【正文】 標(biāo)、性能優(yōu)異、安全可靠已經(jīng)成為柴油機(jī)現(xiàn)階段發(fā)展的主要目標(biāo)，中國已經(jīng)同世界聯(lián)系越發(fā)緊密，汽車屬于國家的支柱產(chǎn)業(yè)，大力提高汽車生產(chǎn)水平，對提高國際市場的競爭力，促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有現(xiàn)實(shí)的意義。還有日本一些公司生產(chǎn)的可變預(yù)行程的 TICS 直列泵已達(dá) 2 萬多臺(tái)，其中絕大部分是電控的。目前歐美國家中 100%重型車、 90%輕型車采用柴油機(jī)，歐美的柴油轎車在轎車保有 量中比例超過 40%新車產(chǎn)量比例超過 50%?？梢哉f獎(jiǎng)勵(lì)啊的柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)將會(huì)使高噴射壓力、噴油量及噴油定時(shí)可靈活控最佳噴油速率控制的這樣的一個(gè)趨勢，全電子控制的燃油噴射系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)燃油噴射過程柔性控制的必然趨勢。 電控柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、 ECU（電子 控制單元 ） 和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。一下介紹一下高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng)。此外，每次噴射循環(huán)后高壓油管內(nèi)的殘壓都會(huì)發(fā)生變化，隨之引起不穩(wěn)定的噴射，尤其在低轉(zhuǎn)速區(qū)域 容易產(chǎn)生上述現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)不僅噴油不均勻，而且會(huì)發(fā)生間歇性不噴射現(xiàn)象。因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機(jī)的缺陷。高壓共軌系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)中無法實(shí)現(xiàn)的功能，其優(yōu)點(diǎn)有： a．共軌系統(tǒng)中的噴有壓力柔性可調(diào)，對不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油機(jī)綜合性能。 目前多內(nèi)的柴油機(jī)電控燃油噴射技術(shù)比國外要落后很多，我國汽車工業(yè)與國際水平還存在相當(dāng)大的差距，對電控柴油機(jī)技術(shù)的應(yīng)用還是不完善。在開發(fā)高壓共軌系統(tǒng)及其與柴油機(jī)匹配技術(shù)方面目前正處于研制開發(fā)階段，目前主要研究工作是柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)的研究與開發(fā)。國內(nèi)在一些關(guān)鍵技術(shù)問題如高速電磁閥的研究、泵油量的控制、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開發(fā)、泄漏問題、各學(xué)科分工合作等還不怎么成熟和完善 [6]。柴油機(jī)電控技術(shù)有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：一是柴油噴射電控執(zhí)行器復(fù)雜，二是柴油電控噴射系統(tǒng)的多樣化。 論文研究的主要內(nèi)容 本文主要研究對執(zhí)行器的控制問題。而且 PID 調(diào)節(jié)器是一種應(yīng)用十分廣泛而且成熟的工程控制方法。 （齒條位移大于 1mm），響應(yīng)時(shí)間小于 40ms。采用電子控制式當(dāng)前柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展的重要方向。 ATMEL 公司的 8 位單 片機(jī)是國際主流機(jī)型之一，具有功能齊全、可靠性高、品種多、性能價(jià)格比高的特點(diǎn)，在家電、儀器儀表及 智能 控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 圖 21 單片機(jī)引腳圖 1． 電源。 2． 時(shí)鐘。 （ 2） PSEN：外 ROM 讀選通信號(hào)。 ① EA 功能：內(nèi)外 ROM 選擇端； ② Vpp 功能：片內(nèi)有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，施加編程電源 Vpp。 傳感器選擇論證 車用柴油機(jī)電控技術(shù)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)噴油泵的電控，其中噴油量的準(zhǔn)確控制是核心問題，而噴油量的準(zhǔn)確控制又是通過柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴油控制系統(tǒng)的齒條位移傳感器電控單元（ ECU）和齒條位移執(zhí)行器等 構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，要進(jìn)行有效的控制，就要求傳感器檢測的當(dāng)前齒條的位置信號(hào)準(zhǔn)確無誤，因此對于齒條位移檢測所應(yīng)用的傳感器的選擇尤為重要。 電感式位移傳感器是一種金屬感應(yīng)的線性器件，接通電源后，在開關(guān)的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個(gè)交變磁場，當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時(shí)，金屬中則產(chǎn)生渦流而洗去了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來完成 無接觸 檢測物體的目的。具有精度高、重復(fù)性穩(wěn)定可靠、非接觸式測量、壽命長、安裝方 便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。作為位移傳感器，它不但可以測量運(yùn)動(dòng)物體的直線位移，而且還可同時(shí)給出運(yùn)動(dòng)物體的速度模擬信號(hào)。線性范圍寬、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、抗干擾能力強(qiáng)。該電流產(chǎn)生一個(gè)交變磁場，方向與線圈磁場相反，這二個(gè)磁場相互疊加就改變了原線圈的阻抗。全球的傳感器市場在不斷創(chuàng)新的變化中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 車用柴油機(jī)電控技術(shù)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)噴油泵的電控，其中噴油量的準(zhǔn)確控制是核心問題，而噴油量的準(zhǔn)確控制又是通過柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴油控制系統(tǒng) 的齒條位移傳感器、電控單元（ ECU）和齒條位移執(zhí)行器等構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，要進(jìn)行有效的控制，就要求傳感器檢測的當(dāng)前齒條的位置信號(hào)準(zhǔn)確無誤，因此對于齒條唯一檢測所應(yīng)用的傳感器的選擇和 AD 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)尤為重要。 圖 31 柴油機(jī)位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 控制系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)以 BOSCH 直列式噴油泵 6DE2 柴油機(jī)為對象，噴油泵噴油量的大小通過噴油泵齒條位移運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。位于柱塞之上的壓油腔經(jīng)柱塞上的垂直槽與吸油腔相通，于是供油終點(diǎn)以及所供的油量隨著油泵柱塞的移動(dòng)而產(chǎn)生變化。從提高執(zhí)行器動(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)載功耗、電路成本、工作可靠性等多方面考慮，實(shí)際工作中采用的線圈電流激勵(lì)方式為 PWM形式，工作時(shí)通過改變驅(qū)動(dòng)電流的脈寬周 期、占空比即可達(dá)到控制噴油泵齒條位移的目的。 圖 33 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)噴油泵電控單元整體框圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)，對 51 系統(tǒng)單 片機(jī)來說，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]。單片機(jī)復(fù)位 電路原理 是在單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 上外接 電阻 和 電容 ，實(shí)現(xiàn)上電 復(fù)位，而復(fù)位時(shí)間是 (時(shí)鐘 周期 =12 振蕩 周期 ,振蕩周期 =1/f)，這個(gè)時(shí)間只能大不能小，具體數(shù)值可以由 RC 電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。 AT89C51 使用 12MHz 的晶體振蕩器作為震蕩源，由于單片機(jī)內(nèi)部帶有振蕩電路，所以外部只要連接一個(gè)晶振和兩個(gè)電容即可，電容容量一般在 15pF至 50pF之間。 圖 37 傳感器內(nèi)部引線示意圖 其中 A 的電感量的變化時(shí)傳感器短路環(huán)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，從原理上傳感器鐵心和短路環(huán)構(gòu)成的相當(dāng)于變壓器結(jié)構(gòu)。 傳感器檢測電路設(shè)計(jì) 在解決魯棒性難題上除了采用傳感器零點(diǎn)校準(zhǔn)和選用最優(yōu)化控制算法外，硬件性也是至關(guān)重要的。在電路分析中，可將方波脈沖看作 2 個(gè)階躍函數(shù)之差，先從理論上進(jìn)行分析，再通過試驗(yàn)驗(yàn)證其正確性。當(dāng) t=0 時(shí)，電流為零，電阻電壓也等于零；當(dāng) ??t 時(shí)，電流達(dá)到穩(wěn)態(tài) RUi s /)( ?? ，此時(shí) 0)( ??LU ，電阻電壓趨近于 sU ，此時(shí) )1( tLRsLsA AA eUUUU ????? (36) )1( tLRsLsB BB eUUUU????? (37) 如果 RLAA ??， RLBB ??（ A? ， B? 均為時(shí)間常數(shù)） 則有 )1( AAeUU sA ????? )1( BBeUU sB ????? A? ， B? 分別為 A、 B 在電壓為 ，由公式 38， 39 得 AsSAA UU U?? ln?? (310) BssBB UU U?? ln?? (311) 由于可變端的電感值 AL 隨短路環(huán)的移動(dòng)（即齒條位移）變化，所以有 38可知， A? 隨齒條位移變化，所以時(shí)間值 At 也隨之變化；而固定補(bǔ)償段的電感值 BL在齒條運(yùn)動(dòng)過程中始終不變，所以 B? 不變，時(shí)間 Bt 也不便曲線 B 固定不動(dòng)。 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 310 AD 轉(zhuǎn)換電路 我們通過 ADC0804 的 VIN+和 VIN兩個(gè)引腳接收由電壓差信號(hào)，然后芯片內(nèi)部處理將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，之后傳給單片機(jī)做處理，一次 AD 轉(zhuǎn)換周期結(jié)束。在本系統(tǒng)中，每個(gè)1mm 轉(zhuǎn)化一次頻率，達(dá)到齒條位移微調(diào)的目的。 CAN 總線模塊設(shè)計(jì) CAN 總線最初是德國 BOSCH 為汽車行業(yè)的監(jiān)測，控制而設(shè)計(jì)的。 AT89C51 是 CAN 總線接口電路的核心，其承擔(dān)CAN 控制器的初始化、 CAN 的收發(fā)控制等任務(wù) [14]。設(shè)計(jì)中控制系統(tǒng)的多數(shù)供電電源采用在整流電路輸出端串聯(lián)三端集成穩(wěn) 壓器的穩(wěn)壓供電模式。在噴油泵實(shí)際工作時(shí)，齒條位置的控制存在不確定因素，具有非線性和時(shí)變性的特點(diǎn)，此時(shí)就可以采用 PID 調(diào)節(jié)器。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 CAN 總線上報(bào)文所包含的內(nèi)容只有優(yōu)先級(jí)標(biāo)志區(qū)和欲傳送的數(shù)據(jù)內(nèi)容。一旦新節(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中，它就會(huì)開始接受信息，判別識(shí)別標(biāo)識(shí)，然后確定是否做處理或直接丟棄。在自動(dòng)控制理論的發(fā)展過程中，比例 — 積分 — 微分（ PID）控制是歷史最悠久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。 PID 控制框圖設(shè)計(jì) 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 調(diào)節(jié)器框圖 如圖 44 所示。 這種算法的缺點(diǎn)是：由于全量輸出，所以每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對 e(k)進(jìn)行累加，不僅占用較多的存儲(chǔ)單元，而且計(jì)算機(jī)運(yùn)算工作量大，不便于編寫程序，而且，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的 u(k)對應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障， u(k)的大幅度變化，回引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，這種情況在柴油 機(jī)汽 車實(shí)際運(yùn)行過程中不是不允許的，并且可能造成重大事故。 采用增量式算法，電控單元輸出的控制增量 )(ku? 對應(yīng)的是電磁執(zhí)行器位移（ 即齒條位移）的增量。 。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，本系統(tǒng)采用分段 PID 控制，把齒條有效位移 平均分成 12 段，即 1mm一段，在每段采用不 同的 PID 控制參數(shù)。對已知的定常性受控對象，只要確定好相應(yīng)的參 數(shù)，便可以很好的發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用，使控制對象輸出在期望值上。 常規(guī) PID 調(diào)節(jié)器是一種應(yīng)用十分廣泛而且成熟的工程控制方法。 致 謝 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 本論文是在我的導(dǎo)師李老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。 從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，我深愛的電氣學(xué)院有多少可敬的老師、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意?。。? 最后，再次對關(guān)心、幫助我的各位老師和同學(xué)表示衷心的感謝！??！ 2020 年 6 月 3 日 參 考 文 獻(xiàn) 長春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 [1] 杜建華，蔣公見，蔣海牙等 .國外柴油機(jī)電控噴油技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景 [J],自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用， 2020,29(8):1620 [2] 廖鐵勇，華紅文，陳秋成等 .柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)的應(yīng)用研究 [J].廣州航海高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)， 2020,18(4)47 [3] 秦朝舉，劉建新，杜慧勇等 BOSCH 公司高壓共軌噴油系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 [J].拖拉機(jī)農(nóng)用運(yùn)輸車， 2020,33(2):35 [4] 池建軍，侯妮娜 .國內(nèi)柴油機(jī)電 控技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 [J].機(jī)械管理開發(fā)，2020 [5] 王平，宋希憲，隆武強(qiáng)等 .組合泵柴油機(jī)噴油系統(tǒng)的性能洋酒 [J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2020,25(5)451456 [6] 李慧，張德江，林志琦 .BOSCH 傳感器特性研究及信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) [J]，傳感技術(shù)學(xué)報(bào)， 2020 年第一期 [7] 張毅剛 .《單片機(jī)原理及應(yīng)用》 [M].高等教育出版社 [8] 李慧，張德江，林志琦 .位移傳感器在電控噴油泵中的研究與應(yīng)用 [J].儀表技術(shù)與傳感器， 2020 年 05 期 [9] 郭修其 .高壓共軌 ECU硬件系統(tǒng)及關(guān)鍵控制策略開發(fā) [D].浙江大學(xué)， 2020 [10] 涂時(shí)亮 .單片微機(jī) MCS51 用戶手冊 [M].上海 :復(fù)旦大學(xué)出版社 ， [11] 吳桂秀 .傳感器應(yīng)用制作入門 [M].浙江 :浙江科學(xué)技術(shù)出版 ， 2020 [12] 胡斌 .圖表說電子元器件 [M].北京電子工業(yè)出版社， 2020 [13] 王福瑞等 .《單片機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)大全》 [M].北京航空航天大學(xué)出版社 [14] Buckley J， Hayashi Y. 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