【文章內(nèi)容簡介】 高速電磁閥的研究、泵油量的控制、執(zhí)行機構(gòu)的開發(fā)、泄漏問題、各學科分工合作等還不怎么成熟和完善 [6]。目前相關(guān)企業(yè)正在致力于做一些共軌電控及其標定系統(tǒng)研制開發(fā)、零部件的優(yōu)化調(diào)整、燃油特性分析和燃油系統(tǒng)的模擬計算等方面工作。 柴油機電控技術(shù)與汽油機電控技術(shù)有許多相似之處，整個系統(tǒng)都是由傳感器、電控單 元和執(zhí)行器三部分組成。在電控噴射方面柴油機與汽油機的主要差別長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 是，汽油機的電控噴射系統(tǒng)只是控制空燃比 (汽油與空氣的比例 )，柴油機的電控噴射系統(tǒng)則是通過控制噴油時間來調(diào)節(jié)輸出油量的大小，且柴油機噴油控制是由發(fā)動機 的轉(zhuǎn)速和加速踏板位置 (油門、供油拉桿位置 )來決定的。柴油機電控技術(shù)有兩個明顯的特點：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。 柴油機的燃油噴射具有高壓、 高頻、脈動等特點，其噴射壓力為汽油噴射的幾百倍，上千倍，要求有很好的可靠性和耐久性，而且柴油噴射對噴射正時的精度要求很高，相對于上死點的角度為止要求很準確沒這就導(dǎo)致了柴油噴射的執(zhí)行器復(fù)雜得多。從控制對象看，從機械控制時機械調(diào)速器控制噴油量，機械式提前器控制噴射正時，到電子控制時，不僅控制噴油量，噴射正時，而且控制噴射速率，噴射壓力所感應(yīng)的工況由單一的轉(zhuǎn)速工況發(fā)展到感應(yīng)整個發(fā)動機運行工況和環(huán)境條件，這樣勢必帶來了控制復(fù)雜性。因此柴油機電控技術(shù)的關(guān)鍵是執(zhí)行器，也即是電控柴油及噴射機構(gòu)，各個國家都在致力于開發(fā)研制 各種類型的電控柴油機噴射機構(gòu)，以尋求最佳方案，這也是柴油機電控技術(shù)的難點所在。 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。柴油發(fā)動機執(zhí)行器作為控制機構(gòu)，具有一定的時變性和非線性，控制效果將直接影響對齒條位置的控制。采用閉環(huán)控制有效的對齒條位置進行控制，從而達到控制的精度和準確性。由于 PID 控制算法簡單，運算量少，具有較強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。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。對已知的定常性受控對象，只要確定好響應(yīng)的參數(shù)，便 可以很好地發(fā)揮其調(diào)節(jié)作用，使控制對象輸出在期望值上。 所以本系統(tǒng)采用 PID 控制 ， 即簡單，又能達到控制精度要求。 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第二章 方案論證 系統(tǒng)設(shè)計要求 系統(tǒng)采用單片機對柴油機噴油泵 (BOSCH 噴油泵 )進行控制，主要實現(xiàn)對噴油泵內(nèi)齒條位置的準確控制，從而實現(xiàn)噴油量的準確控制，完成軟硬件設(shè)計，主要技術(shù)指標： 。 （齒條位移大于 1mm），響應(yīng)時間小于 40ms。 （齒條位移小于 ） ， 響應(yīng)時間小于 40ms。 機控制器通過 CAN 總線（控制器局域網(wǎng)）通信（該部分可選做）。 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)動機電子控制技術(shù)取得了長足的進步，發(fā)動機噴油系統(tǒng)電子控制采用使的發(fā)動機突破傳統(tǒng)機械調(diào)節(jié)的弱點，進一步提高了噴油系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)能力。采用電子控制式當前柴油機技術(shù)發(fā)展的重要方向。 單片機作為柴油機電子控制單元的核心，它具有體積小、集成度高、可靠性好、功耗低和實時處理能力強的特點，適用于獨立控制場合。單片機技術(shù)推動了發(fā)動機控制技術(shù)的發(fā)展，隨著電子控制單元中單片機從 4 位向 16 位發(fā)展，發(fā)動機控制項 目也從簡單的噴油反饋控制發(fā)展到整機的 智能 控制，由于電子控制單元中單片機的功能和可靠性直接影響電控系統(tǒng)的性能，因此，選用功能較強的單片機是發(fā)動機控制系統(tǒng) 具有 高性能的重要保證。 單片機的選擇論證 由于柴油機的電控系統(tǒng)的工作環(huán)境比較惡劣，不僅有柴油機工作時猛烈的振動，還有高溫及電磁干擾及油污灰塵等的侵蝕，此外，柴油機的控制單元要求體積小、可靠性高、實時處理能力強，因此，在發(fā)動機電子控制單元單片機的選擇上，必須考慮其具體使用環(huán)境和柴油機噴油控制的實時性，一般品種的單片機很難勝任。 ATMEL 公司的 8 位單 片機是國際主流機型之一，具有功能齊全、可靠性高、品種多、性能價格比高的特點，在家電、儀器儀表及 智能 控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，美國通用汽車公司， Caterpillar 公司等在其電控柴油 機 中都已采用該種單片機，取得明顯的效果。 ATMEL 系列 8 位單片機在汽車控制方面已成為一長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 種工業(yè)標準，本系統(tǒng)選用的 AT89C51 單片機為 ATMEL 公司 80 年代末生產(chǎn)的增強微控制器，它采用 ? 高速 CMOS 技術(shù)制造，是目前最強的 8 位單片機，其主要特點如下： a． 低功耗、高速度； b． 有用戶可以 自行選擇的 4 種方式 ； c． 有豐富的 I/O 口，可簡化系統(tǒng)端口擴展，從而提高系統(tǒng)的可靠性； d． 具有較強的定時器、脈沖累加器功能； e． 有 8 位 8 通道的 A/D 轉(zhuǎn)換； f． 有方便的串行通訊接口 SCI 和串行外設(shè)接口 SPI； g． 可靠性好、有計算機操作正常檢測系統(tǒng)和時鐘檢測系統(tǒng)； h． 有較強的指令系統(tǒng)，便于軟件編制； i． 具有 256 字節(jié)的片內(nèi) RAM 和 2K 字節(jié)的片內(nèi) 2E PROM。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，簡化指令系統(tǒng) ； k． 單片機引腳功能介紹： 40 個引腳按引腳功能大致可 以分為 4 個種類：電 源、時鐘、控制和 I/O 引腳。 圖 21 單片機引腳圖 1． 電源。 （ 1） VCC芯片電源，接 +5V。 （ 2） VSS接地端。 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 注；用萬用表測試單片機引腳電流一般為 0V或者 5V，這是標準的 TTL 電平，但是有時候在單片機程序正在工作時候測試結(jié)果并不是這個值而是介于0V~5V 之間，其實這只是萬用表反應(yīng)沒這么快而已，在某一個瞬間單片機引腳電流還是保持在 0V或者 5V的。 2． 時鐘。 XTAL XTAL2晶體震蕩電路反相輸入端和輸出端； 3． 控制線?？刂凭€共有 4 根： （ 1） ALE/PROG:地址鎖存允許 /片內(nèi) EPROM 編 程脈沖。 ① ALE 功能：用來鎖存 P0 口送出的 8 位地址； ② PROG 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。 （ 2） PSEN：外 ROM 讀選通信號。 （ 3） RST/VPN：復(fù)位 /備用電源。 ① RST（ Reset）功能：復(fù)位信號輸入端； ② VPD 功能：在 Vcc 掉電情況下，接備用電源。 （ 4） EA/Vpp：內(nèi)外 ROM 選擇 /片內(nèi) EPROM 編程電源。 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。 4． I/O 線。 5． 89C51 共有 4 個 8 位并行 I/O 端口： P0、 P P P3 口，共 32 個引腳。 P3 口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出的控制信號（屬控制總線） [7]。 傳感器選擇論證 車用柴油機電控技術(shù)的關(guān)鍵是實現(xiàn)噴油泵的電控，其中噴油量的準確控制是核心問題，而噴油量的準確控制又是通過柴油發(fā)動機電控噴油控制系統(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)實現(xiàn)的，要進行有效的控制，就要求傳感器檢測的當前齒條的位置信號準確無誤，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。 噴油泵電控的整個閉環(huán)系統(tǒng)控制由位移傳感器來監(jiān)視，并反饋到電子控制單元進行實時調(diào)控位移傳感器的測量精度反應(yīng)速度，輸出噪聲，工作穩(wěn)定性等指標直接決定了整個系統(tǒng)的控制精度及控制品質(zhì)，所以要慎重應(yīng)用。 采用位移傳感器能使柴油發(fā)動機電控噴油系統(tǒng)反饋的位移信號準確度高，使整個系統(tǒng)的閉環(huán)提供了有效的偏移量，整個系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。 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，霍爾式位長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 移傳感器。 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)生一個交變磁場，當金屬物體接近此感應(yīng)面時，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。電感式位移傳感器具有無滑動觸點，工作時不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長壽命，可使用在各種惡劣條件下，位移傳感器主要應(yīng)用在自動化裝備生產(chǎn)線對模擬量的智能控制。 磁致伸縮線性位移傳感器 的工作原理：在工作時，由電子倉內(nèi)的電子電路產(chǎn)生一起起始脈沖，此起始脈沖在波導(dǎo)絲中傳輸時，同時產(chǎn)生了一沿波導(dǎo)絲方向前進的旋轉(zhuǎn)磁場，當這個磁場與磁環(huán)或浮球中的永久磁場相遇時，產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，使波導(dǎo)絲發(fā)生扭動，這一扭動被安裝在電子倉內(nèi)的拾能機構(gòu)所感知并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流脈沖，通過電子電路計算出兩個脈沖之間的時間差，即可精確測出被測的位移和液位。該產(chǎn)品主要應(yīng)用于要求測量精度使用環(huán)境較惡劣的位移和液位測量系統(tǒng)中。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)性強等特點。它的輸出信號是一個真正的絕 對位置輸出，而不是比例的或需要再放大處理的信號，所以不存在信號漂移或變值的情況，因此不必像其它液位傳感器一樣需要定期重標和維護。正是因為它的輸出信號為絕對值，所以即使電源中斷重新接通也不會對數(shù)據(jù)接收構(gòu)成問題，更無須重新歸回零位，與其它液位變送器或液位計相比有明顯的優(yōu)勢。它可廣泛的應(yīng)用于石化工、制藥、食品、飲料等行業(yè)，對各種液罐的液位進行計量和控制。作為位移傳感器，它不但可以測量運動物體的直線位移，而且還可同時給出運動物體的速度模擬信號。 電渦流傳感器是由 DJ 型前置放大器的電渦流探頭組合構(gòu)成，它使一種趨近式傳 感器系統(tǒng)。由于其長期工作可靠性好，靈敏度高、抗干擾能力強，采用非接觸測量，響應(yīng)速度快，耐高溫，能在油、汽、水等惡劣環(huán)境下長期連續(xù)工作，檢測不受油污、蒸汽等介質(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)，對各種旋轉(zhuǎn)型機械的軸位移、振動、轉(zhuǎn)速、漲差、偏心、油膜厚度等進行在線監(jiān)測和安全保護，為精密診斷系統(tǒng)提供了全息動態(tài)特性，有效地對設(shè)備進行保護。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。線性范圍寬、動態(tài)響應(yīng)好、抗干擾能力強。電渦流傳感器是以高頻電渦流效應(yīng)為原理的非接觸 式位移傳感器。前置器內(nèi)產(chǎn)生的高頻電流從振蕩器流入探頭線圈中，線圈就產(chǎn)生了一個高頻電磁場。當 被 側(cè)金屬的表面靠近該線圈時，由于高頻電磁場的作用，在金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，即電渦流。該電流產(chǎn)生一個交變磁場，方向與線圈磁場相反，這二個磁場相互疊加就改變了原線圈的阻抗。所以探頭與被測金屬表面距離的變化可通過探頭線圈阻抗的變化來測量。前長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 置器根據(jù)探頭線圈的阻抗變化輸出一個與距離成正比的直流電壓 [8]。 目前。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。有關(guān)專家指出，傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提 高，各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，競爭也將日益激烈。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴大。 由于 BOSCH 直列式噴油泵 6DE2 柴油機內(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。 長春工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 第三章 硬件電路設(shè)計 車用柴油機電控技術(shù)的關(guān)鍵是實現(xiàn)噴油泵的電控，其中噴油量的準確控制是核心問題，而噴油量的準確控制又是通過柴油發(fā)動機電控噴油控制系統(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)實現(xiàn)的，要進行有效的控制，就要求傳感器檢測的當前齒條的位置信號準確無誤，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)計與實現(xiàn)尤為重要。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 圖 31 柴油機位置控制系統(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 柴油機為對象，噴油泵噴油量的大小通過噴油泵齒條位移運動來實現(xiàn)的。 圖 32 為齒條位移示意圖，噴油泵體內(nèi)的泵油元件是噴油泵、柱塞和套筒組成。噴油泵體的上不是吸油腔，吸油腔通過 2 個小進油孔與壓油腔相連。當柱塞向上移動蓋過吸油腔的進油孔時，噴油泵即開始供油；當柱塞的斜坡形控制邊緣與進油孔相 遇時，更停止供油。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，于是供油終點以及所供的油量隨著油泵柱塞的移動而產(chǎn)生變化?？傊總€柱塞位置所對應(yīng)的噴油量同發(fā)動機轉(zhuǎn)矩有一定的比例關(guān)系，與螺旋線成一定角度即對應(yīng)一定的噴油量。噴油泵內(nèi)柱塞的旋轉(zhuǎn)是通過齒條的位移實現(xiàn)的。 系統(tǒng)中推動齒條運動的執(zhí)行器采用的是德國 BOSCH 公司的電磁式執(zhí)行器。