高压共轨柴油机正时同步及喷油控制策略研究

论文摘要

为了精确控制燃油喷射、实现节能减排的目标、优化发动机整体性能,提高共轨系统运行稳定性,以国家863项目“新一代轿车用节能环保高效内燃机研发”为依托,在消化和吸收国内外大量文献资料的基础上,对高压共轨柴油机电控喷射系统中的正时同步控制和喷油控制策略进行了系统深入研究,制定了相关的控制策略,给出了相关的控制方法,并在以MPC5634为核心的嵌入式系统平台上予以实现。根据曲轴、凸轮轴信号的特点,详细给出了一种基于信号编码的正时同步控制方法,该方法分为三个步骤：（1）采用窗口技术和ABa梯度法对曲轴、凸轮轴信号进行检测；（2）根据曲轴、凸轮轴信号特征及对应关系形成控制编码表；（3）采用模式匹配的方法完成发动机的正时同步。在正时同步的基础上建立了基于曲轴信号的喷射控制时序,给出了基于脉谱图和环境修正量的喷油量和喷油提前角的计算方法及基于6次喷射的喷射协调控制模型。为了提高系统的实时性和可靠性,在软件开发中引入了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ,并根据OSEK/VDX规范对其内核做了相关修改。详细分析了控制软件的各个功能模块,采用分层设计思想和模块化设计方法,完成了基于MPC5634芯片eTPU模块的喷射控制软件的设计。最后在发动机台架上进行多次试验,正时同步可以在曲轴转角360°内完成,能够在各个工况下实现正确喷油,并制定了相关的喷油控制脉谱图,对喷油控制策略进行测试,达到了精确控制喷油量和喷油提前角的目标。试验结果表明：设计的控制策略和控制软件能够实现精确的喷油控制,达到了预期的目标,为开发具有自主知识产权的柴油机高压共轨控制系统打下了良好的基础,具有较高的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 柴油机电控技术的发展
• 1.2 高压共轨燃油喷射系统概述及研究现状
• 1.2.1 高压共轨燃油喷射系统组成及特点
• 1.2.2 正时同步控制原理
• 1.2.3 国外研究现状
• 1.2.4 国内研究现状
• 1.3 课题研究的背景及意义
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 正时同步控制策略研究
• 2.1 传感器信号采集
• 2.1.1 曲轴位置传感器和凸轮轴相位传感器
• 2.1.2 传感器状态检测
• 2.2 正时同步控制策略
• 2.2.1 信号检测
• 2.2.2 信号编码
• 2.2.3 正常情况下正时同步控制策略
• 2.2.4 曲轴信号正时同步控制策略
• 2.2.5 凸轮轴信号正时同步控制策略
• 2.2.6 正时同步流程设计
• 2.3 发动机转速计算
• 2.3.1 转速计算方法
• 2.3.2 根据曲轴信号的转速计算
• 2.3.3 根据凸轮轴信号的转速计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 燃油喷射控制策略研究
• 3.1 喷油率控制及多次喷射实现
• 3.2 喷油量计算
• 3.2.1 总喷油量计算
• 3.2.2 预喷油量计算
• 3.2.3 主喷油量计算
• 3.2.4 后喷油量计算
• 3.2.5 喷油脉宽计算
• 3.3 喷油提前角计算
• 3.3.1 预喷提前角计算
• 3.3.2 主喷提前角计算
• 3.3.3 后喷提前角计算
• 3.4 喷射控制时序
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于OSEK/VDX规范的μC/OS-Ⅱ内核研究
• 4.1 OSEK/VDX规范
• 4.1.1 OSEK/VDX规范概述
• 4.1.2 OSEK OS体系结构
• 4.1.3 任务管理与调度
• 4.1.4 事件机制
• 4.1.5 资源管理
• 4.1.6 中断机制
• 4.1.7 报警机制
• 4.2 μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统
• 4.2.1 嵌入式实时操作系统的必要性
• 4.2.2 任务管理与调度
• 4.2.3 任务的同步与通信
• 4.2.4 中断和时钟
• 4.3 基于OSEK/VDX规范的μC/OS-Ⅱ内核的修改
• 4.3.1 任务管理与调度
• 4.3.2 资源管理
• 4.3.3 中断管理
• 4.3.4 报警机制
• 4.4 μC/OS-Ⅱ在MPC5634上的移植
• 4.4.1 μC/OS-Ⅱ的文件结构
• 4.4.2 移植实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 高压共轨燃油喷射控制软件的设计与实现
• 5.1 软件概述
• 5.1.1 软件功能分析
• 5.1.2 设计思想与设计方法
• 5.1.3 微控制器MPC5634概述
• 5.1.4 eTPU结构及特点
• 5.2 基于μC/OS-Ⅱ的上层软件设计
• 5.2.1 控制软件总体设计
• 5.2.2 主要功能模块设计
• 5.3 基于eTPU的底层模块设计
• 5.3.1 eTPU的开发流程
• 5.3.2 eTPU的接口函数设计
• 5.3.3 通道功能设计
• 5.4 软件抗干扰设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 试验验证及结果分析
• 6.1 模拟试验
• 6.1.1 模拟试验原理
• 6.1.2 试验结果及分析
• 6.2 喷油泵试验
• 6.2.1 喷油泵试验环境与设备
• 6.2.2 试验结果及分析
• 6.3 台架试验
• 6.3.1 台架试验环境与设备
• 6.3.2 试验结果及分析
• 6.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢