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天然气发动机的研究不仅对优化能源结构有较大的意义，同时还促进了环境改善，世界上许多国家都非常重视天然气发动机技术。随着电子技术的发展，发动机电控系统技术得到了较大的提升，本文针对某型号四缸天然气发动机，对其电控系统ECU进行了设计及研究。首先对天然气发动机电控系统中传感器及执行器的工作原理进行了研究，对硬件电路设计的五大部分微控制器、电源管理、传感器信号处理、执行器驱动以及通信接口等模块电路的要求进行了查阅及计算分析，并给出了相应的设计方案及具体原理图；并分析了汽车环境中的电磁干扰现象，对其解决方法进行了说明。其次针对58x曲轴位置信号，提出了发动机曲轴位置同步及其倍频方法，并基于S12X微控制器实现了该方法，曲轴位置单位精度为(6/32)°，有效地解决了点火控制精度问题，并基于该方法给出了天然气发动机燃料喷射与点火基本时序控制策略。台架测试表明发动机启动正常，运行良好，能够实现稳定怠速，天然气燃料喷射及点火得到了有效控制，验证了该控制策略的正确性。然后基于步进电机式怠速阀，分析诸多类型控制方法的优点，选择模糊PID控制方法应用到天然气发动机的怠速控制上，从理论上分别对模糊控制与PID控制进行了研究，并给出了模糊PID控制方法模型。对模糊PID控制方法的实现过程进行了详细说明，包括模糊规则表、PID参数的确定以及怠速阀对控制方法结果的调节过程，此外还介绍了步进电机驱动过程。最后对该控制方法进行了验证分析，实验结果表明了该方法的有效性，可以应用于天然气发动机怠速控制。最后介绍了CAN总线以及应用，针对发动机电控系统设计分析并实现了ECU应用程序在线更新方法以及基于CAN总线的标定协议，其中还针对飞思卡尔MC9S12XEQ512MAL微控制器设计CAN总线环形链表缓冲区，优化了CAN总线数据处理方法。