电控单体泵控制单元设计.docx

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电控单体泵控制单元设计

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//年3月绍日

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柴油机电控单体泵系统控制单元设计研究

摘任石3七

柴油机燃油喷射系统电控化是柴油机未来技术发展的必然趋势。

柴油机电控单体泵

具有喷油压力高、喷汕量和喷油定时柔性控制、喷油系统改造小等优点，在大功率柴油

机领域具有很强的应用前景。

因此，本文针对某型电控单体泵柴油机，开展了其控制单

元设计和研究工作，完成系统匹配目标，主要完成了以下工作内容。

在电控单体泵系统的结构和工作原理分析的基础上，提出了控制单元的硬件设计方

案，完成系统硬件设计工作。

其中，本文设计的升压电路不占用CPU资源，能够稳定

的输出SOV高压驱动电源，且纹波率小于5%;针对单体泵对驱动的要求，设计了高压

驱动80v，低压驱动24V的电磁阀双电源驱动电路，且工作性能稳定。

在系统硬件平台的基础上，完成了软件开发工作，其中，本文针对柴油机全工况优

化控制问题，提出了运行工况划分的技术措施，并确定了切换条件和控制策略:

详细分

析了喷射过程控制时序，完成六缸控制过程时序划分，对控制软件进行模块化编程;对

控制事件采用任务调度机制，实现CPU资源优化配置，提高了软件运行效率。

对系统喷射驱动模块进行试验验证，结果表明，本文所设计的控制单元喷射驱动模

块可使电磁阀驱动峰值电流在200哪内达到20A，高压维持电流1SA，低压维持电流SA，

升压电位压降5.2V，回复时间4ms，并能够完全按照所规定的喷射时序对电磁阀进行驱

动控制，且各项实验参数均符合设计要求。

关键词:

柴油机;电控单体泵;控制单元;喷射驱动

哈尔滨l_程人学硕十学位论文

Abstract

Theeleetronieeontrolofdieselfuelinjeetionsystem15thedeveloPmenttrendfordiesel

engineinthefoture.DieselEleetronieUnitPumP（EUP）enjoystheadvantagesofdigital

eontroloffoelehargeandilljeetionPulsewidthandalsoreliabilityinoPeration:

thushasa

strongvalueinthefieldofhigh一Powerdieselengine.ThisPaPereonduetstheresearehonthe

eontrolunitfortheelectronieunitPumPsystemsofeertaindieselengine.

ThisPaPer，onthebasisofanalyzingthestruetureandworkingPrineiPleofeleetronie

unitPurnPSystem，ProPosesthehardwaredesignfortheeontrolunitandeomPletesthe

hardwaredesignofthesystem.InPartieular，theboosteircuitdesignedinthisPaPerdoesnot

takeuPCPUresourees，andhasastableoutPutofSOVandriPPleratelessthans%.In

aeeordaneewiththerequirementforPumPdrive，thisPaPerdesignsstabledualPowerdrive

eircuitwhiehhasSOV/24Vashigh/lowvoltagedrivewithstableworkingPerformaneein

oPeratlolz.

OnthebasisofhardwarePlatform，thisPaPercomPletesthesoftwaredeveloPmentofthe

system.InParticular，thisPaPerdividestheoPeratingconditionsofthesysteminto4modes

andProPosesthetransformationeonditionsfordifferentworkeonditionsaswellastheeontrol

strategy;itallalyzesindetailtheinjectioneontrolProcesstimingorder，eomPletesby

six一eylindereontrolProeessandmodularizationProgra一nmingofeontrolsoftware;itemPloys

thesehedulingmeehanismfortheeontrolevents，aehievingtheoPtimizingoftheCPU

resoureesandirnProvingtheefficieneyofthesoftware.

Testing15carriedoutontheinjeetiondrivemoduleofthesystem.Thetestingresult

showsthattheeontrolunitinjeetiondrivemoduleeandrivethesolenoidvalvePeakeurrents

toZOAwithin200林s，withhigh一voltagemaintainingeurrentat1SAandlow一voltage

maintainingeurrentatSA:

theboostcireuithasaPotentialdroPof5.2Vand4msofrestoring

time:

itaehievesthedriveeontrolforthesolenoidvalveinaecordaneewiththePreseribed

injeetiontimingorder:

thetestParametersareinlinewiththedesignrequirements.

Keywords:

DieselEngine;EleetronicUnitPumP;EleetronieControlUnit;InjectionDrive

柴油机电控单体泵系统控制单元设计研究

第1章绪论.......................................................................................................................……1

1.1课题研究的背景和意义..…，................……，...............................................................……1

1.2电控喷油技术发展情况.............................................................................................……1

1.2.1位置控制式电控喷油系统.................................................................................……2

1.2.2时间控制的脉动式电控喷射系统..…，...............................................................……2

1.2.3共轨式电控喷射系统.........................................................................................……3

1.3柴油机电控单体泵系统研究现状.............................................................................……3

1.3.1国外研究现状.....................................................................................................……4

1.3.2国内研究现状...........……，甲............……，...……，，................……，……，..........……甲.甲...……5

1.4本论文工作的内容.....................................................................................................……6

第2章电控单体泵系统结构及控制单元设计方案.......................................................……7

电控单体泵系统结构及工作原理...............................……，......................................……7

1.1电控单元部分.....................................................................................................……7

1.2电控单体泵部分.................................................................................................……7

控制单元设计方案....................................................................................................……8

，乙今白

2.2.1控制一单元功能要求及技术指标.........................................................................……8

2.2.2控制单元整体设计方案...............……，...............................................................……9

2.3本章小结....................................................................................................................……9

第3章电控单体泵系统控制单元硬件电路设计...........................................................……10

3.1控制单元硬件电路设计分析及设计方案.............................................................……10

3.1.1硬件电路设计分析.........................................................................……‘...........……10

3.1.2硬件电路设计方案...........................................................................................……10

3.2微处理器及接口分配..............................................................................................……H

3.2.1中央控制单元...................................................................................................……11

3.2.2CPU端口分配.................................................……，..........……，.........................……12

3.3电源模块设计..........................................................................................................……12

3.4转速信号调理电路设计...........................................................................................……14

3.5驱动模块设计..........................................................................................................……14

3.4.1升压电路设计-............................................................................................……，……巧

3.4.2双电源驱动电路设计.......................................................................................……18

3.4.3选缸信号电路设计...........................................................................................……19

3.6CAN通讯电路设计.................................................................................................……21

2l，‘乙伪3.7硬件电路抗三卜扰性设训

3.8本章小结................……

第4章电控单体泵系统控制单元软件设计.................................................................……23

，J，44J内乙，︸勺‘7︸4.1系统控制软件功能分析及设计一方案

4.1.1控制软件功能分析..............……

4.1.2控制软件设计方案..............……

4.2控制软件总体控制流程.............……

哈尔滨_l_程人学硕十学位论文

4.3系统运行工况控制策略分析..................................................................................……25

4.3.1系统运行工况的划分.......................................................……，......................……，.25

4，3.2系统运行工况控制策略实现.........................................................................……26

4.4系统控制过程时序分析....................................................................……，...............……29

4.4.1六缸控制过程时序划分.……，...........................................................................……30

4.4.2一单缸控制过程时序分析...............................……，...……，...................................……30

4.5系统控制程序设计..........................……，......……，.，.、.……、、.....……，............……，.....……33

4.5.1控制程序初始化...........................................................................................……33

4.5.2控制事件任务调度...............................................................................……，.....……34

4.5.3转速信号处理与瞬时转速测量..................……，.............................……，.........……36

4.5.4凸轮轴、曲轴齿号标记...................................................................................……37

4.5.5月永谱查找过程................................................................................................……39

4.5.6PID算法与控制程序设计............................……，.............................................……39

4.5.7电磁阀底层驱动程序.....……，...........................................................................……40

4.6本章小结............……，...……，.............……，.................................................................……42

第5章电控单体泵系统控制单元测试试验..........……，................................................……43

5.1测试试验项目............................................................................................……，........……43

5.1.1转角脉冲信号处理...........................................................................................……43

5.1.2凸轮轴信号判缸试验.......................................................................................……43

5.1.3电磁阀底层喷射驱动控制试验....................................................……，............……43

5.2实验及测试结果分析..............................................................................................……44

5.2.1转速钡l量试验................................................……，............................................……44

5.2.2凸轮轴判缸试验...............................................................................................……45

5.2.3电磁阔驱动模块试验测试...............................................................................……46

5.3本章小结..................................................................................................................……51

结论.................................................................................................................................……52

1结论..............................................................................................................................……52

2未来工作展望.............................................................................................................……53

参考文献..............……，......................................................