共軌式發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)的研究.pdf

1、隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)峻和共軌技術(shù)的廣泛應(yīng)用,以“均質(zhì)壓燃、低溫燃燒”為基本特征的新一代內(nèi)燃機(jī)燃燒技術(shù)也得到深入地研究和應(yīng)用。電控技術(shù)是實(shí)施這些燃燒理論的有效途徑,是新一代清潔、高效、智能化發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的重要組成部分。本文回顧了柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)以及電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)的發(fā)展特征,并且針對(duì)共軌技術(shù)和新一代燃燒技術(shù)的特點(diǎn)及控制要求,采用全新的電子技術(shù)完成了一種全新構(gòu)架發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECU)的開(kāi)發(fā),并以研制成功的ECU為核心對(duì)新

2、開(kāi)發(fā)的共軌燃油噴射系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)優(yōu)化研究。
　　 新一代燃燒技術(shù)要求燃油噴射控制系統(tǒng)具備可靈活調(diào)制燃油噴射模式、精確控制噴油定時(shí)和油量等參量,這使得控制系統(tǒng)中涉及到大量數(shù)字邏輯電路的開(kāi)發(fā)。為此,本文以MCF5233微處理器和CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)為核心構(gòu)架進(jìn)行了ECU的開(kāi)發(fā)和研制,該構(gòu)架可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間任務(wù)、算法任務(wù)和數(shù)字邏輯任務(wù)的平行處理。為了提高噴油器電磁閥的響應(yīng)速率,基于CPLD創(chuàng)新性地提出了斬波數(shù)字調(diào)制式升壓模塊,其

3、替代了傳統(tǒng)升壓模塊中的PWM(脈寬調(diào)制)專用IC和斜波補(bǔ)償電路等,簡(jiǎn)化了升壓模塊的結(jié)構(gòu);同時(shí),基于CPLD完成了對(duì)噴油器高、低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)的邏輯合成,實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴油器的高、低壓分時(shí)控制。相對(duì)于本課題組上一代天然氣ECU(專利號(hào):02125326.9),該ECU更適合新一代燃燒技術(shù)和共軌技術(shù)發(fā)展的需要。
　　 本文基于MCF5233-eTPU模塊,利用轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行了瞬時(shí)轉(zhuǎn)速(角速度)算法設(shè)計(jì),借助于瞬時(shí)計(jì)算的角速度提高了壓力控制閥(P

4、CV)和噴油器控制的精度,改進(jìn)了系統(tǒng)時(shí)序控制的靈活度。其中基于內(nèi)外參考點(diǎn)法,解決了系統(tǒng)時(shí)序控制的穩(wěn)定性,進(jìn)一步提高了定時(shí)精度。利用結(jié)構(gòu)體數(shù)組對(duì)噴射參數(shù)進(jìn)行定義,僅一次中斷服務(wù),即可實(shí)現(xiàn)了多次噴射控制,提高了CPU的工作效率,借助eTPU的qom功能滿足了燃油控制系統(tǒng)不同噴射模式靈活調(diào)制和自由切換的要求。另外,依據(jù)可靠性設(shè)計(jì)理論,對(duì)ECU進(jìn)行了全方位的可靠性設(shè)計(jì),開(kāi)發(fā)了部分故障診斷單元,加強(qiáng)了ECU系統(tǒng)的可靠性。
　　 本文從軟件

5、工程學(xué)角度,基于嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)的生存周期模型,采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)方法(CODARTS)對(duì)ECU系統(tǒng)進(jìn)行了軟件開(kāi)發(fā),在確保ECU系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的同時(shí)兼顧其可移植性和擴(kuò)展性。提出以COBRA的對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)的面向?qū)ο笮枨蠓治?使面向?qū)ο蠹夹g(shù)和CODARTS方法具有很好的兼容性。同時(shí),為了滿足燃油噴射系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的需要,構(gòu)建了人機(jī)交互平臺(tái)。
　　 以法國(guó)EFS電控燃油噴射系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)為基礎(chǔ),以自行研發(fā)的ECU為核心,搭建了用

6、于共軌電控燃油系統(tǒng)標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在此平臺(tái)上對(duì)ECU各功能模塊進(jìn)行了驗(yàn)證,對(duì)升壓模塊和噴油器驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了優(yōu)化研究。鑒于升壓電路結(jié)構(gòu)參數(shù)多,以及ECU對(duì)升壓電壓的恢復(fù)響應(yīng)要求高等特征,基于Pspice仿真軟件對(duì)升壓電路的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果顯示,該升壓模塊的最大轉(zhuǎn)換效率可以到達(dá)90％以上,ECU的實(shí)驗(yàn)表明,升壓電壓最大波動(dòng)不超過(guò)10％,其恢復(fù)時(shí)間僅為1.3ms,滿足整機(jī)運(yùn)行范圍燈ECU的需求。
　　 針對(duì)噴油器驅(qū)動(dòng)通道存在的

7、不一致性問(wèn)題,通過(guò)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究了上電回路和放電回路對(duì)噴油器特性的影響,根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果,采用在各回路引入定值電阻的方案,弱化了各驅(qū)動(dòng)通道阻抗的不一致性,該方案提高了噴油器驅(qū)動(dòng)通道的一致性,中等油量(40mg～50mg)時(shí)各驅(qū)動(dòng)通道的RSD(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差)由優(yōu)化前的11.99％降低到優(yōu)化后的3.8％。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)利用ECU對(duì)新開(kāi)發(fā)的共軌燃油噴射系統(tǒng)進(jìn)行特性研究,利用調(diào)試通過(guò)的電控燃油系統(tǒng)對(duì)珀金斯135Ti柴油機(jī)進(jìn)行了改裝。實(shí)踐證明該ECU