共軌式發(fā)動機控制單元(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)燃機燃燒技術(shù)也得到深入地研究和應(yīng)用。電控技術(shù)是實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)動機技術(shù)的重要組成部分。本文回顧了柴油機電控技術(shù)的發(fā)展趨勢以及電子設(shè)計自動化(EDA)技術(shù)的發(fā)展特征,并且針對共軌技術(shù)和新一代燃燒技術(shù)的特點及控制要求,采用全新的電子技術(shù)完成了一種全新構(gòu)架發(fā)動機控制單元(ECU)的開發(fā),并以研制成功的ECU為核心對新

2、開發(fā)的共軌燃油噴射系統(tǒng)進行了實驗優(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)架進行了ECU的開發(fā)和研制,該構(gòu)架可以實現(xiàn)時間任務(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和斜波補償電路等,簡化了升壓模塊的結(jié)構(gòu);同時,基于CPLD完成了對噴油器高、低壓驅(qū)動信號的邏輯合成,實現(xiàn)了對噴油器的高、低壓分時控制。相對于本課題組上一代天然氣ECU(專利號: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)速信號進行了瞬時轉(zhuǎn)速(角速度)算法設(shè)計,借助于瞬時計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,改進了系統(tǒng)時序控制的靈活度。其中基于內(nèi)外參考點法,解決了系統(tǒng)時序控制的穩(wěn)定性,進一步提高了定時精度。利用結(jié)構(gòu)體數(shù)組對噴射參數(shù)進行定義,僅一次中斷服務(wù),即可實現(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)計理論,對ECU進行了全方位的可靠性設(shè)計,開發(fā)了部分故障診斷單元,加強了ECU系統(tǒng)的可靠性。
　　 本文從軟件

5、工程學(xué)角度,基于嵌入式實時系統(tǒng)的生存周期模型,采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和實時系統(tǒng)并行設(shè)計方法(CODARTS)對ECU系統(tǒng)進行了軟件開發(fā),在確保ECU系統(tǒng)實時性的同時兼顧其可移植性和擴展性。提出以COBRA的對象標(biāo)準(zhǔn)進行系統(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,為了滿足燃油噴射系統(tǒng)開發(fā)的需要,構(gòu)建了人機交互平臺。
　　 以法國EFS電控燃油噴射系統(tǒng)測試平臺為基礎(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)定的實驗平臺。在此平臺上對ECU各功能模塊進行了驗證,對升壓模塊和噴油器驅(qū)動電路進行了優(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仿真軟件對升壓電路的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化。結(jié)果顯示,該升壓模塊的最大轉(zhuǎn)換效率可以到達90％以上,ECU的實驗表明,升壓電壓最大波動不超過10％,其恢復(fù)時間僅為1.3ms,滿足整機運行范圍燈ECU的需求。
　　 針對噴油器驅(qū)動通道存在的

7、不一致性問題,通過實驗重點研究了上電回路和放電回路對噴油器特性的影響,根據(jù)實驗分析結(jié)果,采用在各回路引入定值電阻的方案,弱化了各驅(qū)動通道阻抗的不一致性,該方案提高了噴油器驅(qū)動通道的一致性,中等油量(40mg～50mg)時各驅(qū)動通道的RSD(相對標(biāo)準(zhǔn)偏差)由優(yōu)化前的11.99％降低到優(yōu)化后的3.8％。最后通過實驗利用ECU對新開發(fā)的共軌燃油噴射系統(tǒng)進行特性研究,利用調(diào)試通過的電控燃油系統(tǒng)對珀金斯135Ti柴油機進行了改裝。實踐證明該ECU