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随着能源紧缺和环境恶化,开发和研究车用替代能源显得越来越重要和紧迫。氢燃料具有良好的清洁性、燃烧能量高、速度快、可再生等优点,因此氢气作为发动机的代用燃料应运而生。本文对氢燃料发动机的电控系统进行初步设计,完成了对发动机控制硬件的电路设计及软件底层配置。
硬件设计方面,基于意法半导体公司的STM32F103C8T6微处理器为核心,设计发动机硬件控制电路。硬件系统主要包括信号采集处理电路、控制单元最小系统电路、功率输出电路、电源电路、J-LINK在线调试端口电路等。针对氢燃料发动机的特点分别设计了喷氢、点火驱动电路。
软件开发方面,本文基于KEIL-μVISION4开发环境对发动机系统进行软件编写与仿真实验,对电控系统的底层函数进行配置,分别对时钟、模数转化ADC、输入捕捉、输出比较、串口通信、中断处理及任务调度器等做了详细的介绍,这些模块可以使发动机控制的基本功能得以实现,包括数据的采集、处理、保存,转速的计算,工况的判断,喷氢、点火的控制等。只有精准的配置底层函数才能保证了相应的应用层的逻辑控制。
最后,依据氢燃料发动机的特点制定了相应的控制策略。主要包括喷氢正时控制、喷氢量控制、点火提前角控制、点火蓄能时间控制、爆震控制等。对于发动机怠速控制,本文采用MATLAB/SIMULINK的仿真分析,通过仿真实验可知,采用PID-模糊控制可实现对其怠速稳定性的调整。