電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)船舶柴油機(jī)噴油泵電控系統(tǒng)的研究

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　船舶柴油機(jī)噴油泵電控系統(tǒng)的研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　20世紀(jì)初，柴油機(jī)開始用于船舶運(yùn)輸行業(yè)。柴油機(jī)因?yàn)楦咝?、?jié)能的特點(diǎn)

3、使得船舶的柴油機(jī)化日趨明顯。因此，柴油機(jī)電控系統(tǒng)也成為當(dāng)前柴油機(jī)發(fā)展的重要方向。通過(guò)電控技術(shù)，使得柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性得到了有效的改善，并且降低了柴油機(jī)有害排放。就我們國(guó)家國(guó)情來(lái)言，在VE分配泵上實(shí)施位置式電控是一種有利的手段，因?yàn)槠鋵?duì)柴油機(jī)原供油系統(tǒng)改動(dòng)較少，開發(fā)周期也較短。同時(shí)符合國(guó)家對(duì)有害氣體的排放標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　本文以VP37電控分配泵為主要研究對(duì)象，在對(duì)VE分配泵供油系統(tǒng)的分析基礎(chǔ)上，提出

4、一個(gè)基本的設(shè)計(jì)方案，對(duì)噴油泵電控系統(tǒng)的功能擴(kuò)展、設(shè)計(jì)研究及其應(yīng)用算法等方面都進(jìn)行了討論。柴油機(jī)電控系統(tǒng)的研究關(guān)鍵在于對(duì)執(zhí)行結(jié)構(gòu)的控制研究。本文研究了柴油機(jī)噴油量執(zhí)行結(jié)構(gòu)及其供油定時(shí)控制機(jī)構(gòu)、相關(guān)傳感器等方面的設(shè)計(jì)方案、還有其控制電路分析。電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要部分是對(duì)電控系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)。本文首先是對(duì)電控系統(tǒng)硬件、軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，之后對(duì)硬件電路和軟件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)其提出相關(guān)的抗干擾措施。</p><p>　

5、　在這基礎(chǔ)上，為了讓柴油機(jī)電控系統(tǒng)的開發(fā)更加完善，本文提出了一個(gè)柴油機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)的概念。采取以CAN總線為基本平臺(tái)的分配泵電控系統(tǒng)，做到PC機(jī)與下位機(jī)之間的通訊，完成對(duì)柴油機(jī)電控系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測(cè)。此外，在做好系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還對(duì)柴油機(jī)油量執(zhí)行機(jī)構(gòu)、定時(shí)控制機(jī)構(gòu)等方面進(jìn)行有關(guān)的控制實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明:本系統(tǒng)可以完成噴油量執(zhí)行機(jī)構(gòu)的升程、回程控制，還可以通過(guò)對(duì)相應(yīng)位移傳感器的輸出信號(hào)處理，完成系統(tǒng)對(duì)滑套位置的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴油量相關(guān)機(jī)構(gòu)的閉環(huán)

6、控制。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)高速電磁閥的閉環(huán)控制，本文通過(guò)加大提前角檢測(cè)傳感器，來(lái)增強(qiáng)定時(shí)控制機(jī)構(gòu)，這樣做提高了燃油燃燒的效率，滿足國(guó)家對(duì)有害氣體的排放法規(guī)要求。最后，經(jīng)過(guò)對(duì)CAN總線串行通信，完成對(duì)電控系統(tǒng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對(duì)噴油泵系統(tǒng)的監(jiān)控，有效的改善了柴油機(jī)電控系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：VE分配泵，CAN總線，檢測(cè)，控制</p><p><b>　　Abstract

7、</b></p><p>　　Early 20th century, diesel engines for marine transportation industry began. Because of the diesel engine efficiency, energy saving the ship's diesel engine technology has become more

8、 evident. Therefore, the diesel engine electronic engine control system has become an important direction of development. Through the electronic control technology, making diesel power and economy has been effectively im

9、proved, and reduce the harmful emissions from diesel engines. Conditions come to our country made</p><p>　　In this paper, electric distribution pump VP37 as the research object, in the VE analysis of distrib

10、ution pump oil supply system is proposed based on a general design plan, on the fuel pump electronic control system design, algorithms and application extensions, and many are Were studied. Diesel Electronic Control Syst

11、em is the key to control of the implementing agencies. This paper studies the structure and location of the implementation of fuel sensors, fuel supply timing control institutions </p><p>　　On this basis, in

12、 order to develop the engine electronic control system more complete, this paper proposes the concept of Calibration System. In this paper, the CAN bus based platform for the distribution of the pump electronic control s

13、ystem, and lower computer and the communication between PC to complete the engine electronic control system parameters monitoring. On the basis of the system design, and implementation of its oil sector, timing control a

14、gencies corresponding control experiments, </p><p>　　Key words: VE distribution pump, CAN bus, detect, control</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b><

15、;/p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展1</p><p>　　1.2.1 柴油機(jī)電控技術(shù)的產(chǎn)生1</p><p>　　1.2.2 柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)技術(shù)分析2</p><p>　　1.2.3 柴油機(jī)共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)先進(jìn)性分

16、析3</p><p>　　1.3 本論文的研究意義及主要內(nèi)容3</p><p>　　第2章 電控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 電控燃油供給系統(tǒng)的原理4</p><p>　　2.1.1 電控式VE分配泵的結(jié)構(gòu)4</p><p>　　2.1.2 電控式VE分配泵的工作原理5</p>

17、<p>　　2.1.3 燃油系統(tǒng)的控制原理5</p><p>　　2.2 CAN總線6</p><p>　　2.2.1 CAN總線概述7</p><p>　　2.2.2 CAN總線通信協(xié)議7</p><p>　　2.2.3本系統(tǒng)CAN總線芯片的選用7</p><p>　　2.3電控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

18、8</p><p>　　第3章 電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 微處理器介紹10</p><p>　　3.2 輸入信號(hào)的電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.2.1數(shù)字輸入信號(hào)的電路設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.2.2模擬輸入信號(hào)的電路設(shè)計(jì)12</p><p>

19、　　3.3 輸出信號(hào)的電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.3.1噴油量控制13</p><p>　　3.3.2供油提前角控制13</p><p>　　3.3.3停油控制14</p><p>　　3.4 CAN總線連接設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.5 硬件抗干擾措施16</p><p

20、>　　第4章 電控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1.1任務(wù)的模塊化設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1.2中斷的解決機(jī)制17</p><p>　　4.2模塊的具體設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.3軟件抗干擾措施21</p>&l

21、t;p><b>　　總結(jié)22</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]23</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></

22、p><p>　　柴油機(jī)自運(yùn)用于船舶以來(lái)，就以其高效、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)而在船用動(dòng)力中占有相當(dāng)重要的地位，尤其是近幾年來(lái)，柴油機(jī)的應(yīng)用范圍有漸漸擴(kuò)大的形勢(shì)。其中的主要原因是，世界性能源危機(jī)及氣體污染的日益嚴(yán)重，人們對(duì)柴油機(jī)節(jié)能和排放有了更高的要求。與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)在節(jié)油和HC、CO排放方而都具備其明顯的優(yōu)勢(shì)。但是，柴油機(jī)也有許多明顯的缺點(diǎn)和不足之處，除了成本貴和價(jià)格高，比質(zhì)量大，噪聲和振動(dòng)大外，其有害氣體排放物NOx和微粒

23、的排放也明顯要比汽油機(jī)高，尤其是隨著近幾年來(lái)世界范圍內(nèi)對(duì)其排放法規(guī)漸漸嚴(yán)格，這個(gè)問題就顯得更加突出。柴油機(jī)的主要有害排放物CO，HC的排放量都比較少，一般可以不用刻意控制就能滿足當(dāng)前的法規(guī)要求，但柴油機(jī)目前最大的排放難題是對(duì)于NOx和微粒的問題。如何提高燃油經(jīng)濟(jì)性，減少NOx和微粒的排放，以滿足越來(lái)越嚴(yán)格的要求，已經(jīng)是目前以及未來(lái)柴油機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵。因此，開發(fā)新技術(shù)、新手段，深入解決柴油機(jī)排放問題，是近期柴油機(jī)領(lǐng)域的主要工作。</p

24、><p>　　1.2 柴油機(jī)電控技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　1.2.1 柴油機(jī)電控技術(shù)的產(chǎn)生</p><p>　　自1897年第一臺(tái)柴油機(jī)問世以來(lái)，在一百多年的發(fā)展過(guò)程中，柴油機(jī)技術(shù)主要?dú)v經(jīng)了三個(gè)階段：第一階段是在20世紀(jì)20年代末采用機(jī)械式噴油系統(tǒng)代替了最初的蓄壓式供油系統(tǒng)；第二階段是于20世紀(jì)50年代廣泛采用的增壓技術(shù)，使柴油機(jī)工作效率提高30％ 50％甚至更多

25、，在高原缺氧地區(qū)可以很大幅度提高柴油機(jī)動(dòng)力性和加速性等一些性能指標(biāo)，并且在改進(jìn)了中間冷卻技術(shù)后使得柴油機(jī)在熱帶地區(qū)有了很好的適應(yīng)能力；到了20世紀(jì)80年代，柴油機(jī)發(fā)展到第三階段，即微機(jī)電子控制技術(shù)高速發(fā)展，并逐漸使之成為柴油機(jī)電控技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。在第三階段的發(fā)展過(guò)程中，柴油機(jī)電控技術(shù)相對(duì)于汽油機(jī)電控技術(shù)而言，其成熟度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，但其發(fā)展趨勢(shì)已逐漸被人們所了解。</p><p>　　眾所周知，柴油機(jī)的主要特

26、點(diǎn)是扭矩大、功率高，這是汽油機(jī)無(wú)法比擬的。但是，柴油機(jī)對(duì)霧化質(zhì)量有著嚴(yán)格的要求，它是利用高壓噴油實(shí)現(xiàn)燃料的充分燃燒，使排放煙度符合排放標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　在柴油機(jī)中，高壓噴油的核心部件是電控燃油噴射系統(tǒng)，而傳統(tǒng)的機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)存在著很多缺陷和不足之處。柱塞式噴油泵是電控噴射系統(tǒng)的心臟，在其工作中采用的主要是柱塞脈動(dòng)式供油方式，但是同時(shí)這又使柴油噴射壓力受到了很大的限制；同時(shí)因?yàn)閲娪捅媒Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，在供油提

27、前裝置和機(jī)械式調(diào)速器的自主調(diào)節(jié)中難免會(huì)出現(xiàn)磨損和慣性沖擊等問題，使提前供油系統(tǒng)受到了限制，控油量的調(diào)節(jié)受到了影響、使柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性減少還有在排放煙度、噪聲和耐久性等方面都受到了影響。</p><p>　　微電子技術(shù)、電氣技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)的共同發(fā)展帶動(dòng)了柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的改革：從機(jī)械供油裝置逐步發(fā)展到了電控燃油噴射系統(tǒng)，之后又發(fā)展為柴油機(jī)電控技術(shù)。當(dāng)前柴油機(jī)電控技術(shù)，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，即數(shù)控電子調(diào)速器、

28、電控燃油噴射系統(tǒng)和電控渦輪增壓器技術(shù)。盡管種類繁多，但其組成都由四個(gè)部分組成，即各種傳感器、柴油機(jī)的相關(guān)零部件、執(zhí)行器以及電控單元(ECU，即Electronic Control Unit)和，四個(gè)部分共同構(gòu)成了柴油機(jī)的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。在柴油機(jī)工作中，反饋控制是電子控制技術(shù)的進(jìn)一步體現(xiàn)，它的核心就是電控燃油噴射系統(tǒng)，如圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1 柴油機(jī)電控系統(tǒng)示意圖</p>&l

29、t;p>　　1.2.2 柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)技術(shù)分析</p><p>　　柴油機(jī)的電控燃油噴射系統(tǒng)具有比機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)優(yōu)越的性能，因其工作原理、結(jié)構(gòu)型式和控制方式的不同，可分為三種產(chǎn)品。</p><p>　　1）機(jī)械式改進(jìn)型電控燃油系統(tǒng)</p><p>　　主要應(yīng)用于20世紀(jì)70年代，它的特點(diǎn)是不改變?cè)械臋C(jī)械式噴射系統(tǒng)和供油裝置；只是在供油和供油量調(diào)節(jié)

30、的結(jié)構(gòu)中，它采用電控單元(ECU)為核心的伺服系統(tǒng)取代原有的提前供油和分配泵或柱塞泵中的機(jī)械式調(diào)速器這兩種裝置的相關(guān)功能，完成了噴油定時(shí)、供油量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，所以這種燃油系統(tǒng)也被叫做位置式電控系統(tǒng)。</p><p>　　2）開發(fā)型電控燃油系統(tǒng)</p><p>　　盡管在供油方式上仍維持著以前的脈動(dòng)式柱塞泵油方式，但是不同之處在于其供油調(diào)節(jié)是由電控單元(ECU)控制的一個(gè)響應(yīng)電磁閥開閉時(shí)刻所決

31、定，因?yàn)槠浯蟠蠛?jiǎn)化了柴油機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，增大了噴射壓力和燃油量還有定時(shí)供油的調(diào)節(jié)的精度，使柴油機(jī)獲得比以前更好的性能。這種系統(tǒng)工作中比純機(jī)械式以及機(jī)械式改進(jìn)以后的電控燃油系統(tǒng)具有更多的有點(diǎn)，但同時(shí)仍然存在著許多缺點(diǎn)，如噴油壓力會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化，噴射系統(tǒng)的壓力不穩(wěn)定，影響之后的噴油控制；尤其是電磁閥的響應(yīng)速度快慢會(huì)直接影響到柴油機(jī)的噴油特性，在瞬間轉(zhuǎn)速變化很大或者轉(zhuǎn)速較快等情況下的影響更加嚴(yán)重。所以，對(duì)電磁閥的要求相當(dāng)嚴(yán)格，例如在內(nèi)

32、部高壓的保持、電壓波動(dòng)時(shí)修正、溢流通道的開閉面積、快速響應(yīng)等方面都有其相應(yīng)的要求。現(xiàn)在雖然已經(jīng)運(yùn)用小電磁閥配合液壓自動(dòng)閥兩級(jí)結(jié)構(gòu)同時(shí)作用，但仍然沒有滿足其使用要求，在電磁閥的改進(jìn)方面還必須有進(jìn)一步研究。</p><p>　　3）科學(xué)型電控燃油系統(tǒng)</p><p>　　這種電控系統(tǒng)主要有噴嘴系統(tǒng)以及高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是基本沒有了傳統(tǒng)的機(jī)械式系統(tǒng)的供油原理，運(yùn)用的

33、是壓力時(shí)間式燃油計(jì)量原理，所以也可叫做壓力控制式電控系統(tǒng)。因?yàn)樵诠ぷ鬟^(guò)程中，燃油泵不會(huì)直接產(chǎn)生高壓，而是通過(guò)向公共油道供油用來(lái)維持燃油泵所需要的共軌壓力，然后通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)它的共軌壓力再加上增壓活塞達(dá)到噴射高壓而實(shí)現(xiàn)定時(shí)定量噴油，該種電控燃油系統(tǒng)又可以叫做高壓共軌電控系統(tǒng)。</p><p>　　1.2.3 柴油機(jī)共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)先進(jìn)性分析</p><p>　　在工作過(guò)程中，柴油機(jī)共軌式

34、電控燃油噴射系統(tǒng)由于其增壓活塞面積比一定，共軌油路中控油壓力由電控中心控制，不受發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速影響；而其噴油量和噴油定時(shí)是由電磁閥的提升、下降時(shí)間來(lái)決定，因此可以實(shí)現(xiàn)油量開始定量控制、供給控制、噴油壓力控制以及噴油規(guī)律等作用。共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)在其共軌油道中供給高壓機(jī)油，在系統(tǒng)工作過(guò)程中，機(jī)油作為控制油，可以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)柴啟動(dòng)困難的問題；與此同時(shí)，機(jī)油的密封適應(yīng)性好，粘度高。但是，在系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)，因?yàn)闄C(jī)油壓力建立較慢，使系統(tǒng)冷啟動(dòng)比較困

35、難。此外，在每一個(gè)噴油過(guò)程中，控制閥都需要完成一個(gè)開關(guān)動(dòng)作，這就要求其對(duì)電磁閥的響應(yīng)時(shí)間要求精確更加高。當(dāng)選用柴油當(dāng)作控制油時(shí)，噴油定時(shí)由接通三通閥定時(shí)來(lái)控制，這就要求對(duì)三通閥的響應(yīng)時(shí)間快，要達(dá)到斷油速度很快，必須無(wú)論什么時(shí)候都要處在高壓工作的狀態(tài)，對(duì)它的強(qiáng)度要求很高，還有一個(gè)問題就是柴油的密封問題尚未根本解決。</p><p>　　1.3 本論文的研究意義及主要內(nèi)容</p><p>　　

36、柴油機(jī)的性能優(yōu)異，應(yīng)用范圍較廣，并且相對(duì)汽油機(jī)來(lái)說(shuō)有特有的優(yōu)勢(shì)，因此，大力發(fā)展柴油機(jī)已是當(dāng)前的一個(gè)趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)發(fā)展形勢(shì)也導(dǎo)致了必須盡快發(fā)展柴油機(jī)電控技術(shù)方面的研究要求。但是，由于電控燃油噴射系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜和困難，各種系統(tǒng)又同時(shí)擁有其優(yōu)點(diǎn)和不足，所以我們既要研究比較有發(fā)展前途的電控共軌系統(tǒng)，但同時(shí)也要考慮我國(guó)當(dāng)前國(guó)情和排放法規(guī)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家水平的現(xiàn)狀，快速開發(fā)研制使之擁有自己的電控柴油機(jī)產(chǎn)品。我國(guó)的第二代電控噴油系統(tǒng)雖然

37、比第一代具有更大的優(yōu)勢(shì)，但是其關(guān)鍵技術(shù)——高速電磁閥的制造研究技術(shù)難度大，尤其在我國(guó)相關(guān)水平和電子技術(shù)相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家落后的情況下，我們不能僅僅去依靠第二代控制系統(tǒng)，應(yīng)該做到從實(shí)際出發(fā)，一步一步去走研發(fā)之路，逐漸發(fā)展電控燃油噴射系統(tǒng)的研究，這樣才更加有利于開發(fā)自己的產(chǎn)品，逐步形成中國(guó)特色，在未來(lái)的世界市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中有自己的優(yōu)勢(shì)。所以，選擇對(duì)分配式噴油泵進(jìn)行了電控系統(tǒng)的開發(fā)符合我國(guó)當(dāng)前的需要。</p><p>　　本文即以

38、位置式電控分配泵VP37為研究平臺(tái)，對(duì)電控泵的電控單元控制方法、開發(fā)、控制理論、標(biāo)定系統(tǒng)開發(fā)等多方面都做了相關(guān)研究，進(jìn)行了基于CAN總線相關(guān)電控系統(tǒng)的研究。</p><p>　　(1)分配泵電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　通過(guò)對(duì)分配式噴油泵的傳感器、執(zhí)行器、控制單元進(jìn)行研究，構(gòu)建了基本的控制系統(tǒng)，對(duì)噴油量、噴油正時(shí)實(shí)施了閉環(huán)控制。在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要運(yùn)用抗干擾、CAN.總線通信、外部擴(kuò)展等

39、技術(shù)手段，保證了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。</p><p>　　(2)電控系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的設(shè)計(jì)</p><p>　　針對(duì)傳統(tǒng)控制器之間采用RS232等通信方式速度比較慢，設(shè)計(jì)了以CAN總線為橋梁發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，從而在 ECU與計(jì)算機(jī)之間建立了快速、暢通的信息通道，為進(jìn)一步利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和分析功能打下了基礎(chǔ)。</p><p>　　第2章 電控系統(tǒng)的總體

40、設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 電控燃油供給系統(tǒng)的原理</p><p>　　2.1.1 電控式VE分配泵的結(jié)構(gòu)</p><p>　　電控式VE分配泵的結(jié)構(gòu)形式如圖2.1所示，它主要是由輸油泵、高壓燃油分配裝置、油量驅(qū)動(dòng)裝置、停油裝置和噴油正時(shí)控制裝置等部分組成。與機(jī)械vE分配泵結(jié)構(gòu)相比較，電控vE分配泵用電控油量驅(qū)動(dòng)裝置取代了機(jī)械調(diào)速器，同時(shí)增加了噴油正時(shí)實(shí)時(shí)控制

41、裝置，并在該油泵上安裝了油泵轉(zhuǎn)速、提前角信號(hào)和燃油溫度等傳感器。這就解決了機(jī)械控制方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的油量精確調(diào)整，而且油量控制和噴油正時(shí)控制較精確，使得柴油機(jī)在各種工況下都能獲得最佳控制。</p><p>　　圖2.1電控分配裝置示意圖</p><p>　　1-控制套位置傳感器2-油量驅(qū)動(dòng)器3-停油裝置4-柱塞5-噴油正時(shí)控制裝置</p><p>　　6-控制套I-輸油

42、泵II-高壓燃油分配裝置III-油量驅(qū)動(dòng)裝置</p><p>　　IV-停油裝置V-噴油正時(shí)控制裝置</p><p>　　2.1.2 電控式VE分配泵的工作原理</p><p>　　(1)充油和供油過(guò)程</p><p>　　在充油階段，進(jìn)油槽與分配套上的進(jìn)油孔以及高壓腔相通，泵室內(nèi)的低壓油開始進(jìn)入高壓腔，并開始充滿柱塞各通路和空間。柱塞隨平面

43、凸輪旋轉(zhuǎn)并向前運(yùn)動(dòng)，柱塞進(jìn)油槽被關(guān)閉，充油結(jié)束。隨著柱塞繼續(xù)旋轉(zhuǎn)和向前運(yùn)動(dòng)，高壓腔內(nèi)的燃油產(chǎn)生高壓，同時(shí)柱塞上的分配槽與通油孔相通，高壓油經(jīng)通油孔被壓入泵頭上的油孔，克服出油閥彈簧的預(yù)緊力并頂開出油閥，流入高壓油管至噴油器。</p><p><b>　　(2)結(jié)束供油</b></p><p>　　當(dāng)柱塞向前運(yùn)動(dòng)到其上回油孔被油量控制套打開時(shí)，高壓油將從回油孔流向低壓室

44、，整個(gè)高壓系統(tǒng)迅速降壓。在出油閥彈簧力作用下，出油閥關(guān)閉，結(jié)束供油。</p><p>　　2.1.3 燃油系統(tǒng)的控制原理</p><p>　　燃油系統(tǒng)的控制原理如圖2.2所示，它主要由三大部分組成即傳感器、控制器 (electronic　diesel　control　EDC)和驅(qū)動(dòng)裝置。它們的功能是:傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及操作者意圖等信息并送達(dá)控制器，然后由控制器給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)下

45、達(dá)指令?；镜膫鞲衅饔?發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、控制套位移傳感器、噴油正時(shí)傳感器、油門踏板位置傳感器以及各種溫度傳感器等;控制器其核心部分是單片機(jī)，它負(fù)責(zé)處理所有數(shù)據(jù)、執(zhí)行程序并將運(yùn)行結(jié)果作為控制指令輸入到驅(qū)動(dòng)裝置;驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)控制器送達(dá)的執(zhí)行指令驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)噴油量及噴油正時(shí)的相應(yīng)機(jī)構(gòu)，從而調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，使其在最佳狀態(tài)下工作。</p><p>　　圖2.2 燃油控制系統(tǒng)原理圖</p><p>

46、;　　轉(zhuǎn)速傳感器、提前角傳感器采用霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器，輸出為頻率信號(hào)?；魻柺睫D(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、抗污染能力強(qiáng)、接口電路簡(jiǎn)單、溫度特性好，可以很好地滿足系統(tǒng)要求。</p><p>　　油門位置傳感器采用電位式角位移傳感器，輸出為頻率固定而占空比變化的脈沖信號(hào)，不同的油門位置對(duì)應(yīng)固定頻率下不同的占空比。油門傳感器輸出的頻率為500日z，，占空比系數(shù)調(diào)節(jié)范圍為5%一95%?；孜灰苽鞲衅魇菄娪土靠刂葡到y(tǒng)的反饋環(huán)

47、節(jié)，采用差動(dòng)變壓器式傳感器作為滑套位移傳感器，它具有工作可靠、壽命長(zhǎng)、抗震、抗污染性能好、結(jié)構(gòu)緊湊、便于安裝等特性。</p><p><b>　　(1)噴油量控制</b></p><p>　　由上述介紹的噴油泵工作原理可知，燃油在高壓腔內(nèi)受到柱塞的壓縮，并經(jīng)噴油器噴入燃燒室內(nèi)。當(dāng)高壓腔與泵內(nèi)低壓腔相通時(shí)，高壓腔油壓迅速下降，停止噴油，噴油開始至回油孔開啟的柱塞行程即對(duì)

48、應(yīng)其工況下的噴油量。電控VE分配泵采用控制套作為回油孔開啟的控制裝置，當(dāng)控制套位置變化時(shí)，回油孔與油泵內(nèi)腔相通的時(shí)間也隨之變化，這就可以調(diào)節(jié)噴油量的大小。在本系統(tǒng)中，油量驅(qū)動(dòng)裝置如圖2.3所示，由線圈驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)控制套，控制套位置由一非接觸式電感傳感器測(cè)定，將其作為反饋信號(hào)，從而能精確地控制該控制套的位置，較機(jī)械式VE分配泵能更精確地控制噴油量。</p><p>　　圖2.3 油量驅(qū)動(dòng)裝置示意圖</p>

49、<p>　　1－線圈驅(qū)動(dòng)器　2－電感傳感器　3－偏心軸　4－控制套</p><p><b>　　2.2 CAN總線</b></p><p>　　電控單元是電控分配泵式噴油系統(tǒng)的核心，決定著整個(gè)電控系統(tǒng)的功能。由于電控單元是基于以N總線設(shè)計(jì)的，即控制單元與ＰＣ機(jī)之間都是采用以N這一新型的數(shù)據(jù)通信協(xié)議來(lái)完成的，CAN現(xiàn)場(chǎng)總線在電控系統(tǒng)中起著重要的樞紐作用，在

50、介紹電控系統(tǒng)的之前，首先對(duì)CAN總線的特點(diǎn)以及本文中用到的以N控制器和收發(fā)器等做簡(jiǎn)要介紹。</p><p>　　2.2.1 CAN總線概述</p><p>　　自動(dòng)化領(lǐng)域，正在進(jìn)行著一場(chǎng)引人矚目的變革。它就是由傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)DCS(Distributed　Control　System)到新一代的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS(Field　bus　Control　System)的變革?，F(xiàn)場(chǎng)總線控

51、制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和控制技術(shù)發(fā)展到一定高度上的結(jié)合。它完全取代了傳統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)以及系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。它的出現(xiàn)是技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然結(jié)果，標(biāo)志著自動(dòng)化領(lǐng)域進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展空間?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的核心是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。在眾多的總線標(biāo)準(zhǔn)中，控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN (Controller　Area　Network)以其完善的功能而在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。今天，在歐洲幾乎每一輛新客車均裝配有CAN局

52、域網(wǎng)，同樣CAN也用于其它類型的交通工具，從火車到輪船，或者用于工業(yè)控制。CAN已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)最重要的總線之一，甚至領(lǐng)導(dǎo)著串行總線，1999年接近6千萬(wàn)個(gè)ＣＡＮ控制器投入應(yīng)用，2000年市場(chǎng)銷售超過(guò)1億個(gè)CAN器件。CAN之所以得到這么廣泛的重視和應(yīng)用，就在于它具有許多的明顯優(yōu)勢(shì)使人們樂于選擇。</p><p>　　CAN總線與其它通信網(wǎng)的明顯不同之處在于兩點(diǎn):一是采用通訊數(shù)據(jù)塊編碼，報(bào)文中不包含目標(biāo)地址，各

53、節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)需要來(lái)過(guò)濾報(bào)文，因此可以實(shí)現(xiàn)多主工作方式，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等多種傳輸方式;二是采用非破壞性基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁技術(shù)，強(qiáng)化了對(duì)數(shù)據(jù)的安全性考慮，可以滿足控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?此外，CAN總線還有傳輸速率高(可以高１MbPs/40m)、實(shí)時(shí)性好、經(jīng)濟(jì)、擴(kuò)展性高等諸多優(yōu)點(diǎn)。最大傳輸距離有10KM，但此時(shí)傳輸速度下降，只有５kbPs。</p><p>　　2.2.2 CAN總線通信協(xié)議&l

54、t;/p><p>　　CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。在CAN總線通信接口中集成了以N總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理。</p><p>　　在CAN總線上傳輸?shù)男盘?hào)使用差分電壓傳送，兩條信號(hào)線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”，“CAN_H”表示邏輯“0”，稱為顯性，“CAN_L”表示邏輯“1”，稱為隱性。CAN能夠使用多種物理介質(zhì)，例如雙絞線、光纖等，最常用的就是

55、雙絞線。</p><p>　　在CAN總線的報(bào)文傳輸中有以下四種不同的幀類型:</p><p>　　(l)數(shù)據(jù)幀:數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器。</p><p>　　(2)遠(yuǎn)程幀:總線單元發(fā)出遠(yuǎn)程幀，請(qǐng)求發(fā)送同一識(shí)別符的數(shù)據(jù)幀。</p><p>　　(3)錯(cuò)誤幀:任何單元檢測(cè)到總線錯(cuò)誤就發(fā)出錯(cuò)誤幀。</p><p>

56、　　(4)過(guò)載幀:過(guò)載幀用以在數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀之間提供一附加的延時(shí)。</p><p>　　CAN總線的報(bào)文是以每一幀的標(biāo)識(shí)符來(lái)區(qū)分的，標(biāo)準(zhǔn)CAN的標(biāo)志符長(zhǎng)度是11位，而擴(kuò)展格式CAN的標(biāo)志符長(zhǎng)度可達(dá)29位。CAN2.O A協(xié)議規(guī)定CAN控制器必須有一個(gè)11位的標(biāo)志符，同時(shí)在CAN2.OB版本中規(guī)定CAN控制器的標(biāo)志符長(zhǎng)度可以是11位或29位，遵循CAN2.OB協(xié)議的CAN控制器可以發(fā)送和接收11位標(biāo)識(shí)符的標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)

57、文或29位標(biāo)識(shí)符的擴(kuò)展格式報(bào)文。</p><p>　　2.2.3本系統(tǒng)CAN總線芯片的選用</p><p>　　CAN總線和總線上的各個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)在完整的通信協(xié)議下，一起構(gòu)成了CAN網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)完整的CAN節(jié)點(diǎn)應(yīng)該包括微控制器、CAN控制器和CAN收發(fā)器CAN，其中微控制器負(fù)責(zé)完成CAN控制器的初始化，進(jìn)行與CAN控制器的數(shù)據(jù)傳遞，并按照預(yù)定的程序進(jìn)行處理; CAN控制器主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)以CA

58、N報(bào)文的形式傳遞，并進(jìn)行系統(tǒng)的診斷、測(cè)試以及處理CAN總線上的錯(cuò)誤等; CAN收發(fā)器是CAN控制器和CAN總線之間的硬件接口。</p><p>　　CAN控制器目前的產(chǎn)品有很多，SJA1000是其中功能較強(qiáng)大、應(yīng)用較廣泛的一款，它是PHILIPS公司PCA82C200的替代產(chǎn)品，在完全兼容PCA82C200的基礎(chǔ)上，增加了一種新的工作模式peliCAN，并完全支持具有很多新特性的CAN 2.OB協(xié)議。在peliC

59、AN模式里CAN，除了完全支持所有的CAN2.OA定義的幀類型，SJA10OO還支持一些錯(cuò)誤分析功能，如支持系統(tǒng)診斷、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)優(yōu)化，而且加入了對(duì)一般CPU的支持和系統(tǒng)自身測(cè)試的功能。圖2.4為SJA1000的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及與微控制器、收發(fā)器的連接框圖。</p><p>　　圖2.4 SJA1000內(nèi)部結(jié)構(gòu)即連接框圖</p><p>　　本文電控系統(tǒng)中的CAN網(wǎng)絡(luò)采用了微控制器+獨(dú)立CAN

60、控制器+以N收發(fā)器這一組成形式，除了獨(dú)立CAN控制器選用SJA1000外，CAN收發(fā)器選用了INTEL公司的82C250，主要是基于該芯片外接電路較為成熟、工作穩(wěn)定、適于船舶。</p><p>　　2.3電控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　位置式電控燃油噴射系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)電磁鐵、高速電磁閥進(jìn)行電子控制，從而控制燃油噴射量、供油正時(shí)。ECU根據(jù)油門傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、油溫以及水溫傳感器

61、所傳來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)工況信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化計(jì)算得到油量和提一前角控制值，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)供油量和提前角。同時(shí)控制系統(tǒng)還需要具備通信接口，便同上位機(jī)進(jìn)行通訊。電控燃油噴射系統(tǒng)的硬件組成如圖2.5所示。</p><p>　　(1)數(shù)字量輸入模塊:主要是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、提前角信號(hào)處理電路。</p><p>　　(2)模擬量輸入模塊:主要是滑套位移、油門、油溫、水溫等模擬信號(hào)處理電路。</p>

62、<p>　　(3)功率驅(qū)動(dòng)模塊:主要是對(duì)旋轉(zhuǎn)電磁鐵、高速電磁閥的驅(qū)動(dòng)處理電路，完成油量和噴油正時(shí)的高速輸出，以及停油電磁閥的控制信號(hào)輸出等。</p><p>　　(4) CAN接口模塊:主要完成下位機(jī)與上位機(jī)之間的通訊功能。</p><p>　　圖2.5 電控系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　第3章 電控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p&

63、gt;　　3.1 微處理器介紹</p><p>　　本系統(tǒng)采用的是目前國(guó)內(nèi)外比較流行的Intel公司的MCS-96系列中80CL96KC芯片作為處理器。該芯片主要具有以下一些特點(diǎn)。</p><p>　　內(nèi)部存儲(chǔ)器的容量大。內(nèi)部EPROM/ROM為16K字節(jié)，RAM為488字節(jié)，其中232字節(jié)可直接作為通用寄存器，另外256字節(jié)也可以通過(guò)窗口映射方法作為通用寄存器使用。</p>

64、<p><b>　　共有3個(gè)PWM輸出</b></p><p>　　時(shí)鐘兩分頻，可采用16MHZ的晶振，運(yùn)行速度快。</p><p>　　具有高速輸入輸出口(HIS/HSO)，易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器除可采用10位轉(zhuǎn)換方式外還可以采用8位轉(zhuǎn)換方式，以加快轉(zhuǎn)換過(guò)程。</p><p>&

65、lt;b>　　具有豐富的中斷源。</b></p><p>　　80C196KC是Intel公司MCS一96系列微處理器中的一款增強(qiáng)型產(chǎn)品，是該系列中含功能電路較多的一種微處理器。在閉環(huán)控制器中、數(shù)字信號(hào)處理、發(fā)動(dòng)機(jī)控制中應(yīng)用廣泛。80C196KC速度快，RAM多，支持浮點(diǎn)運(yùn)算，采樣精度高，適合實(shí)時(shí)、高速的要求等一系列優(yōu)點(diǎn)，是本系統(tǒng)采用其作為電控系統(tǒng)的微處理器的主要原因。</p>&

66、lt;p>　　(1)輸入輸出端口分配</p><p>　　電控系統(tǒng)的輸入輸出主要有脈沖量的輸入、模擬量輸入、脈沖量調(diào)制波(PWM)的輸出，以及開關(guān)量的輸入輸出等。它們分別采用了系統(tǒng)的高速輸入和輸出口、普通雙向I/O口資源。另外80C196KC還提供了豐富的軟件定時(shí)器資源，充分利用能夠這些資源能更有效、準(zhǔn)確地管理控制器的整個(gè)過(guò)程，在該電控系統(tǒng)利用了軟件定時(shí)器嚴(yán)格控制了油量控制周期、提前角控制器周期。各輸入輸出

67、信號(hào)和定時(shí)器的具體硬件資源分配如表3-1所示。</p><p>　　表3-1 硬件資源分配</p><p><b>　　(2)中斷資源配置</b></p><p>　　中斷管理是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，準(zhǔn)確合理地分配中斷資源能極大地提高系統(tǒng)的工作。SOC196KC提供了豐富的中斷資源，對(duì)中斷的管理由中斷屏蔽寄存器INT--MASK和中斷懸掛寄存器INT

68、--PENDING完成。通過(guò)軟件設(shè)置中斷屏蔽寄存器來(lái)人為改變中斷優(yōu)先權(quán)，保證系統(tǒng)重要過(guò)程的響應(yīng)速度。表3-2列出了本電控單元的中斷資源配置，從表中可以看出一個(gè)中斷資源可能要響應(yīng)多個(gè)中斷信號(hào)，如油量執(zhí)行機(jī)構(gòu)及提前角執(zhí)行機(jī)構(gòu)的PWM輸出等，這就需要系統(tǒng)在進(jìn)行中斷處理時(shí)能夠識(shí)別中斷信號(hào)源。</p><p>　　表3-2 中斷資源分配</p><p><b>　　(3)存儲(chǔ)器配置<

69、/b></p><p>　　80C196KC有自帶內(nèi)部EPROM，但是考慮到系統(tǒng)容量，系統(tǒng)采用了外部擴(kuò)展的存儲(chǔ)器方式，采用一片27C128容量為16KX8bit作為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要是存放發(fā)動(dòng)機(jī)工作數(shù)據(jù)(MAP)及重要的控制器參數(shù)?？紤]到系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性及匹配不同型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，系統(tǒng)把這部分?jǐn)?shù)據(jù)獨(dú)立出來(lái)，沒有存放到程序存儲(chǔ)器中，而是存放到外部串行EEPROM(MAX25043)中，由于是EEP

70、ROM，系統(tǒng)可以通過(guò)開發(fā)平臺(tái)傳送數(shù)據(jù)后，電控單元直接改寫，并且斷電數(shù)據(jù)不丟失。但由于是串行讀寫的EEPROM，讀寫速度比較慢，尤其在控制過(guò)程中對(duì)MAP的讀寫操作時(shí)，速度不匹配，所以程序正式運(yùn)行時(shí)總是先把數(shù)據(jù)從EEPROM中移到內(nèi)部存儲(chǔ)器RAM的MAP數(shù)據(jù)區(qū)，這樣就保證了工作的速度。</p><p>　　3.2 輸入信號(hào)的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　進(jìn)行閉環(huán)控制的電控系統(tǒng)由執(zhí)行器及對(duì)其進(jìn)行

71、監(jiān)測(cè)的傳感器兩大部分構(gòu)成。油量控制的執(zhí)行器是旋轉(zhuǎn)電磁鐵，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)的傳感器為半差動(dòng)角度傳感器。半差動(dòng)角度傳感器將旋轉(zhuǎn)電磁鐵的位置傳回ECU，從而進(jìn)行供油量的閉環(huán)控制。計(jì)算機(jī)需要采集油門位置信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行基本MAP的查詢，同時(shí)需要冷卻水溫度信號(hào)、機(jī)油溫度信號(hào)、執(zhí)行器位置反饋信號(hào)進(jìn)行油量的調(diào)整和反饋控制。</p><p>　　3.2.1數(shù)字輸入信號(hào)的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　轉(zhuǎn)速信號(hào)與提

72、前角信號(hào)采集采用了霍爾傳感器，其輸出信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。信號(hào)經(jīng)濾波、整形后接入單片機(jī)高速輸入口。</p><p>　　圖3.1 轉(zhuǎn)速輸入處理電路</p><p>　　如圖3.1所示，LM339為運(yùn)算放大器，將正弦波整形至矩形脈沖；TLP521-1為光電禍合器，起抗干擾作用；4049集成反向器起到進(jìn)一步整形和平穩(wěn)信號(hào)的作用。</p><p>　　3.2.2模擬輸入信號(hào)的電

73、路設(shè)計(jì)</p><p>　　油門位置傳感器信號(hào)是模擬信號(hào)。信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器及濾波后，提高了輸入阻抗，消除了脈沖噪聲進(jìn)入單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換端口。</p><p>　　圖3.2 油門位置信號(hào)輸入電路</p><p>　　對(duì)于油溫的測(cè)量是使用了具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻傳感器，即電阻周圍油溫變化會(huì)影響到負(fù)溫度系數(shù)電阻值。其變化范圍是0.00k一2.O0k，其信號(hào)檢測(cè)電路如圖3.3

74、所示。</p><p>　　圖3.3 油溫處理電路</p><p>　　NTC1、NTC2分別對(duì)應(yīng)電阻兩端電壓的變化，經(jīng)過(guò)調(diào)理之后輸入到處理器中進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換。AD620輸出端接的兩個(gè)二極管主要起鉗位作用，保證80C196KC的輸入通道的電壓范圍在0-5V之間。其中測(cè)量水溫的傳感器們采用PT100，其信號(hào)處理電路可以和上述相同。</p><p>　　油量執(zhí)行器位置反饋

75、信號(hào)通過(guò)非接觸角度傳感器得到。該傳感器為半差動(dòng)環(huán)型角度傳感器。當(dāng)動(dòng)、靜測(cè)量環(huán)材料與激磁頻率一定時(shí)，電感線圈的阻抗將是動(dòng)靜測(cè)量環(huán)的轉(zhuǎn)過(guò)角度的單調(diào)函數(shù)。該半差動(dòng)環(huán)型角度傳感器的接口電路采用AO698芯片電路。</p><p>　　3.3 輸出信號(hào)的電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1噴油量控制</p><p>　　油量執(zhí)行機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)電磁鐵組成采用調(diào)節(jié)線圈工作電流來(lái)控

76、制執(zhí)行器位置，其輸入電流為0-5A。單片機(jī)控制信號(hào)PWM經(jīng)光禍及功率MOS管后，控制工作電流。</p><p>　　圖3.4 油量控制驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　電路中采用了可輸出大電流的IRF640MOS管，其功率消耗極小，轉(zhuǎn)換速度很快。電源用 +12V大功率的開關(guān)電源供電。二極管回路用于執(zhí)行器電感線圈釋放反向電流，既提高了響應(yīng)速度又防止了反向電壓損壞MOS管。因此，這里必須使用快速回

77、放二極管。并且在MOS管的源極加了一只大功率的電阻，防止電流過(guò)大，損壞線圈。此外還可以在將電阻一端的電壓引入控制中，當(dāng)電壓超過(guò)某一個(gè)值時(shí)，就可以通過(guò)開關(guān)信號(hào)關(guān)閉開關(guān)電源。</p><p>　　3.3.2供油提前角控制</p><p>　　供油提前角的控制同樣需要油門和轉(zhuǎn)速兩個(gè)工況判斷信號(hào)，從而進(jìn)行MAP的查詢。供油提前角是由高速電磁閥控制的，在某一周期內(nèi)完成“打開-保持泄油-關(guān)閉”的動(dòng)作。

78、驅(qū)動(dòng)器采用了MOTOROLA開發(fā)的螺線管驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)能力為0-4A，其特殊的內(nèi)部電路設(shè)計(jì)使得電磁閥以大電流驅(qū)動(dòng)打開，小電流保持，從而保證電磁閥的打開關(guān)閉時(shí)間。</p><p>　　圖3.5 提前角控制驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　如圖3.5所示，在電路中應(yīng)用TLP521作為光耦隔離，兩個(gè)三極管D882組成了大電流吸納電路，IRF640為功率MOS開關(guān)管，R6為采樣電阻，采樣電壓用作故障診斷

79、系統(tǒng)輸出電路的故障分析，以免電路受到損壞。</p><p><b>　　3.3.3停油控制</b></p><p>　　停油電磁閥電路為開關(guān)電路，采用MOS管控制繼電器的開閉，從而控制停油電磁閥。其電路圖如圖3.6所示</p><p>　　圖3.6 停油控制電路</p><p>　　3.4 CAN總線連接設(shè)計(jì)</p

80、><p>　　ECU通過(guò)SJA1000和82C250與CAN總線相連，其引腳連接如圖3.7所示，圖中的6N137是為了增強(qiáng)以N總線節(jié)點(diǎn)之間的抗干擾能力，而在控制器與收發(fā)器之間進(jìn)行的光藕電氣隔離。其中光藕的左右兩端電壓，采用了兩種不同的5V電源(用電源隔離模塊BO5O5S進(jìn)行隔離)，實(shí)現(xiàn)了電源的完全隔離。這樣的設(shè)計(jì)雖然略顯復(fù)雜，但是卻有效的提高了節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性。</p><p>　　圖3.

81、7 CAN通訊連接電路圖</p><p>　　在本電控系統(tǒng)中主要應(yīng)用了三種電源:功率輸出電源采用電壓為12V電源，可以直接輸入使用;各集成電路、ECU等芯片采用由電源經(jīng)電源轉(zhuǎn)化芯片轉(zhuǎn)變后的普通5V電源;光藕電源采用經(jīng)過(guò)芯片轉(zhuǎn)換的5VOC穩(wěn)定電源，與普通5V電源隔離，實(shí)現(xiàn)電源干擾隔離。因此電源電路設(shè)計(jì)實(shí)際上包括兩個(gè)部分。</p><p>　　(1)電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì):實(shí)現(xiàn)12V到5V的電源轉(zhuǎn)

82、換，為ECU、集成電路等芯片提供穩(wěn)定的5V工作電源，如圖3.8所示。</p><p>　　(2)5V電源隔離電路設(shè)計(jì):由電源隔離模塊B0505S完成，向光藕提供與5V電源相隔離的5VOC電源輸入，如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.8 電源轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　圖3.9 電源隔離電路</p><p>　　3.5 硬件抗干擾措施

83、</p><p>　　電控系統(tǒng)存在著各種各樣的電磁干擾。這些干擾的來(lái)源是多方面的，有來(lái)自空間的電磁場(chǎng)輻射，也有來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)本身產(chǎn)生的電磁噪聲，如起動(dòng)電機(jī)起動(dòng)脈沖對(duì)電控單元工作電源的干擾，旋轉(zhuǎn)電磁鐵和高速電磁閥頻繁開關(guān)對(duì)工作電源產(chǎn)生的高頻尖脈沖干擾等。一般來(lái)說(shuō)，電磁干擾主要分為內(nèi)部干擾和外部干擾。內(nèi)部干擾主要來(lái)自使用元件的熱噪聲和電磁禍合干擾;外部干擾主要來(lái)自電磁輻射引起的干擾。對(duì)于外部干擾主要采用屏蔽措施。如將EC

84、U整套裝置加金屬外罩屏蔽，導(dǎo)線采用屏蔽線措施，以減少空間電磁輻射。對(duì)于內(nèi)部干擾中的熱噪聲干擾的防護(hù)措施，主要是在選擇元件上仔細(xì)考慮。電磁禍合的干擾比較復(fù)雜，在防護(hù)過(guò)程中主要采取了以下一些措施。</p><p>　?、俨捎米枞轂V波削弱高頻干擾信號(hào);</p><p>　?、趯?duì)輸入的數(shù)字信號(hào)采取限幅、濾波、整形的手段，保證信號(hào)波形的滿足輸入要求;</p><p>　　③在

85、有大脈沖干擾信號(hào)的地方采用過(guò)壓保護(hù)電路，防止反向電壓過(guò)高燒毀電</p><p><b>　　路;</b></p><p>　?、茌敵鲭娐芳庸怆娕汉掀?，防止輸出電路中的干擾反饋回ECU中;</p><p>　?、荼M量采用差動(dòng)放大電路，提高電路抗干擾性能。</p><p>　　第4章 電控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p>

86、<p>　　軟件與硬件良好配合，才能構(gòu)成一個(gè)相對(duì)完整的電控系統(tǒng)。在電控系統(tǒng)的硬件確定后，電控系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的基本功能就相對(duì)確定。軟件相對(duì)于硬件來(lái)說(shuō)，更靈活，更多變，因此它的設(shè)計(jì)就顯得更柔韌，發(fā)揮的空間更大。好的軟件設(shè)計(jì)不僅可以提升整個(gè)電控系統(tǒng)的性能，而且還可以彌補(bǔ)電控系統(tǒng)硬件上的缺陷，如解決硬件所不能解決的抗干擾等難題。本章對(duì)Vp37電控系統(tǒng)的軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提出了軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中問題的解決辦法和具體的設(shè)計(jì)方法。</p&g

87、t;<p><b>　　4.1軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　電控單元軟件通常包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:實(shí)時(shí)輸入輸出模塊，各控制器的控制算法模塊(包括供油量控制器和供油提前角控制器)，工況計(jì)算判斷，通訊模塊等。以上各模塊在電控單元中相對(duì)獨(dú)立又互相滲透，實(shí)現(xiàn)了完整的電控單元控制任務(wù)。本系統(tǒng)有兩個(gè)閉環(huán)控制算法，即供油滑套位置閉環(huán)控制和供油提前角控制。</p>

88、<p>　　柴油機(jī)電控系統(tǒng)屬于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，需要單片機(jī)運(yùn)算和處理時(shí)間與被控過(guò)程需要的真實(shí)時(shí)間相適應(yīng)。單片機(jī)應(yīng)該及時(shí)地將檢測(cè)到的參數(shù)進(jìn)行變換加工，并輸出結(jié)果對(duì)目標(biāo)進(jìn)行控制。因?yàn)橛袑?shí)時(shí)性的要求，而且這種實(shí)時(shí)控制軟件有自己獨(dú)特的特點(diǎn)，因而在軟件設(shè)計(jì)中要考慮到系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求并結(jié)合控制系統(tǒng)自身特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。</p><p>　　4.1.1任務(wù)的模塊化設(shè)計(jì)</p><p>　　在確定了電

89、控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總體原則后，就到了對(duì)程序的具體設(shè)計(jì)步驟。首先，把電控系統(tǒng)的軟件任務(wù)按照功能進(jìn)行了模塊式的分類，所有的功能分成了五個(gè)模塊類別(1)高速輸入模塊(含轉(zhuǎn)速和提前角信號(hào)輸入);(2)高速輸出模塊(噴油定時(shí)和噴油量的輸出);(3)模擬信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換模塊;(4)主控制程序及工況管理模塊(控制起動(dòng)、怠速、正常運(yùn)行等);(5)通訊模塊(CAN總線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收)。根據(jù)多任務(wù)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，實(shí)時(shí)性要求高的模塊都要采用中斷方式，所以對(duì)

90、以N總線數(shù)據(jù)的接收采用外部中斷的工作方式;高速輸入、高速輸出和定時(shí)發(fā)送以N數(shù)據(jù)采用了內(nèi)部定時(shí)中斷工作方式;工況管理、A/D轉(zhuǎn)換、油量和供油正時(shí)等MAP查詢對(duì)時(shí)間的要求相對(duì)較弱，采用了調(diào)用子程序的辦法。</p><p>　　4.1.2中斷的解決機(jī)制</p><p>　　在80C196KC中，對(duì)中斷程序的處理方式有兩種，一是在中斷程序的入口，首先執(zhí)行PUSHF語(yǔ)句，即關(guān)閉其它的中斷響應(yīng)，任何其

91、它的中斷請(qǐng)求都做掛起處理，待執(zhí)行完此中斷程序后，執(zhí)行POPF語(yǔ)句，打開中斷，然后根據(jù)掛起的各個(gè)中斷的級(jí)別，依次執(zhí)行中斷程序。還有一種處理方式是，進(jìn)入一個(gè)中斷程序后，根據(jù)程序和系統(tǒng)的需要，打開想要在這個(gè)中斷程序間隙可以執(zhí)行的中斷，也就是打開另外一個(gè)中斷，以使得那個(gè)中斷的實(shí)時(shí)性得到更準(zhǔn)確的響應(yīng)時(shí)間，不作掛起處理。對(duì)于前一種處理方式，如果每個(gè)中斷程序都較短小，占用的ECU時(shí)間不多，即執(zhí)行此段程序時(shí)，不會(huì)有別的中斷請(qǐng)求出現(xiàn)，即使出現(xiàn)，短小的程序

92、也不會(huì)耽誤太多的ECU占用時(shí)間，待執(zhí)行完這個(gè)中斷后，再按照優(yōu)先級(jí)別高的處理程序，這樣的設(shè)計(jì)一般不會(huì)出現(xiàn)問題。但是當(dāng)中斷程序稍顯復(fù)雜，并且中斷很多，這樣的處理方式會(huì)隨著時(shí)間的積累產(chǎn)生中斷請(qǐng)求的堆積，對(duì)時(shí)間求較嚴(yán)格的事件在堆積后，實(shí)時(shí)性就會(huì)變差，而且在眾多的中斷請(qǐng)求中，還有可能發(fā)生某些中斷級(jí)別較低的中斷得不到及時(shí)響應(yīng)或永遠(yuǎn)得不到響應(yīng)的情況。后一種處理方式在一定程度上可以滿足實(shí)時(shí)性要求高的中斷事件得到最及時(shí)的響應(yīng)，適合具體的實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需&l

93、t;/p><p>　　中斷優(yōu)先級(jí)控制包括硬件控制的優(yōu)先級(jí)和軟件控制的優(yōu)先級(jí)。96單片機(jī)的8個(gè)硬件中斷源有自己的優(yōu)先級(jí)和中斷向量，要實(shí)現(xiàn)軟件控制的優(yōu)先級(jí)可以借助中斷屏蔽寄存器(INT--MASK)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該寄存器可以要求那些中斷可以得到CPU的響應(yīng)。比如說(shuō)，編制一個(gè)外部中斷服務(wù)程序，使它具有這樣的優(yōu)先級(jí):它的優(yōu)先級(jí)低于日SI數(shù)據(jù)有效時(shí)產(chǎn)生的中斷，而高于其他一切中斷源。當(dāng)外部中斷服務(wù)程序完了之后又恢復(fù)到原來(lái)的設(shè)置的中斷優(yōu)

94、先級(jí)。這樣就保證的實(shí)時(shí)性要求較高的中斷可以得到響應(yīng)而有不打斷原來(lái)的中斷優(yōu)先級(jí)。</p><p>　　4.2模塊的具體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1 主程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　主程序的流程圖如圖4.1所示。這里no是界定柴油機(jī)是否啟動(dòng)的結(jié)束轉(zhuǎn)速，即標(biāo)志柴油機(jī)啟

95、動(dòng)有一個(gè)最低的轉(zhuǎn)速，只有超過(guò)這個(gè)轉(zhuǎn)速之后才能認(rèn)定柴油機(jī)己經(jīng)啟動(dòng)了。在判斷柴油機(jī)啟動(dòng)之后，然后根據(jù)油門踏板的位置來(lái)決定柴油機(jī)是進(jìn)入正常運(yùn)行階段還是怠速運(yùn)行階段。這里的啟動(dòng)標(biāo)志以等于O作為已經(jīng)啟動(dòng)的標(biāo)志，油門位置等于0作為怠速運(yùn)行的標(biāo)志。因此，在主程序中主要解決的是程序的大體走向和控制的主要方法，并確定發(fā)動(dòng)機(jī)的工況識(shí)別方法，根據(jù)轉(zhuǎn)速和油門等參數(shù)，把控制程序引入相應(yīng)的控制區(qū)域。因此主程序是起導(dǎo)向、指揮的作用。從圖4一1中可以看到，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)所

96、處的不同狀態(tài)，將發(fā)動(dòng)機(jī)分成了起動(dòng)、怠速、正常運(yùn)行三種工作模式。</p><p>　　(l)起動(dòng)過(guò)程控制:檢測(cè)起動(dòng)開關(guān)信號(hào)為開時(shí)，即可判定為柴油機(jī)進(jìn)入起動(dòng)狀態(tài)。柴油機(jī)起動(dòng)成功的判定依據(jù)有兩條:①柴油機(jī)轉(zhuǎn)速是否大于起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;②柴油機(jī)是否處于加速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此，應(yīng)在起動(dòng)過(guò)程中不斷檢測(cè)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，以判定柴油機(jī)是否起動(dòng)成功。起動(dòng)成功后，若油門踏板位置在怠速，則油量隨轉(zhuǎn)速遞減向怠速過(guò)渡，進(jìn)入怠速子程序，否則進(jìn)入正常控制。&

97、lt;/p><p>　　(2)怠速控制:主循環(huán)檢測(cè)到油門踏板在怠速位置后，進(jìn)入怠速控制模塊。</p><p>　　(3)工作油量控制:供油量主要由油門踏板行程和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)確定。此外，還要根據(jù)環(huán)境條件和柴油機(jī)工作條件對(duì)油量進(jìn)行校正。</p><p>　　(4)噴油定時(shí)控制:全負(fù)荷噴油定時(shí)控制是根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)全負(fù)荷噴油定時(shí)脈譜(MAP)進(jìn)行查表插值，從而獲得全負(fù)荷噴油定

98、時(shí)的目標(biāo)值。部分負(fù)荷噴油定時(shí)脈譜是一張3維脈譜，其坐標(biāo)分別為噴油定時(shí)、油門踏板位置和轉(zhuǎn)速，且油門踏板位置和轉(zhuǎn)速均為等步長(zhǎng)劃分。</p><p>　　(5)限速控制:當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速大于標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)行限速控制，防止飛車。防止飛車是保證柴油機(jī)工作安全的重要方面，每一個(gè)控制循環(huán)都要判斷是否要進(jìn)行限速控制。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到極限轉(zhuǎn)速時(shí)，進(jìn)行停油控制。</p><p><b>　　2.通訊模塊設(shè)

99、計(jì)</b></p><p>　　通訊模塊主要是對(duì)CAN總線上的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)榻邮蘸桶l(fā)送的數(shù)據(jù)不同，所以只是在接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)符上作不同設(shè)置。當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，在CAN總線控制器SJAIOOO的濾波器經(jīng)過(guò)濾波，屬于自己的需要就通過(guò)濾波，然后作相應(yīng)的處理，不屬于自己的數(shù)據(jù)就丟失，退出中斷。</p><p>　　SJAI000初始化</p>&

100、lt;p>　　SJA1000初始化如圖4.3所示，在對(duì)SJAIO00進(jìn)行初始化時(shí)，應(yīng)該判斷S」A1000是否已復(fù)位，只有在復(fù)位模式下，寄存器IR(中斷寄存器)、ACR(驗(yàn)收碼寄存器)、AMR(驗(yàn)收屏蔽寄存器)、BTRO(總線定時(shí)器0)、BTRI(總線定時(shí)器1)、OCR(輸出控制寄存器)才可讀可寫，設(shè)定初時(shí)值，在工作模式下進(jìn)行設(shè)定沒有意義。</p><p>　　從以N總線上接收數(shù)據(jù)，或者向以N總線上發(fā)送數(shù)據(jù)都

101、必須首先載入勻A1000的存儲(chǔ)區(qū)，這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)稱為“接收緩沖區(qū)”或者“發(fā)送緩沖區(qū)”，是由RAM單元組成的隨機(jī)存儲(chǔ)器，對(duì)于主控制器來(lái)說(shuō)，就好象訪問外部寄存器器件。因此通過(guò)/WR、/RO的信號(hào)來(lái)控制訪問RAM單元。通過(guò)設(shè)置時(shí)鐘分頻寄存器來(lái)設(shè)置工作模式為Basic模式或者PELICAN模式。配置驗(yàn)收碼寄存器與驗(yàn)收屏蔽寄存器來(lái)設(shè)置接受的標(biāo)識(shí)符號(hào)，配置總線定時(shí)器來(lái)設(shè)置采樣速度等，配置輸出控制寄存器來(lái)設(shè)置輸出的工作方式。</p><

102、;p><b>　　CAN數(shù)據(jù)發(fā)送</b></p><p>　　CAN接點(diǎn)能向總線發(fā)送報(bào)文的條件是總線處于空閑狀態(tài)。當(dāng)準(zhǔn)備發(fā)送的接點(diǎn)檢測(cè)到CAN總線上連續(xù)有5個(gè)以上的“隱性電平”，說(shuō)明總線此時(shí)處于空閑狀態(tài)，就向總線發(fā)送信號(hào)。倘若此時(shí)沒有其他接點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么此接點(diǎn)就掌握了總線控制權(quán)，直至該報(bào)文發(fā)送完之前，總線都處于“忙”狀態(tài)，其他接點(diǎn)都無(wú)法贏得總線控制權(quán)。倘若出現(xiàn)兩個(gè)以上的接點(diǎn)同時(shí)向總線

103、發(fā)幀起始位，那么就通過(guò)仲裁域(標(biāo)識(shí)符)、RTR來(lái)判斷誰(shuí)有總線控制權(quán)。RTR位在數(shù)據(jù)幀中為“顯性”位，在遠(yuǎn)程幀中為“隱性”位。根據(jù)總線上的“線與”機(jī)制可知，顯性電平占主導(dǎo)地位。其流程圖見4.2所示</p><p>　　圖4.2 CAN控制器SJA1000初始化流程圖</p><p>　　4.3軟件抗干擾措施</p><p>　　在軟件上主要針對(duì)真?zhèn)涡畔⒌淖R(shí)別，排除干擾

104、。ECU對(duì)重要信號(hào)要進(jìn)行軟件濾波。所謂軟件濾波是指，利用程序設(shè)計(jì)將電路中的脈沖干擾去除。轉(zhuǎn)速信號(hào)對(duì)于電控單元來(lái)說(shuō)非常重要，若輸入電路中存在較大脈沖千擾未去除，將會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致ECU執(zhí)行停車指令。因此對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)必須加軟件抗干擾措施。數(shù)字信號(hào)軟件抗干擾措施一般采用的方法是算術(shù)平均值法:采樣電路連續(xù)采樣若干次，去掉最大最小值，對(duì)余下的采樣值取平均值。若連續(xù)兩次計(jì)算結(jié)果相差超過(guò)某一設(shè)定值，即認(rèn)為是干擾。</p>

105、<p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　文在對(duì)VE分配泵供油系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，提出了位置式電控燃油噴射系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其軟硬件開發(fā)展開了一系列的研究。</p><p>　　1.在對(duì)分配泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)了解的基礎(chǔ)上，提出了電控管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　2.針對(duì)分配泵上信號(hào)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了信號(hào)采集電路、執(zhí)

106、行器控制電路。</p><p>　　3.以CAN總線為橋梁搭建了新型的發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的信息平臺(tái)，這種基于現(xiàn)場(chǎng)總線的開發(fā)環(huán)境突破了傳統(tǒng)控制器之間RSZ犯等通信方式速度慢、可靠性差等局限，在ECU與計(jì)算機(jī)之間建立了快速、暢通的信息通道，為進(jìn)一步利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和分析功能打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也使得開發(fā)環(huán)境的功能擴(kuò)展變得簡(jiǎn)單化。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]</b&