柴油機(jī)噴油泵電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、柴油機(jī)燃油噴射控制系統(tǒng)摘要柴油機(jī)因其高效、經(jīng)濟(jì)、可靠而在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。電控燃油噴射是柴油機(jī)領(lǐng)域的重要研究方向之一。將電子控制技術(shù)引入柴油機(jī)，不僅可以大大改善柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，而且可以降低其排放和污染。柴油機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)只要是由高壓噴油泵、噴油器高壓油管連接噴油泵和噴油器組成。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保法規(guī)的加強(qiáng)，對(duì)汽車排放的要求相對(duì)提高，尤其是對(duì)柴油機(jī)的排放要求更加嚴(yán)格，所以噴射系統(tǒng)必須能夠保證柴油機(jī)的燃燒，以保證柴油機(jī)具有足夠的動(dòng)力和運(yùn)輸?shù)目煽啃?。所以，?duì)燃油噴射系統(tǒng)有很高的要求，要改變柴油機(jī)的控制方式和精確控制。排放更加清潔，降低柴油機(jī)工作時(shí)的粗暴噪音，提高車輛的經(jīng)濟(jì)性和舒適性。執(zhí)行

2、機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)電子控制技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)。本文對(duì)控制機(jī)構(gòu)和傳感器進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，并對(duì)控制策略進(jìn)行了研究。作為柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的核心。詳細(xì)說(shuō)明了ECU硬件和軟件設(shè)計(jì)的全過(guò)程，并在系統(tǒng)抗干擾性能方面采取了必要的軟硬件措施。此外，為了標(biāo)定柴油機(jī)的參數(shù)，設(shè)計(jì)了基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的VE分配泵電控單元。采用簡(jiǎn)單實(shí)用的電控單元設(shè)計(jì)，通過(guò)CAN現(xiàn)場(chǎng)總線通信，使下位機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行通信，并對(duì)電控單元的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。摘要:闡述了單片機(jī)在柴油機(jī)噴油泵(BOSCH泵)控制中的應(yīng)用，主要是實(shí)現(xiàn)噴油泵齒條位置的精確控制，從而實(shí)現(xiàn)噴油量的精確控制，改善燃油噴射系統(tǒng)和保護(hù)環(huán)境的目的。該系統(tǒng)采用較為熟悉的89C51單片機(jī)作為控制核

3、心，電感式傳感器作為反饋和信號(hào)采集，采用光耦驅(qū)動(dòng)電路使輸入和輸出相互隔離，從而使電路的抗干擾能力加強(qiáng)。采用PID控制算法的控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、魯棒性強(qiáng)。關(guān)鍵詞:柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；微控制器；燃料噴射泵；操縱系統(tǒng)目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _RefHeading_Toc23979 第一章 緒論1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc7875 1.1 論文選題背景與研究1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc7667 1.2 柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)的發(fā)展動(dòng)態(tài)1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc14629 1.3 國(guó)外電控燃油系統(tǒng)

4、的發(fā)展現(xiàn)狀2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc15547 1.4 論文研究的主要容6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc5155 第二章 方案論證7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc607 2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc18822 2.2 系統(tǒng)方案論證7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc12531 2.2.1 單片機(jī)的選擇論證7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc11444 2.2.2 傳感器選擇論證9 HYPERLINK l _RefHea

5、ding_Toc10565 第三章 硬件電路設(shè)計(jì)12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc4672 3.1 控制系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc28852 3.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc10460 3.2.1 復(fù)位電路14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc26313 3.2.2 振蕩電路15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc5891 3.3 位置式傳感器的工作特點(diǎn)16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc12486 3

6、.4 傳感器檢測(cè)電路設(shè)計(jì)17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc27351 3.5 傳感器激勵(lì)電路設(shè)計(jì)19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc21126 3.6 AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc5636 3.7 位移執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc26456 3.8 CAN總線模塊設(shè)計(jì)21 HYPERLINK l _RefHeading_Toc15785 3.9 電源模塊設(shè)計(jì)22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc17086 第四章 系統(tǒng)流程圖與

7、軟件設(shè)計(jì)23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc9877 4.1 系統(tǒng)流程圖23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc16449 4.2 CAN總線控制流程圖25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc2135 4.3 PID控制系統(tǒng)25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc691 4.3.1 PID控制框圖設(shè)計(jì)26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc9720 4.3.2 齒條位移閉環(huán)增量式PID控制26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc9868 4.3.3 PID流程圖28 HY

8、PERLINK l _RefHeading_Toc16726 4.3.4 PID控制參數(shù)整定28 HYPERLINK l _RefHeading_Toc18516 總 結(jié)30 HYPERLINK l _RefHeading_Toc26229 致 31 HYPERLINK l _RefHeading_Toc1844 參 考 文 獻(xiàn)32第一章導(dǎo)言1.1論文選題的背景和研究自柴油機(jī)問(wèn)世以來(lái)，由于其高效節(jié)能的特點(diǎn)，在車輛動(dòng)力方面發(fā)揮了非常重要的作用。尤其是近年來(lái)，柴油機(jī)的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。這主要是因?yàn)?，隨著世界性的能源危機(jī)和日益嚴(yán)重的汽車污染，人們對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)能和排放提出了更高的要求。與汽油機(jī)相比，柴

9、油機(jī)在節(jié)油和HC、CO和CO排放方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家。中重型卡車已全部采用柴油機(jī)，近年來(lái)，其在輕型車和轎車上的應(yīng)用也在逐年增加。1988年，歐洲柴油車銷量占汽車總銷量的15%。到1998年，這一比例上升到了25%。2003年，這一比例超過(guò)了32%。專家預(yù)測(cè)2007年將超過(guò)50%。因此，越來(lái)越清楚的是，未來(lái)汽車的發(fā)展將是柴油1。隨著國(guó)家環(huán)保管控的加強(qiáng)，對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣排放的要求也相對(duì)提高，尤其是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，必須達(dá)到歐III排放標(biāo)準(zhǔn)才能銷售。如果柴油機(jī)符合歐III排放標(biāo)準(zhǔn)，就必須改進(jìn)柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)。2003年，依維柯汽車有限公司與博世公司合作，引進(jìn)柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)

10、，在原SOFIM8140.43發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，降低了顆粒物等有害物質(zhì)的排放，達(dá)到歐III排放標(biāo)準(zhǔn)2。隨著電控噴油器共軌發(fā)動(dòng)機(jī)的推出，該表展示了柴油機(jī)的控制方式，實(shí)現(xiàn)了精確控制，使排放更加清潔，降低了柴油機(jī)工作粗暴帶來(lái)的噪音，提高了車輛的經(jīng)濟(jì)性和舒適性。1.2柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)國(guó)外對(duì)柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的研究始于20世紀(jì)70年代。1967年，德國(guó)博世公司開(kāi)始批量生產(chǎn)進(jìn)氣管控制絕對(duì)空燃比的DJetronic模擬電控汽油噴射系統(tǒng)，并裝備在大眾公司生產(chǎn)的VW-21600轎車上，開(kāi)創(chuàng)了汽油噴射系統(tǒng)電控化的新時(shí)代。短短20年，汽油機(jī)的電控技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。柴油機(jī)電子控制的研究比

11、汽油機(jī)晚20年，但汽油機(jī)電子控制技術(shù)促進(jìn)了柴油機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，柴油機(jī)電子控制技術(shù)發(fā)展迅速。目前，各種形式的電控柴油噴射系統(tǒng)已經(jīng)在車輛上使用，成熟的電控燃油噴射產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)外的車用柴油機(jī)。僅1993年，德國(guó)博世公司的電控分配泵和電控直列泵的數(shù)量已經(jīng)超過(guò)25萬(wàn)臺(tái)，美國(guó)底特律柴油機(jī)公司的DDEC電控泵的噴嘴系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到10萬(wàn)臺(tái)以上，日本Zexel公司的可變預(yù)行程TICS已經(jīng)達(dá)到2萬(wàn)臺(tái)以上，其中大部分都是電控的。到目前為止，柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)已經(jīng)推出了三代產(chǎn)品，分別是位置控制型、時(shí)間控制型和壓力時(shí)間型。第一代位置控制式電控燃油噴射系統(tǒng)在不改變傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的

12、基礎(chǔ)上，用電子調(diào)速器代替原來(lái)的機(jī)械調(diào)速器來(lái)控制齒條或滑套的位置，從而調(diào)節(jié)燃油量，用電子液壓提前器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械或液壓提前器來(lái)控制噴油正時(shí)，提高控制精度和響應(yīng)速度。是電控柴油機(jī)開(kāi)發(fā)的早期產(chǎn)品。位置電控系統(tǒng)不需要改變柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)繼承性好，便于現(xiàn)有車型的技術(shù)改造，在分配泵和直列泵中都可以實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是采用模擬量進(jìn)行控制，頻率響應(yīng)慢，控制自由度小，精度差，噴射速度和壓力難以控制，不能改變傳統(tǒng)噴射系統(tǒng)固有的噴射特性3。典型的位置電子控制燃油噴射系統(tǒng)包括ECD。日本電裝公司的V1電控分配泵，德國(guó)BOSCH公司的RP39、RP43電控直列式噴油泵和VP37電控分配泵，日本小松公司的KP21電控直列式噴油

13、泵，英國(guó)Lucas公司的EPIC電控分配泵，美國(guó)Stanadyne公司的PCF電控分配泵等。第二代時(shí)控電控燃油噴射系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的燃油噴射機(jī)構(gòu)，采用高速?gòu)?qiáng)力電磁閥直接控制高壓燃油的通斷。高速電磁閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間決定了噴油量和噴油時(shí)間。時(shí)控電控系統(tǒng)采用數(shù)字量控制，具有一定的噴油率控制能力。但是仍然采用脈沖高壓供油的原理，所以噴射壓力很難控制。同時(shí)要求高速電磁閥具有良好的響應(yīng)性和可靠性，制造難度大。在傳統(tǒng)的機(jī)械分配泵、單體泵和泵噴嘴的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制系統(tǒng)。典型的電控燃油噴射系統(tǒng)有德國(guó)BOSCH公司的PDE27/PDE28系統(tǒng)、英國(guó)Lucas公司的EUI系統(tǒng)和美國(guó)底特律Allison公司的DDE

14、C系統(tǒng)。第三代電控燃油噴射系統(tǒng)是一種時(shí)間-壓力控制系統(tǒng)，它改變了傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。它不是采用柱塞泵脈動(dòng)供油的原理，而是采用高壓共軌或共軌蓄壓和液壓增壓來(lái)獲得高壓。噴射壓力通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)共軌壓力來(lái)控制，噴射過(guò)程由電磁閥控制。噴油量由噴油時(shí)間和共軌壓力決定。由于共軌燃油噴射系統(tǒng)的噴射壓力不受柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和噴油量的影響，噴油量、噴油壓力和噴油速率可由ECU靈活控制，因此高壓噴射與電子控制的結(jié)合完美地實(shí)現(xiàn)了燃油噴射系統(tǒng)的全電子控制，已成為柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)研究領(lǐng)域的重要課題和發(fā)展趨勢(shì)。典型的共軌電控燃油噴射系統(tǒng)包括美國(guó)BKM公司的伺服噴射蓄壓器電控高壓噴射系統(tǒng)和美國(guó)卡特彼勒公司的電控液壓泵。噴嘴

15、系統(tǒng)，日本小松公司的KOMPlCS液壓共軌系統(tǒng)。日本電裝公司的U2高壓共軌電控噴射系統(tǒng)、意大利菲亞特集團(tuán)的UNIJET噴射系統(tǒng)、德國(guó)博世公司的CR共軌電控噴射系統(tǒng)、英國(guó)盧卡斯公司的LDCR電控高壓共軌噴射系統(tǒng)。1.3國(guó)外電控燃油系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著中國(guó)汽車保有量的增加，一些城市的汽車排放造成的空氣污染越來(lái)越嚴(yán)重。因此，中國(guó)也參照歐洲排放法規(guī)制定了自己的排放法規(guī)。從2001年開(kāi)始實(shí)施相當(dāng)于歐洲1號(hào)的法律，2004年1月頒布實(shí)施相當(dāng)于歐洲2號(hào)的法律，2008年將實(shí)施歐洲3號(hào)。因此，排放達(dá)標(biāo)、性能優(yōu)良、安全可靠成為現(xiàn)階段柴油機(jī)發(fā)展的主要目標(biāo)。中國(guó)與世界的聯(lián)系越來(lái)越緊密，汽車是國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)。大力提高汽

16、車生產(chǎn)水平對(duì)增強(qiáng)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。柴油機(jī)的發(fā)展已有100多年的歷史，其技術(shù)發(fā)展可分為三個(gè)階段:第一階段，20世紀(jì)20年代中期，以德國(guó)BOSCH公司為代表的機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)取代了蓄壓式燃油供給系統(tǒng)，由此柴油機(jī)在車輛上的應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生；第二階段，50年代初放棄渦輪增壓技術(shù)，奠定了其在該行業(yè)的動(dòng)力裝置基礎(chǔ)。第三階段，20世紀(jì)80年代以來(lái)，現(xiàn)代微型計(jì)算機(jī)作為電子控制單元在柴油機(jī)上的應(yīng)用，導(dǎo)致了現(xiàn)代先進(jìn)的汽車柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展，使柴油機(jī)在動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放和噪聲指標(biāo)上具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的歷史階段。僅1993年，德國(guó)博世公司的電控分配泵

17、和電控直列泵就超過(guò)25萬(wàn)臺(tái)。底特律柴油機(jī)公司的DDEC電控泵噴嘴系統(tǒng)已經(jīng)生產(chǎn)了超過(guò)10萬(wàn)臺(tái)。還有一些日本公司生產(chǎn)的20，000多臺(tái)TICS直列泵，其中大部分是電控的。此外，比如美國(guó)的卡特彼勒公司、日本的Nippon公司、德國(guó)的Denso公司都研究過(guò)共軌電噴系統(tǒng)，并陸續(xù)投入生產(chǎn)。迄今為止，各國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了各種柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)，有效緩解了當(dāng)前世界性的能源危機(jī)和汽車污染。目前，一些汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的柴油機(jī)電控技術(shù)水平相當(dāng)發(fā)達(dá)。目前歐美100%的重型車和90%的輕型車使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，歐美柴油車在汽車保有量中的比例超過(guò)40%，新車生產(chǎn)比例超過(guò)50%。根據(jù)一些文章，它是在美國(guó)的輕型車和轎車領(lǐng)域引入的。

18、柴油機(jī)市場(chǎng)份額將提高到15%左右，柴油機(jī)電控技術(shù)大致可分為三個(gè)階段；在20世紀(jì)70年代R&D初期，電控主要用于發(fā)電機(jī)組的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。80年代是實(shí)用階段，開(kāi)發(fā)了多種位置控制和時(shí)間控制的電子燃油噴射系統(tǒng)，控制量也從原來(lái)的一種變成了多種。90年代以來(lái)是成熟階段，更強(qiáng)大的電控噴射系統(tǒng)可以控制噴射正時(shí)、噴射壓力和噴射速率4。根據(jù)以上情況，電控高壓共軌噴射系統(tǒng)是未來(lái)最有前途的控制系統(tǒng)。關(guān)于燃油噴射的控制原理，各種共軌噴射系統(tǒng)近期變化較小。可以說(shuō)，柴油機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)將獎(jiǎng)勵(lì)高噴射壓力、噴射量和噴射正時(shí)可以靈活控制和控制最佳噴射率的趨勢(shì)。全電控燃油噴射系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)燃油噴射過(guò)程柔性控制的必然趨勢(shì)?，F(xiàn)代汽車柴油機(jī)普

19、遍采用電控噴射、共軌、渦輪增壓、中冷等技術(shù)，在重量、噪音、煙度等方面都有很大突破，達(dá)到汽油機(jī)水平，比汽油機(jī)更環(huán)保。目前，輕型車用柴油機(jī)在國(guó)外越來(lái)越普遍。奔馳、寶馬、大眾、雷諾、沃爾沃等歐洲名車都使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油機(jī)和汽油機(jī)在電控噴射上的主要區(qū)別在于，汽油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)只控制空燃比，而柴油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)是通過(guò)控制噴射時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)出油量的。對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，噴射控制類型由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油門踏板位置(油門桿位置)決定。所以基本的工作原理是計(jì)算機(jī)先根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器和節(jié)氣門位置傳感器的輸入信號(hào)計(jì)算出基本噴油量，然后根據(jù)水溫、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等傳感器的信號(hào)進(jìn)行修正，再用控制套位置傳感器的信號(hào)進(jìn)行反饋修正，

20、確定最佳噴油量。電控柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、ECU(電子 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/2080770.htm t _blank 控制部件)和執(zhí)行機(jī)制。其任務(wù)是對(duì)燃油噴射系統(tǒng)進(jìn)行電子控制，實(shí)現(xiàn)隨工況實(shí)時(shí)控制噴油量和噴油正時(shí)。利用轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等傳感器，將實(shí)時(shí)檢測(cè)的參數(shù)同步輸入計(jì)算機(jī)，并與存儲(chǔ)的參數(shù)進(jìn)行比較。經(jīng)過(guò)處理和計(jì)算，按照最優(yōu)值控制噴油泵、廢氣再循環(huán)閥、電熱塞等執(zhí)行器，驅(qū)動(dòng)燃油噴射系統(tǒng)，使柴油機(jī)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。這種電控系統(tǒng)可分為兩種:蓄壓式電控燃油噴射系統(tǒng)、液壓增壓式電控燃油噴射系統(tǒng)和高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)

21、。介紹高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng)。在汽車柴油機(jī)中，高速運(yùn)轉(zhuǎn)使得柴油的噴射時(shí)間只有千分之幾秒。實(shí)驗(yàn)表明，在噴射過(guò)程中，高壓油管的壓力隨時(shí)間和位置而變化。由于柴油的可壓縮性和高壓油管中柴油的壓力波動(dòng)，實(shí)際噴油狀態(tài)與噴油泵規(guī)定的柱塞供油規(guī)律有較大差異。有時(shí)在主噴射后，高壓油管的壓力會(huì)再次上升，達(dá)到噴油器針閥的開(kāi)啟壓力，關(guān)閉的針閥會(huì)重新開(kāi)啟，造成二次噴射。由于二次噴射不能完全燃燒，將增加煙度和碳?xì)浠衔?HC)排放，并且將增加燃料消耗。此外，在每個(gè)噴射循環(huán)之后，高壓油管的殘余壓力會(huì)發(fā)生變化，這將導(dǎo)致噴射不穩(wěn)定，尤其是在低速區(qū)域。嚴(yán)重時(shí)不僅會(huì)出現(xiàn)不均勻噴射，還會(huì)出現(xiàn)間歇性不噴射。為了解決柴油機(jī)的燃油壓力變

22、化缺陷，現(xiàn)代柴油機(jī)采用了一種稱為“共軌”的技術(shù)。高壓共軌技術(shù)電噴技術(shù)是指高壓油泵、壓力傳感器和電子 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/2080770.htm t _blank 控制部件合成的 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/330547.htm t _blank 閉環(huán)系統(tǒng)，它將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過(guò)程完全分開(kāi)。它利用高壓油泵向共供油管輸送高壓燃油，共供油管的油壓可以實(shí)現(xiàn)精確控制，使高壓油管的壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，可以大大降低柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)

23、動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化程度。因此，減少了傳統(tǒng)柴油機(jī)的缺陷。ECU控制噴油器的噴油量，噴油量取決于燃油軌(共軌供油管)壓力和電磁閥的開(kāi)啟時(shí)間。ECU精確控制每個(gè)噴嘴的噴油量和噴油正時(shí)，可以使柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性達(dá)到最佳平衡。而傳統(tǒng)的柴油機(jī)是機(jī)械控制的，控制精度無(wú)法保證。90年代中后期，共軌燃油噴射系統(tǒng)正式進(jìn)入實(shí)用階段。高壓共軌系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)燃油噴射系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。其優(yōu)點(diǎn)是:A.共軌系統(tǒng)中的噴射壓力靈活可調(diào)，可以針對(duì)不同工況確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油機(jī)的綜合性能。b、噴射定時(shí)可獨(dú)立靈活控制，噴射壓力高(120MPa200MPa)，同時(shí)可以將NOx和顆粒物(PM)控制在較小的數(shù)值，滿足

24、排放要求。C.靈活控制噴油率的變化，可以實(shí)現(xiàn)理想的噴油規(guī)律，易于實(shí)現(xiàn)預(yù)噴和多次噴射，既能降低柴油機(jī)的NOx，又能保證燃油量的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。D.噴油由電磁閥控制，控制精度高，高壓油路中不會(huì)有氣泡，零殘壓。因此，在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)前后，循環(huán)噴油量的變化較小，可以改善各缸供油不均勻的狀況，從而降低柴油機(jī)的振動(dòng)，減少排放5。目前，柴油機(jī)的許多電控燃油噴射技術(shù)落后于國(guó)外。中國(guó)汽車工業(yè)與國(guó)際水平還有相當(dāng)大的差距，電控柴油機(jī)技術(shù)的應(yīng)用還不完善。我國(guó)柴油機(jī)電控技術(shù)起步較晚。自20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，許多科研院所和高等院校開(kāi)展了這項(xiàng)技術(shù)的研究，并取得了一定的成果。在位置控制系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)的研究很多。如汽車研究所研

25、究了直列泵的可變預(yù)行程控制，實(shí)現(xiàn)了CA6110系列柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速控制；科大采用電磁閥通過(guò)液壓伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)齒條，實(shí)現(xiàn)直列泵的注入量控制。董琦公司在CUMMINS6BT上進(jìn)行的基于調(diào)整齒桿位置控制油量的調(diào)速系統(tǒng)也取得了一定的效果。目前，高壓共軌系統(tǒng)的發(fā)展及其與柴油機(jī)的匹配技術(shù)正處于研發(fā)階段，目前的主要研究工作是柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)的研發(fā)。70個(gè)研究所，如理工學(xué)院等。，是國(guó)內(nèi)重點(diǎn)大學(xué)，在循環(huán)供油(噴)量和定時(shí)的“位置控制”、“時(shí)間控制”、“共軌系統(tǒng)”等多方面進(jìn)行了開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)研究，取得了顯著的成果。中國(guó)積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，努力自主開(kāi)發(fā)。2004年底，付偉集團(tuán)與博世公司合資成立博世汽車柴油系統(tǒng)有限公司，依

26、托博世公司的技術(shù)生產(chǎn)高壓共軌系統(tǒng)。博世符合歐III排放標(biāo)準(zhǔn)的高壓共軌系統(tǒng)已在該國(guó)市場(chǎng)投入使用。國(guó)內(nèi)的一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，如高速電磁閥的研究、泵油量的控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研制、泄漏問(wèn)題，以及各學(xué)科之間的分工與合作，都還不成熟和完善6。目前，相關(guān)企業(yè)正致力于共軌電控及其標(biāo)定系統(tǒng)的研發(fā)、零部件的優(yōu)化調(diào)整、燃油特性的分析和燃油系統(tǒng)的仿真計(jì)算。柴油機(jī)的電子控制技術(shù)和汽油機(jī)的電子控制技術(shù)有許多相似之處。整個(gè)系統(tǒng)由三部分組成:傳感器、電控單元和執(zhí)行器。柴油機(jī)和汽油機(jī)在電控噴射上的主要區(qū)別在于，汽油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)只控制空燃比(汽油與空氣的比例)，而柴油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)通過(guò)控制噴射時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)輸出油量，柴油機(jī)的噴射控

27、制是由 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/cn.newmaker%20%20%20%20/cat_1020003.html t _blank 發(fā)動(dòng)機(jī)速度和油門踏板位置(油門、供油桿位置)。柴油機(jī)電子控制技術(shù)有兩個(gè)明顯的特點(diǎn):一是柴油噴射電子控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的復(fù)雜化，二是柴油噴射電子控制系統(tǒng)的多樣化。柴油機(jī)的燃油噴射具有高壓、高頻、脈動(dòng)等特點(diǎn)。其噴射壓力是汽油噴射的幾百倍或幾千倍，要求可靠性和耐久性好。而且柴油噴射對(duì)噴射正時(shí)的精度要求很高，相對(duì)于上止點(diǎn)的角度要求準(zhǔn)確。這導(dǎo)致柴油噴射的致動(dòng)器更加復(fù)雜。從控制對(duì)象來(lái)看，采用機(jī)械控制時(shí)，機(jī)械調(diào)速器控制噴油量，機(jī)械提前器控制噴油正時(shí)。使用電

28、子控制時(shí)，不僅控制噴油量、噴油正時(shí)，還控制噴油率。由噴射壓力引起的工況從單速工況發(fā)展到整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工況和環(huán)境條件，必然帶來(lái)控制的復(fù)雜性。因此，柴油機(jī)電控技術(shù)的關(guān)鍵是執(zhí)行器，即電控柴油機(jī)和噴射機(jī)構(gòu)。各國(guó)都在致力于開(kāi)發(fā)各種類型的電控柴油機(jī)噴射機(jī)構(gòu)以尋求最佳方案，這也是柴油機(jī)電控技術(shù)的難點(diǎn)。1.4論文研究的主要內(nèi)容本文主要研究執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。柴油機(jī)執(zhí)行器作為一種控制機(jī)構(gòu)，具有一定的時(shí)變性和非線性特性，其控制效果將直接影響齒條位置的控制。采用閉環(huán)控制，有效控制齒條位置，達(dá)到控制精度和準(zhǔn)確度。由于PID控制算法簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，魯棒性強(qiáng)，控制精度高，特別是穩(wěn)態(tài)精度高，因此具有廣泛的適應(yīng)性。此外，PID調(diào)節(jié)器

29、是一種應(yīng)用廣泛且成熟的工程控制方法。對(duì)于已知的穩(wěn)態(tài)被控對(duì)象，只要確定響應(yīng)參數(shù)，就能起到很好的調(diào)節(jié)作用，使被控對(duì)象的輸出處于期望值。因此，本系統(tǒng)采用PID控制，簡(jiǎn)單且能滿足控制精度要求。第二章方案論證2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)采用單片機(jī)控制柴油機(jī)噴油泵(BOSCH噴油泵)，主要實(shí)現(xiàn)噴油泵齒條位置的精確控制，從而實(shí)現(xiàn)噴油量的精確控制，完成硬件和軟件的設(shè)計(jì)。主要技術(shù)指標(biāo)有:1.齒條位移控制精度為0.05毫米.2.大步長(zhǎng)(齒條位移大于1毫米)，響應(yīng)時(shí)間小于40毫秒。3.小步進(jìn)(齒條位移小于0.1毫米)，響應(yīng)時(shí)間小于40毫秒。4.該部件通過(guò)CAN總線(控制器局域網(wǎng))與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器通信(該部件為可選部件)。2

30、.2系統(tǒng)方案論證近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)電子控制的采用，使發(fā)動(dòng)機(jī)突破了傳統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)的弱點(diǎn)，進(jìn)一步提高了燃油噴射系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。電子控制是柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展的重要方向。單片機(jī)作為柴油機(jī)電子控制單元的核心，具有體積小、集成度高、可靠性好、功耗低、實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于獨(dú)立控制場(chǎng)合。單片機(jī)技術(shù)促進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展。隨著電子控制單元中單片機(jī)從4位發(fā)展到16位，發(fā)動(dòng)機(jī)控制項(xiàng)目也從簡(jiǎn)單的噴油反饋控制發(fā)展到整機(jī)智能控制。由于單片機(jī)在電控單元中的功能和可靠性直接影響電控系統(tǒng)的性能，所以選擇功能強(qiáng)大的單片機(jī)是發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)高性能的重要

31、保證。2.2.1單片機(jī)選型演示由于柴油機(jī)電控系統(tǒng)的工作環(huán)境相當(dāng)惡劣，不僅有柴油機(jī)的劇烈振動(dòng)，還有高溫、電磁干擾、油和灰塵等的侵蝕。另外，柴油機(jī)的控制單元要求體積小，可靠性高，實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元的單片機(jī)選型必須考慮具體的使用環(huán)境和柴油機(jī)噴油控制的實(shí)時(shí)性，一般的單片機(jī)難以勝任。ATMEL的8位單片機(jī)是世界主流機(jī)型之一。具有功能齊全、可靠性高、品種多、性價(jià)比高等特點(diǎn)，在家用電器、儀器儀表、智能控制等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前美國(guó)通用汽車、卡特彼勒等。在他們的電控柴油機(jī)上采用了這種單片機(jī)，并取得了明顯的效果。ATMEL系列8位單片機(jī)已經(jīng)成為汽車控制的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本系統(tǒng)選用的AT89C51

32、單片機(jī)是ATMEL公司80年代后期生產(chǎn)的增強(qiáng)型微控制器。采用1.5高速CMOS工藝制造，是目前最強(qiáng)的8位MCU。其主要特點(diǎn)如下:低功耗和高速度；有4種方式可供用戶自行選擇；豐富的I/O端口可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)端口的擴(kuò)展，從而提高系統(tǒng)的可靠性；強(qiáng)大的定時(shí)器和脈沖累加器功能；有8位8通道A/D轉(zhuǎn)換；有方便的串行通信接口SCI和SPI；可靠性好，具有正常的計(jì)算機(jī)運(yùn)行檢測(cè)系統(tǒng)和時(shí)鐘檢測(cè)系統(tǒng)；擁有強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，便于軟件編譯；256字節(jié)的芯片RAM和2K字節(jié)的芯片PROM；用戶可以根據(jù)需要定位要靈活；采用普林斯頓的統(tǒng)一尋址方式，方便編譯，簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)。單片機(jī)管腳功能介紹:40個(gè)管腳按照管腳功能大致可以分為四類:

33、電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。圖2-1單片機(jī)引腳圖電源。VCC芯片電源，連接到+5V。VSS-接地端子。注意；用萬(wàn)用表測(cè)試單片機(jī)的管腳電流一般是0V或者5V，這是標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，但是有時(shí)候單片機(jī)程序在工作的時(shí)候，測(cè)試結(jié)果不是這個(gè)值而是在0V到5V之間。其實(shí)只是萬(wàn)用表反應(yīng)沒(méi)那么快，MCU的管腳電流在某個(gè)時(shí)刻還是保持在0v或者5v。時(shí)鐘。XTAL1、xtal 2晶振電路的反相輸入輸出；控制線。有4條控制線:ALE/PROG:數(shù)據(jù)鎖存允許/EPROM編程脈沖。= 1 * GB3ALE功能:用于鎖存端口P0發(fā)送的8位地址；= 2 * GB3PROG功能:帶EPROM的芯片。在EPROM編程期間，編程

34、脈沖在引腳處輸入。PSEN:外部只讀存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。RST/VPN:復(fù)位/備用電源。= 1 * GB3RST(復(fù)位)功能:復(fù)位信號(hào)輸入；= 2 * GB3VPD功能:在Vcc電源故障時(shí)，連接備用電源。EA/Vpp:外部ROM選擇/EPROM編程電源。= 1 * GB3EA功能:外部ROM選擇終端；= 2 * GB3Vpp功能:帶EPROM的芯片。在EPROM編程期間，施加編程功率Vpp。輸入輸出線。89C51有四個(gè)8位并行I/O端口:P0、P1、P2和P3，總共32個(gè)管腳。P3端口還有第二個(gè)功能，用來(lái)輸入輸出特殊信號(hào)的控制信號(hào)(屬于控制總線)7。傳感器選擇演示柴油機(jī)電控技術(shù)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)噴油泵

35、的電子控制，其中噴油量的精確控制是核心問(wèn)題，噴油量的精確控制是由齒條位移傳感器ECU和齒條位移執(zhí)行器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了有效控制，要求傳感器檢測(cè)到的當(dāng)前齒條位置信號(hào)準(zhǔn)確，因此選擇用于齒條位移檢測(cè)的傳感器尤為重要。噴油泵電控整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)由位移傳感器監(jiān)測(cè)，并反饋給電控單元，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)位移傳感器的測(cè)量精度。反應(yīng)速度、輸出噪聲、工作穩(wěn)定性等指標(biāo)直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的控制精度和控制品質(zhì)，應(yīng)慎重應(yīng)用。位移傳感器可以使柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)反饋的位移信號(hào)具有較高的精度，整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)可以提供有效的補(bǔ)償，使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。位移傳感器的工作特點(diǎn):位移傳感器又稱線性傳感器，分為電感式位移傳感器、電容

36、式位移傳感器、光電式位移傳感器、超聲波位移傳感器、霍爾位移傳感器。電感式位移傳感器是一種由金屬感應(yīng)的線性器件。當(dāng)電源接通時(shí)，開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。當(dāng)金屬物體靠近這個(gè)感應(yīng)面時(shí)，金屬內(nèi)會(huì)產(chǎn)生渦流，將振蕩器的能量沖走，使振蕩器的輸出幅度線性衰減。然后根據(jù)衰減的變化，非接觸的檢測(cè)物體。電感式位移傳感器無(wú)滑動(dòng)接觸，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素影響，功耗低，使用壽命長(zhǎng)?？梢栽诟鞣N惡劣條件下使用。位移傳感器主要用于自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)線中模擬量的智能控制。磁致伸縮線性位移傳感器的工作原理:工作時(shí)，由電子倉(cāng)的電子電路產(chǎn)生一個(gè)初始脈沖。當(dāng)該初始脈沖在波導(dǎo)絲中傳輸時(shí)，同時(shí)產(chǎn)生沿波導(dǎo)絲方向前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)這個(gè)

37、磁場(chǎng)遇到磁環(huán)或浮球中的永久磁場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，使波導(dǎo)絲發(fā)生扭曲。這種扭曲被安裝在電子倉(cāng)庫(kù)中的能量拾取機(jī)構(gòu)感測(cè)到，并被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流脈沖。兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間差由電子電路計(jì)算。該產(chǎn)品主要用于要求測(cè)量精度和使用環(huán)境惡劣的位移和液位測(cè)量系統(tǒng)。具有精度高、重復(fù)性穩(wěn)定可靠、非接觸測(cè)量、使用壽命長(zhǎng)、安裝方便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。它的輸出信號(hào)是真正的絕對(duì)位置輸出，而不是比例或再放大的信號(hào)，所以不存在信號(hào)漂移或數(shù)值變化，不需要像其他液位傳感器那樣定期重新標(biāo)定和維護(hù)。因?yàn)樗妮敵鲂盘?hào)是絕對(duì)值，所以即使電源中斷重新接通，也不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)接收造成問(wèn)題，不需要再回到零位。與其他液位變送器或液位計(jì)相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)

38、?？蓮V泛用于石油化工、制藥、食品、飲料等行業(yè)測(cè)量和控制各種液體儲(chǔ)罐的液位。作為位移傳感器，它不僅可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的直線位移，還可以給出運(yùn)動(dòng)物體的速度模擬信號(hào)。渦流傳感器由DJ前置放大器的渦流探頭組成，是一種接近傳感器系統(tǒng)。因其長(zhǎng)期工作可靠、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、非接觸測(cè)量、響應(yīng)速度快、耐高溫，可在油、汽、水等惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，其檢測(cè)不受油、汽等介質(zhì)的影響。已廣泛應(yīng)用于電力、石化、冶金、鋼鐵、航空航天等大中型企業(yè)。，并能檢測(cè)各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸向位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、偏差和偏心。電渦流位移傳感器系統(tǒng)主要包括探頭、延長(zhǎng)電纜(可選)、前置裝置和附件。線性周長(zhǎng)寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，抗干擾能力強(qiáng)。渦流傳感器

39、是一種基于高頻渦流效應(yīng)的非接觸式位移傳感器。前置放大器產(chǎn)生的高頻電流從振蕩器流入探頭線圈，線圈產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)。當(dāng)被覆蓋的金屬表面靠近線圈時(shí)，由于高頻電磁場(chǎng)的作用，在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，即渦流。這個(gè)電流產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，其方向與線圈的方向相反，這兩個(gè)磁場(chǎng)的疊加改變了原線圈的阻抗。因此，探頭與被測(cè)金屬表面之間距離的變化可以通過(guò)探頭線圈阻抗的變化來(lái)測(cè)量。前置放大器根據(jù)探頭線圈的阻抗變化輸出與距離成正比的DC電壓8。目前。全球傳感器市場(chǎng)在不斷創(chuàng)新和變革中呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上得到延伸和改進(jìn)，各國(guó)將競(jìng)相加快新一代傳感器的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競(jìng)爭(zhēng)將日趨激烈。新技術(shù)的

40、發(fā)展將重新定義未來(lái)的傳感器市場(chǎng)，如無(wú)線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器、金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)和市場(chǎng)份額的擴(kuò)大。因?yàn)椴┦乐绷袊娪捅?DE2的柴油機(jī)部分自帶電感式傳感器，所以本系統(tǒng)采用電感式傳感器。第三章硬件電路設(shè)計(jì)柴油機(jī)電控技術(shù)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)噴油泵的電子控制，其中噴油量的精確控制是核心問(wèn)題，噴油量的精確控制是通過(guò)由齒條位移傳感器、電子控制單元(ECU)和齒條位移執(zhí)行器組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。要進(jìn)行有效的控制，要求傳感器檢測(cè)到的齒條當(dāng)前位置信號(hào)準(zhǔn)確，因此選擇用于齒條唯一檢測(cè)的傳感器并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換電路尤為重要。 LINK Visio.Drawing.11 a p 3.1控制系統(tǒng)的總體

41、硬件結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)以BOSCH直列式噴油泵6DE2柴油機(jī)為對(duì)象，通過(guò)噴油泵齒條的位移運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)噴油泵的噴油量。圖3-2是齒條位移的示意圖。噴油泵體的油泵組件由噴油泵、柱塞和套筒組成。噴油體上部不是吸油腔，通過(guò)兩個(gè)進(jìn)油小孔與油壓腔相連。當(dāng)柱塞向上移動(dòng)蓋住吸油腔的進(jìn)油孔時(shí)，噴油泵開(kāi)始供油；當(dāng)柱塞的斜坡形控制邊緣遇到進(jìn)油孔時(shí)，供油停止。位于柱塞上方的油壓室通過(guò)柱塞上的豎向凹槽與吸油室連通，從而供油終點(diǎn)和供給量隨著油泵柱塞的運(yùn)動(dòng)而變化。簡(jiǎn)而言之，每個(gè)柱塞位置對(duì)應(yīng)的噴油量與發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩有一定的比例關(guān)系，與螺旋線成一定的角度對(duì)應(yīng)一定的噴油量。噴油泵柱塞的旋轉(zhuǎn)是通過(guò)齒條的位移來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)采用德國(guó)BOSCH公司

42、的電磁執(zhí)行器推動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)。綜合考慮執(zhí)行器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的改善、驅(qū)動(dòng)電路功率控制器件的工作方式、熱負(fù)載功耗、電路成本、工作可靠性等方面，實(shí)際工作中采用的線圈電流激勵(lì)方式為PWM，通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)電流的脈寬周期和占空比來(lái)達(dá)到控制噴油泵齒條位移的目的。該系統(tǒng)采用如圖3-3所示的電子控制系統(tǒng)總體框圖。齒條位移由軟件輸出PWM波驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)中的單片機(jī)是ATMEL公司的AT89C51，其部分集成了CAN總線控制功能，可以集合整車的CAN總線控制9。1.調(diào)整螺釘2。春天3。4號(hào)支架。轉(zhuǎn)向桿5。支撐座圖3-2噴油泵齒條位移示意圖圖3-3柴油機(jī)噴油泵電子控制單元總體框圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)最小單片機(jī)系統(tǒng)，或稱最小應(yīng)用系統(tǒng)，

43、是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。對(duì)于51系統(tǒng)的單片機(jī)，最小系統(tǒng)一般應(yīng)包括單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路、按鍵輸入、顯示輸出等。10.ATMEL的8位單片機(jī)是世界主流機(jī)型之一。具有功能齊全、可靠性高、品種多、性價(jià)比高等特點(diǎn)，在家用電器、儀器儀表、功能控制等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，美國(guó)通用汽車公司、卡特彼勒公司等。他們的電控柴油機(jī)和柴油機(jī)都采用了這種單片機(jī)，并取得了明顯的效果。圖3-4單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路單片機(jī)的置位和復(fù)位都是為了將電路初始化到某個(gè)狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)的復(fù)位電路是用來(lái)將一個(gè)正在工作的單片機(jī)初始化為空狀態(tài)，而在單片機(jī)部門，復(fù)位時(shí)，單片機(jī)用 HYPERLINK ./%20

44、%20%20%20:/cpro.baidu%20%20%20%20/cpro/ui/uijs.php%3Fapp_id=0&c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=17&is_app=0&jk=446a98ff0bdc7617&k=%B4洢%C9豸&k0=%B4洢%C9豸&kdi0=0&luki=3&n=10&p=baidu&q=98059059_cpr&rb=0&rs=1&seller_id=1&sid=1776dc0bff986a44&ssp2=1&stid=0&t=tpclicked3_hc&tu=u1831118&u=%20%20%20%20%3A%2F%2Fwww

45、%2E51hei%2Ecom%2Fmcu%2F547%2Ehtml&urlid=0 t _blank 存儲(chǔ)部件加載制造商預(yù)設(shè)的值。單片機(jī)復(fù)位 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/cpro.baidu%20%20%20%20/cpro/ui/uijs.php%3Fapp_id=0&c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=17&is_app=0&jk=446a98ff0bdc7617&k=%B5%E7%C0%ED&k0=%B5%E7%C0%ED&kdi0=0&luki=8&n=10&p=baidu&q=98059059_cpr&rb=0&rs=1&seller_

46、id=1&sid=1776dc0bff986a44&ssp2=1&stid=0&t=tpclicked3_hc&tu=u1831118&u=%20%20%20%20%3A%2F%2Fwww%2E51hei%2Ecom%2Fmcu%2F547%2Ehtml&urlid=0 t _blank 電路原理外接單片機(jī)的復(fù)位管腳RST。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/cpro.baidu%20%20%20%20/cpro/ui/uijs.php%3Fapp_id=0&c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=17&is_app=0&jk=446a98ff0bdc76

47、17&k=%B5%E7%D7%E8&k0=%B5%E7%D7%E8&kdi0=0&luki=7&n=10&p=baidu&q=98059059_cpr&rb=0&rs=1&seller_id=1&sid=1776dc0bff986a44&ssp2=1&stid=0&t=tpclicked3_hc&tu=u1831118&u=%20%20%20%20%3A%2F%2Fwww%2E51hei%2Ecom%2Fmcu%2F547%2Ehtml&urlid=0 t _blank 電阻和 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/cpro.baidu%20%20%20%20/cpro/ui/u

48、ijs.php%3Fapp_id=0&c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=17&is_app=0&jk=446a98ff0bdc7617&k=%B5%E7%C8%DD&k0=%B5%E7%C8%DD&kdi0=0&luki=4&n=10&p=baidu&q=98059059_cpr&rb=0&rs=1&seller_id=1&sid=1776dc0bff986a44&ssp2=1&stid=0&t=tpclicked3_hc&tu=u1831118&u=%20%20%20%20%3A%2F%2Fwww%2E51hei%2Ecom%2Fmcu%2F547%2Ehtml&u

49、rlid=0 t _blank 電容，意識(shí)到 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/cpro.baidu%20%20%20%20/cpro/ui/uijs.php%3Fapp_id=0&c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=17&is_app=0&jk=446a98ff0bdc7617&k=%C9%E7&k0=%C9%E7&kdi0=0&luki=2&n=10&p=baidu&q=98059059_cpr&rb=0&rs=1&seller_id=1&sid=1776dc0bff986a44&ssp2=1&stid=0&t=tpclicked3_hc&tu=u

50、1831118&u=%20%20%20%20%3A%2F%2Fwww%2E51hei%2Ecom%2Fmcu%2F547%2Ehtml&urlid=0 t _blank 上電復(fù)位，復(fù)位時(shí)間是( HYPERLINK ./%20%20%20%20:/cpro.baidu%20%20%20%20/cpro/ui/uijs.php%3Fapp_id=0&c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=17&is_app=0&jk=446a98ff0bdc7617&k=%D6%D3&k0=%D6%D3&kdi0=0&luki=6&n=10&p=baidu&q=98059059_cpr&rb=

51、0&rs=1&seller_id=1&sid=1776dc0bff986a44&ssp2=1&stid=0&t=tpclicked3_hc&tu=u1831118&u=%20%20%20%20%3A%2F%2Fwww%2E51hei%2Ecom%2Fmcu%2F547%2Ehtml&urlid=0 t _blank 時(shí)鐘周期=12倍 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/cpro.baidu%20%20%20%20/cpro/ui/uijs.php%3Fapp_id=0&c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=17&is_app=0&jk=446a98ff0b

52、dc7617&k=%D5%F1%B5%B4&k0=%D5%F1%B5%B4&kdi0=0&luki=5&n=10&p=baidu&q=98059059_cpr&rb=0&rs=1&seller_id=1&sid=1776dc0bff986a44&ssp2=1&stid=0&t=tpclicked3_hc&tu=u1831118&u=%20%20%20%20%3A%2F%2Fwww%2E51hei%2Ecom%2Fmcu%2F547%2Ehtml&urlid=0 t _blank 振蕩周期，振蕩周期=1/f)，這個(gè)時(shí)間只能大或小，具體數(shù)值可以用RC電路計(jì)算。該系統(tǒng)采用上電復(fù)位方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位

53、功能。圖3-5復(fù)位電路振蕩電路每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)都有一個(gè)晶體振蕩器，全稱是晶振。晶體振蕩器在單片機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用。它結(jié)合單片機(jī)的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率。單片機(jī)所有指令的執(zhí)行都是基于此。晶體振蕩器提供的時(shí)鐘頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度就會(huì)越快。晶體振蕩器是利用一種能將電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體，使其工作在諧振狀態(tài)，提供穩(wěn)定準(zhǔn)確的單頻振蕩。在正常工作條件下，普通晶振頻率的絕對(duì)精度可以達(dá)到百萬(wàn)分之五十。高級(jí)精度更高。一些晶體振蕩器，稱為壓控振蕩器(VCO)，可以通過(guò)外部電壓調(diào)整頻率。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常，一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶體振蕩器，這樣所有部分就可以同步。在一些通信

54、系統(tǒng)中，基頻和射頻使用不同的晶體振蕩器，但它們通過(guò)電子頻率調(diào)整來(lái)同步。晶體振蕩器通常與鎖相環(huán)電路一起使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同的子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，它們可以由連接到同一晶體振蕩器的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。AT89C51使用一個(gè)12MHz的晶體振蕩器作為振蕩源。由于單片機(jī)有振蕩電路，只需要外接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容，電容一般在15pF-50pF之間。圖3-6振蕩電路3.3位置傳感器的工作特性噴油泵電控整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)由位移傳感器監(jiān)測(cè)，并反饋給電控單元進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。位移傳感器的測(cè)量精度、反應(yīng)速度、輸出噪聲、工作穩(wěn)定性等指標(biāo)直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的控制精度和品質(zhì)因數(shù)，應(yīng)慎重應(yīng)用。該系統(tǒng)采用

55、直列式噴油泵，其位置為傳感器，其中參考線圈和短路環(huán)構(gòu)成電感的固定補(bǔ)償端，測(cè)量線圈和裝配在泵架上的短路環(huán)構(gòu)成電感的可變端。圖3-7是傳感器部分引線的示意圖。傳感器外部有三根引線，一根是電感不變的引線，一根是電感隨齒條位置變化的引線，第三根是兩組線圈A和b的公共引線。圖3-7傳感器導(dǎo)線示意圖A的電感變化是通過(guò)傳感器短路環(huán)的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。原則上，傳感器芯和短路環(huán)構(gòu)成變壓器結(jié)構(gòu)。傳感器芯是初級(jí)線圈，短路環(huán)是次級(jí)線圈。初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間沒(méi)有電路連接，而是通過(guò)磁耦合將能量從電源傳遞給負(fù)載。(3-1)短路的運(yùn)動(dòng)改變了互感m，所以m的變化，也就是電感的變化，可以用來(lái)表示唯一的變化11。3.4傳感器檢測(cè)電路

56、的設(shè)計(jì)為了解決魯棒性問(wèn)題，除了傳感器零點(diǎn)校準(zhǔn)和最優(yōu)控制算法，硬件也很重要。檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)思想是檢測(cè)噴油泵齒條位置的變化。該傳感器采用非接觸式測(cè)量，利用電感的變化來(lái)測(cè)量齒條位移的變化。以提高檢測(cè)靈敏度，降低一次儀表的輸出噪聲。使用圖3-8所示的方法構(gòu)建實(shí)際測(cè)量電路。該系統(tǒng)采用方波激勵(lì)。當(dāng)齒條位置改變時(shí)，首先分析方波激勵(lì)和輸出。在電路分析中，方波脈沖可以看作是兩個(gè)階躍函數(shù)之差，可以先進(jìn)行理論分析，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其正確性。首先分析高電平，可以看作是階躍電壓U，它是，因?yàn)樗欠讲?。圖3-8傳感器信號(hào)檢測(cè)電路示意圖首先可以列出電路的微分方程。改寫成：(3-2)此方程的特解；對(duì)應(yīng)的齊次方程解，故式3-2

57、中的全解為(3-3)在零初始條件下，代入式3-3中得： (3-4)電感的端電壓為：(3-5)畫出它們隨時(shí)間變化的曲線，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程是在電感中產(chǎn)生電流過(guò)程。由于電感中電流不能突變，電流從零開(kāi)始逐漸增長(zhǎng)，電壓開(kāi)始逐漸減小，趨近于零，而電阻兩端的電壓變化正好相反。當(dāng)t=0時(shí)，電流為零，電阻電壓也等于零；當(dāng)時(shí)，電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)，此時(shí)，電阻電壓趨近于，此時(shí)(3-6)(3-7)如果，（，均為時(shí)間常數(shù)）則有，分別為A、B在電壓為3.5V是所對(duì)應(yīng)的時(shí)間值，由公式3-8，3-9得(3-10)(3-11)由于可變端的電感值隨短路環(huán)的移動(dòng)（即齒條位移）變化，所以有3-8可知，隨齒條位移變化，所以時(shí)間值也隨之變化；而固定

58、補(bǔ)償段的電感值在齒條運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終不變，所以不變，時(shí)間也不便曲線B固定不動(dòng)。由式3-10，3-11可得3.5傳感器激勵(lì)電路的設(shè)計(jì)激勵(lì)信號(hào)為方波，由555定時(shí)芯片實(shí)現(xiàn)。所設(shè)計(jì)的傳感器的激勵(lì)電路圖如圖3-9所示。其中555產(chǎn)生5000Hz方波，555的3號(hào)引腳輸出方波信號(hào)，導(dǎo)通和關(guān)斷由FET 9013控制。9013開(kāi)啟時(shí)，T1和T2的基數(shù)極低，所以都開(kāi)啟了。此時(shí)，IN1-1為低；當(dāng)555的3腳輸出低電平時(shí)，9013關(guān)斷，T1和T2都關(guān)斷，則IN1-1處于高電平；即在整個(gè)過(guò)程中，555輸出的方波經(jīng)過(guò)9013和T2放大，IN1-1接入傳感器的公共抽頭D端作為激勵(lì)信號(hào)12。圖3-9傳感器激勵(lì)電路3.6

59、AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路如圖3-10所示。圖3-10 AD轉(zhuǎn)換電路我們通過(guò)ADC0804的VIN+和VIN-引腳接收電壓差信號(hào)，然后芯片部分將模擬信號(hào)處理成數(shù)字信號(hào)，再送到單片機(jī)進(jìn)行處理。一旦廣告轉(zhuǎn)換周期結(jié)束。通過(guò)多次采集和分析，滿足了控制精度的要求。3.7位移執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)本文使用的執(zhí)行器是德國(guó)BOSCH公司的電磁執(zhí)行器，即DC發(fā)動(dòng)機(jī)。致動(dòng)器輸出軸的位移可以通過(guò)改變電磁致動(dòng)器激勵(lì)線圈中的電流來(lái)控制。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，從提高執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、驅(qū)動(dòng)電路功率控制器件的工作模式、熱負(fù)載的功耗、電路成本和工作可靠性等方面考慮，采用PWM波(脈寬調(diào)制信號(hào))驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器13。在該系統(tǒng)中，PWM波的產(chǎn)生是利

60、用單片機(jī)的定時(shí)器通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)的。利用軟件定時(shí)器模擬PWM波的輸出，可以根據(jù)工作過(guò)程的實(shí)際情況改變頻率，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中不同的機(jī)械特性。在該系統(tǒng)中，每1mm轉(zhuǎn)換一次頻率，以達(dá)到微調(diào)齒條位移的目的。用手觸摸穩(wěn)定架，可以感覺(jué)到輕微的顫動(dòng)，起到克服靜摩擦力的作用。圖3-11位移執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電路如圖3-11所示，該系統(tǒng)利用單片機(jī)P1.1接口驅(qū)動(dòng)齒條位移電磁執(zhí)行器。通過(guò)P1.1端口輸出的PWM波的頻率變化在150 Hz到250 Hz之間。如果頻率太高，雖然動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，脈動(dòng)小，但分辨率低。如果頻率太低，輸出穩(wěn)定性差，動(dòng)態(tài)特性不好，所以選在這個(gè)區(qū)域。3.8 CAN總線模塊設(shè)計(jì)CAN總線最初是由德國(guó)博