【正文】 我還要感謝在一起愉快的度過(guò)畢業(yè)論文小組的同學(xué)們，正是有你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)又一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果不能完全保證可靠性。 采用位移傳感器信號(hào)激勵(lì)電路和 AD 轉(zhuǎn)換電路，使柴油發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴油控制系統(tǒng)反饋的位移信號(hào)準(zhǔn)確度高，為整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)控制提供了有效的偏移量，通過(guò) 仿真 實(shí)驗(yàn) 證明 該電路工作穩(wěn)定、可靠。 表 46 PID 參數(shù)查詢(xún)表 參數(shù) 分段 0q 1q 2q 0～ 1 1～ 2 2～ 3 3～ 4 4～ 5 5～ 6 6～ 7 7～ 8 8～ 9 9～ 10 10～ 11 11～ 12 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。由于電磁執(zhí)行器推動(dòng)噴油泵齒條運(yùn)動(dòng)在各個(gè)階段差異較大，非線(xiàn)性嚴(yán)重，采用一組參數(shù)控制整個(gè)齒條位移過(guò)程，控制效果不能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，由于輸出通道和執(zhí)行器裝置具有信號(hào)的鎖存作用，故仍能保持原值。只要使用前后三次采集量值的偏差，即可得出控制增量。 離散的位置式 PID表達(dá)式為 ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ?10 ????? ?? kekeTTjeTTkeKku Dkjip （ 41） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?101 ????? ?? kekeKjeKkeKku Dkjp （ 42） 式中 k采樣序號(hào)， k=0， 1， 2， 3?? ； ____)(ku 第 k次采樣時(shí)刻的輸出值； ____)(ke 第 k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； ____)1( ?ke 第 k1次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； ____T 采樣周期； ____1T 積分時(shí)間常數(shù)； ____DT 微分時(shí)間常數(shù)； ____iK 積分常數(shù)； ____DK 微分常數(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字 PID 控制規(guī)把 PID 控制規(guī)律數(shù)字化，由軟件實(shí)現(xiàn)，控制參數(shù)易于調(diào)整，而且可以進(jìn)一步與計(jì)算機(jī)的邏輯判斷功能結(jié)合起來(lái)， 使 PID 控制更加靈活多樣 [15]。 圖 43 CAN總線(xiàn)流程圖 PID 控制系統(tǒng) 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中許多被控對(duì)象受負(fù)荷 變化或干擾因素的影響，其對(duì)象特性參數(shù)或結(jié)構(gòu)易發(fā)生改變。 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)。也就是說(shuō)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)。 圖 41 柴油機(jī)位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)流程圖 系統(tǒng)的流程框圖 如圖 42 所示。 圖 314 電源驅(qū)動(dòng)電路 第四章 系統(tǒng)流程圖及軟件設(shè)計(jì) 采油機(jī)噴油泵電控系統(tǒng)的關(guān)鍵是齒條位置控制，其閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖如圖 41 所示。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 313 CAN 總線(xiàn)框圖 電源模塊設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制系統(tǒng)多數(shù)單元采用的是直流供電方式，它要求供電電壓穩(wěn)定，不受負(fù)載變化和其它干擾的影響。 圖 312 CAN 總線(xiàn)通信模塊 CAN 總線(xiàn)接收來(lái)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(xiàn)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(guò)中斷處理程序接收每一幀信息并通過(guò) CAN總線(xiàn)上傳給上位機(jī)進(jìn)行分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn) 口輸出的 PWM 波的頻率變化范圍在 150Hz250Hz 之間，若頻率過(guò)高，雖然動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，脈動(dòng) 小 ，但分辨率低；若頻率過(guò)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)。 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(guò)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(guò)程序并根據(jù)工作過(guò)程的實(shí)際情況改變，用以滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中不同的機(jī)械特性。 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。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 aU 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。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。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 dtidLmdtdiLLRidtidLmdtdiLdtdiLiu msms 11111111111 )( ?????????? (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]。 圖 37 為傳感器的內(nèi)部引線(xiàn)示意圖， 該傳感器外部有 3 條引線(xiàn)， 一條 為電感不變端引線(xiàn)， 另一條 為電感隨齒條位置變化的可變端引線(xiàn)， 第三條 為兩組線(xiàn)圈 A，B 的公共端引線(xiàn)。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(lái)提供。 晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。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。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 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(lái)說(shuō)，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(chǎng)商預(yù)設(shè)的一個(gè)值。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 32 噴油泵齒條位移示意圖 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 系統(tǒng)中推動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行器采用的是德國(guó) BOSCH 公司的電磁式執(zhí)行器。當(dāng)柱塞向上移動(dòng)蓋過(guò)吸油腔的進(jìn)油孔時(shí)，噴油泵即開(kāi)始供油；當(dāng)柱塞的斜坡形控制邊緣與進(jìn)油孔相 遇時(shí)，更停止供油。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 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。 目前。當(dāng) 被 側(cè)金屬的表面靠近該線(xiàn)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。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。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。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。 位移傳感器的工作特性：位移傳感器又稱(chēng)為線(xiàn)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(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 移傳感器。 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(xiàn)） [7]。 （ 4） EA/Vpp：內(nèi)外 ROM 選擇 /片內(nèi) EPROM 編程電源。 ① ALE 功能：用來(lái)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。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 注；用萬(wàn)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(wàn)用表反應(yīng)沒(méi)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。用戶(hù)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(lèi)：電 源、時(shí)鐘、控制和 I/O 引腳。 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。 系統(tǒng)方案論證 近年來(lái)，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。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 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)： 。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。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(kāi)發(fā)研制 各種類(lèi)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。在電控噴射方面柴油機(jī)與汽油機(jī)的主要差別長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 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(guò)控制噴油時(shí)間來(lái)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(mén)、供油拉桿位置 )來(lái)決定的。 BOSCH 公司滿(mǎn)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)。如長(zhǎng)春汽車(chē)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(guò)液壓伺服機(jī)構(gòu)來(lái)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。 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]。 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。它是由高壓油泵將高壓燃油輸送到公共供油管，通過(guò)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(wú)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。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(kāi)啟壓力，將已經(jīng)關(guān)閉的針閥又重新打開(kāi)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?HC）的排放量，油耗增加。這類(lèi)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)。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(mén)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(lái)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。 有上述狀況可知，電控高壓共軌噴射系統(tǒng)是未來(lái)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。一些汽車(chē)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)。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(wàn)多臺(tái)。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)， 2020 年起執(zhí)行了相當(dāng)于歐洲一號(hào)的法 歸， 2020 年 1 月頒布執(zhí)行了相當(dāng)于歐洲二號(hào)的法規(guī)，在 2020年將執(zhí)行歐洲三號(hào)法規(guī)。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(lái)，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)。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。典型的位置式電控噴油系統(tǒng)有日本電裝公司的 型電控分配泵，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。 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。在短短的 20 年內(nèi)，汽油機(jī)電控技術(shù)已相當(dāng)成熟。柴油汽車(chē)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(chē)公司于 2020 年與 BOSCH 公司合作引進(jìn)柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)，在原 發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，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]。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(chē)中己全部柴油機(jī)化，而且近年來(lái)在輕型車(chē)和轎車(chē)上的應(yīng)用上也呈逐年遞增的趨勢(shì)。 本系統(tǒng)采用我們比較熟悉的 89C51 單片機(jī)作為控制核心，采用電感傳感器作為反饋和信號(hào)的采集，使用光耦驅(qū)動(dòng)電路使輸入端與輸出端相互隔離，使電路的抗干擾能力加強(qiáng)了，使用 PID 控制算法控制系統(tǒng)穩(wěn)定，魯棒性強(qiáng)。本文詳細(xì)地討論了電控單元硬件、軟件設(shè)計(jì)過(guò)程，完成了硬件電路和軟件模塊化設(shè)計(jì)，并對(duì)硬件、軟件提出了相應(yīng)的抗干擾措施。這樣，就對(duì)噴油系統(tǒng)有較高的要求，改變了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制模式，實(shí)