燃气发动机电控系统的软硬件开发

论文摘要

随着近几年中国汽车保有量的不断增加，传统车用燃料的消耗量越来越大。一些气体代用燃料如天然气，液化石油气，掺氢天然气，焦炉煤气，氢气等被越来越多地运用到车用发动机中。燃气发动机电控系统开发的主要目标是使这些代用燃料在发动机中的应用效果达到最佳，使燃气发动机拥有良好的动力性、经济性以及排放特性。本论文工作以东风公司的EQD210N-20天然气发动机作为原型机开发燃气发动机控制系统，包括硬件系统的改进，控制算法的优化以及控制系统的标定。硬件系统改进主要包括主芯片电路设计，输入信号调理电路设计，执行器驱动电路设计，通讯电路设计，电源模块设计以及接插件设计等几个方面。重点工作是在原系统基础上对喷嘴模块进行升级改造，解决原喷嘴模块稳定性差，散热不良等缺点；设计宽域氧传感器控制模块，为实现稀燃空燃比闭环控制做好准备；设计CAN通讯电路，为基于CAN通讯协议的监控标定系统做准备；重新匹配电源模块，为系统提供稳定可靠的5V电压。控制算法主要包括底层运行参数的测量，上层运行工况的判断，工作参数的计算以及计算结果的执行等几个部分。鉴于不同工况下的控制算法有很大差异，因此按不同的运行工况将控制算法分为起动工况控制算法，怠速工况控制算法，稳态工况控制算法和瞬态工况控制算法，其中稳态工况控制算法又分为空燃比前馈控制算法和空燃比闭环反馈控制算法。控制系统的标定主要根据不同工况展开。针对起动工况，怠速工况和稳态工况进行了大量标定试验，对控制系统内部的各控制参数进行了初步标定。最后，在发动机台架上对开发的燃气发动机控制系统进行功能验证。结果显示控制系统在起动、怠速和稳态工况下均能稳定可靠运行，发动机动力性达到原机水平，经济性和排放特性良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 选题背景和意义
• 1.1.1 开发气体代用燃料发动机的必要性
• 1.1.2 气体代用燃料汽车的国内外应用概况
• 1.1.3 我国的能源多样化国情及燃气发动机电控系统开发的意义
• 1.2 国内外燃气发动机电控系统控制策略的分类
• 1.3 本文研究内容及论文结构
• 第2章 燃气发动机试验系统
• 2.1 原型发动机
• 2.2 测功机系统
• 2.2.1 电涡流测功机
• 2.2.2 测功机控制系统
• 2.3 试验用燃料系统
• 2.4 测量系统
• 2.4.1 缸压测量及采集
• 2.4.2 空气流量测量及空燃比测量
• 2.4.3 排放测量
• 2.4.4 数据采集
• 2.5 本章小结
• 第3章 燃气发动机电控系统硬件设计
• 3.1 总体设计要求
• 3.2 主芯片选型与设计
• 3.3 信号处理电路
• 3.3.1 转速信号处理
• 3.3.2 压力信号处理
• 3.3.3 温度信号处理
• 3.3.4 节气门信号处理
• 3.3.5 蓄电池电压信号处理
• 3.3.6 开关信号处理
• 3.4 执行器驱动设计
• 3.4.1 燃气喷嘴驱动设计
• 3.4.2 点火驱动设计
• 3.4.3 怠速旁通阀驱动设计
• 3.4.4 低端负载驱动设计
• 3.5 通讯电路设计
• 3.6 电源管理电路
• 3.7 宽域氧传感器控制器电路
• 3.7.1 宽域氧传感器选型
• 3.7.2 加热控制系统设计
• 3.7.3 数码显示模块硬件设计
• 3.7.4 泵电流控制及采集系统的硬件设计
• 3.8 接插件设计
• 3.9 PCB 板设计
• 3.10 本章小结
• 第4章 燃气发动机电控系统软件设计
• 4.1 电控系统软件总体结构
• 4.2 前台程序设计
• 4.2.1 传感器信号采集模块
• 4.2.2 曲轴位置及转速测量模块
• 4.2.3 喷油控制模块
• 4.2.4 点火控制模块
• 4.3 后台程序设计
• 4.3.1 起动工况控制策略
• 4.3.2 怠速工况控制策略
• 4.3.3 空燃比开环前馈工况控制策略
• 4.3.4 空燃比闭环反馈工况控制策略
• 4.3.5 瞬态工况控制策略
• 4.4 本章小结
• 第5章 燃气发动机电控系统标定
• 5.1 起动工况标定
• 5.2 怠速工况标定
• 5.3 空燃比开环前馈工况标定
• 5.4 空燃比闭环反馈工况标定
• 5.5 瞬态工况标定
• 5.6 本章小结
• 第6章 燃气发动机电控系统功能验证
• 6.1 起动工况验证
• 6.2 怠速工况验证
• 6.3 稳态全工况验证
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果