【文章內(nèi)容簡介】 監(jiān)控發(fā)動機(jī)性能，實(shí)現(xiàn)對控制參數(shù)的優(yōu)化。1)對電控單元(ECU)的研究。2)電控標(biāo)定系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。3)標(biāo)定系統(tǒng)與電控單元之問的通信設(shè)計(jì)。發(fā)動機(jī)的優(yōu)化包括控制參數(shù)的優(yōu)化和MAP數(shù)據(jù)的生成。目前汽車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)有各種優(yōu)化標(biāo)定方法，包括離線穩(wěn)態(tài)標(biāo)定方法、在線穩(wěn)態(tài)標(biāo)定方法、自動優(yōu)化標(biāo)定方法、最新的瞬態(tài)優(yōu)化6標(biāo)定方法等。目前在國外，發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的優(yōu)化標(biāo)定方法越來越多地采用自動優(yōu)化標(biāo)定方法，這樣可以縮短標(biāo)定周期，降低標(biāo)定費(fèi)用，同時能得到更好的標(biāo)定結(jié)果。發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的瞬態(tài)優(yōu)化標(biāo)定也口益受到重視．是目前發(fā)動機(jī)優(yōu)化標(biāo)定的最新研究發(fā)展方向。在滿足發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能和排放指標(biāo)同時，對柴油機(jī)進(jìn)行優(yōu)化?？刂茀?shù)的優(yōu)化包括：基本控制參數(shù)、穩(wěn)態(tài)修正參數(shù)、怠速T況參數(shù)、起動T況參數(shù)的標(biāo)定、瞬態(tài)工況修正參數(shù)等的標(biāo)定。標(biāo)定系統(tǒng)與電控單元、噴油泵、柴油機(jī)的配試。為了檢驗(yàn)所研究開發(fā)的電控標(biāo)定系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，檢驗(yàn)其可靠性及穩(wěn)定性，需使用該系統(tǒng)進(jìn)行柴油機(jī)電控系統(tǒng)配裝某柴油機(jī)機(jī)型的實(shí)驗(yàn)。 柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)鋪助電源設(shè)計(jì)柴油電控系統(tǒng)其內(nèi)部包含很多控制芯片，每個芯片都有自己正常的工作電壓范圍 ，因此我們必須設(shè)計(jì)一些電壓轉(zhuǎn)換電路得到系統(tǒng)內(nèi)部控制芯片正常工作的電壓值，如圖2所設(shè)計(jì)的是5V、12V芯片穩(wěn)定工作時所需要的電壓轉(zhuǎn)換電路，此電源輸出的5V工作電壓主要供給控制芯片單片機(jī)工作。1223344T1TRANS1C3400V/47UFD2HER107R356K/1W C4222/1KVQ16N60F12A\250v D3HER107 R7 10 C825V/10UF123 Q2SIPR16R610/1W C5222/1KVC725V/1000UC9104R2650K/1WC6 105R530kR8390C3116V/10uFR120R41/1WR331KC2104R3091K123456781CR6848T21234D1BRIDGEU1T3OPTOISO1D4DIODED5DIODED6DIODED7DIODED8DIODED9DIODEC10C11C14C15C12C13RINC NCSENSEVDD+5V+12V12V+12V+12V12V12 3D12TL431+220V7圖 2 電壓轉(zhuǎn)換電路12V 電壓轉(zhuǎn)換為 5V，16V,18V,24V 等多路輸出的電源，針對這一問題根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)了出 12V 升 24V 基于兩相步進(jìn)升壓型 DC／DC 控制器 LT3782設(shè)計(jì)電流輸出的升壓型 DC／DC 模塊的方法。VCCGVDRUN27417C23C22R18C24R17RES2C21 R16R15R19C25R20DELAYDCLRSETSLOPESSVCDNDGBIASGBIAS1GBIAS2BGATE1SENSE1+SENSE1FBVEE2SENSE2SENSE+BGATE2VEE1C26R21 R22R27C30R23C27R24R28R25C28D10D11L4L5+12V圖 3 升壓電路LT3782 是美國凌力爾特公司生產(chǎn)的兩相步進(jìn)升壓型 DC／DC 控制器，28引腳 SSOP 封裝芯片，開關(guān)頻率在 150～500 kHz 之間可編程，由于采用兩相BOOST 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對輸出場效應(yīng)管漏電流和肖特基二極管通過電流的要求都減少一半，即兩個輸出相位差 180176。，兩個輸出間互相抑制輸出紋波電流，輸出紋波是單相 BOOST 轉(zhuǎn)換電路的 1／3。電源效率高，對散熱的要求小。第 29 引腳是芯片底部的散熱腳。27 引腳連接輸入電源；4 引腳接地；11 引腳用來設(shè)定開關(guān)頻率；20 和 23BGATE 引腳用來驅(qū)動場效應(yīng)管的柵極；8，9，1 2 和13SENSE 引腳用來反饋場效應(yīng)管的輸出電流；16 引腳是輸出電壓反饋引腳，該腳電壓為 2．44 V，通過反饋電阻可以設(shè)定輸出電壓值。17 引腳是低電壓關(guān)斷引腳，當(dāng)該引腳的電壓大于 2．45 V 時，器件才開始工作，當(dāng)該引腳的電壓小于 0．3 V 時，器件進(jìn)入低電壓關(guān)斷模式。 14 引腳是軟啟動引腳，當(dāng)加電時，輸出電壓從 0 V 漸變到設(shè)定的輸出電壓值，典型的啟動時間可以由下8式計(jì)算： t＝2．44C／10式中：C 為連接 14 引腳到地的電容值，單位為 μF；t 為典型的啟動時間。12V 汽車電瓶電壓經(jīng)過插頭給 LT3782 供電，LT3782 產(chǎn)生的兩相振蕩輸出驅(qū)動 N 溝道場效應(yīng)管 Q1 和 Q2，場效應(yīng)管輸出分別經(jīng)肖特基二極管 D1 和 D2整流后，由電容 C7 濾波輸出。電阻 R1 用來設(shè)定 LT3782 的開關(guān)頻率，LT3782的開關(guān)頻率在 150～500 kHz 之間可編程。這里選取開關(guān)頻率為 250 kHz，取電阻值 R1=75 kHz。參照 LT3782 數(shù)據(jù)手冊，通過輸入／輸出電壓關(guān)系和占空比可以推算出 N 溝道場效應(yīng)管的峰值電流約為 15 A。通過設(shè)定電阻 R8 和 R10的阻值可以設(shè)定電源的限制電流，避免電源電流過大，燒壞后面電路。LT3782 的 SENSE 管腳的域值電壓為 60 mV，因而電阻 R8 和 R10 的阻值為0．004 Ω。 柴油機(jī)控制系統(tǒng)常用輸入、輸出電路設(shè)計(jì)柴油機(jī)電控系統(tǒng)一般由傳感器、控制單元(ECU)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。ECU是柴油機(jī)電控系統(tǒng)的核心，也是技術(shù)含量較高的部件，設(shè)計(jì)難度較大?？刂茊卧?ECU)是嵌入式的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。要求功能專用、環(huán)境適應(yīng)性好和可靠性高。系統(tǒng)的組成如下圖4：CPU二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二二圖 4 ECU結(jié)構(gòu)框圖開關(guān)輸入電路完成外部開關(guān)量向計(jì)算機(jī)的輸入，如：工作狀態(tài)開關(guān)、傳感器狀態(tài)開關(guān)等。模擬量輸入電路完成發(fā)動機(jī)和其它裝置的模擬信號的調(diào)理9和采集。如：油溫、冷卻水溫度、進(jìn)氣溫度、排氣溫度、潤滑油溫度和腳踏板位置等。頻率量輸入電路主要完成發(fā)動機(jī)的脈沖信號的調(diào)理和采集。就目前的柴油機(jī)ECU來說，主要的脈沖信號有：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號、凸輪軸信號，有些系統(tǒng)還有增壓器轉(zhuǎn)速信號等。開關(guān)量輸出電路主要完成ECU輸出信號的傳輸，常用的驅(qū)動負(fù)載是信號燈、繼電器和電磁閥等。如狀態(tài)指示燈、啟動繼電器、風(fēng)扇開關(guān)等。模擬量輸出電路主要完成模擬表的驅(qū)動。如：指針式發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表、車速表和水溫表等。在柴油機(jī)ECU中，現(xiàn)在這種電路使用很少，一般都在一體化顯示面板指示。功率輸出電路是指驅(qū)動大功率執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電路，如在第一代電控系統(tǒng)中的線性電磁鐵驅(qū)動，直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動；在單體泵、泵噴嘴和高壓共軌供油系統(tǒng)中高速電磁鐵的驅(qū)動等。 電控單元（ECU）的輸入級ECU輸入級的作用是將電控系統(tǒng)中各種傳感器檢測到的信息，通過I/O接口送入微型計(jì)算機(jī)，完成ECU對發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況的實(shí)時檢測。從傳感器來的信號進(jìn)入輸入級后，首次要經(jīng)過預(yù)處理，如采用濾波器除去雜波等。有的信號，如電磁式曲軸位置傳感器的信號，并不是矩形波，而是正弦波，而卻其信號的電壓幅值會隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。這些信號不能直接輸入微型機(jī)，需整形變成標(biāo)準(zhǔn)方波信號。ECU輸入級信號的類型，從傳感器來的信號分為模擬信號和數(shù)字信號兩種。模擬信號一般是隨時間連續(xù)變化的模擬量，通過檢測元件和變換器轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬電壓與電流。由于計(jì)算機(jī)只能識別數(shù)字量，故模擬電信號必須通過模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)。在柴油機(jī)中有許多信號都是模擬量，如進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等。柴油機(jī)電控系統(tǒng)中，采集的數(shù)字信號主要是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和止點(diǎn)位置信號。它們都是脈沖信號，不能被計(jì)算機(jī)直接接收這兩個信號也需要通過輸入級，將狀態(tài)信號轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)TTL信號送入計(jì)算機(jī)。（1）被測對象的信號拾取。其主要任務(wù)就是最忠實(shí)地反映被測對象的真是狀態(tài)。它包括實(shí)時性與測量精度，同時使這些測量信號能滿足計(jì)算機(jī)輸入接口的電平要求。因此，柴油機(jī)電控系統(tǒng)中的輸入通道，體現(xiàn)了被測對象與電控系統(tǒng)相互聯(lián)系的信號輸入通道、原始參數(shù)輸入通道。由于在該通道中，主要是傳感器和傳感器有關(guān)的信號調(diào)節(jié)、變換電路、故也可稱為傳感器接口10通道。(2)輸入通道要完成對象的狀態(tài)量值的檢測，故輸入通道總要靠近信號拾取對象。為了減少輸出損耗、防止干擾，常常不惜將輸入通道與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分開，將輸入通道部分放置到對象現(xiàn)場中。（3）輸入通道的環(huán)境無主觀選擇余地。由于輸入通道中的信號檢測總是針對著被測對象的，因此被測對象的現(xiàn)場環(huán)境因素嚴(yán)重影響著輸入通道的方案設(shè)計(jì)。（4）輸入通道電路設(shè)計(jì)的難易繁簡程度，除與環(huán)境因素有關(guān)外，還取決于傳感器、變換器的選擇。因?yàn)樵谳斎胪ǖ乐?，必須將傳感器輸出的初次電信號，轉(zhuǎn)換成能滿足計(jì)算機(jī)輸入要求的TTL邏輯電平信號。同時，輸入通道中傳感器輸出信號與計(jì)算機(jī)邏輯電平相近度，決定了輸入通道的繁簡難易程度。（5）由于傳感器常常是模擬量、微弱信號輸出，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)要求的信號電平時，必須借助一些模擬電路技術(shù)。因此輸入通道常常是一個模擬、數(shù)字等的混在電路，是傳感器集成化和單片機(jī)功能集成的邊界區(qū)域。這些電路的處理技術(shù)有一定難度。（6）輸入通道靠近現(xiàn)場，易受干擾。傳感器輸出信號一般都教微弱，常常需要一個增益系統(tǒng)，這些是柴油機(jī)電控系統(tǒng)中最重要的一個干擾進(jìn)入渠道。因此，輸入通道的抗干擾設(shè)計(jì)是輸入通道設(shè)計(jì)中的一個重要部分。開關(guān)輸入級電路根據(jù)ECU的電源系統(tǒng)有隔離輸入和非隔離輸入。隔離的開關(guān)輸入電路如圖5：這個電路當(dāng)輸入電壓5V時，U0為低電平，信號有效。當(dāng)輸入電壓5V或開路時，U0為高電平，信號無效。其中，Rl Cl是輸入端的濾波電路，主要為提高抗干擾性能和電磁兼容性能，同時R1是輸入端的接地電阻，保證輸入端開路時輸入信號為低電平。R2 C2是輸入端的信號濾波電路。DD2是穩(wěn)壓二極管決定電路的工作靈敏度和穩(wěn)定性。D3是防止反向電壓損壞U1。U1是信號隔離組件，GND端是外部供電系統(tǒng)地端，而DG是ECU內(nèi)部電源地。11圖 5 隔離開關(guān)輸入電路 當(dāng)ECU的工作電源為非隔離電源系統(tǒng)時，可采用圖6的開關(guān)輸入電路。阻容組件和圖2的功能類似。Ul(74HCl4)的作用是施米特整形和隔離。圖 6 開關(guān)輸入電路開關(guān)輸入電路設(shè)計(jì)為高電平有效，這樣可以提高系統(tǒng)的可靠性。原因是：在車用電器系統(tǒng)中，供電系統(tǒng)是24V系統(tǒng)，而且是電源負(fù)極接車體。也就是說，車體的所有金屬體都是地電位。這樣，開關(guān)輸入端的裝置和輸入線纜在出現(xiàn)故障時，大多數(shù)故障是接地和開路。在這兩種情況發(fā)生時，開關(guān)電路均為無效狀態(tài)，系統(tǒng)在故障時是安全的。另外，電路在可能的最大輸入電壓下和反接的情況下，保證電路的安全。 電控單元的輸出級柴油電控單元的輸出級，也像輸入級一樣，可分為模擬量的輸出通道和數(shù)字量的輸出通道。模擬量輸出通道將單片機(jī)輸出的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成為模擬信號（電壓和電流），作用于執(zhí)行器以實(shí)現(xiàn)對別控制對象的控制，例如要控制比例電磁鐵、動圈式力馬達(dá)，就必須先將單片機(jī)輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換12成為模擬信號，即電壓；將此電壓信號傳送到功率放大級，繞后作用于這些執(zhí)行器。數(shù)字量的輸出通道將計(jì)算技輸出的數(shù)字信號經(jīng)所存、隔離后，在經(jīng)過功率放大器輸出，已控制那些可接受數(shù)字信號的執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行器的控制，例如控制高速電磁開關(guān)、步進(jìn)電機(jī)等。開關(guān)輸出電路，單片機(jī)輸出口受驅(qū)動能力的限制，一般情況下均需要經(jīng)過接口電路才能和外部設(shè)備相連。由于控制對象的不同，輸出電路也千差萬別。一般情況下，設(shè)計(jì)輸出電路時應(yīng)考慮：輸出電壓和電源電壓；輸出電流；開關(guān)頻率(上升和下降時問)：隔離和抗干擾性能一般的輸出電路設(shè)計(jì)，就是根據(jù)負(fù)載的上述要求，選用相應(yīng)的功率器件(三極管、MOS管和IGBT管)，進(jìn)行功率的擴(kuò)展設(shè)計(jì)。相應(yīng)的技術(shù)書籍都有介紹。在ECU的開關(guān)輸出電路設(shè)計(jì)時，除考慮如上參數(shù)外，必須保證外部電纜和負(fù)載出現(xiàn)故障時輸出電路的安全。更近一步的要求是：ECU能判斷外部電纜和負(fù)載的故障。為了達(dá)到如上要求，一般選用高位驅(qū)動的開關(guān)輸出電路，結(jié)構(gòu)如圖7：二二二二二 二二二二 二二二二二二 二二圖 7 高位驅(qū)動的開關(guān)輸出電路結(jié)構(gòu)圖模擬量輸出通道：模擬量的輸出通道就是將單片機(jī)輸出的數(shù)字轉(zhuǎn)換為模擬量。這個工作主要由D/A轉(zhuǎn)換器來完成。對于模擬量輸出通道，要求可靠性高，滿足一定的精度，還必須具有保持剛能。D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)特性與應(yīng)用特性主要表現(xiàn)為芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的配置狀態(tài)它對接口電路設(shè)計(jì)影響很大。主要特性：（1）數(shù)字輸入特性。包括接受數(shù)碼制、數(shù)據(jù)格式及邏輯電平等。D/A轉(zhuǎn)換器一般只能接受二進(jìn)制數(shù)碼，當(dāng)輸入數(shù)字代碼為偏置碼或補(bǔ)碼等雙極性數(shù)碼時，應(yīng)外接適當(dāng)偏置電路才能實(shí)現(xiàn)。D/A轉(zhuǎn)換器一般采用并行碼和串行碼兩種數(shù)據(jù)形式，采用的邏輯電平多為TTL或低壓CMOS電平。(2)數(shù)字輸出特性是指D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電量特性，多數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器采用電流輸出。對于輸出特性具有電流源性質(zhì)的D/A轉(zhuǎn)換器，用輸出電壓允許范圍內(nèi)來表示由輸出電路（包括簡單電阻或運(yùn)算放大器）造成輸出電壓的可變動范圍。只要求輸出電壓在輸出電壓允許范圍內(nèi)，輸出電流與輸入數(shù)字間保持正確的轉(zhuǎn)換關(guān)系，而與輸出電壓的大小無關(guān)，對于輸出特性為非電流源特性的D/A轉(zhuǎn)換器，無輸出電壓允許范圍指標(biāo)，電流輸出端應(yīng)保持公共端電流或虛地，否則將破壞其轉(zhuǎn)換關(guān)