多缸柴油機(jī)主——從ECU分布式控制系統(tǒng)研究.pdf

1、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)由于具有油耗低、功率大、扭矩大等特性，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于交通運(yùn)輸中。隨著社會(huì)的進(jìn)步，車用發(fā)動(dòng)機(jī)這一傳統(tǒng)的動(dòng)力裝置出現(xiàn)了許多新的挑戰(zhàn)，表現(xiàn)為動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、耐久性和排放等方面必須滿足更高的要求，而現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，使電子控制技術(shù)成為改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要手段。因此，研究開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)且符合國(guó)情的柴油機(jī)控制系統(tǒng)，對(duì)提高我國(guó)車用柴油機(jī)自主開(kāi)發(fā)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，保證車用動(dòng)力產(chǎn)業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定和健康發(fā)展具有重要意義。
　　

2、 作為車用柴油機(jī)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，內(nèi)燃機(jī)車由于牽引功率較大，不受電力系統(tǒng)故障的影響，具有穩(wěn)定發(fā)展的潛力。論文針對(duì)16缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)研究了基于車載網(wǎng)絡(luò)CAN總線的分布式結(jié)構(gòu)、控制策略和系統(tǒng)的軟硬件，進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)獲得驗(yàn)證。為了進(jìn)一步提高車載網(wǎng)絡(luò)通信速度、提高網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)和糾錯(cuò)能力，論文還研究了高速FlexRay通信網(wǎng)絡(luò)，并設(shè)計(jì)各節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件，最終整合成高速分布式控制系統(tǒng)。論文在對(duì)車用電控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)及未來(lái)

3、趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，展開(kāi)了下述研究工作：
　　 (1)研究多缸柴油機(jī)分布式系統(tǒng)構(gòu)架。通過(guò)分析現(xiàn)有車載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、柴油機(jī)對(duì)電控系統(tǒng)的需求，針對(duì)機(jī)車多缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)提出了基于CAN總線的主-從電控單元(ECU)的系統(tǒng)構(gòu)架，創(chuàng)造性的采用兩個(gè)具有完全相同軟、硬件結(jié)構(gòu)的ECU，研制成主-從ECU的發(fā)動(dòng)機(jī)分布式控制系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置ECU所在物理位置相應(yīng)I/O口線電平高低，自動(dòng)識(shí)別ECU的主-從身份。
　　 (2)分布式控制系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)計(jì)

4、。分析了16缸柴油機(jī)分布式控制系統(tǒng)硬件工作原理，研究了主要器件的選型并設(shè)計(jì)了主要硬件電路，設(shè)計(jì)了CAN網(wǎng)絡(luò)通信接口和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，對(duì)系統(tǒng)軟件做了整體規(guī)劃。
　　 (3)分布式發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略的研究。根據(jù)機(jī)車柴油機(jī)工作特性，設(shè)計(jì)了整體控制策略和分模塊控制策略，主要控制包括轉(zhuǎn)速采集、工況判別、轉(zhuǎn)速控制、勵(lì)磁控制和故障診斷五大模塊?；诎l(fā)動(dòng)機(jī)硬件系統(tǒng)對(duì)分布式主-從發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元控制軟件底層和應(yīng)用層設(shè)計(jì)做了詳細(xì)分析，包括主-從ECU位置確

5、定、噴油時(shí)間同步原理、主ECU的系統(tǒng)軟件流程、從ECU的系統(tǒng)軟件流程、發(fā)動(dòng)機(jī)控制的數(shù)據(jù)和指令通信協(xié)議設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)速計(jì)算、最大油量限制、供油觸發(fā)參數(shù)計(jì)算、故障診斷設(shè)計(jì)、排放控制等算法。
　　 (4)基于高速FlexRay網(wǎng)絡(luò)的分布式控制系統(tǒng)的研究。為適應(yīng)下一代高速車載網(wǎng)絡(luò)的需求，特別是實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的接入，論文進(jìn)一步研究了高速FlexRay總線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)動(dòng)機(jī)分布式控制系統(tǒng)，包括FlexRay網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)定

6、義，時(shí)間同步機(jī)制，F(xiàn)lexRay系統(tǒng)的主-從ECU的同步機(jī)制。更新設(shè)計(jì)了帶有FlexRay總線控制器和總線驅(qū)動(dòng)器的電控單元，研究了通信協(xié)議，并實(shí)現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)。
　　 (5)分布式控制系統(tǒng)試驗(yàn)研究。對(duì)基于CAN網(wǎng)絡(luò)的主-從發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)做了分項(xiàng)測(cè)試和臺(tái)架測(cè)試實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)主-從ECU系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)定，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。測(cè)試表明，主-從ECU控制系統(tǒng)可穩(wěn)定實(shí)施對(duì)多缸柴油機(jī)的聯(lián)合控制，發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)定的各實(shí)驗(yàn)工況轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定，誤差可控制在