汽车引擎电脑的软体分析与改良.pdf

1國交通大學 電機與控制工程學系 碩 士 文 汽引擎電腦的軟體分析與改 汽引擎電腦的軟體分析與改 Software Analysis and Improvement of Electronic Control Module for the Engine in an Automobile 研 究 生：宇學 指導教授：王啟旭 教授 中華民國九十五十月 2汽引擎電腦的軟體分析與改 汽引擎電腦的軟體分析與改 Software Analysis and Improvement of Electronic Control Module for the Engine in an Automobile 研 究 生：宇學 Student:Yu-Xue Liu 指導教授：王啟旭 Advisor:Dr.Chi-Hsu Wang 國 交 通 大 學 電機與控制工程學系 碩 士 文 A Thesis Submitted to Department of Electrical and Control Engineering College of Electrical Engineering and Computer Science National Chiao-Tung University In Partial Fulfillment of the Requirements For the Degree of Master In Electrical and Control Engineering October 2006 Hsinchu,Taiwan,Republic of China 中華民國九十五十月 i汽引擎電腦的軟體分析與改 汽引擎電腦的軟體分析與改 研 究 生：宇學 指導教授：王啟旭 教授 國交通大學電機與控制工程學系 摘 要 高效能微控制器目前廣泛的應用在汽引擎電腦(ECM)上，扮演引擎控制的主宰者。當汽在駛中，周圍的各種環境因素是控制引擎的主要，而這些也會影響汽引擎的動輸出。所以要將引擎的性能發揮到最佳態，則必須將所有相關的納入考，並計算出最佳的結果，同時將引擎性能完全發揮出。而上述所指的最佳的結果就是考供油曲線所計算出的。本文是研究 SAAB 汽公司旗下的一款應用在渦引擎汽(SAAB 900SE)上的汽引擎電腦的軟體部份。此電腦中的軟體是在電子控制模組 Electronic Control Module(ECM)中的微控制器(Microcontroller Motorola MC68332)上執。儲存在 ECM 軟體程式中的供油曲線與渦引擎的動輸出表現有非常密的關係。本文的主要研究方向是研究 ECM 中控制引擎供油以及噴油嘴作動有關的模組，這些模組是用以計算正確供油的供油曲線表，驅動引擎達到最佳的動輸出。iiSoftware Analysis and Improvement of Electronic Control Module for the Engine in an Automobile Student:Yu-Xue Liu Advisor:Dr.Chi-Hsu Wang Department of Electrical and Control Engineering National Chiao Tung University Abstract High performance microcontroller has been broadly applied in the Electronic Control Module(ECM)for the engine in an automobile,which plays the main role in engine control.While the car is moving,all the environmental factors around the car are main parameters for engine control,and power output of engine is affected by these parameters.For optimal behavior of engine power performance,all correlative parameters must be considered to compute the optimal performance out of engine capability.This optimal performance is basically computed according to the fuel matrices in ECM.The purpose of this thesis is to analyze the software flow of Electronic Control Module(ECM)in a turbo-charged automobile SAAB 900SE,manufactured by SAAB,19941998.The firmware in this ECM is executed by using the microcontroller Motorola MC68332.The fuel matrices stored in ECM determines the major power output performance of a turbo-charged engine.This thesis is focused on the modules which control the engine fuel supply and the action of fuel injectors.These modules are located in the assembly code in ECM,which are used to calculate the amount of fuel supply to drive the engine to yield optimum power output.iii 誌 謝 首先感謝我的指導教授 王啟旭博士細心教導，以及在我的學習過程中給予協助與鼓，除讓我在專業域上有深刻的體會外，在待人處世和學習態方面也獲得相當大的啟發，也讓我解到做研究應有的確實態與方法。另外要特別感謝實驗室學長文榮生、黃得裕、王之政、吳建勳提供研究上的許多寶貴意與經驗，讓我的文研究得以順進。也感謝實驗室同窗張英德、甘能捷、書帆等，學弟黃俊豪、吳佳陽在生活與研究上互相幫忙。最後感謝家人的支持與關懷。我的父母在我求學上毫無保的付出，總能給予我上最大的鼓。我的妻子玉卿與兒慈恩，陪我渡過碩士生活中的點點滴滴。宇學 于新竹 中華民國九十五十月 iv目 目 中文摘要中文摘要.i AbstractAbstract.ii 致謝致謝 .iii 目目 .iv 表目表目 .vii 圖目圖目 .viii 第一章 簡介第一章 簡介 .1 1.1 研究動機與目的 .1 1.2 內容大綱.1 第二章 噴油嘴的基本控制 第二章 噴油嘴的基本控制.2 2.1 燃油噴射相關機制 .2 2.1.1 噴油嘴(Injector).2 2.1.2 預先燃油噴射(Pre-injection).3 2.1.3 計算燃油噴射時間.3 2.1.4 斷油(Fuel shut-off).4 2.2 噴油嘴控制模式.5 2.3 Output compare(OC)輸出比較控制模式.7 2.3.1 概.7 2.3.2 運作方式.7 2.3.3 的意義.8 2.3.3.1 OFFSET.8 2.3.3.2 REF_ADDR1.9 2.4 Period Measurement with Missing Transition Detect(PMM)消失暫態偵測的週期測模式.9 v 2.4.1 概.9 2.4.2 運作方式.10 2.4.3 的意義.11 2.4.3.1 MAX_MISSING.11 2.4.3.2 NUM_OF_TEETH.11 2.4.3.3 MISSING_COUNT.12 2.4.3.4 RATIO.12 2.4.3.5 TCR2_MAX_VALUE.12 2.4.3.6 PERIOD_LOW_WORD .12 2.5 Position-Synchronized Pulse Generator(PSP)同部位置脈衝產生器控制模式 .12 2.5.1 概.12 2.5.2 運作方式.13 2.5.3 的意義.14 2.5.3.1 PERIOD_ADDRESS.14 2.5.3.2 RATIO1.14 2.5.3.3 ANGLE1.14 2.5.3.4 HIGH_TIME.14 第三章第三章 封包值檢測程序(封包值檢測程序(Checksum routine).15 3.1 封包值檢測概述.15 3.2 汽引擎電腦中的封包值檢測程序.15 3.3 關於資複製與否的封包值檢測程序.15 3.4 關於程式資正確性的封包值檢測程序.19 3.5 封包值檢測程序範.19 3.5.1 資複製與否的封包值檢測程序範.19 3.5.2 程式資正確性的封包值檢測程序範.20 vi第四章第四章 汽引擎供油控制曲線 汽引擎供油控制曲線.22 4.1 何謂汽引擎控制曲線.22 4.2 汽引擎供油控制曲線的主要功能.22 4.3 目前所獲得的汽引擎供油控制曲線.23 4.3.1 節閥位置-引擎轉速對應供油的控制曲線.23 4.3.2 進氣歧管壓-引擎轉速對應供油的控制曲線.24 4.3.3 進階版程式中所獲得的汽引擎供油控制曲線.25 第五章第五章 實驗驗證與結果 實驗驗證與結果.28 5.1 實驗過程與方法.28 5.2 實驗結果.28 5.2.1 基本版引擎供油控制曲線實驗結果.29 5.2.2 進階版節閥位置-引擎轉速對應引擎供油控制曲線實驗結果 .30 5.2.3 進階版進氣歧管壓-引擎轉速對應引擎供油控制曲線實驗結果 .31 第章第章 未的研究目標 未的研究目標.33 6.1 其他的引擎控制曲線.33 第七章 結 第七章 結.35 考文獻 考文獻.36 vii表目 表目 表2-1 時序處單元的通道位置.8 表3-1 主程式前段系統記憶體段位址與封包值儲存位址關係表.16 表3-2 主程式尾段系統記憶體段位址與新封包值儲存位址關係表.16 表3-3 封包值比較位址與結果儲存位址關係表.17 表3-4 記憶體值檢查位址與結果儲存位址關係表.18 表5-1 基本版引擎供油控制曲線測據.29 表5-2 進階版節閥位置-引擎轉速引擎供油控制曲線測據.30 表5-3 進階版進氣歧管壓-引擎轉速引擎供油控制曲線測據.31 viii圖目 圖目 圖2-1 噴油嘴外觀示意圖.2 圖2-2 預先燃油噴射程示意圖.3 圖2-3 計算燃油噴射時間程示意圖.4 圖2-4 斷油程序的程示意圖.5 圖2-5 噴油嘴與時序處單元通道之間電示意圖.6 圖2-6 輸出比較控制模式的輸出波形示意圖.7 圖2-7 PMM偵測曲軸旋轉態方式示意圖.9 圖2-8 PMM與PSP的波形關係示意圖.10 圖2-9 四程引擎運作程示意圖.11 圖2-10 同部位置脈衝產生器控制模式的輸出波形示意圖.13 圖3-1 資複製封包值檢測程序程示意圖.18 圖3-2 程式資正確性封包值檢測程序程示意圖.19 圖4-1 節閥位置-引擎轉速對應供油的控制曲線圖.24 圖4-2 進氣歧管壓-引擎轉速對應供油的控制曲線圖.25 圖4-3 進階程式中節閥位置-引擎轉速對應供油的控制曲線圖.26 圖4-4 進階程式中進氣歧管壓-引擎轉速對應供油的控制曲線圖.26 圖4-5 燃油噴射時間詳細計算程圖.27 圖5-1 基本版引擎供油控制曲線噴油嘴電壓波形圖(1000rpm).29 圖5-2 基本版引擎供油控制曲線噴油嘴電壓波形圖(2000rpm).30 圖5-3 基本版引擎供油控制曲線噴油嘴電壓波形圖(3000rpm).30 圖5-4 進階版節閥位置-引擎轉速引擎供油控制曲線噴油嘴電壓波形圖(1000rpm).31 圖5-5 進階版節閥位置-引擎轉速引擎供油控制曲線噴油嘴電壓波形圖 ix(2000rpm).31 圖5-6 進階版節閥位置-引擎轉速引擎供油控制曲線噴油嘴電壓波形圖(3000rpm).31 圖5-7 進階版進氣歧管壓-引擎轉速引擎供油控制曲線噴油嘴電壓波形圖(1000rpm).32 圖5-8 進階版進氣歧管壓-引擎轉速引擎供油控制曲線噴油嘴電壓波形圖(2000rpm).32 圖5-9 進階版進氣歧管壓-引擎轉速引擎供油控制曲線噴油嘴電壓波形圖(3000rpm).32 圖6-1 尚未確定的引擎控制曲線(1).33 圖6-2 尚未確定的引擎控制曲線(2).33 圖6-3 尚未確定的引擎控制曲線(3).34 圖6-4 尚未確定的引擎控制曲線(4).34 1第一章 簡介 第一章 簡介 本章主要是針對這次研究的動機與目的以及本文的所有內容做概的敘述與介紹。1.1 研究動機與目的 研究動機與目的 由於高科技與經濟的快速成長，各式各樣的交通工具已成為人日常生活中的重要一環。現今汽工業的設計工程師在汽上運用多種電子電技術，在汽上安裝各種感知器收集大的感知信號，並透過傳輸介面傳送至汽的引擎控制中心，即所謂的汽引擎電腦(Electronic Control Module for the Engine in an Automobile 簡稱 ECM)。此電腦控制引擎所有的動作。因此想要改汽引擎的性能，解汽引擎電腦是一個基本的著手目標。因此本文研究的目的是要找出引擎供油的主要控制模式。本文研究的引擎電腦是運用在 SAAB 900SE 19941998 Turbo-charged Car。藉由以前實驗室學長所解析的汽引擎電腦的電架構以及研究 ECM 的組合程式碼，可以得到控制供油的主要模組。最後的目標是將程式的資作修改，驗証研究的結果，並改善引擎的輸出效能。1.2 內容大綱 內容大綱 本文內容可分為，第一章為簡介。第二章明 SAAB 900SE 引擎噴油嘴的基本操作程。第三章的主題是在討 SAAB 900SE 中的汽引擎電腦中的封包值檢測程序(Checksum Routine)。第四章與第五章分別是明在程式中找到的汽引擎供油控制曲線(Fuel Control Matrices)以及程式資修改的實驗驗證過程與結果。第章則是補充在這項研究中有找出其他的控制曲線，未的研究目標就是確定這些曲線的意義並修改以獲得優的引擎效能。最後在第七章對本研究做結。2第二章 噴油嘴的基本控制 第二章 噴油嘴的基本控制 本章將針對噴油嘴的基本機構及其與引擎電腦中央處單元的接與控制模式作詳細的明，其中控制模式可分為種完全同的時序操作方式。2.1 燃油噴射相關機制 燃油噴射相關機制 2.1.1 噴油嘴(噴油嘴(Injector)圖 2-1 噴油嘴外觀示意圖 如上圖2-1所示1，每一個噴油嘴有四個如針孔大小般的燃油噴射孔，以確保噴射出的燃油均勻分布在進氣岐管中。如此才能夠獲得最佳的燃燒效，同時低廢氣污染程。噴油嘴開啟是由磁化線圈控制，當電通過時產生電磁感應而打開噴油嘴；電消失後，噴油嘴刻由一種彈簧機構使其回到關閉的態。為使所有噴油嘴所噴出的燃油注(fuel jets)能夠正確注入對應的進氣閥中，因此與噴油嘴的安裝位置有重要的關。噴油嘴是成對的安裝在汽缸之間的位置，第一與第二汽缸之間以及第三與第四汽缸之間的位置各安裝個噴油嘴。所有燃油注的(供油)是經過確設定的，而每個噴油嘴噴出四個燃油注平均分配在每個進氣閥中，所以每一個進氣閥獲得四個燃油注。舉，第一與第二汽缸之間有個噴油嘴分別為噴油嘴1與噴油嘴2，噴油嘴1所噴射的四個燃油注有個進入進氣閥1有個進入進氣閥2，噴油嘴2也是相同情況。32.1.2 預先燃油噴射(預先燃油噴射(Pre-injection)圖 2-2 預先燃油噴射程示意圖 如上圖2-2所示1當汽總開關轉至啟動引擎(engine start)位置時汽引擎電腦隨即將點火系統打開，同時在汽上的主繼電器與燃油幫浦繼電器即運作秒的時間。當燃油幫浦將燃油壓上升直到足夠在噴油嘴噴出所需的燃油注時，汽引擎電腦會依據引擎卻劑溫決定供油，並透過四個噴油噴出引擎啟動時所需的油。引擎未能啟動，而預先燃油噴射程序將封鎖十五分鐘。引擎啟動後隨即在短時間內又關閉引擎，在關閉汽總開關後，汽引擎電腦將等待至少四十五秒後執另一種預先點火的程序。2.1.3 計算燃油噴射時間 計算燃油噴射時間 下頁圖 2-3 所示為燃油噴射時間的計算程1，其中包含進氣岐管絕對壓、進氣溫與廢氣含氧等感知器信號，用這些外界環境以獲得正確的供油以及提高燃油的燃燒效。汽總開關 汽引擎電腦 噴油嘴預先燃油噴 4 圖 2-3 計算燃油噴射時間程示意圖 如上圖2-3所示，汽引擎電腦必須計算出每一汽缸所吸入空氣的質，引此才能決定每一個進氣岐管所需的正確供油。汽引擎電腦計算空氣質的方法與依據如以下明：本文所研究的款SAAB 900SE所搭配的引擎是排氣(displacement)為2.0L四汽缸渦引擎，所以平均每一汽缸的容積為0.5L。體積為0.5L的空氣在特定的密中有固定的質，因此用進氣岐管中的溫與壓即可計算出此時空氣的密。汽引擎電腦會依據計算所得的空氣質決定所需的供油同時控制噴油嘴開啟的時間長短，直到正確的油噴入進氣岐管中再關閉噴油嘴。對於控制噴油嘴開啟的時間長短，汽引擎電腦也會依去排氣含氧作修正，以地廢氣污染並提升引擎效。當節閥打開(汽駕駛者踩下油門)時，汽引擎電腦提供較濃的混合油氣以產生大的動使汽達到加速效果；相反的當汽需要減速時，此時汽引擎電腦所提供的混合油氣相對的較稀薄。當外界氣溫較低，汽引擎在暖機(warm-up)的過程中，汽引擎電腦此時依據引擎卻劑溫決定供油。當汽引擎已完成暖機程序且用電瓶在擁有正常的電壓態下，燃油噴射時間的變動範圍約在2.5ms(引擎怠速態)到18ms(全油門態)之間。2.1.4 斷油(斷油(Fuel shut-off)下頁圖 2-4 即為汽引擎電腦發出斷油程序的程1。進氣岐管絕對壓 排氣含氧 汽引擎電腦 噴油嘴供油 進氣溫 5 圖 2-4 斷油程序的程示意圖 斷油，即所為停止供油，如上圖 2-4 所示當引擎轉速超過 1800rpm 時，變速箱(在此指手排變速箱)的檔位是在中高檔位(第三，第四，第五檔位)同時節閥完全關閉(節閥與油門踏板互相接，當節閥完全關閉時意指汽駕駛人將油門完全放開)，汽引擎電腦在大約一秒的延遲時間後停止供油。在搭配自動變速箱的款中，汽引擎電腦在所有檔位能發出斷油程序。當引擎轉速持續下低於 1400rpm 時，汽引擎電腦才會回供油動作。為保護汽引擎本體，當引擎轉速超過 6200rpm 時汽引擎電腦會強制停止供油，因此引擎轉速就會自動下，用此方式將轉速控制在 6200rpm 以下，以達到保護汽引擎本體的效果。2.2 噴油嘴控制模式 噴油嘴控制模式 汽引擎電腦對於本文所研究的汽款(SAAB 900SE)的引擎噴油嘴控制程序是透過引擎電腦內部的微控制器(Microcontroller Motorola MC68332)中的中央處單元(CPU)與微控制器內建的時序處單元(Time Processor Unit 簡稱 TPU)模組搭配執，主要是以掌控噴油嘴開啟的時間長短的方式控制噴油。時序處單元(Time Processor Unit)是專為作時序控制(Timing Control)而設計且具半自主特性的智慧型控制模組56，可以與中央處單元同時運作互干涉並且存取共同的資。時序處單元亦可視為具特殊用途的微運算器，執匹配與紀的程序。時序處單元中共有十個通道(Channel)，是主要的輸入或輸出介面管道。時序處單元的儲存在微控制器(MC68332)且為固定記憶體陣位置中，同時接受中央處單元與時序處單元存取。在中央處單元與時序處單元搭配的引擎噴油嘴控制程序中，主要的控制信號是由時序處單元的通道輸出，中央處單元則是決定是否改變時序處單節閥完全關閉噴油嘴停止供油變速箱檔位 引擎轉速 6元的輸出動作並且在需要改變時產生信號通知時序處單元。在本文所研究的汽引擎噴油嘴(Injector)與 TPU Channel(簡稱 TPUCH)之間的電如下圖 2-5所示：圖 2-5 噴油嘴與時序處單元通道之間電示意圖 由上圖 2-5 電可知，在 TPUCH 端輸入正脈衝方波時，電晶體會因閘極電壓升高而打開。此時噴油嘴(Injector)端接收到負脈衝方波訊號而接地，同時產生電經噴油嘴內部的磁化線圈產生電磁感應使噴油嘴打開。正負脈衝方波的持續時間(duration)相同，所以汽引擎電腦則是控制 TPUCH 輸出的正脈衝方波的持續時間以掌握噴油嘴開啟的時間長短，也同時控制噴油。汽引擎電腦的中央處單元與時序處單元搭配控制噴油嘴的模式有以下種：A.Output Compare(OC)輸出比較控制模式2，此模式是控制預先燃油噴射程序，在本章 2.3 節作明。B.Position-Synchronized Pulse Generator(PSP)同部位置脈衝產生器控制模式4，此模式是主要的噴油控制模式。註：PSP 必須伴隨著另一個 TPU Channel 用以擷取曲軸(crankshaft)訊號做考以達到最有效的供油控制。而擷取曲軸位置訊號的時序處單元輸 入 模 式 為：Period Measurement with Missing Transition Detect(PMM)消失暫態偵測的週期測模式3。在本章 2.4 節先對 PMM做明，接著在 2.5 節詳細明 PSP 控制模式。OC 與 PSP 的輸出信號是由 TPUCH 輸出，而此輸出信號相當於圖 2-5 的電中的脈衝方波。此種噴油嘴控制模式有其各自的，而每個是控制脈衝方波的重要依據。所以汽引擎電腦的中央處單元藉由改變這些的值，進而改變時序處單元輸出的脈衝方波控制信號持續時間，以掌控噴油嘴所噴射出的油。72.3 Output Compare(OC)輸出比較控制模式 輸出比較控制模式 2.3.1 概：概：Output compare(OC)輸出比較控制模式2，可在所屬的時序處單元通道(TPUCH)產生單一暫態輸出、單一脈衝或與另一個TPUCH結後產生以50%功週期(duty cycle)的續脈衝方波。前項功能需要汽引擎電腦的中央處單元做起始態的預設動作，第三項功能產生續方波是被控制而獨執的。2.3.2 運作方式：運作方式：輸出比較控制模式有種操作方式，在文所研究的汽引擎電腦應用在SAAB 900SE 的引擎噴油嘴控制上只用其中的一種：Host-initiated pulse mode(主控端起始化脈衝方式)。汽引擎電腦的中央處單元先預設一個上升(rising)、下(falling)或一個預先態的觸發(a toggle of the previous state)暫態給時序處單元。在此運作方式(Host-initiated pulse mode)中，相同的的條件下可有以下種輸出波形：A.選定即時輸出(Immediate Output Selected)，中央處單元可強制產生一個即時的脈衝輸出，脈衝時間長短是依據可由程式改變的延遲時間決定。B.非選定即時輸出(Immediate Output Not Selected)，中央處單元以一個考時間點再延遲一段可由程式改變的時間後產生脈衝輸出。者的輸出波形如下圖 2-6 所示。圖 2-6 輸出比較控制模式的輸出波形示意圖 噴油嘴開啟時間 噴油嘴開啟時間 8在前頁圖2-6A中，選定即時輸出(Immediate Output Selected)，中央處單元選定在REF_ADDR1時間點強制使時序處單元產生脈衝輸出，脈衝長持續時間即為OFFSET，脈衝輸出後回歸穩定態。在上圖2-6B中，非選定即時輸出(Immediate Output Not Selected)，中央處單元以REF_ADDR1為考時間點，再經過OFFSET大小的延遲時間後使時序處單元產生脈衝輸出。2.3.3 的意義：的意義：表 2-1 時序處單元的通道位置5 通道通道 基本位置基本位置 位置位置 編號編號 編號編號 0 1 2 3 4 5 6 7 0$YFFF#00020406080A 1$YFFF#10121416181A 2$YFFF#20222426282A 3$YFFF#30323436383A 4$YFFF#40424446484A 5$YFFF#50525456585A 6$YFFF#60626466686A 7$YFFF#70727476787A 8$YFFF#80828486888A 9$YFFF#90929496989A 10$YFFF#A0A2A4A6A8AA 11$YFFF#B0B2B4B6B8BA 12$YFFF#C0C2C4C6C8CA 13$YFFF#D0D2D4D6D8DA 14$YFFF#E0E2E4E6E8EA EC EE 15$YFFF#F0F2F4F6F8FA FC FE 上表 2-1 是所有時序處單元的通道位置表，每個通道最多能夠有個。通道 14 與通道 15 的第七與第八個是儲存特殊意義的而並非屬通道 14 與通道 15 所有。2.3.3.1 OFFSET 由前頁圖2-6可清楚看出OFFSET為脈衝時間長短(圖2-6A)或考時間點距脈衝產生點的延遲時間(圖2-6B)，OFFSET的值可透過程式改。當輸出比較控制模式的運作方式為Host-initiated pulse mode(主控端起始化脈衝方式)時，OFFSET的值是由中央處單元直接決定並填入，其值的意義即可代表噴油 9嘴所噴射出的燃油。輸出比較控制模式主要是控制引擎尚未啟動前的預先燃油噴射程序，所以OFFSET的值是中央處單元依據引擎卻劑溫而決定。2.3.3.2 REF_ADDR1 REF_ADDR1 是儲存一個記憶體陣的指標，其所指的記憶體位置中的值就是在圖 2-6 中所代表的時間點。舉假設 REF_ADDR1=$3A(其中$3A 為十進位值)，則 REF_ADDR1 所指的位置是就是 TPUCH3(時序處單元的第三通道)的中之第個(由表 2-1 可知)。2.4 Period Measurement with Missing Transition Detect(PMM)消失暫態偵測的週期測模式 消失暫態偵測的週期測模式 2.4.1 概：概：Period Measurement with Missing Transition Detect(PMM)消失暫態偵測的週期測模式3，其主要是用偵測曲軸的旋轉態作為同部位置脈衝產生器控制模式(PSP)的考，使PSP的運作能夠根據曲軸的位置達到準確的引擎供油控制效果。PMM偵測曲軸旋轉態的方式如以下明。圖2-7 PMM偵測曲軸旋轉態方式示意圖 如上圖2-7所示，曲軸上有一似齒的圓盤，其中缺少一齒已用做判斷曲軸的標的，此缺齒的位置就是所謂的消失暫態。曲軸位置感知器是固定在特定位置用偵測曲軸的旋轉態。當曲軸旋轉時，曲軸位置感知器偵測到續的正常暫態(正常且存在的齒)，當偵測到消失暫態時PMM會即做紀以提供PSP做考。假設目前偵測到消失暫態，而下一次偵測到消失暫態時代表曲軸已旋轉一週。次偵測到消失暫態之間的時間就是曲軸在此瞬間的旋轉週期。消失的暫態位置曲軸旋轉方向 102.4.2 運作方式：運作方式：消失暫態偵測的週期測模式亦有種運作方式，與輸出比較控制模式相同，在本文所研究的汽引擎電腦應用在 SAAB 900SE 的引擎噴油嘴控制上只用其中的一種：Count mode(計方式)。Count mode(計方式)主要是計曲軸位置感知器偵測到的正常暫態與消失暫態的個，以換算成區軸的旋轉態。下圖 2-8 為消失暫態偵測的週期測模式(PMM)與同部位置脈衝產生器控制模式(PSP)之間波型與相對時間位置的關係：圖 2-8 PMM 與 PSP 的波形關係示意圖 註：TCR2 即為曲軸的旋轉時間計 在上圖 2-8 中可以得知，PMM 用偵測正常暫態 0($0000)到正常暫態10($000A)，同時 TCR2(曲軸的旋轉時間計)儲存所偵測到的正常暫態。當偵測到消失暫態時，重設 TCR2 的值為$FFFF，而 PSP 也在此時開始運作，在延遲一段由決定(決定方式在 2.5 節明)的特定時間後產生脈衝方波輸出以打開噴油嘴使燃油注入進氣岐管中。下頁圖 2-9 即為四程引擎產生動的四個基本程序，此四個程序合併稱之為一個循環(cycle)。引擎就是藉由此循環性的運作進而能夠持續產生動。以下內容詳細明四程引擎運作的四個基本程序。使噴油嘴開啟的脈衝方波 11 圖 2-9 四程引擎運作程示意圖 如上圖 2-9 中所示，四程引擎產生動的四個程序分別為：A.進氣：當活下產生負壓將燃油與空氣混合的油氣吸入汽缸內，此油氣就是引擎產生動的主要能源。而噴油嘴噴射燃油的程序也是在油氣進入汽缸之前完成。B.壓縮：將汽缸內的油氣壓縮使其壓上升，壓縮動作持續至活到達上死點(活上升的最高極限點，此時汽缸內油氣體積最小壓最大)時停止。C.點火：用高壓放電產生火花點火，使高壓的油氣燃燒爆炸產生極大的擴張壓將活向下推，同時推動曲軸產生動。D.排氣：用活上升的將油氣燃燒後所殘的廢氣推出汽缸外，當活再一次達到上死點時，新的混合油氣再進入汽缸內使引擎持續產生動。2.4.3 的意義：的意義：2.4.3.1 MAX_MISSING MAX_MISSING為一個位元組大小(8 bits)用以儲存在曲軸的旋轉時間計歸(重設TCR2的值為$FFFF)之前需要被計的消失暫態個。在圖2-8中的範中MAX_MISSING的值為1。2.4.3.2 NUM_OF_TEETH NUM_OF_TEETH是消失暫態之間的正常暫態的個，包含第個正常暫態，以圖2-7的範中NUM_OF_TEETH的值為14($E)。當消失暫態被系統偵測出時，時序處單元將所儲存的曲軸的旋轉時間計(TCR2)中減去此値，在正常況下此時TCR2的值為$FFFF。122.4.3.3 MISSING_COUNT MISSING_COUNT是儲存所偵測到的消失暫態個(消失暫態計)，在起始態時其值為$0000。每當偵測到消失暫態時，時序處單元就會即比較MISSING_COUNT與MAX_MISSING的值。MISSING_COUNT大於或等於MAX_MISSING，時 序 處 單 元 將 重 設 TCR2 的 值 為$FFFF 並 將MISSING_COUNT的值歸($0000)。2.4.3.4 RATIO RATIO，是用以與先前的個正常暫態時間間隔(如圖2-8中TCR2的值由$0000至$0001的時間)相乘，計算所獲的的值是下一個正常暫態必須出現的時間間隔。在圖2-8中的範中，此計算所獲得的時間間隔(PERIOD9*RATIO)也代表消失暫態必須在此期間被偵測並且完成重設TCR2值的程序。RATIO由中央處單元控制並填入正確位置，而只有時序處單元可以用此。對於消失暫態偵測的週期測模式(PMM)而言，RATIO的值大小範圍介於十進位值$80到$FF(其意義相當於十進位值1.0到1.99)。2.4.3.5 TCR2_MAX_VALUE TCR2_MAX_VALUE為一個位元組大小(8 bits)用以儲存曲軸的旋轉時間計的最大值。在圖2-8中的範中，TCR2_MAX_VALUE的值為10($000A)。曲軸的旋轉時間計因正常暫態替換預期中的消失暫態而超過此最大值，曲軸的旋轉時間計將被設定為十進位值$80FF，同時消失暫態計一併歸。2.4.3.6 PERIOD_LOW_WORD PERIOD_LOW_WORD 是用以記最近一次所測獲得個正常暫態之間的時間間隔大小(四個位元組大小的值儲存)中較低的個位元組值。而另一個 PERIOD_HIGH_WORD 則是較高的個位元組值。當引擎轉速越高時，此的值越小。2.5 Position-Synchronized Pulse Generator(PSP)同部位置脈衝產生器控制模式 同部位置脈衝產生器控制模式 2.5.1 概：概：Position-Synchronized Pulse Generator(PSP)同部位置脈衝產生器控制模式4是以另一個時序處單元通道(TPUCH)先決定的時間為考點而產生輸出，在本文研究的子中是以曲軸位置訊號為考(如圖2-8的範)。同部位置脈衝產生器控制模式的運作時所伴隨的另一個時序處單元通道通常是以 13Period Measurement with Missing Transition Detect(PMM)或Period Measurement with Additional Transition Detect(PMA)的模式運作。PMM或PMA是用決定PSP的考時間，而同部位置脈衝產生器控制模式所產生的輸出也是相對於此考時間。2.5.2 運作方式：運作方式：同部位置脈衝產生器控制模式亦有種操作方式，與輸出比較控制模式相同，在文所研究的汽引擎電腦應用在 SAAB 900SE 的引擎噴油嘴控制上只用其中的一種：Angle-time mode(觀點與時間方式)。Angle-time mode(觀點與時間方式)其輸出波形的下端(falling edge)是考上升端(rising edge)而決定。時序處單元最多能同時有十五個通道以同部位置脈衝產生器控制模式運作，與一個以 PMA 或 PMM 模式運作的通道作為考輸入。此考輸入用測與儲存曲軸旋轉時間間隔並且當引擎到達上死點時將所記的曲軸旋轉時間計(TCR2)歸。Angle-time mode(觀點與時間方式)的輸出脈衝方波波形如下圖 2-10 所示：圖 2-10 同部位置脈衝產生器控制模式的輸出波形示意圖 如上圖 2-10 所示，當 PMM 計算的曲軸的旋轉時間計(TCR2)的值等於ANGLE1 時，開始計算延遲時間。延遲時間為：PERIOD RATIO1 (2.1)延遲後即產生脈衝方波輸出，而 HIGH_TIME 則是此脈衝方波的持續時間。在圖 2-8 的範中，ANGLE1 的值為$00，所以當 TCR2 的值等於$0000 時，時序處單元以(2.1)式計算所需的延遲時間。RATIO1 的值為$60，PERIOD 的值即為 PMM 的中用以紀正常暫態之間的時間間隔大小的PERIOD_LOW_WORD(在圖 2-8 的範中標示為 PERIOD A)。所以在 TCR2 的值等於$0000 後延遲 RATIO1*PERIOD_LOW_WORD 的時間，時序處單元輸出持續時間為 HIGH_TIME 的脈衝方波打開噴油嘴噴射燃油。HIGH_TIME 正是噴油嘴打開的時間長。噴油嘴開啟時間 142.5.3 的意義：的意義：2.5.3.1 PERIOD_ADDRESS PERIOD_ADDRESS用以儲存一個記憶體陣的指標，就是如前頁圖2-10中PERIOD代表值的位置，是由中央處單元決定，通常是指在一個以PMA或PMM運作模式在作動的時序處單元通道的對應位置。在本文所研究的汽 引 擎 電 腦 的 子 中 是 在 PMM 運 作 模 式 中 的 一 個 PERIOD_LOW_WORD。在圖2-8的範中，CHANNEL_0以PMM模式運作偵測正常與消失暫態，所以正在以PSP模式運作CHANNEL_3的PERIOD_ADDRESS所指的值正是CHANNEL0的PERIOD_LOW_WORD。2.5.3.2 RATIO1 RATIO1亦是由中央處單元決定，是用與PERIOD_ADDRESS所指的值相乘以獲得正確的延遲時間。RATIO1的值範圍介於十進位值$00到$FF(其值代表的意義相當於十進位值0.0到1.99)。2.5.3.3 ANGLE1 ANGLE1是由中央處單元決定，此意義代表的是曲軸的旋轉時間計的考點，用以決定脈衝方波輸出的時機，也就是噴油嘴開啟噴油的時機。其值是與曲軸的旋轉時間計(TCR2)做比較，當