【正文】 強(qiáng)。因此，耳前美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家在中重型載重汽車中己全部柴油機(jī)化，而且近年來在輕型車和轎車上的應(yīng)用上也呈逐年遞增的趨勢(shì)。柴油汽車如果達(dá)到歐III排放標(biāo)準(zhǔn)呢就必須改進(jìn)柴油機(jī)噴油系統(tǒng)，南京依維柯汽車公司于2003年與BOSCH公司合作引進(jìn)柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)，使原為歐II排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)降低了顆粒物等有害物質(zhì)的排放，達(dá)到了歐III排放標(biāo)準(zhǔn)[2] 廖鐵勇，華紅文，[J].廣州航海高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2010,18(4)47。在短短的20年內(nèi)，汽油機(jī)電控技術(shù)已相當(dāng)成熟。柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)發(fā)展至今已先后推出了三代產(chǎn)品，即位置控制式、時(shí)間控制式和壓力時(shí)間式。德國(guó)BOSCH公司的RP39和RP43型電控直列噴油泵及VP37電控分配泵，日本小松公司的KP21型電控直列噴油泵，英國(guó)Lucas公司的EPIC型電控分配泵以及美國(guó)Stanadyne公司的PCF型電控分配泵等。同時(shí)要求高速電磁閥有良好的響應(yīng)和可靠性，制造難度大。由于共軌式噴油系統(tǒng)噴射壓力不受柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和噴油量的影響，而且噴油量、噴油壓力、噴油速率都可以由ECU靈活控制，從而將高壓噴射與電控制完美的結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了噴油系統(tǒng)的全電子控制，目前已成為柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)研究領(lǐng)域的重要課題與發(fā)展趨勢(shì)。因此，我國(guó)也參照歐洲排放法規(guī)制定了自己的排放法規(guī)，2001年起執(zhí)行了相當(dāng)于歐洲一號(hào)的法歸，2004年1月頒布執(zhí)行了相當(dāng)于歐洲二號(hào)的法規(guī)，在2008年將執(zhí)行歐洲三號(hào)法規(guī)。美國(guó)底特律柴油機(jī)公司DDEC電控泵噴嘴系統(tǒng)生產(chǎn)了10萬多臺(tái)。一些汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的柴油機(jī)電控技術(shù)水平目前已相當(dāng)發(fā)達(dá)。有上述狀況可知，電控高壓共軌噴射系統(tǒng)是未來最有前景的控制系統(tǒng)，對(duì)于燃油噴射控制控制原理，各種共軌噴射系統(tǒng)近期變化較小。因此，基本工作原理是計(jì)算機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器和油門位置傳感器的輸入信號(hào)，首先計(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，再與來自控制套位置傳感器的信號(hào)進(jìn)行反饋修正，確定最佳噴油量。這類電控系統(tǒng)可以分為：蓄壓式電控燃油噴射系液力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)。油管內(nèi)的壓力波動(dòng)有時(shí)還會(huì)在主噴射之后，使高壓油管內(nèi)的壓力再次上升，達(dá)到令噴油器的針閥開啟壓力，將已經(jīng)關(guān)閉的針閥又重新打開產(chǎn)生二次噴油現(xiàn)象，由于二次噴油不可能完全燃燒，于是增加了煙度和碳?xì)浠衔铮℉C）的排放量，油耗增加。它是由高壓油泵將高壓燃油輸送到公共供油管，通過公共供油管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，可以大幅度減小柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的程度。共軌式噴油系統(tǒng)于二十世紀(jì)90年代中后期正式進(jìn)入實(shí)用化階段。d．由電磁閥控制噴油，其控制精度較高，高壓油路中不會(huì)出現(xiàn)氣泡和殘壓為零的現(xiàn)象，因此在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，循環(huán)噴油量變動(dòng)小，各缸供油不均勻可得到改善，從而減輕柴油機(jī)的振動(dòng)和降低排放[5] 王平，宋希憲，[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2007,25(5)451456。如長(zhǎng)春汽車研究所對(duì)直列泵的可變預(yù)行程控制進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了CA6110系列柴油機(jī)的調(diào)速控制；北京理工大學(xué)用電磁閥通過液壓伺服機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)齒條實(shí)現(xiàn)了直列泵的噴油量控制；東汽公司在CUMMINS6BT上進(jìn)行的基于調(diào)節(jié)齒桿位置控制油量的調(diào)速器系統(tǒng)也取得了一定成效。BOSCH公司滿足歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的高壓共軌系統(tǒng)已投入使用國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。在電控噴射方面柴油機(jī)與汽油機(jī)的主要差別是，汽油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)只是控制空燃比(汽油與空氣的比例)，柴油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)則是通過控制噴油時(shí)間來調(diào)節(jié)輸出油量的大小，且柴油機(jī)噴油控制是由發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速踏板位置(油門、供油拉桿位置)來決定的。因此柴油機(jī)電控技術(shù)的關(guān)鍵是執(zhí)行器，也即是電控柴油及噴射機(jī)構(gòu)，各個(gè)國(guó)家都在致力于開發(fā)研制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)所在。由于PID控制算法簡(jiǎn)單，運(yùn)算量少，具有較強(qiáng)的魯棒性以及較高的控制精度，特別是穩(wěn)態(tài)精度高，具有很廣泛地適應(yīng)性。 第二章 方案論證 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)采用單片機(jī)對(duì)柴油機(jī)噴油泵(BOSCH噴油泵)進(jìn)行控制，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油泵內(nèi)齒條位置的準(zhǔn)確控制，從而實(shí)現(xiàn)噴油量的準(zhǔn)確控制，完成軟硬件設(shè)計(jì)，主要技術(shù)指標(biāo)：。 系統(tǒng)方案論證近年來，隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，發(fā)動(dòng)機(jī)噴油系統(tǒng)電子控制采用使的發(fā)動(dòng)機(jī)突破傳統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)的弱點(diǎn)，進(jìn)一步提高了噴油系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)能力。 單片機(jī)的選擇論證由于柴油機(jī)的電控系統(tǒng)的工作環(huán)境比較惡劣，不僅有柴油機(jī)工作時(shí)猛烈的振動(dòng)，還有高溫及電磁干擾及油污灰塵等的侵蝕，此外，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，在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元單片機(jī)的選擇上，必須考慮其具體使用環(huán)境和柴油機(jī)噴油控制的實(shí)時(shí)性，一般品種的單片機(jī)很難勝任。用戶可以根據(jù)需 要靈活定位；j． 采用普林斯頓的統(tǒng)一尋址方式，方便編制，簡(jiǎn)化指令系統(tǒng)；k． 單片機(jī)引腳功能介紹：40個(gè)引腳按引腳功能大致可以分為4個(gè)種類：電 源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。注；用萬用表測(cè)試單片機(jī)引腳電流一般為0V或者5V，這是標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平，但是有時(shí)候在單片機(jī)程序正在工作時(shí)候測(cè)試結(jié)果并不是這個(gè)值而是介于0V~5V之間，其實(shí)這只是萬用表反應(yīng)沒這么快而已，在某一個(gè)瞬間單片機(jī)引腳電流還是保持在0V或者5V的。①ALE功能：用來鎖存P0口送出的8位地址；②PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，在引腳輸入編程脈沖。（4） EA/Vpp：內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出的控制信號(hào)（屬控制總線）[7] 張毅剛.《單片機(jī)原理及應(yīng)用》[M].高等教育出版社。位移傳感器的工作特性：位移傳感器又稱為線性傳感器，它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，超聲波位移傳感器，霍爾式位移傳感器。該產(chǎn)品主要應(yīng)用于要求測(cè)量精度使用環(huán)境較惡劣的位移和液位測(cè)量系統(tǒng)中。它可廣泛的應(yīng)用于石化工、制藥、食品、飲料等行業(yè)，對(duì)各種液罐的液位進(jìn)行計(jì)量和控制。電渦流位移傳感器系統(tǒng)主要包括探頭、延伸電纜（可選）、前置器和附件。當(dāng)被側(cè)金屬的表面靠近該線圈時(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，即電渦流。目前。 由于BOSCH直列式噴油泵6DE2柴油機(jī)內(nèi)部自帶電感式傳感器，所以本系統(tǒng)采用的是電感式傳感器。噴油泵體的上不是吸油腔，吸油腔通過2個(gè)小進(jìn)油孔與壓油腔相連。噴油泵內(nèi)柱塞的旋轉(zhuǎn)是通過齒條的位移實(shí)現(xiàn)的。齒條位移通過軟件輸出PWM波驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)中單片機(jī)采用ATMEL公司的AT89C51,其內(nèi)部集成有CAN總線控制功能，能夠收集整車的CAN總線控制[9] [D].浙江大學(xué)，2011。圖 34 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，都是為了把電路初始化到一個(gè)確定的狀態(tài)，一般來說，單片機(jī)復(fù)位電路作用是把一個(gè)例如把工作中的單片機(jī)初始化到空狀態(tài)，而在單片機(jī)內(nèi)部，復(fù)位的時(shí)候單片機(jī)是把一些寄存器以及存儲(chǔ)設(shè)備裝入廠商預(yù)設(shè)的一個(gè)值。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。圖37為傳感器的內(nèi)部引線示意圖，該傳感器外部有3條引線，一條為電感不變端引線，另一條為電感隨齒條位置變化的可變端引線，第三條為兩組線圈A，B的公共端引線。 (31)短路環(huán)的運(yùn)動(dòng)，互感系數(shù)M發(fā)生改變，所以可以用M的變化，即電感的變化表示唯一的變化[11] [M].浙江:浙江科學(xué)技術(shù)出版，2009。系統(tǒng)采用方波激勵(lì)，當(dāng)齒條位置發(fā)生變化時(shí)，先對(duì)方波激勵(lì)與輸出進(jìn)行分析。由于電感中電流不能突變，電流從零開始逐漸增長(zhǎng)，電壓開始逐漸減小，趨近于零，而電阻兩端的電壓變化正好相反。圖 39 傳感器激勵(lì)電路 AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路如圖310所示。在本系統(tǒng)中，PWM波的產(chǎn)生式利用單片機(jī)的定時(shí)器，通過哦軟件編程實(shí)現(xiàn)的，采用軟件定時(shí)器模擬輸出PWM波，頻率可以通過程序并根據(jù)工作過程的實(shí)際情況改變，用以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中不同的機(jī)械特性。若頻率過高，雖然動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，脈動(dòng)小，但分辨率低；若頻率過低，則輸出平穩(wěn)性差，動(dòng)態(tài)特性不好，所以選定在該范圍內(nèi)。圖 312 CAN總線通信模塊CAN總線接收來自上位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析組態(tài)然后下傳給下位機(jī)的控制電路實(shí)現(xiàn)控制功能，當(dāng)CAN總線接口接收到下位機(jī)的上傳數(shù)據(jù)，控制器就產(chǎn)生一個(gè)中斷，引發(fā)微處理器產(chǎn)生中斷，通過中斷處理程序接收每一幀信息并通過CAN總線上傳給上位機(jī)進(jìn)行分析。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。也就是說報(bào)文不是按照地址從一個(gè)節(jié)點(diǎn)送到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。基于報(bào)文的這種協(xié)議另外設(shè)一個(gè)好處是新的節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)方便地加入到現(xiàn)有的系統(tǒng)中，而不需要對(duì)多有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新編程以便它們能識(shí)別這一新的節(jié)點(diǎn)?？刂凭哂性肀容^簡(jiǎn)單明確、便于實(shí)施、適應(yīng)性和魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在柴油機(jī)電控噴油系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，是目前商品化程度最高的控制方式。圖 44 PID調(diào)節(jié)器框圖 齒條位移閉環(huán)增量式PID控制柴油機(jī)噴油泵的電磁執(zhí)行器在實(shí)際的工作中具有非線性和時(shí)變性，重復(fù)性差，數(shù)學(xué)模型不確定，所以在控制過程中進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，鑒于PID控制算法簡(jiǎn)單，運(yùn)算量少，具有較強(qiáng)的魯棒性以及較高的控制精度，特別是穩(wěn)態(tài)精度高等特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用數(shù)字增量式PID控制，在柴油機(jī)噴油泵齒條位置計(jì)算控制系統(tǒng)中，使用的是增量式數(shù)字PID控制器[16] 李慧，李文學(xué)，[J]，內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2003年第四學(xué)期。由于ECU單元用恒定采樣周期（T=10ms），一旦確定了、。，所以誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可用邏輯判斷的方法去掉。 PID流程圖PID流程圖如圖45所示。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，本系統(tǒng)采用分段PID控制，即1mm一段，在每段采用不同的PID控制參數(shù)。對(duì)已知的定常性受控對(duì)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(duì)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(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意?。?！最后，再次對(duì)關(guān)心、幫助我的各位老師和同學(xué)表示衷心的感謝?。?！2015年6月3日參 考 文 獻(xiàn)33