电气信息工程汽车同步点火自动控制系统本科学位论文.docx
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电气信息工程汽车同步点火自动控制系统本科学位论文
毕业设计（论文）任务书
系部
电气信息工程系
指导教师
xxx
职称
副教授
学生姓名
xxx
专业班级
0x应电
学号
xxxxxxxxxx
设计题目
汽车同步点火自动控制系统
设
计
内
容
目
标
和
要
求
毕业设计的目标：
本设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计的设计等，使学生进一步学习与理解基于单片机温度测量系统的原理，巩固与综合专业基础知识和相关专业课程知识，提高学生运用理论知识解决实际问题的实践技能。
毕业设计的要求:
本文在分析国内外汽油机点火参数的测量方法和研究现状的基础上，讨论了汽车电子点火参数测量的理论和方法，对汽车点火测试系统进行了探索和研究，针对发动机点火控制存在的诸多因子，将智能传感器监测和单片机控制相结合，提出了基于单片机点火系统设计方案。
毕业设计的设计进度：
1.根据题目要求的指标，通过查阅有关资料，确定系统设计方案，并设计其硬件电路图；
2.画出电路原理图，分析主要模块的功能及他们之间的数据传输和控制关系；
3.完成毕业设计。
指导教师签名：
年月日
系部审核
毕业设计（论文）学生开题报告
课题名称
汽车同步点火自动控制系统
课题来源
电气与电子工程学院
课题类型
BX
指导教师
xxx
学生姓名
xxx
学号
xxxxxxxxxx
专业班级
0x应电1班
一、本课题的研究现状：
汽车点火系统是发动机的重要组成部分之一,它对发动机的动力性、经济性、起动性能和排放等均有一定的影响。
因此,点火系统的发展,进步是与汽车发动机的发展密切相关,也是世界各国汽车界投入较早、研究较深、发展较快的一个技术领域。
在汽车100年多年的发展历程中，点火系也经历不断改进、不断完善的过程，概括起来，汽油机点火系主要经历了磁电机点火系、机械控制式点火系、电子点火系和微机控制点火系4个主要阶段。
每一种点火系都是在当时的制造工艺、对发动机的不同要求以及科学技术发展的支持下，克服上一代产品的缺陷产生的。
其中微机控制点火系是目前最为先进的点火系。
二、设计目的及研究意义：
首先，精确的汽车点火控制系统能够让发动机更好的运转，点火过早，不仅使发动机的功率降低，还有可能英气爆燃和运转不平稳现象，还会造成运动部件损坏。
点火过迟 导致发动机过热，功率下降。
其次，随着汽车工业的不断发展，能源危机以及汽车尾气对大气环境造成的污染日趋严重。
而发动机点火时刻的精确控制在提高汽车整体性能的同时，有效的缓解了这一状况。
与传统的机械调节式点火时刻控制系统相比，基于微控制器的电子式控制系统具有良好的及时性、精确度高、控制灵活等优点。
为此，从发动机点火控制系统的控制策略出发，设计了提高发动机火控制精度的同步时间点火控制系统。
三、本课题的研究内容：
由于混合气在气缸内燃烧占用一定的时间，所以混合气不应在压缩行程上止点处点火，而应适当提前，使活塞达到上止点时，混合气已得到充分燃烧，从而使发动机获得较大功率。
点火时刻一般用点火提前角来表示，即从发出电火花开始到活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度。
如果点火过迟，当活塞到达上止点时才点火，则混合气的燃烧主要在活塞下行过程中完成，即燃烧过程在容积增大的情况下进行，使炽热的气体与气缸壁接触的面积增大，因而转变为有效功的热量相对减少，气缸内最高燃烧压力降低，导致发动机过热，功率下降。
如果点火过早，由于混合气的燃烧完全在压缩过程进行，气缸内的燃烧压力急剧升高，当活塞到达上止点之前即达最大，使活塞受到反冲，发动机作负功，不仅使发动机的功率降低，并有可能引起爆燃和运转不平稳现象，加速运动部件和轴承的损坏。
因此本课题主要研究内容：
通过压力、温度、转速传感器对汽车发动机点火系统进行自动控制。
当汽车发动时能根据气缸里的温度、压力状况进行合理的喷油点火；当汽车运行时能根据运行速度进行合理的加油，以使汽车发动机处于最佳的工作状态，并使汽油在发动机内得到完全的燃烧，减少污染。
四、本课题研究的实现方法：
1、研究发动机的工作原理：
发动机点火时刻是通过控制点火提前角（即点火时活塞位置到上止点曲轴转过的角度）来实现的。
影响火花塞点活塞点火时刻的因素主要有发动机转速、负荷大小、发动机冷却水温度以及发动机缸体爆震等。
2、研究点火系统所需硬件，整个点火系统硬件电路主要由传感器及信号调理电路、A/D转换器、电控单元、点火电路、电源及火花塞等部分组成。
3、设计电路。
各传感器的输出信号经相应的调理电路调理、A/D转换器转换后，送入单片机。
单片机根据一定的控制策略、算法对输入信号运算处理，依据运算结果。
在合适时刻给出控制信号，控制信号经驱动电路后，控制点火控制电路工作，通过火花塞最终对发动机实现发动机点火。
4、系统硬件设计：
1传感器及其调理电路，主要包括转速传感器、水温传感器、爆震传感器和节气门开度传感器及相应调理电路。
2电控单元及A/D转化电路设计。
3点火控制电路设计，4电源电路设计。
5、系统软件设计：
系统软件主要由主程序及延时子程序、计算基本点火提前角子程序、计数TO中断服务子程序、A/D转化子程序、点火提前角修正子程序和点火子程序组成。
五、课题来源
本课题课题来源于我校电气与电子工程学院刘建萍副教授。
六、进度安排
1、在2010年1月—2010年2月，查找阅读实现方法步骤中的相关资料及参考文献，提交开题报告。
2、在2010年2月—2010年3月中旬，完成论文的课题研究的关键出发点和方向的论文大框架，与导师交流解决问题。
3、在2010年3月中旬—2010年4月，完成论文的初稿，请导师审阅指导并根据提出指导意见，就相关问题深入探讨，做出解决方法。
4、在2010年5月—2010年5月20日，完成论文的定稿，请指导老师审阅指导，再次修正论文定稿并且正式提交毕业论文设计，完成毕业论文答辩；
六已查阅的主要参考文献：
（美）B.霍尔贝克，《汽车燃油和排放控制系统结构、诊断与维修》，机械工业出版社，2006.9
（美）D威德尔，《汽车发动机构造与诊断维修》，机械工业出版社，2006.8
王遂双等，《汽车电子控制系统的原理与维修》，北京理工大学出版社，2006.8
吴继安，《汽车电子控制技术自学读本》，金盾出版社，2003.
七指导教师意见
指导教师签名：
年月日
课题类型：
（1）A—工程实践型；B—理论研究型；C—科研装置研制型；D—计算机软件型；
E—综合应用型
（2）X—真实课题；Y—模拟课题；
（1）、
（2）均要填，如AY、BX等。
毕业设计（论文）学生申请答辩表
课题名称
汽车同步点火自动控制系统
指导教师（职称）
xxx副教授
申请理由
学分修满，申请答辩
学生所在学院
电气信息工程系
专业班级
0x应电专一
学号
xxxxxxxxxx
学生签名：
日期：
毕业设计（论文）指导教师评审表
序号
评分项目（理工科、管理类）
评分项目（文科）
满分
评分
1
工作量
外文翻译
15
2
文献阅读与外文翻译
文献阅读与文献综述
10
3
技术水平与实际能力
创新能力与学术水平
25
4
研究成果基础理论与专业知识
论证能力
25
5
文字表达
文字表达
10
6
学习态度与规范要求
学习态度与规范要求
15
是否同意参加答辩：
总分
评
语
指导教师签名：
另附《毕业设计（论文）指导记录册》年月日
3
毕业设计（论文）评阅人评审表
学生姓名
xxx
专业班级
0x应电
学号
xxxxxxxxxx
设计（论文）题目
汽车同步点火自动控制系统
评阅人
评阅人职称
序号
评分项目（理工科、管理类）
评分项目（文科）
满分
评分
1
工作量
外文翻译
15
2
文献阅读与外文翻译
文献阅读与文献综述
10
3
技术水平与实际能力
创新能力与学术水平
25
4
研究成果基础理论与专业知识
论证能力
25
5
文字表达
文字表达
10
6
学习态度与规范要求
学习态度与规范要求
15
总分
评
语
评阅人签名：
年月日
4
毕业设计（论文）答辩表
学生姓名
xxx
专业班级
0x应电
学号
xxxxxxxxxx
设计（论文）题目
汽车同步点火自动控制系统
序号
评审项目
指标
满分
评分
1
报告内容
思路清新；语言表达准确，概念清楚，论点正确；实验方法科学，分析归纳合理；结论有应用价值。
40
2
报告过程
准备工作充分,时间符合要求。
10
3
创新
对前人工作有改进或突破，或有独特见解。
10
4
答辩
回答问题有理论依据，基本概念清楚。
主要问题回答准确，深入。
40
总分
答辩组
评语
答辩组组长（签字）：
年月日
答辩
委员会意见
答辩委员会负责人（签字）：
年月日
5
毕业设计（论文）成绩评定总表
学生姓名：
xxx专业班级：
0x应电
毕业设计（论文）题目：
汽车同步点火自动控制系统
成绩类别
成绩评定
Ⅰ指导教师评定成绩
Ⅱ评阅人评定成绩
Ⅲ答辩组评定成绩
总评成绩
Ⅰ×40%+Ⅱ×20%+Ⅲ×40%
评定等级
注：
成绩评定由指导教师、评阅教师和答辩组分别给分（以百分记），最后按“优（90--100）”、“良（80--89）”、“中（70--79）”、“及格（60--69）”、“不及格（60以下）”评定等级。
其中，
指导教师评定成绩占40%，评阅人评定成绩占20%，答辩组评定成绩占40%。
摘要
近年来，我国对微型汽车的排放限值和燃油消耗量的控制指标持续加严，原先的开环点火控制加上闭环供油控制技术已不能满足日趋严格的排放法规和油耗法规的要求。
为此，生产搭载汽油机的微型汽车的各企业纷纷采用各种排放控制技术，其中汽油机电控系统成为首选。
加入WTO后，知识产权意识进一步加强，企业为了能够拥有自主知识产权，需要自主开发产品化的电控汽油机系统，本文仅研究电控系统中比较复杂的点火控制系统。
本文基于微型汽车和轿车搭载汽油机电控技术基础，从硬件匹配和系统控制的角度，将目前轿车的闭环点火控制技术移植到微型汽车上，阐述了微型汽车闭环点火控制系统的设计和实现方法，介绍了正常工况。
F的主点火角控制策略，并针对硬件和软件的具体要求，对系统的硬件功能进行了相应调整，增加了利t}=}j爆震传感器作为监测信号的闭环点火控制。
本课题屙期在发动机台架和整车试验研究中对闭环点火控制系统进行了匹配和应用，并对发动机稳态、整车非稳态J_=况下和整车排放性能的应用l羽环点火控制的可行性进行了试验研究。
研究结果表明，采用该闭环点火控制系统后，可明显的改善发动机莳动力性和经济性，在降低整车的排放性和燃油消耗量方面均有明显的效果，为整车的动力匹配提供了更大的空间，同时能火大减少微型汽车企业的开发成本和时间。
Abstract
AstheMini—vanemissionlawsandBSFCbecomesWicmrinrecentyears．theoriginalopen-loopignitioncontroltechnologywithclose—loopfuelcontroltechnologycannotsatisfiedforcurrentrequirement．TheMini·vanplantwithgasgasolineengineapplywithallsortsofemissioncontroltechnologytomeetcurrentconditions．firstchoiceiselectricalmanagementsystem，whenattendwTo，informationpropertyrightgetmorestrengthening，theenterpriseispossessofpropertyrightofown，needtodevelopownsproductelectricalcontrolgasolinesoftware，thechapterjuststudyrelativecomplexityignitioncontrolsystem．ThechapterisbasedonMini—vangasolineelectricalcontroltechnology，expatiatesdesignideaand
practicemethodofMini--vanelectricalignitionclose--loopcontrolfromhardwarematchmgandsystemcontrol，introducesmainsparkcontrolstrategyinnormalstate，andaccordingtopracticereqnirememofhardwareandcalibration，makerelativeadjustmenttosoftwarefunction，addsparkcloseloopcontrol
functionbyusingofknocksensor’Smonitorsignal．Theelectricalcontrolignitionsystemisprovedtobecorrectandrelevantcontrolfunctionsareprovedtorealizecorrectlybytestsbasedonanenginedynoandvehicleinupperwork．Thesystemcanimprovepowerandeconomicofengine，decreasevehicleenfissionandBSFCeffectivelybyvalidation，anddecreaseemerprisedevelopmentcostandtimegrealy．
第1章绪论
1．1汽车同步点火自动控制系统的选题意义
汽车工业的资金密集、技术密集、综合性强、经济效益高等特性，使得世界各个工业发达国家几乎无一例外的把汽车工业作为国民经济的支柱产业。
虽然我国汽车电子行业近年来迅速发展，但由于基础薄弱、起步较晚，还存在着很多有待解决的问题，尤其是电子产品的检测方法和设备比较落后，己成为阻碍汽车电子产品开发与应用的根本原因。
特别是点火系统，其性能直接影响整车的动力性、经济性和排气净化性，要保证点火系统各个部件的高质量和高性能，除了要有先进的生产工艺和材料保证外，还必须有功能全、精度高、可靠性好的各种检测设备。
据调查，我国汽车点火系统的国产在线测试设备多以老式设备为主，智能检测设备较少，而进口设备价格昂贵，且其智能化程度不高，测量精度也有限，严重的制约了我国汽车工业的发展。
汽油机点火系统的基本参数有点火电压、点火电流、点火能量、上升时间、火花持续时间、点火提前角等。
已有的研究成果表明，汽油机的这些点火参数对汽油机的性能有很大的影响。
点火电压、电流的波形对燃烧过程有一定的影响，进而影响废气排放。
汽油机的着火延迟期是影响循环变动的直接因素，当然也影响汽油机的性能指标和排放，而着火延迟期的长短与燃烧期火焰核的位置和增长速率直接相关，显然后者与点火电压波形有关。
随着控制、计算机、通信和网络技术的发展，数据交换技术正在迅速覆盖着工业控制的各个层次，引起了自动化系统结构的变革，组成以网络集成自动化系统为基础的数据处理系统。
如何把信息技术应用到点火系统的检测、诊断等汽车工业急待解决的领域，是一个非常值得深入研究的课题。
基于单片机控制点火系统可以实现点火提前角控制、闭合角控制和爆震控制的功能，极大的提高测试系统的开放性和稳定性，而且采用“集中管理、分布控制”的结构能有效的分散测试系统的风险，增强
测试系统的综合性能。
1．2课题研究背景及现状
1．21汽车电子点火控制系统发展简述
发动机点火系自1910年首次在汽车上装用以来，根据点火系的发展经历，点火系可分为传统点火系和电子点火系，电子点火系又可分为有触点电子点火系、无触点普通电子点火系和微机控制电子点火系。
1传统点火系
最早应用于汽车的是传统点火系，，它采用机械触点控制初级电流，当触点闭合时，点火线圈初级电路接通，储存能量；当触点打开时，点火线圈初级电路断开，在次级线圈中产生高电压，并经分电器加于火花塞，击穿火花塞，产生电火花点燃混合气。
其优点是结构简单、更换方便。
缺点是初级电流受机械触点允许电流限制不能过大，点火能量低；闭合角不能调整；次级电压上升速率较慢，在火花塞积炭时形成漏电流，次级电压下降；机械触点易烧蚀，凸轮易磨损，工作不可靠；机械调整装置调节点火提前角，反应速度慢，控制精度低。
目前，传统的点火系已经淘汰。
2有触点电子点火系
有触点电子点火系是最早机电相结合的产品之一，有触点电子点火系是最早机电相结合的产品之一，其组成如图1.2所示，它保留了原分电器中的机械触点，增加了一个电子驱动电路，大功率开关晶体三极管串联在点火线圈初级电路中，机械触点接在三极管的基极电路中。
当触点闭合时，大功率三极管导通，接通初级电路；当触点打开时，大功率三极管截至，断开初级电路，次级线圈产生高压电而点火。
其优点是：
减小了机械触点的电流，消除了触点烧蚀现象,并取消了和触点并联的电容器，降低了故障率。
缺点是：
由于机械触点的存在，继承了传统点火系的缺点，仍然采用机械调节装置调节点火提前角，无闭合角调节功能，这些限制了点火性能的提高。
3无触点普通电子点火系
无触点普通电子点火系取消了机械触点，曲轴位置传感器产生控制点火的信号，点火器中的大功率三极管控制初级电路的通断。
点火器主要由脉冲信号处理、初级线圈电流控制、稳压电路、开关晶体管输出驱动电路和过压、反接、停车断电等保护电路组成。
其优点是：
取消了机械触点，提高了工作的可靠性；匹配了高能点火线圈，初级电流大，提高了击穿电压和点火能量，能够实现闭合角控制，避免了高速失火和低速点火线圈过热现象。
其缺点是仍采用机械调节装置调节点火提前角，调节不准确。
4微机控制电子点火系
上述点火系统均采用机械调节装置调节点火提前角，一方面，机械装置反应慢，实时性差，控制精度低；另一方面，点火提前角不仅与发动机转速和负载有关，而且与其它因素有关，如汽油的抗爆性能、
混合气的空燃比、发动机工作温度和进气终了的压力等，因而越来越不能满足现代发动机的需要。
随着微处理机技术的发展，在70年代中期，汽车上开始应用微处理机控制点火。
微机控制电子点火系的组它主要由电源、传感器、电控单元（ECU）、点火控制器、分电器、高压线、火花塞等组成。
该系统根据各种传感器检测发动机工况信息，由控制单元对点火提前角和闭合角进行精确的控制，点火时机更准确、合理，使发动机性能更加优越。
1.22国内点火系发展概况
当前我国发动机点火系统发展很快，传统点火系统已基本淘汰，电子点火系统已在微型车及普通型轿车中普及，中、高档轿车已开始采用计算机控制。
在电子点火系统中，又以磁感应式和霍尔式为主。
目前国内电子点火系统的生产基本都是按主机厂要求采用相应的国外标准，主要来自德国VOLKSWAGEN、法国PEVGEOT及美车GM公司。
80年代中期，上海大众公司开始生产桑塔纳轿车，汽油发动机微机控制点火系的试验研究
长沙汽车电器厂引进德国BOSCH公司的霍尔无触点分电器技术，为该车配套、并率先实现了国产化，促使国内电子点火系统真正进入批量生产阶段。
从90年代后期开始，国内轿车开始采用电控燃油喷射系统（EFI），点火控制系统也开始采用计算机控制点火装置，如桑塔纳2000型、捷达王、广州本田、富康988等轿车及重庆长安之星等微型车已开始采用计算机控制点火系统。
我国对汽油发动机计算机控制点火系统的研究始于80年代中期，一些研究单位对汽油喷射系统、
点火系统、氧传感器反馈系统等电控项目的研究与开发，取得了一些进展，在一些轿车如国产CA7200小红旗等轿车装用了这些系统。
但由于我国汽车工业基础还较薄弱，在电子化程度上与国外先进水平相
比，还存在较大的差距。
国内主机厂需求的计算机控制的点火系统，大多来自于进口或德国博世公司及美国德尔福公司等在华办的合资企业。
汽车工业的水平，是衡量一个国家工业化水平高低的一个重要标志。
世界汽车工业正在进行一场新的技术革命，围绕环保节能、安全、可靠及舒适等性能，各国都制定了长远发展规划。
我国“十五”规划经济工作重点将发展汽车工业放在非常重要的位置，根据世界汽车工业新的发展动向，随着国家加入WTO后国际市场的挑战，迫切要求国内企业快速提高点火系统的技术水平和生产能力。
1.3本文研究的内容
1发动机喷油模块和点火模块及其控制器的研发。
该控制器接受活塞位移传感器、空气温度／压力传感器和缸内燃烧压力传感器等信号，实时控制发动机空燃比和点火时刻。
（1）发动机喷油模块和点火模块及其控制器硬件电路设计主要包括各种传感器信号采集处理电路、ECU及其附属电路、喷油模块及点火模块电路设计。
（2）发动机空燃比和点火时刻控制策略的研究控制策略的设计是一个重要的环节，它的设计成功与否直接关系到发动机的性能指标。
其中数据处理模块主要完成数据采集、控制计算、抗干扰和适时发出点火时刻和空燃比控制信号；通信控制模块主要完成数据实时传输控制工作。
2缸内压力信息的应用研究。
缸内燃烧压力信息直接反映气体燃烧质量，本论文将实际燃烧压力作为闭环控制调节回路的一个精确的反馈信号，实现对发动机空燃比、点火时刻的实时控制，优化燃烧过程。
空燃比控制策略中应用缸内燃烧压力传感器检测的燃烧压力信息，设计了虚拟氧传感器，利用其对发动机空燃比进行调节，控制发动机的燃烧过程，达到减少污染和节约能源的双重目的。
点火时刻控制策略中应用缸内燃烧压力信息和活塞位移信号计算发动机指示功，实时修正发动机点火时刻。
3发动机空燃比和点火时刻的控制是发动机控制的重要部分，设计的好坏对汽油机的动力性、燃油经济性和排放等性能有很大的影响。
内燃一直线发电集成动力系统中的发动机是自由活塞发动机，由于无曲柄一连杆机构、节气门和飞轮旋转部件，活塞在上下止点加速度很大，而且其燃料混合气为经济混合气，从而使其空燃比和点火时刻控制与常规发动机有诸多不同。
合适的压缩比、一定的空燃比、喷油定时、
点火定时将是发动机正常运行所必需的，将直接关系到燃烧进行的质量，进而影响发动机的动力性、经济性、排放及整个系统的工作稳定性，也可为以后的产品化研究提供一定的经验。
本系统主要由电源、传感器、电控单元（ECU）、点火控制器、分电器、高压线、火花塞等组成。
该系统根据各种传感器检测发动机工况信息，由控制单元对点火提前角和闭合角进行精确的控制，点火时机更准确、
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