本實(shí)用新型屬于汽車電子設(shè)備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著各國汽車工業(yè)的不斷發(fā)展、汽車保有量的不斷增長和人們對汽車的需求和依賴性越來越強(qiáng)，由此帶來了環(huán)境污染和能源短缺等一系列問題。為此國際組織和各國政府紛紛制定和頒發(fā)了嚴(yán)格的汽車排放法規(guī)，為了滿足這些要求，汽車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)和相關(guān)產(chǎn)品化的研究和開發(fā)就尤為重要，通過有效的發(fā)動機(jī)電子節(jié)氣門的精確控制對于實(shí)現(xiàn)排放、油耗及動力性的優(yōu)化、對降低尾氣排放、減少能源消耗具有重要意義，因而有關(guān)電子節(jié)氣門控制算法的研究得到了汽車行業(yè)和各大高校的廣泛關(guān)注。

在電子節(jié)氣門控制算法開發(fā)到實(shí)車應(yīng)用的過程，卻是一個高成本，長周期的過程。人們對汽車的要求越來越高，造成了汽車更新速度的加快，汽車行業(yè)的激烈競爭，使汽車行業(yè)利潤的降低，因?yàn)椴粌H要求控制算法開發(fā)的精確性，同時如何縮短控制算法開發(fā)到實(shí)車應(yīng)用周期，如何降低這一過程的開發(fā)成本成為了行業(yè)難題和研究熱點(diǎn)。在這一控制算法開發(fā)實(shí)現(xiàn)的過程中，主要遇到以下幾個問題：1、如何實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門控制算法的在復(fù)雜工況下的實(shí)時性和精確性驗(yàn)證；2、節(jié)氣門控制算法驗(yàn)證過程中，油門踏板給出期望開度，節(jié)氣門位置傳感器反饋出實(shí)際開度，它們給出的信號都是模擬電壓信號，模擬信號容易引入干擾，從而影響控制器的控制效果，如何實(shí)現(xiàn)模擬信號干擾的處理。3、在控制算法驗(yàn)證過程中，如何實(shí)現(xiàn)控制算法程序的實(shí)時調(diào)試，從而減少驗(yàn)證過程的人力和物力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是在電子節(jié)氣門控制算法的驗(yàn)證過程中設(shè)計了一整套電路，來處理干擾和進(jìn)行程序下載和調(diào)試的電子節(jié)氣門控制算法的實(shí)現(xiàn)裝置。

本實(shí)用新型是由MC9S12XS128MAA最小系統(tǒng)、最小系統(tǒng)供電穩(wěn)壓電路、MC9S12XS128MAA最小系統(tǒng)供電濾波電路、最小系統(tǒng)BDM接口電路、最小系統(tǒng)復(fù)位電路、BDM調(diào)試器的BDM接口電路、BDM調(diào)試器的處理電路、BDM調(diào)試器的USB接口電路、節(jié)氣門電機(jī)驅(qū)動電路和信號處理電路構(gòu)成；

MC9S12XS128MAA最小系統(tǒng)：晶振Y1與電阻R1并聯(lián)，與電容C1、C2構(gòu)成的振蕩電路兩端分別與MC9S12XS128MAA芯片的34、35引腳相連；電容C3的一端接在MC9S12XS128MAA芯片的9引腳，另一端接地; 電容C4的一端接在主控芯片MC9S12XS128MAA的49引腳，另一端接地; 電容C5的一端接在MC9S12XS128MAA芯片的36引腳，另一端接地; 電容C6的兩端分別接的一端接在MC9S12XS128MAA芯片的60、61引腳，通過電阻R2接地，輸出端口為VCC；

最小系統(tǒng)供電穩(wěn)壓電路：過流保護(hù)器F1一端接在+5V電源，另一端與電容C8、C15、穩(wěn)壓二極管D1構(gòu)成的并聯(lián)電路相連，并聯(lián)電路的另一端接地；

MC9S12XS128MAA最小系統(tǒng)供電濾波電路：電容C9、C10構(gòu)成的濾波電路一端接地，另一端與MC9S12XS128MAA芯片VDDX2、VDDR端口相連，同時與VCC通過電感L1相連，電容C11、C12構(gòu)成的濾波電路一端接地，另一端與MC9S12XS128MAA芯片VDDX1端口相連，同時與VCC通過電感L2相連；電容C13、C14構(gòu)成的濾波電路一端接地，另一端與MC9S12XS128MAA芯片VDDA端口相連，同時與VCC通過電感L3相連；

最小系統(tǒng)BDM接口電路：接線排p1的引腳1和引腳3分別通過電阻R7、R6與MC9S12XS128MAA芯片BKGD連接，同時通過電阻R3與VCC相連，p1的引腳6與+5V電源相連，引腳4與復(fù)位電路的輸出端RESET相連，引腳2接地；

最小系統(tǒng)復(fù)位電路：電阻R4和電容C7串聯(lián)一端VCC相連，另一端接地，復(fù)位開關(guān)SW-PB與電容C7的接地端相連，另一端通過電阻R5進(jìn)行輸出；

BDM調(diào)試器的BDM接口電路：瞬變抑制二極管Z1引腳1與接線排p2的引腳4相連，Z1的引腳2與接線排P2的引腳1相連，Z1的引腳3接地，U1A、U1B、U1C、U1D為緩沖器，緩沖器型號為74LV125AD；

BDM調(diào)試器的處理電路：處理電路采用的處理芯片為MC9S08JS16CWJ，晶振Y2與電容C17、C18構(gòu)成的振蕩電路與電阻R14并聯(lián)后兩端分別與MC9S08JS16CWJ的引腳1、引腳2相連，MC9S08JS16CWJ的引腳4與引腳9相連，電容19和電容20構(gòu)成并聯(lián)電路，一端接地，一端與MC9S08JS16CWJ的引腳13相連，同時引腳13與+5V電源相連，電容21和電容22構(gòu)成并聯(lián)電路，一端接地，一端與MC9S08JS16CWJ的端口17相連；

BDM調(diào)試器的USB接口電路：USB轉(zhuǎn)接口P1的引腳1接+5V電源，引腳5接地，引腳2和引腳3分別通過電阻R8和電阻R9與MC9S08JS16CWJ的引腳15和引腳16相連；

節(jié)氣門電機(jī)驅(qū)動電路：圖9選取TLE6209R作為驅(qū)動芯片，U3引腳14接收PWM信號，與主控芯片MC9S12XS128MAA的引腳78相連，U3引腳1、10、11、20接地，U3引腳2和19作為節(jié)氣門電機(jī)的控制輸入，U3的引腳4和引腳17接+12V電源，U3的引腳15接+5V電源,電容C23和C24并聯(lián)構(gòu)成濾波電路一端接地，另一端接+12V電源，電容C26和C27并聯(lián)構(gòu)成濾波電路一端接地，另一端接+5V電源；

信號處理電路：放大器PA2340完成信號的跟隨, 二極管D3、D4對電壓限幅, 電阻R19 和電容C28 組成了濾波電路，一端接放大器的正極，另一端通過電阻R18接輸入信號。為了防止信號處理電路與單片機(jī)MC9S12XS128MAA 電路的干擾, 采用了DC-DC 電源隔離模塊單獨(dú)供電。

本實(shí)用新型是一種汽車電子控制算法實(shí)現(xiàn)裝置，尤其是一種電子節(jié)氣門的控制算法硬件實(shí)現(xiàn)裝置。具體是通過油門踏板信號經(jīng)過信號濾波電路給出目標(biāo)開度，節(jié)氣門位置傳感器信號經(jīng)過信號濾波電路反饋實(shí)際開度，這兩個信號經(jīng)過主控芯片MC9S12XS128MAA中的控制算法計算輸出合適的PWM占空比信號，再通過電機(jī)驅(qū)動電路驅(qū)動電機(jī)使電子節(jié)氣門達(dá)到期望開度。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有點(diǎn)：1、實(shí)現(xiàn)了控制算法的實(shí)時性、有效性驗(yàn)證。2、加入了信號處理電路，實(shí)現(xiàn)了模擬信號噪聲干擾的處理。3、為控制算法在實(shí)車上應(yīng)用提供了硬件實(shí)驗(yàn)依據(jù)，可以節(jié)約測試成本和縮短測試周期。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型中MC9S12XS128MAA最小系統(tǒng)電路圖；

圖2為最小系統(tǒng)供電最小系統(tǒng)供電穩(wěn)壓電路；

圖3為MC9S12XS128MAA最小系統(tǒng)供電濾波電路；

圖4為最小系統(tǒng)BDM接口電路；

圖5為最小系統(tǒng)復(fù)位電路；

圖6為BDM調(diào)試器的BDM接口電路；

圖7為BDM調(diào)試器的處理電路；

圖8為BDM調(diào)試器的USB接口電路；

圖9為節(jié)氣門電機(jī)驅(qū)動電路；

圖10為信號處理電路。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型是由MC9S12XS128MAA最小系統(tǒng)、最小系統(tǒng)供電穩(wěn)壓電路、MC9S12XS128MAA最小系統(tǒng)供電濾波電路、最小系統(tǒng)BDM接口電路、最小系統(tǒng)復(fù)位電路、BDM調(diào)試器的BDM接口電路、BDM調(diào)試器的處理電路、BDM調(diào)試器的USB接口電路、節(jié)氣門電機(jī)驅(qū)動電路、信號處理電路構(gòu)成；

MC9S12XS128MAA最小系統(tǒng)：圖1中最小系統(tǒng)主控芯片選為飛思卡爾單片機(jī)MC9S12XS128MAA，16Mhz晶振Y1與電阻R1并聯(lián)，與電容C1、C2構(gòu)成的振蕩電路兩端分別與MC9S12XS128MAA芯片的34、35引腳相連，起振作用；電容C3的一端接在MC9S12XS128MAA芯片的9引腳，另一端接地; 電容C4的一端接在主控芯片MC9S12XS128MAA的49引腳，另一端接地; 電容C5的一端接在MC9S12XS128MAA芯片的36引腳，另一端接地; 電容C6的兩端分別接的一端接在MC9S12XS128MAA芯片的60、61引腳，通過電阻R2接地，輸出端口為VCC，其中電容C3、C4、C5、C6的容值很小，對高頻信號的容抗很小，可以把漏過來的高頻信號從旁路掉；

最小系統(tǒng)供電穩(wěn)壓電路：圖2中過流保護(hù)器F1一端接在+5V電源，另一端與電容C8、C15、穩(wěn)壓二極管D1構(gòu)成的并聯(lián)電路相連，并聯(lián)電路的另一端接地，整個電路起到電源穩(wěn)壓作用，其中F1可以防止瞬時電流過大對整個系統(tǒng)的傷害；

MC9S12XS128MAA最小系統(tǒng)供電濾波電路：圖3中電容C9、C10構(gòu)成的濾波電路一端接地，另一端與MC9S12XS128MAA芯片VDDX2、VDDR端口相連，同時與VCC通過電感L1相連，電容C11、C12構(gòu)成的濾波電路一端接地，另一端與MC9S12XS128MAA芯片VDDX1端口相連，同時與VCC通過電感L2相連；電容C13、C14構(gòu)成的濾波電路一端接地，另一端與MC9S12XS128MAA芯片VDDA端口相連，同時與VCC通過電感L3相連，主要起到對供電濾波作用；

最小系統(tǒng)BDM接口電路：圖4接線排p1的引腳1和引腳3分別通過電阻R7、R6與MC9S12XS128MAA芯片BKGD連接，同時通過電阻R3與VCC相連，p1的引腳6與+5V電源相連，引腳4用于RESET輸出，引腳2接地；

最小系統(tǒng)復(fù)位電路：圖5中電阻R4和電容C7串聯(lián)一端VCC相連，另一端接地，復(fù)位開關(guān)SW-PB與電容C7的接地端相連，另一端通過電阻R5進(jìn)行輸出；

BDM調(diào)試器的BDM接口電路：圖6瞬變抑制二極管Z1的引腳1與接線排p2的引腳4相連，Z1的引腳2與接線排P2的引腳1相連，Z1的引腳3接地，U1A、U1B、U1C、U1D為緩沖器，緩沖器型號為74LV125AD，用于調(diào)試程序時與最小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連接；

BDM調(diào)試器的處理電路：圖7中處理電路采用的處理芯片為MC9S08JS16CWJ，12Mhz晶振Y2與電容C17、C18構(gòu)成的振蕩電路與電阻R14并聯(lián)后兩端分別與MC9S08JS16CWJ的引腳1、引腳2相連，MC9S08JS16CWJ的引腳4與引腳9相連，電容19和電容20構(gòu)成并聯(lián)電路，一端接地，一端與MC9S08JS16CWJ的引腳13相連，同時引腳13與+5V電源相連，電容21和電容22構(gòu)成并聯(lián)電路，一端接地，一端與MC9S08JS16CWJ的端口17相連；

BDM調(diào)試器的USB接口電路：圖8中USB轉(zhuǎn)接口P1的引腳1接+5V電源，引腳5接地，引腳2和引腳3分別通過電阻R8和電阻R9與MC9S08JS16CWJ的引腳15和引腳16相連，用于下載和調(diào)試程序時與計算機(jī)連接；

節(jié)氣門電機(jī)驅(qū)動電路：圖9選取TLE6209R作為驅(qū)動芯片，U3引腳14接收PWM信號，與主控芯片MC9S12XS128MAA的引腳78相連，U3引腳1、10、11、20接地，U3引腳2和19作為節(jié)氣門電機(jī)的控制輸入，U3的引腳4和引腳17接+12V電源，U3的引腳15接+5V電源,電容C23和C24并聯(lián)構(gòu)成濾波電路一端接地，另一端接+12V電源，電容C26和C27并聯(lián)構(gòu)成濾波電路一端接地，另一端接+5V電源；

信號處理電路：放大器PA2340完成信號的跟隨, 二極管D3、D4對電壓限幅, 電阻R19 和電容C28 組成了濾波電路，一端接放大器的正極，另一端通過電阻R18接輸入信號。為了防止信號處理電路與單片機(jī)MC9S12XS128MAA 電路的干擾, 采用了DC-DC 電源隔離模塊單獨(dú)供電。

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

本實(shí)用新型包括用于對節(jié)氣門位置信號和油門踏板信號濾波的信號處理電路，用于接收、處理數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)控制算法的單片機(jī)ECU，用于調(diào)試和下載程序的BDM電路，以及實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門電機(jī)驅(qū)動的電機(jī)驅(qū)動電路。

工作原理：操縱油門踏板，油門踏板位置傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號，經(jīng)過信號處理電路得到參考信號，然后控制單元根據(jù)車輛行駛工況進(jìn)行綜合分析計算得出一個期望的節(jié)氣門開度值，并輸出對應(yīng)的PWM信號，經(jīng)過電機(jī)驅(qū)動電路驅(qū)動節(jié)氣門電機(jī)，在驅(qū)動電機(jī)作用下，控制節(jié)氣門閥片達(dá)到期望的開度。在控制過程中，節(jié)氣門開度信號不斷的經(jīng)過信號處理電路反饋給主控芯片MC9S12XS128MAA，經(jīng)控制算法將得到的實(shí)際開度和期望開度不斷的比較并修正，完成電子節(jié)氣門的跟蹤控制。

電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)中，節(jié)氣門由直流電機(jī)驅(qū)動達(dá)到目標(biāo)開度，因此對直流電機(jī)的控制直接影響節(jié)氣門開度的精度，通常直流電機(jī)都是由PWM信號控制，油門踏板給出期望開度，節(jié)氣門位置傳感器反饋出實(shí)際開度，它們給出的信號都是模擬電壓信號，因此控制器必須能夠?qū)⒛M信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號?；诳刂破饕邆溥@些功能，本實(shí)用新型選用如圖1中的飛思卡爾單片機(jī)MC9S12XS128MAA作為主控芯片，MC9S12XS128MAA的引腳78作為電機(jī)控制PWM信號的輸出端口，期望的節(jié)氣門開度和實(shí)際的節(jié)氣門開度在單片機(jī)MC9S12XS128MAA中經(jīng)過特定的節(jié)氣門控制算法控制輸出PWM信號；

圖2、3、4、5分別為為最小系統(tǒng)供電最小系統(tǒng)供電穩(wěn)壓電路、最小系統(tǒng)供電濾波電路、最小系統(tǒng)BDM接口電路、最小系統(tǒng)復(fù)位電路與MC9S12XS128MAA芯片一同構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)；

單片機(jī)輸出的PWM信號經(jīng)過電機(jī)驅(qū)動電路驅(qū)動節(jié)氣門電機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門開度控制，如圖9中電機(jī)驅(qū)動電路采用英飛凌公司的TLE6209R芯片作為驅(qū)動芯片，實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門電機(jī)的驅(qū)動；

油門踏板和節(jié)氣門位置傳感器反饋給出的信號都是模擬電壓信號，模擬信號容易引入干擾，圖10中的信號處理電路主要完成對加速踏板和節(jié)氣門位置信號的濾波和跟隨,預(yù)防各種干擾引入系統(tǒng), 是整個系統(tǒng)抗干擾的重點(diǎn)部分。OPA2340完成信號的跟隨, 二極管D3、D4對電壓限幅, 電阻R17和電容C28組成了濾波電路。為了防止信號處理電路與單片機(jī)MC9S12XS128MAA 電路的干擾, 采用了DC-DC 電源隔離模塊單獨(dú)供電。傳感器信號經(jīng)信號處理電路處理后, 給到主控芯片MC9S12XS128MAA；

節(jié)氣門算法通過BWM調(diào)試器下載到MC9S12XS128MAA，并完成程序調(diào)試，如圖7中BWM調(diào)試器處理電路采用的處理芯片為MC9S08JS16CWJ；圖6給出了BWM調(diào)試器與最小系統(tǒng)的接口電路，其中采用四個緩沖器為信號傳遞進(jìn)行緩沖處理，分別為U1A、U1B、U1C、U1D，緩沖器型號為74LV125AD。圖8為BWM電路的USB接口電路，用于與電腦連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

本實(shí)用新型的幾部分組成中，MC9S12XS128MAA最小系統(tǒng)部分作為主控芯片，用于運(yùn)行控制算法，以及接收、處理輸入信號，運(yùn)算輸出控制信號；BDM調(diào)試電路用于下載控制算法和進(jìn)行算法調(diào)試；信號處理電路用于處理模擬信號中的干擾；電機(jī)驅(qū)動電路用于實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門電機(jī)的驅(qū)動。