负载，来代
替真实负载可以解决这些问题，例如点火线圈是工作在高温高压的条件下的，然
而如果我们将点火线圈拿至室外工作时，由于工作温度的变化会导致流经点火线
圈的电流会发生改变，当这些信号反馈回ECU后，ECU会做出错误的判断，从
而导致实验失败。

    “天然气发动机模拟负载箱”利用电感来模拟喷油器、点火线圈中的电感情
况，以驱动信号波形近似为依据，通过调节电感间的气隙、匝数来实现模拟负载
与真实负载间工作状态的近似，从而使ECU能够正常的工作。在实际工作的过
程中，本模拟负载箱还同时负责检测ECU的工作情况，通过对ECU驱动电流
的分析、计算，并且与ECU下发的正确数据进行比较处理，做出相应判断，用
以辅助ECU设计人员，并可以通过上位机及前面板显示模块告知开发人员ECU
的实时驱动信号的具体数据和发生错误的故障点。

    本系统的主要功能是为ECU提供模拟负载及真实负载，并负责检测模拟负
载的驱动情况。其中模拟负载又分为6路模拟喷油器、6路模拟点火线圈，模拟
真车部件，实现ECU驱动信号的检测、执行、反馈;真实负载为节气门传感器，
氧传感器，提供ECU正常工作所需的信号。模拟喷油器的设计参数考虑为:喷
油器本身为开路磁路，衔铁在ECU驱动信号作用下进行动作时，其磁路发生变
化，且工作时有燃油流过，对其有一定的冷却作用。若采用真实喷油器，那么在
不通油的情况下，喷油器是不能正常工作的，且有喷嘴衔铁动作会造成能量的损
耗;设计目标为在ECU驱动下，电流上升曲线与真实负载保持一直，电流上升
的过渡时间与真实负载保持一致。图2.1为800rpm下真实喷油器内的ECU驱
动信号。

模拟点火线圈的设计参数考虑为:点火线圈工作在电流的逆程由于楞即次定律作用，在线圈突然断电后，引发线圈内产生高压，致使火花塞间隙间的空气击穿、打火形成弧光放电，其中一部分能量损耗以放电形式出现;设计目的为在ECU驱动下上升阶段电流上升曲线尽量与真实负载保持一致，电流上升过渡时间尽量一致。在电流逆程，通过二极管对电阻放电，模拟打火放电的能量损耗。其中选用电阻的阻值和电流衰减时间与放电电流在电感上的功率分配有关。图2.2为800rpm下点火线圈内的ECU驱动信号。

    本模拟负载箱还同时负责检测各种工况下ECU的驱动信号情况，主要检测
对象为喷油脉宽、喷油提前角、点火蓄能时间、点火提前角、负载电压，并通过
前显示面板、上位机显示负载工作情况，实时向上位机发送负载的各项数据，其
中包括负载的工作情况、具体测量结果的数据值，并且可以通过与ECU下发的
CAN数据包进行比对，来判断ECU下发命令的正确性。

模拟负载模块:包括6路模拟喷油器，6路模拟点火线圈，及相应的驱动
信号检测电路;负责执行ECU的下行驱动信号。
2.显示模块:包括前面板数码管及LED指示灯，负责显示负载的驱动情况，
  可查看点火蓄能时间、点火提前角，喷油脉宽、喷油提前角，以及负载驱
  动电压。
3.控制模块:包括系统CPU及外围电路，负责对接收到的驱动信号进行分
  析，处理，比对，判断。
4.通信模块:包括前面板上的CAN通信模块，及CPU部分的通信模块，
  负责与信号源及上位机进行数据通信。
5.电源模块:包括开关电源，位于前面板的电位器，负责整个模拟负载系统、
  ECU系统的工作电压。

    点火线圈的初级线圈一端接到负载驱动电压(24V)，在ECU驱动信号到达之
前，ECU驱动管脚一直保持高压状态(24V)。驱动信号到达时，ECU驱动端变
为低电平，此时初级线圈将电能转化为磁能，大约经过3mS后ECU驱动端恢
复到高电平，相当于初级线圈关断，此时由于自感、互感现象，在次级线圈产生
点火所需的高压，同时，在初级线圈一端的高电平与自感电压叠加产生尖峰脉冲。
经过初级线圈一端的泄放电路泄放后，电压恢复到24V状态。