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齿条传动机构341&小车式数控切割机用齿条导轨342&双面齿条板棘齿轮传动蒸汽机343&具有突起式齿条的行星螺杆挤出机344&双侧齿条斜面附着撑杆345&齿条式厕所自动开关346&一种由齿轮和齿条传动的内燃机347&液压动力齿条齿轮传动装置348&车门吊具齿条*紧装置349&能够实现曲线传动的齿轮、齿条机构350&可弯曲齿条、其构成法及所属装置351&自行车踏板式齿条驱动机构352&组合式转向齿条353&齿轮齿条驱动的大滑板手控*调行程机构354&静液压蜗杆齿条传动装置355&齿条衬套及具有齿条衬套的车辆齿条小齿轮型转向装置356&全自动水晶研磨机的双齿条传动装置357&用于组装自提升式钻机齿条部分的设备358&齿条踏板式前驱动自行车359&梳理机用齿条360&传动滚子齿条齿轮361&一种齿轮齿条式激光**分选滚珠的装置362&一种齿轮齿条转向器363&采煤机单齿条摇臂回转调高装置364&立管型齿条式抽油机365&齿条齿轮棘轮传动电控气门发动机366&数控齿条铣齿机367&齿条－齿轮式转向装置368&齿轮齿条式施工升降机超载安全控制器369&双关节齿条耦合机器*手指装置370&用于将折弯工件顶出的齿轮齿条联动机构371&内燃发动机齿条式传动机构372&修正车床床身齿条安装面精度的装置373&一种改进的齿轮齿条的支撑机构374&BD驱动器齿条可动型遮光器开放装置375&可调节式齿条顶升机376&齿轮齿条双牵拉式颈、腰椎牵引器377&内燃发动机齿条式传动机构378&带滑珠的齿条379&半圆齿条零件的加工方法380&齿轮齿条副非过约束四**度并联机器*机构381&一种由齿轮齿条组成的高速间歇运动机构及其工作方法382&一种超长精密榫接头齿条及其制造方法383&**齿条*检查井盖384&用于压紧齿条的装置385&*辊齿条拆除器386&切纸机的齿轮齿条轨道机构387&**齿条插齿机构388&一种齿轮齿条式转向器啮合间隙调整机构389&悬臂式掘进机的前置齿条油缸回转台390&无曲轴半齿轮双齿条往复传动机构391&齿条多关节高欠驱动机器*手指装置392&叠加式柔性齿条式升降装置393&衬套轴承和使用该衬套轴承的用于汽车的齿条齿轮式转向装置394&齿条式减震发电装置395&马达蜗杆齿条升降机构396&周边齿条传动式浓缩机397&一种凸圆弧齿条形自动扶梯踢板398&芯*、芯*组件以及空心齿条杆399&涡轮弧形齿条传动二维太阳光自动**装置400&长行程液压杆传动单点支撑直齿条驱动群同步**采光太阳能家用电源401&数控机床双齿轮齿条传动用消隙装置402&多功能双齿条转椅托盘403&一种防止齿条热处理变形的装置404&小型齿条直线支撑装置405&齿条式千斤顶406&齿条式双辊竹纤维提取机407&用于双电源自动切换开关的齿轮齿条分离装置408&有载分接开关的齿条大转角快速机构409&往复运动转变为定向旋转运动的棘轮弧形棘齿条传动装置410&杠杆齿条式下限压力指示表411&低成本的齿条式转向传动机构412&齿条液压变幅装置413&具有齿条传动装置的压缩气体断路器414&齿条传动侧隙调整装置415&直齿条驱动群同步多连杆长行程同步支撑**采光太阳能电站416&利用普通机床加工X方向两侧导轨和齿条空间平行的方法417&一种齿轮齿条摆动油缸418&齿条式起道器机壳结构的改进419&四面体齿条-齿轮传动系统420&用于输送带订扣机的加固齿条421&一种汽车助力转向器的新型组合齿条422&履带式齿条纤维压烫成型机423&制造锻制齿条的方法和装置424&齿条齿轮调窗425&三轮滑板车齿轮齿条转向机构426&一种齿轮齿条传动装置427&一种齿条式液动自行车428&在轧钢机中将宽规格型材传递给齿条冷床的方法和装置429&滑动齿条430&齿线形状为外摆线的齿条431&齿条-转向装置432&弧螺旋圆柱齿轮及弧齿条433&一种连杆齿条式电驱动永磁发动机434&汽车后*镜镜面驱动器的齿条安装机构435&在海上及陆上能源领域的移动式或自升式系统中的齿条齿轮应用中使用的多重齿条436&活塞齿条式内燃机437&环齿条直轴式往复 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公司成立：
Wed Dec 01 00:00:00 CST 2010年
经营类型：
主营产品：柴油发动机突发的飞车事故处理方法
在工程机械维修实践中，常常遇到柴油发动机因高压油泵调速齿条或齿圈卡在最大供油位置，或因各种原因导致调速器失去调速特性，及气缸中进入其它燃料，特别在同时起动发动机或换档、去除负荷等时，发动机出现飞车故障。飞车后，若采取紧急措施，如：堵塞进气管，将减压手柄拉到减压位置，使用排气制动，迅速松开各缸高压油管停止供油等，可制止飞车事故。若飞车后采取措施不及时，发动机长时间超速运转，将可能发生连杆螺栓拉断、打破机体等恶性事故，也可能使调速器飞锤或钢球甩脱、碰撞或打烂调速器壳体，喷油泵凸轮轴转动受到限制，油泵不再供油，发动机自动熄火停转。在调速器壳体被打烂的飞车故障中，除需按常规校正喷油泵及对发动机各运动部件的联接可靠性、配气机构杆件的弯曲变形进行校正外，还要重调供油正时。因为当飞锤甩脱卡滞时，喷油泵凸轮轴被飞锤端强制停转，喷油泵停止供油，汽缸内不再爆发作功，但飞车后高速运转的发动机不能立刻停转，在巨大惯性作用下将继续运转一段时间，同时通过正时齿轮间的传动带动喷油泵正时齿轮轴继续转动。这样，正时齿轮将对油泵驱动轴施加一驱动其继续旋转的冲击扭矩，因凸轮轴飞锤端转动受阻，联轴器胶木联接块可能被挤碎，喷油泵正时齿轮与齿轮轴间的联接键可能被剪断，而错离原装配位置。同时，作为铸件加工成的油泵凸轮轴，其直径大于作为细长杆件的油泵正时齿轮轴，当飞锤甩脱打烂调速器壳体油泵被强制停转时，正时齿轮轴在发动机继续高速旋转造成的巨大冲击扭矩作用下将产生扭曲变形，凸缘盘端转角滞后于正时齿轮端转角。所以在发生调速器打烂壳体的情况下，若是简单的修校好高压油泵就装车发动，常常失败。较彻底的处理办法是打开正时齿轮室盖，检查油泵正时齿轮轴是否滚键。若是，就拆下齿轮轴重新配键。若无滚键，就要检查齿轮轴的扭曲变形。先对正时记号，然后盘动发动机曲轴，盘至飞轮上一缸供油提前角刻线的要求角度，油泵装到机体上，联接进回油管，不装高压油管，联轴器凸缘盘定位螺钉不装。油泵排空气注满柴油后，盘动凸缘盘到一缸供油开始位置。此时查看定位螺钉孔与前凸缘盘上弧形槽相对位置，若相差角度太大无法靠联轴器处调整，此时就要重调油泵正时齿轮，即抽出油泵齿轮轴，在自由状态下按正常旋转方向转动齿轮轴，到联轴器驱动凸缘盘弧形孔中心位置正对中间凸缘盘固定螺孔位置，按此位置装上齿轮轴，拧紧凸缘盘固定螺钉，喷油泵供油正时即可恢复。同时应按相差齿数在相应的齿上重新打上正时标识，利于后来维修工作。如发动机前端空间太小，只有吊出发动机才能打开正时齿轮室盖，而现场无起吊设备，又需进行现场急救时，可进行如下处理：把校正好的油泵按正常安装位置装复，接好低压油路，排空气注满油。打开一缸气门室盖，盘动曲轴同时查看一缸进排气门摇臂运动情况，到飞轮上一缸供油开始时刻。盘动联轴器从动盘到一缸出油阀紧座出油口油面波动，停止转动。反向盘动从动凸缘盘，到中间凸缘盘固定螺钉正对驱动凸缘盘上弧形长孔中心位置，固定凸缘盘定位螺钉。在发动机体上正对正时齿轮轴处涂盖湿泥，用喷灯或氧炔焰加热正时齿轮轴，到能用开口扳手按喷油泵旋转方向在油泵端扳动从动凸缘盘，不可过加热。此时油泵转动，而正时齿轮端受发动机静止状态限制不能转动。到一缸出油阀紧座出油口油面明显波动为止，保持此位置不动待正时齿轮轴冷却。这样喷油泵与正时齿轮轴恢复到轴扭曲变形前对应位置。继续盘动曲轴一周，正时齿轮轴上第一次加热时火焰没有直接加热到的一面转向正外面，进行第二次加热，基本与第一次加热一致。冷却后轴上二对应表面受热残余内应力基本一致。轴不致发生明显挠曲变形，传动稳定性好。以上方法比较简单，可作现场救急之用。但因为加热火候不易控制，齿轮轴难免存在因残余应力不平衡引起的挠曲变形。条件许可情况下，更换正时齿轮轴效果最好&&相关阅读：上海公司主营：，，，，，，，，。
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2017全国社区创新与发展大会暨全国智慧社区建设博览会柴油机高压共轨高速电磁阀驱动控制平台设计_甜梦文库
柴油机高压共轨高速电磁阀驱动控制平台设计
哈尔滨工程大学 硕士学位论文 柴油机高压共轨高速电磁阀驱动控制平台设计 姓名：晏佳 申请学位级别：硕士 专业：动力机械及工程 指导教师：宋恩哲 201103哈尔演丁程大学硕十学ｆ｛７：论文摘要随着发动机排放法规的制定和实施日趋严格，各种应用于发动机的节能减排技术成 为该领域的重要研究内容。柴油机高压共轨技术大幅度提升柴油机经济性能、排放性能。 本文以高压共轨技术的核心技术高速电磁阀驱动控制技术为研究内容。 针对高压共轨高速电磁阀驱动控制技术建立数学模型，分析高压共轨高速电磁阀驱 动电路中放电电容容量，高压驱动电压对电磁阀响应实时性的影响，为不同负载电磁阀 驱动电路参数匹配提供理论依据。在理论分析的基础上，根据电磁阀响应实时性要求， 匹配设计高压共轨高速电磁阀驱动电路参数。 在此基础上依据高低压驱动方式设计高压共轨高速电磁阀实验甲台。实验甲台由升 压电路，电磁阀驱动控制电路，电流采样电路，通讯电路，监控界面和曲轴转速脉冲发 生电路组成。在高速电磁阀实验平台硬件系统基础上编写Ｃ语言驱动程序，曲轴脉冲发 生器程序。程序中，高低压驱动时间，高低压维持电流可通过配套编写的Ｌａｂｖｉｅｗ上位 机监控界面程序进行在线修改。 进行高速电磁阀驱动实验，电磁阀电感测量值６１８ｕＨ，放电电容容量４４０ｕＦ，采样电阻１０艘，升压电压８１Ｖ。实验结果表明，电磁阀开启时间小于１５０ｕｓ，关断时间小于１００ｕｓ，电容电压下降５Ｖ，满足高压共轨高速电磁阀响应实时性要求。进而针对三种 不同型号电磁阀进行驱动实验，电磁阀电感值分别为６１８ｕＨ，２５３ｕＨ，２５９ｕＨ，高压驱 动电压仍为８１Ｖ，放电电容４４０ｕＦ。将实验结果和理论计算结果进行比较，三种电磁阀 驱动电流理论值和实验值误差分别为６．６％，８．Ｏ％，３．９％，电磁阀驱动理论计算方法可 以作为电磁阀驱动系统设计依据。关键词：高速电磁阀；柴油机；高压共轨；时间压力式燃油喷射控制系统量曼鲁曼鲁，――ＩＩ――――鼍鼍冀ＡＢＳＴＲＡＣＴｅｎｅｒｇｙ，ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ哈尔滨Ｔ程大学硕十学位论文ＩＩｌ ｏｒｄｅｒ ｔｏｓａｖｅｓｔｒｉｃｔｌｙ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｇｍａｔｉｏｎｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｓｓｕｅｄ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ ｕｓｅｄｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｂｅｃｏｍｅｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈｓｕｂｊｅｃｔｓｏｆｔｈｉｓ ｆｉｌｅｄ．Ｃｏｍｒｎｏｎ－ｒａｉｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｈｅ ｄｉｅｓｅｌ ｅｎｇｉｎｅ Ｃａｎ ｌａｒｇｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｏｎｅｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｈａｒｍｆｕｌｅｍｉｓｓｉｏｎ，ｃｏｍｍｏｎ－ｒａｉｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｂｅｃｏｍｅｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｎｇｉｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｒａｐｉｄｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｏｌｅｎｏｉｄ ｖａｌｖｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｉｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎ－ｒａｉｌ，ＳＯｒａｐｉｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｏｌｅｎｏｉｄ ｖａｌｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｉｓ ｔｈｉｓ群Ｉｐｅ￡Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｖｏｌｕｍｅ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｒｉｖｅｎ－ｖｏｌｔａｇｅ，ａ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｓｕｐｐｌｙ ｔｈｅｏｒｙ ｆｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ｍｏｄｅｌｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓｍａｔｃｈｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖａｌｖｅ ｌｏａｄ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔＯｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ，ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｌａｔｆｏｒｍ ａ陀 ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｏｕｔ．Ｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｃｌｕｄｅ ｂｏｏｓｔ １３（３?ＤＣ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｏｗｅｒｃｉｒｃｕｉｔ，ｖａｌｖｅｄｒｉｖｅｎ－ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｃｕｒｒｅｎｔ－ｐｉｃｋ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ 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ｓｙｓｔｅｍ第一幸绪论第１章绪论１．１引言二十世纪末期发动机电控制技术逐渐兴起，经过几十年的发展，发动机电控技术功 能和可靠性等各方面得到了快速的发展，为发动机经济性、排放性、可靠性带来了重要 提高。发动机电控技术逐渐成为发动机在二十一世纪的重要发展方向。发动机电控技术 从最初的辅助功能逐渐向核心功能发展，如从最初的安保系统到电子调速器、单体泵控 制系统、高压共轨控制系统、故障诊断系统、ＥＧＲ系统、ＳＣＲ系统、ＶＧＴ系统ｌｌ Ｊ。发 动机核心控制功能电控化是发动机技术的发展趋势。 柴油机燃油喷射系统控制是柴油发动机的核心部件，燃油喷射系统与电子控制技术相结合以来先后发展了位置式控制系统、时间控制式系统、时间一压力式控制系统。三种燃油喷射控制系统依次递进，为柴油发动机经济性、排放性的逐渐提高提供技术支持。 结合我国柴油发动机燃油喷射电控技术发展现状：位置式燃油喷射系统已经得以全面解 决、时间控制式燃油喷射系统也得到较为的广泛的应用，且面市产品众多。使用时间控制式燃油喷射系统的柴油发动机排放达标国ＩＩＩ标准【２】。国产时间―压力式燃油喷射控制系统在国内仍然未能得以广泛工程应用。时间―压力式燃油喷射系统是当前国内相关单位的重点研究课题如：清华大学、无锡油泵油嘴厂、大连理工大学、上海交通大学、成 都威特公司等单位对柴油机高压共轨控制系统进行了深入研究，并开发出试验样机取得 阶段性成果，但是广泛的工程应用仍未能全面铺开。上述所介绍研究所或者科研院所均对时间一压力式燃油喷射系统的核心研究内同进行技术保密，不对外进行公布。当前国 产时间一压力式燃油喷射系统（包括控制系统软件、控制系统硬件）由于可靠性、实时性、功能完备性等一系列问题不能实现大批量配机应用。高速电磁阀驱动控制软硬件系统是时间一压力式燃油喷射控制系统研究的核心内 容，对高速电磁阀驱动控制软硬件研究是进行时间一压力式燃油控制系统研究的关键内容，对高速电磁阀驱动控制进行深入研究仍是我国柴油发动机电控技术的主要工作，具 备重要研究意义。 本文以燃油喷射控制系统高速电磁阀驱动技术为研究对象，以高速电磁阀快速响应 性能为研究目标，是当前国内发动机电控技术研究的核心内容。哈尔滨工程大学硕十学位论文１．２发动机燃油喷射控制系统发展历程发动机燃油喷油控制系统是发动机控制系统中的核心部分。喷油控制系统的发展代 表着发动机控制系统的发展。 发动机燃油喷射系统发展至今可以分为三个重要阶段。机械式调速器，第一代燃油 喷射系统。该种形式燃油喷射控制系统可分为两极式和全程式调速器。由于燃油升压动 力由凸轮轴提供，燃油压力受发动机转速影响明显，且机械式调速器设计完成后由于结 构确定，调速器特性曲线便确定下来【３】。针对特定场合需要使用不同特性的机械式调速 器，面对不同发动机需要重复开发或者选择调速器型号，给同一型号发动机应用于不同 工作环境带不便。机械式调速精度低、响应速度慢，是上世纪柴油发动机的主要配件。 电子调速器，第二代燃油喷射系统。该种燃油喷射系统相对机械式调速器改动不大。 通过采集发动机转速，在原有机械式调速器基础上，安装电磁执行器（如：比例电磁铁、 有限转角力矩电机、无刷电机）驱动机械式调速器中的齿条，通过控制燃油喷射量终点 调节控制燃油喷射量【４】。该种形式燃油喷射控制系统相对机械式调速器对原有发动机改 动较小，从功能上分析有如下几点改进。 １）燃油喷射终点通过软件设定，可以根据不同使用情况进行修正，加强了发动机 的适应性。 ２）发动机燃油限制曲线可通过软件设定为ＭＡＰ图，根据实际需要可通过参数修改 方式进行调整，灵活性增加。 ３）发动机喷油量可以根据发动机运行环境温度、发动机冷却水温度进行修正后再 通过执行器输出，电子调速器相对机械式调速器具备相对较强的智能控制能力。 但是电子调速器仍然存在以下两点问题限制了发动机性能提高。 １）电子调速器通过执行器驱动齿条控制发动机喷油终点相位，喷油始点不可控。 ２）电子调速器中燃油喷射压力由柱塞泵加压，不受电子调速器控制，因此喷油压 力不可控。 针对电子调速器的上述两点缺陷，研制开发了时间控制式燃油喷射系统，如泵喷嘴， 甭管嘴系统，控制喷油始点和喷油终点，但是喷油压力仍然不可控制。继而研发出时间 压力式燃油喷射系统，柴油机高压共轨燃油喷射控制系统ｌｌＪ。１．２．１泵管嘴系统泵管嘴系统和传统单体泵喷油系统相比较，控制燃油喷射量的斜槽和齿条被一个能 够控制燃油开始和结束的电磁阀代替。当电磁阀通电时，燃油的低压通道将被关闭，反２菊一争绪沦之当电磁阀断电时，燃油的低压通道将被打开，以此来控制喷油始点和喷油最瞪ｌ。杂：管嘴系统原理图如图１．１所示。２图１．１泵管嘴系统原理图１．２．２泵喷嘴系统２．电磁一圈１．２泵喷嘴系统泉喷嘴系统中，高压油泵和喷嘴结合在一起，由一个项置凸轮驱动或者由一个顶杆 和摇臂驱动，控制喷油开始和结束的电磁阀安装在高压油泵和喷嘴的结合体上【５Ｉ。工作哈尔滨工程大学硕七学位论文原理图如图１．２所示。１．２．３高压燃油共轨系统（Ｃｏｍｍｏｎ Ｒａｉｌ）高压燃油共轨系统中，燃油经过一个高压油泵加压并储存在一个高压腔中（即共轨 管），再经过高压油管到喷油嘴，控制喷油开始和结束的电磁阀安装在喷油器上。控制 器可以通过安装在高压油泵上的电磁阀和共轨管压力传感器闭环控制共轨管内的燃油 压力。共轨管内的燃油压力不受发动机转速和负载的影响。因此相对泵管嘴和泵喷嘴燃 油喷射控制系统，共轨燃油喷射系统最大的优点在于共轨燃油压力可以被控制在相对恒 定的范围内可以不受转速影响。在燃油压力稳定的基础上可以实现燃油的预喷射和后喷 射，以及随外界工况而变的最优化的喷油特性和发动机特性娜１ ３１。高压共轨系统原理图 如图１．３所示。图１．３高压共轨燃油系统原理图通过对上述三代发动机燃油喷射控制系统的介绍，我们可以得出如表１．１所示比较 结果。纵向比较可以得出结论，第三代燃油喷射控制器是发动机燃油喷射系统的必然趋 势。第三代燃油喷射系统相对机械式调速器和电子调速器具备以下几点优势。 １）喷油始点可控，即可以间接控制发火提前角。 ２）喷油压力可控制，特别是高压共轨系统喷油压力稳定可控。 第三代发动机燃油喷射系统可根据应用需求如：追求发动机平和运行过程，防止爆 燃；降低ＮＯｘ排放、降低炭烟、增加后燃、提高发动机运行效率进行灵活配置。 横向比较第三代燃油喷射控制系统，高压共轨技术相对泵喷嘴系统、泵管嘴系统具４笫一帝绪论备以下优势。 高压燃油压力通过压力传感器和升压电磁阀闭环控制，将不同发动机转速标定为不 同共轨燃油压力。燃油压力稳定，不受发动机转速影响，从而保证燃油喷射量和时间关 联的准确性。在燃油压力稳定的基础上，可以配置多次喷射，预喷射、主喷射、后喷射 等。提高发动机运行效率，减少发动机污染物排放。 表１．１燃油喷射系统比较结果系统名称 机械式 位置式泵喷嘴 喷油始点 固定点 喷油终点 可控 智能化 无 初步智能化适应性 较差 较好 较好 较好 很好喷油握力 不町控技术难度 低 中固定点可控可控可控不可控 可控可控中等智能化 中等智能化 高智能化高局泵管嘴 高压共轨可控 可控可控 可控稳定可控很高１．３国内外发动机电控技术现状我国对柴油发动机电子控制技术的研究起步很晚。相对目前世界先进水平，存在很 大的差距。我国在“八五”期间的汽车工业发展规划中，将电控汽油喷射发动机研发列为 重点研究项目。虽然汽油机和柴油机点火方式不同，但是不同发动机之间的电控技术具 有相互促进发展的作用，特别是缸内直喷汽油机技术和柴油机高压共轨技术应用非常相 似。 近年来，国内很多高校和科研单位对柴油机电子控制技术进行了深入研究，取得了 很多可喜的成绩，很多国产柴油机燃油喷射控制系统已经投入量产。 １）上海交通大学和广西玉林柴油机股份有限公司在２００２合作开发的ＧＤ １电控高 压共轨系统应用于ＹＣ６１ １２柴油机，使用Ｍｏｔｏｒｏｌａ单片机作为主控系统ＣＰＵ，通过欧 ＩＩＩ排放标准测试【６】 ２）无锡威孚集团和天津大学至１９９７年合作开发高压共轨喷油器ＦＩＲＣＲＩ（灵活控制 喷油规律的共轨喷油器）。并在此基础上使用ＭＣ６８３３２单片机进行高压共轨ＥＣＵ开发， 最高喷油压力可达１２０Ｍｐａ，成功在斯太尔发动机上进行台架试验【７】 ３）一汽无锡油泵油嘴研究所至２００４年起，使用ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ、 ＳＴＡＴＥＦＬＯＷ、ｄＳＰＡＣＥ公司的控制原型机ＡＵＴＯＢＯＸ，开发了完整的柴油机高压共轨 喷油系统电控单元核心算法和快速原型机，实现了高压共轨喷油系统电控单元从功能设哈尔滨工程大学硕士学位论文计到控制算法再到快速原型验证的快速Ｖ模式开发流程。通过柴油机台架试验，试验结 果表明快速原型机ＡＵＴＯＢＯＸ控制的发动机具有良好的性能【８】 ４）北京理工大学在高压共轨电控喷油系统的控制软件的开发时，使用了实习多任 务操作系统ＲＴＯＳ（ＲＥＡＬ ＴＩＭＥＣＯＮＴＲＯＬＳＹＳＴＥＭ），将汽车嵌入式操作系统ＯＳＥＫＷｏｒｋｓ引入高压共轨燃油喷油系统，使用ＰＯＷＥＲ ＰＣ ＭＰＣ５５５单片机和Ｔｏｎａｒｄｏ ｆｏｒ ＯＳＥＫＷｏｒｋｓ集成开发环境，开发了一套用于高压共轨电控喷油系统的核心控制软件。 通过任务划分及可剥夺型内核中断机制，提高ＣＰＵ对高优先级中断的响应速度，大大 提高系统响应实时性，确保电控喷油系统的实时性要求，进而有效提高发动机动态响应 性能‘９ｌ ５）成都威特电喷集团和清华大学合作于２００３年成功试制了电控组合泵燃油喷射系 统，应用于广西玉柴ＹＣ６Ｍ、ＹＣ４Ｅ系列柴油机，并已经实现量产 ６）湖南衡阳亚新科南岳油泵油嘴公司与上海交通大学汽车电子技术研究所合作， 研发了电控单体泵燃油喷射系统，成功应用于广西玉柴ＹＣ６、ＹＣ６Ａ、ＹＣ４Ｄ细类发动 机中，亚新科南岳油泵油嘴公司的产品还在锡柴、大连柴油机厂等多型号发动机上应用， 目前已经正式投入量产。 国外发动机电控技术发展起步很早技术相对成熟。现今有很多技术和开发理念，开 发工具是我们应当学习借鉴的。 １）如今很多国外的著名厂商如ＡＶＬ、Ａｕｄｉ、ＢＭＷ、Ｒｉｃａｒｄｏ、Ｂｏｓｃｈ、Ｓｉｍｅｍ等均 采用Ｖ字开发模式进行发动机电控系统开发。Ｖ字开发模式可以在发动机进行台架试验 之前进行大量系统仿真测试，从而将系统开发过程中一大部分漏洞及时修正，减少实际 台架试验的调试工作量，缩短产品开发周期。 ２）面对功能日益复杂的发动机控制系统开发工作，日本和欧美汽车制造商、零件 供应商等于２００４年制定了汽车开发系统构架标准（ＡＵＴＯＳＡＲ，ＡＵＴＯｍｏｔｉｖｅＳｙｓｔｅｍ ＯｐｅｎＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）。ＡＵＴＯＳＡＲ简化了开发流程并且使得发动机控制软件可以复用。为了降低发动机控制系统的开发复杂度，ＡＵＴＯＳＡＲ提供一套经过试验验证的软件框 架，在此软件框架下开发可复用的应用软件。在实现过程中，ＡＵＴＯＳＡＲ强调应用程序 和基础模块的分层思想，并将系统软件、硬件分为若干层，若干功能相对独立的功能模 块以实现系统软件的复用性【１０】【ｌＩ】。 ３）国外发动机控制系统开发工具也有很快发展，德国ｄＳＰＡＣＥ公司开发的ｄＳＰＡＣＥ 实时仿真系统是其中的典型产品。该产品是一套基于ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的控制系统开 发与测试工具，产品开发过程软件接口可与ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ无缝连接，并拥有高速６第一帚绪论运算能力和功能齐备的板卡，如ＩＯ板卡、计时板卡、处理器板卡。在产品开发初期， 可以将控制系统开发过程中的算法下载到ｄＳＰＡＣＥ板卡中运行，通过功能丰富的输入、 输出、处理器板卡与被控对象连接，从而将工作重心放到控制系统算法和控制策略上来０２１Ｏ由此可见国内发动机电控技术研究正在经历由单体泵向高压共轨技术研发的转型 时期，时间控制式燃油喷射系统如单体泵燃油喷射系统在国内基本已经解决。同时高压 共轨技术仍处于研发状态，对于高压共轨技术中的关键技术，如电磁阀驱动控制实时性， 高压共轨系统标定软件，高压共轨系统ＥＣＵ工作可靠性上都还存在很多待解决的技术 难题。与此同时，国外发动机电控技术发展迅速，软件开发现正往智能开发，智能控制 领域发展，硬件开发正在往快速成型上发展，发动机模型为成熟的半物理实时仿真模型， 为发动机相关电控系统开发提供快速仿真实验基础。软件硬件实时验证开发成为国外发 动机电控技术的主流方向。１．４柴油机共轨系统的一般研究方法根据国外公司对柴油机电控系统的研究经验，柴油机高压共轨系统研究过程一般可 分为两个阶段。 １）开发出具有基本喷油控制功能的电控系统，即为单纯的燃油喷油控制系统，其 主要任务只在于能够实现喷油量和喷油正时控制功能，将此系统应用于柴油机验证该系 统的可靠性、功能性。 ２）开发有效的控制软件，扩展电控系统控制精度、功能，充分利用电喷系统的高 度灵活性，以修改控制软件为手段优化柴油机电控系统，发挥高压共轨技术潜能‘１３】。 如上节所述，我国柴油机共轨系统研究起步很晚还处于研发过程的初级阶段，因此 研发出高可靠性能且功能完备（具备喷油量、喷油正式控制功能）的软硬件系统是当前 的主要任务。１．５本文的主要工作本文的主要工作包括：分析柴油机高压共轨高速电磁阀驱动控制技术的指标需求与 功能需求；高速电磁阀驱动控制系统方案设计；驱动系统硬件、软件设计和调试；调试 界面设计。本文的工作安排如下： １）通过研究燃油喷射控制系统类别发展现状、趋势，根据柴油发动机燃油喷射系 统的发展趋势和我国柴油机电控技术发展现状，分析得出论文研究方向。７哈尔演工程大学硕士学何沦文２）研究柴油机高压共轨技术对高速电磁阀响应实时性需求，研究高速电磁阀实验 平台得出试验平台功能需求。建立高速电磁阀驱动数学模型，通过理论计算方法研究电 路参数对电磁阀响应实时性影响。根据理论计算结果和电磁阀实验甲台功能设计高速电 磁阀实验平台框架。 ３）研究高压共轨高速电磁阀响应特性，高速电磁阀驱动软件程序时序等技术难点。 在此基础上完成高速电磁阀实验平台软硬件设计。 ４）通过高速电磁阀驱动实验研究验证电磁阀响应实时性，并由实验结果验证理论 计算方法的正确性。 ５）总结高速电磁阀驱动技术中负载匹配方法。１．６本章小结本章首先介绍柴油机电控技术发展现状，明确发动机燃油喷射系统在发动机电控技 术中的核心地位。进而讲述柴油发动机燃油喷射控制系统的发展历程；随后分析国内外 柴油机燃油喷射控制系统的发展现状：最后根据国外柴油发动机控制系统的一般研究步 骤结合国内柴油发动机控制系统的研究现状和本课题组的研究需要以高压共轨高速电 磁阀驱动控制系统研究为本文研究方向。８菊‘：章高速屯磁阀驱动邢论分析和驱功摔制系统设’ｆ』第２章高速电磁阀驱动理论分析和驱动控制系统设计电磁阀驱动电流响应特性可以通过理论计算得出。通过分析可以将电磁阀驱动电路 简化为如图２．１所示ＲＬＣ二阶电路，通过对二阶电路进行理论计算可以得出不同电路参 数对电磁阀响应特性的影响。Ｕｃ电磁阀ＬＲ图２．１电磁阀工作等效简化图２．１数学模型ＲＬＣ二阶电路数学模型由三部分足、￡、Ｃ组成： 其中Ｒ由以下几部分组成。 １）ＭＯＳＦＥＴ导通电阻ＲＤＳ； ２）电流采样电阻ＲＡＤ； ３）电磁阀自身电阻Ｒ阱 Ｌ电感为电磁阀电感，但需注意实际测量电磁阀线圈电感和装配衔铁之后的电磁阀 电感差距较大，且装配衔铁的电磁阀电感量一般为线圈电感的二倍。例如：测量得到电 磁阀线圈电感为２２０ｕＨ，可根据经验得出电磁阀电感为４４０ｕＨ。此外还可以根据实验测 量电磁阀实际工作中的电流上升曲线斜率的方法测量电磁阀电感值，该实验值能够更好 代表电磁阀电感量。因此本设计中采用实验值作为电磁阀电感值。 Ｃ电容为ＤＣ．ＤＣ升压电路放电电容，此处忽略在电容放电过程中ＤＣ―ＤＣ升压电路 对电容的充电量。如果考虑放电过程中ＤＣ．ＤＣ电路对电容的充电量，会得出相对更好 的结果，但是鉴于这样计算过程复杂且对结果影响较小，忽略这部分充电电量是合理的。 本节将通过充电电容经过电阻和电感放电的情形来讨论电磁阀的零输入响应。简化 电路如图２．１所示。在开关闭合之前，即为电磁阀上电之前，电容已经充电，设其电压譬为砺，即沈他）＝砺，而电流加夕＝０。Ｔ＝０开关闭合之后即在Ｔ≥０时，有ＫＶＬ定９阶尔演－Ｅ程大学坝十掌位论义理【２０１，有：Ｕｃ：Ｌ ｄ．ｉ＋Ｒｉ （２．１）彬将，：一ｃ掣ｄｔ（２．２）代入，整理可得：￡ｃ可ｄ２Ｕｃ＋Ｒｃ掣＋Ｕｃ＝０ｄ１２ ｄｔ（２－３）这是一个常系数的二阶线性齐次微分方程，其特征方程为：三印２＋尺印＋Ｊ＝０由此可求得其特征根为：（２．４）ｐ悼一瓦Ｒ一（ｐ）＇－＋Ｌ－１－ｄ（２－５）ｐｚ一丢一√ｃ会）２＋去（２－６，由此可得到电磁阀响应的数学模型。电路参数根据以下条件进行设定。 条件１）所选型号ＭＯＳＦＥＴ导通电阻ＲＤＳ＝２０ｍｆ２，电路中串联两个ＭＯＳＦＥＴ，因 此ＭＯＳＦＥＴ总电阻为２ｘＲｏｓ； 条件２）采样电阻比Ｄ为１０ｍｆ２； 条件３）电磁阀线圈电阻为电磁阀测量内阻值Ｒｅ＝４００ｍＯ； 条件４）电磁阀电感值通过实验得到。对电磁阀通电一定时间，根据电磁阀两端电 压和电流曲线计算电磁阀实际工作电感值。电磁阀电感值测量将在本文第６章详细说明。 条件５）ＤＣ．ＤＣ升压电路中所使用电容量设定为４４０ｕｆ，以此电容值为基础计算不 同电容值对电磁阀驱动过程影响。 由以上５个条件可得，由于Ｒ＜２√吾，因此该二阶电路属于二阶弱阻尼电路。此时特征根Ｐ１和Ｐ２为一对实部为负的共轭复数，若记：６：一Ｒ ２Ｌ则：（＾）：―兰一４ＬＣ（２．７）ｐｌ＝一５可∞ｐ２：一６了（＾）可得方程的解为：（２－８）似于）＝ｅ－Ｓｔ（Ａ．『ｃｏｓｆ叫２ｓｉｎｏ ｎｌＯ（２－９）第‘：争Ｉ｜５述ｒｌｉ磁阀驱动坪论分析和驱动杯％４系统设计彳，和彳２为两个待定的积分常数，若令Ａｌ＝，４ｓｉｎ０ Ａ２＝Ａｃｏｓ８ （２．１０）则表达式可以重写为：Ｕｃ（ｔ）＝Ａｅ“‘ｅｏｓ（ｏ ｆ．秒）将初始条件代入，可得ＡｃｏｓＯ＝Ｕｏ ６ｃｏｓ８一ｏｓｉｎ矽＝０（２．１１）（２．１２） （２．１３）因而可以得出：Ｕｃ（ｔ）＝兰阮ｍ ｃｏｓ（∞ｔ一目）进而可以得出电流和电感电压分别为：（２．１４）砸）＝一ｃ百ｄＵｃ＝瓦Ｕ０其中：秒＝留一１三Ｐ－６ｆｃｏｓ（吣詈）ｔ（２－１５）唧Ｍ象＝岩‰－ａ ＣＯＳ（州峋电容电压曲线：《２－１６）以下给出当Ｕｃ为４４０ｕｆ、回路电阻４２５ ｎ位、电感值６１８．３２ｕＨ时理论计算回路电流、一ｚ……?－｝……?ｐ……十……?｝……－｛……?４……－｝……０１ ０１３０２０００ ＵＳ３０００４０００５０００图２．２电磁阀驱动理论计算曲线由图２．２所示曲线可知，电磁阀驱动回路电流和电容电压值均为负指数规律衰减的 正弦函数，曲线按照一定的频率正负交替变动，放电过程为振荡型。各响应振荡的快慢哈尔演Ｔ程大学硕十学位论文取决于∞的大小，∞是由电路参数Ｒ、三、Ｃ决定，各响应衰减的快慢则取决于６的大小，Ｊ为衰减系数，ｄ也是由６＝瓦Ｒ，Ｒ决定衰减速度【２们。２．２理论分析和设计，？根据驱动要求（针对不同电磁阀在不同时间内，电磁阀驱动电流达到特定电流值）， 可通过读取一定时间点的电容电压值和回路电流值的方法验证电路参数设计是否合理。 并且根据高速电磁阀驱动需求，高压充电时间仅为ｔｌＳ量级，在电磁阀电流第一次 达到最大电流之前电磁阀充电即已经结束，因此只需要考虑电磁阀中电流第一次上升斜 率即可。从电容的表达式分析可知，电容电压的第一个零值点发生在ｃｏ万二．ｆ＝等＋秒，而么电流的第一个极值点发生在∞，＝ｉ一秒。驱动回路参数确定之后，Ｒ、Ｌ、Ｃ、参数也．６确定，秒＝ｔｇ～■也因此而确定。因此驱动回路设计过程中可以先按照回路参数计算电 Ｗ流上升斜率和电容电压下降斜率。初步验证设计参数是．畲合理，进而再进行个别参数微 调，加速电路参数匹配过程。为了给电路中参数进行微调提供方向，以下将对电路中可 调的重要参数对电磁阀驱动电流影响进行分析。２．２．１电容选择分析电容参数值为驱动回路重要参数，电容值变动将对驱动回路电流曲线斜率，放电电 容电压下降斜率造成影响。以下以电容参数为变量分析驱动电路响应特性１２ｌ】１２２１。 分别选取４４０ｕＫ ６６０ｕｆ、８８０ｕｆ为驱动回路放电电容值，计算驱动回路电流曲线、 电容放电曲线。１２第一孓岛浊『【三磁阀船动，ｌ－论分析干¨！ｊ９ｉ动挖带１系统醴ｉ＿卜０１０００２０００３０００４０００ ＵＳ５０００图２．３电容影响趋势图 图２．３中两条实心线分别为４４０ｕｆ时，电容放电曲线和驱动Ｉ司路电流曲线，三角形线为６６０ｕｆ，．缸角星线为８８０ｕｆ。从图中曲线变化趋势可得出两条结论： １）驱动回路电容值越大，驱动回路电流曲线上升斜率越大。 ２）驱动同路电容值越大，放电电容放电越慢。 因此基于以上两条结论，可以通过提高电路中的放电电容值提高电磁阀响应速度， 并且较人的放电电容值可以降低电容放电电压速度。２．２．２升压电压∽选择分析电路中另外一个可调参数为高压电压％，以下以电压％为变量进行计算，分析小同电压值对驱动响应实时性的影响【２１】【２２】。１００一《）８０６０４０２００．２０４０－６０ ０ １０００ ２０００ ３０００ ４０００ ＵＳ ５０００图２．４电压ＵＯ影响趋势图哈尔滨Ｔ稃大学硕十学位论文如图２．４可知在不同升压电压％下，驱动回路电流曲线、放电电容曲线的零值点和 极值点时间均是相同的。但是不同升压电压会有不同的电流最大值，使得电流上升斜率 和电容电压下降斜率不同。由此可得出两条结论： １）升压电压值％越大，电容放电越快。 ２）升压电压值砺越大，驱动回路电流上升速度越快。 因此在实际电流设计中，可以通过适当提高升压电压值的办法提高电磁阀响应速 度。但是过高的升压电压值会造成电容放电过程中电压下降速度过快，因而需要配备充 电能力更强的开关电源电路或者在满足电磁阀响应实时性的基础上适当降低升压电压 值％。２．２．３驱动回路参数设计针对上述分析，电磁阀驱动过程中要求电磁阀中电流迅速升高，而且小能造成放电 电容过度放电。可以总结在实际工程应用中，可以按照以下方法对不同型号高速电磁阀 进行电路参数匹配。 １）测量电磁阀当量电感值Ｌ、电磁阀内阻值Ｒｖ； ２）估算驱动回路中所有当量电阻值Ｒ； ３）根据柴油发动机响应实时性要求提出电磁阀响应要求（即电流上升斜率）。通过 选择升压电路升压值％和放电电容容量ＣＤ谢，循环计算出满足电磁阀响应的要求匹配计 算出％和ＣＤ埘数值，并计算出电磁阀工作过程中电流上升曲线、放电电容电压曲线， 根据电磁阀工作时间确定放电电容能量损耗值。 ４）根据选定的升压电压％值和放电电容容量值Ｃ口圳，选择ＤＣ―ＤＣ升压电路电感值、 升压电路工作频率值。 根据２．１节理论设计方案针对某型号电磁阀进行理论计算，针对电磁阀响应要求， 理论计算结果包括升压电压值％，放电电容容量ＣＤ讲两个重要参数。ＤＣ．ＤＣ升压电路 电感量、工作频率值不便于计算，将在试验部分根据试验结果进行调整，因此不再本节 分析内容范畴。 选定电磁阀电感量根据测量结果为３３０ｕＨ，根据后续试验（第五章试验）结果可知， 电磁阀电感测量值和实际工作值差距很大，常用的处理办法为将电磁阀测量电感值的二 倍作为实际工作电感值，此方法对于大多数电磁阀基本适用，但是针对不同电磁阀误差 较大。本文中使用试验方法取得电磁阀实际工作电感值作为理论设计基础能够减小理论 计算误差。根据试验结果计算本型号电磁阀电感量为６１ ８．３２ｕＨ。１４第二覃酗迷电磁阀驱动理论分移ｒ和驱动控制系统设汁根据测量，电磁阀线圈内阻值为４２５ｍｒ２，加』二回路采样电阻值，ＭＯＳＦＥＴ导通电 阻值，驱动凹路当最电阻值以４５０ｍＱ计算。 电磁阀响应要求为电磁阀需要在１５０ｕｓ时间内，驱动回路电流值达到１８Ａ。根据此 响应实时性要求，可以计算出电流ｊ：升斜率为：印）＝赢１８／，即为１．２幸１。５Ａ／ｓ首先设定一个最大电脏值（木设计ｒ｝?先选定电压值Ｕｏ－－８ｌＶ）。如图２．５所示，可以Ｕｏ ∞ 根据电流曲线的最人值农达式ｉ＝ｅ‘和电流达到最大值的时问ｗｌ＝詈一口，使用线性Ｌ．６，Ｆ２拟合的方法计算电流人致卜升斜二棼。得出一个村１对保守的设计值Ｗ，进而根据Ｗ汁算 出电容容最值Ｇ舭１００孑；８０６０４０２００－２０＿４０－６０ ０ １０００ ２０００ＵＳ３０００４０ＩⅪ５０００图２．５电流线性拟合计算方法图但是在实际驱动过程巾，电流曲线的斜率是逐渐变化的，存电流第一次上升过程中， 电流斜率逐渐减小。冈此使用线性拟合电流斜率进行计算将得出相对保守的结果，但是 该结果可以提供一个保障值，在此计算值的基础上逐渐减小设计值，可以得出更优的结果。根据计算得出电容容量为４４０ｕｆ、升压电压Ｕｏ＝８１Ｖ，针对第一个型ｎ．电磁阀（电感 量为６１８．３２ｕＨ），驱动时间１５０ｕｓ，Ｉｕ】路驱动电流值为１８．６Ａ，电容电压值为７７．７３Ｖ， 符合设计要求。２．３高压共轨实验平台框架高速电磁阀驱动控制系统由主控电路、升压电路、驱动电路、监控界面组成。其中哈尔滨Ｔ程大学硕十学位论义主控电路由单片机以及单片机接１２电路组成，该部分的主要功能是采集信号、准确输出 驱动控制信号、完成与监控界面之间的数据通讯。升压电路部分为ＤＣ．ＤＣ电路，由传 统的ＢＯＯＳＴ开关电源组成，该部分电路为高速电磁阀驱动高压开启段提供电源。驱动 电路包括两部分：ＭＯＳＦＥＴ驱动电路、电流采样电路。ＭＯＳＦＥＴ驱动电路接收来至主 控电路的控制信号，完成电磁阀的驱动控制。电流采样电路是高速电磁阀驱动技术中重 要的一个环节，进行电流闭环控制时，该部分电路为控制系统提供电流反馈通道。 高速电磁阀实验平台系统结构框图如图２．６所示：１６笫：章高速电磁阀驱动聊论分析和驱动控制系统设计＞ ｏ图２．６高速电磁阀控制试验系统框图２．４控制芯片选型芯片选型是进行驱动控制技术研究的前提，在进行；芯片选型时应该注意将高压共轨 控制器功能考虑进来，否则将控制器制作为高压共轨系统ＥＣＵ时，为满足系统功能需 求而需要进行大量功能扩展设计，或者芯片运行任务量过大，将导致大量的硬件扩展工 作，从而增加硬件制作难度，甚至无法将其扩展为功能完整的高压共轨ＥＣＵ。哈尔滨。Ｉ。稃大学硕十’学何论丈基于以上功能扩展考虑，分析高压共轨ＥＣＵ应当完成以下功甜１３１：１）采集发动机曲轴转速，并计算发动机相位； ２）采集发动机凸轮轴转速，并确定凸轮轴相位； ３）采集发动机运行相关参数，如：发动机冷却水温度、发动机润滑油压力、发动 机进气压力、发动机排气温度、发动机中冷后进气温度、发动机运行，停机控制开关信 号、发动机运行控制输出反馈信号等； ４）完成喷油脉宽计算、定时、输出； ５）发动机控制信号输出，如：选缸信号、ＥＧＲ阀控制信号等； ６）数据通讯功能，如ＣＡＮ总线通讯功能； ７）其他功能，如：安全保护功能、冗余设计功能等。 按照上述要求本设计中所选择芯片为９Ｓ１２ＸＥＰｌ００单片机。 选型依据如表２．１所示： 表２．１芯片选型功能需求对照表【１４】功能 曲轴转速采集 凸轮轴转速采集 冷却水温度 发动机润滑油压力 发动机进气压力 发动机排气温度 中冷后进气温度 运行控制开关信号 喷油脉宽计算定时输出 选缸信号 ＥＧＲ阀控制信号ＣＡＮ通讯要求 输入捕获功能 输入捕获功能 ＡＤ转换器 ＡＤ转换器 ＡＤ转换器 ＡＤ转换器 ＡＤ转换器 数字输入 高速运算 数字量输出 ＰＷＭ输出 ＣＡＮ总线ＥＥＰＲＯＭ所选型号单片机资源 ＥＣＴ（增强酗捕获定时器） ＥＣＴ（增强型捕获定时器） ２４路１２位精度ＡＤ ２４路１２位精度ＡＤ ２４路１２位精度ＡＤ ２４路１２位精度ＡＤ ２４路１２位精度ＡＤ 数十路普通ＩＯ口 ＰＬＬ内部倍频、倒数计数器 数十路普通ＩＯ口 Ｐｍ配置为８位／１６位ＰＷＭ ４路１ＭｂｐｓＣＡＮ总线收发器 片内１２８Ｋｅｅｐｒｏｍ备注脉冲信号 脉冲信号电压（Ｏ．５Ｖ） 电流（４．２０ｍＡ） 电流（４－２０ｍＡ）电压（ｍＶ） 电雎信号 数字信号Ｆｂ．．＝５０ＭＨＺ数字量输出 控制输出 高速通讯 数据存储参数存储１８第，二覃两述电磁阀驱动胛论分｛｛Ｊ和驱动捧制系统殴汁２．５控制系统子系统功能２．５．１主控电路在高压共轨高速电磁阀驱动控制中，主控电路核心为ＭＣＵ，完成信号采集工作、 控制系统中逻辑运算、输出控制信号。 信号采集工作包括转速信号采集任务、凸轮信号采集任务、反馈电流采集任务。逻 辑运算工作包括转速计算曲轴相位计算任务、喷油定时任务、喷油脉宽查询任务、驱动 电流闭环控制调控任务、界面通讯任务。控制信号输出包括高位ＭＯＳＦＥＴ驱动控制信 号输出、低位ＭＯＳＦＥＴ驱动控制信号输出。 转速信号采集任务由转速信号整形电路和单片机输入捕获功能完成。磁电式转速传 感器或者霍尔传感器采集的转速信号为正弦波信号，整形电路讲正弦波信号整形为方波 信号。方波信号传递到单片机输入捕获口，使用脉冲捕获中断和自由运行计数器溢出中 断功能实现转速测量功能ｌ”】。实现方式在第４章中详细介绍。凸轮轴传感器信号处理方 式与转速传感器信号处理方式相同。 反馈电流采集任务由单片机内部集成的ＡＤ模块和驱动电路中的采样电阻、采样电 流信号放大电路完成。驱动电路中串联的采样电阻采集驱动电路中的电流，将其转换为 电压信号，经过比例放大电路之后１１６１，传送到单片机ＡＤ引脚，将其转换为数字量，为 电流闭环控制提供反馈信号。２．５．２喷射控制逻辑单元喷射控制程序的主要功能是采集发动机凸轮信号和曲轴信号，将得到的数据传动到 发动机控制系统。按照发动机控制系统得到喷油定时、喷油脉宽并精确的控制喷油。 喷射控制程序模块是高压共轨燃油喷射系统的核心部分。这部分程序实时性要求最 高，计算工作量最大，程序逻辑复杂。喷射控制程序主要包括初始化设置、转速信号处 理、电磁铁驱动控制等功能。这些功能可以通过９Ｓ１２ＸＥＰｌ００单片机的ＥＣＴ（ｅｎｈａｎｃｅｄｃａｐｔｕｒｅｔｉｍｅｒ）模块、ＡＤ模块、ＭＣＣＮ模块、ＰＷＭ模块、Ｉ／Ｏ模块【１３】和一个外围的协处理器ＸＧＡＴＥ模块共同完成。 ＥＣＴ是智能化半独立的微控制器，无需ＣＰＵ干预便可实现各种与实践相关的操作， 具有８个独立的通道，每个通过可单独配置为输入捕获和输出比较功能，当设定为输入 捕获时可以用于捕获发动机曲轴脉冲信号和凸轮轴脉冲信号，并由此计算出发动机转速 和发动机转角相位信息，为喷油始点控制、喷油脉宽提供依据。１９哈尔溟＂１７程大学硕十掌位论义ＭＣＣＮ模块为一个１６位的可分频主计数器，一个１６位的可分频模数向下计数器、 ４个８位（或者可配置为２个１６位）脉冲累加器。ＸＧＡＴＥ和ＣＰＵ是两个相对独立的内 核，且协处理器ＸＧＡＴＥ程序执行速度快，访问内部ＲＡＭ速度为总线时钟的两倍，最 高可达到１００ＭＨＺ［ｍ，主要用于电磁铁的驱动控制。 ＡＤ模块有以下几个方面功能。 １）ＡＤ模块用于采集电磁阀驱动电流信号后与设定值进行比较后，输出高速电磁阀 驱动信号。 ２）ＡＤ模块采集高压共轨压力信号后与共轨压力设定值比较后计算输出高压油泵电 磁阀驱动信号。 ３）ＡＤ模块可采集电源电压值、排气温度信号值、冷却水温度值、油门信号值、润 滑油压力值等信号，为控制器修正控制提供依据。 ＰＷＭ模块有以下几个方面功能。 １）使用ＰＷＭ模块控制高压共轨高速电磁阀。 ２）使用ＰＷＭ模块控制燃油升压电磁阀。 ＭＣＣＮ模块为喷油脉宽提供定时依据。 Ｉ／ｏ模块提供选缸信号、开关量输出信号、开关量输入信号。２．５．３升压电路采用高低压双电源进行电磁阀驱动控制可以显著提高电磁阀响应速度，因此高速电 磁阀驱动控制中高压电源是不可缺少的。但是在实际应用中，如汽车ＥＣＵ只有蓄电池 供电，船舶ＥＣＵ中也是通过蓄电池供电，蓄电池电压从１２Ｖ到２４Ｖ不等，并且考虑到 应用过程中蓄电池电压随温度变化而有很大的波动，设计中还应将驱动模块设计得尽可 能小，便于安装。因此性能良好的升压电路是驱动控制器电路中不可缺少的部分。而非 隔离的ＤＣ－ＤＣ升压电路因其良好的实时性在功率要求不高的应用场合中具有体积小， 升压性能稳定，响应快等诸多优点ｆ１８】。设计中使用非隔离ＤＣ．ＤＣ升压电路为电磁阀驱 动高压驱动段提供电源。２．５．４半桥自举驱动电路由所设计原理框图２．６可知，驱动过程中需要分别对高端驱动ＭＯＳＦＥＴ和低端驱动 ＭＯＳＦＥＴ分别进行控制。电磁阀开启段，高压电流维持阶段如果使用ＰＷＭ控制方式进 行驱动，将使用对高端ＭＯＳＦＥＴ进行控制【１９】，低端ＭＯＳＦＥＴ在整个驱动阶段保持开启第’：牵高速ｒ乜磁阀驱动邢论分帮Ｉ秆Ｉ职功挎制系统殴汁状态：高压电流维持阶段如果使用实时电流采集方式进行控制，则刚好相反，需要对低 端ＭＯＳＦＥＴ进行开启关断操作。因此在电磁阀驱动控制中，根据不同的控制方式需要 对高低端驱动ＭＯＳＦＥＴ进行分别控制。进行高端驱动控制需要使用自举技术完成控制 过程中驱动信号输出，适当的选择自举二极管和自举电容将在后续章节详细说明。２．６本章小结本章首先针对高速电磁阀驱动建立数学模型，并根据理论计算数据得出电磁阀响应 过程中放电电容电压时间函数、电磁阀电感中电流时间函数变化趋势，明确驱动回路中 升压电压值、放电电容值对电磁阀响应实时性的影响。最后根据分析结果总结出高速电 磁阀驱动电路的设计步骤为：修改放电电容值、升压电压值反复验算驱动回路电流响应 速度直到满足电磁阀响应实时性要求，并计算出放电电容电压函数；进而修改ＤＣ．ＤＣ 升压回路工作频率值、升压电路电感值以满足放电电容能量恢复实时性要求。以此保证 高压共轨高速电磁阀的响应速度和ＤＣ．ＤＣ升压电路路的恢复实时性，可靠性。在对高 压共轨高速电磁阀理论分析的基础上，对共轨高速电磁阀驱动控制实验平台进行功能分 析，并且将功能扩展到了高压共轨ＥＣＵ进行了芯片选型，以保证芯片选型的准确。然 后列出了所选芯片资源，将芯片资源与功能需求一一对应。进而完成了驱动控制系统的 原理设计，画出控制系统原理框图，最后对各个子系统在整体系统中所完成的功能及其 要求进行详细说明。２ｌ哈尔滨Ｔ程大学硕｝ｊ学位论史第３章高速电磁阀驱动电路设计３．１功率电路电流计算高速电磁阀驱动电路为功率电路，驱动电流可达到数十安培，因此进行高速电磁阀 驱动电路设计时，首先应该对功率电路中所过电流进行计算，以保证电路的可靠性。３．１．１电磁阀驱动回路电流高压电磁阀驱动电流在高压阶段针对不同电磁阀最高可达到２０Ａ，在低压维持阶段 最高位８．１２Ａ，考虑到电路在异常情况下，比如进行参数调整时，电路电流可能超过此 设计值，以１００％为安全系数，设计电磁阀驱动电路设计电流５０Ａ。３．１．２单片机及其接口电路电流单片机系统及其接口电路主要为电磁阀驱动提供信号采样、控制信号输出，电流一 般较小，只需要进行１Ａ线宽设计即可。３．１．３ＤＣ．ＤＣ升压电路电流计算ＤＣ．ＤＣ升压电路理论计算，最大电流计算 本文根据六缸机进行设计。ＤＣ．ＤＣ升压电路功率是电路的重要参数。表３．１所示为 电路电流设计依据。 表３．１电流理论计算设定条件表序号ｌ ２ ３４设计条件缸数数量６缸６０００ＲＰＭ发动机最高转速 喷射方式 电磁阀电感值 驱动回路电阻值多次喷射６００ｕＨ５４５０ｍＱ发动机转速为６０００ＲＰＭ，发动机缸数为６缸，曲轴每转动两圈，各缸需要发火一次口３１。可以得出，每分钟发动机需要进行的发火次数为‰％扩（６０００／２）木６＝１８０００（次）（３．１）假设每次发火单缸仅进行一次主喷射。根据喷油时间高压维持阶段２００ｕｓ，高压电旃三章高速ｒｔｌ磁阀驱动屯路没汁流２５Ａ，升压电压８０Ｖ，可以得出每分钟高压段电量消耗。电量消耗分为两部分： 电磁阀中能量：既２Ｌ耽其中：（３―２）耽为电磁阀能量；三为喷油器电磁阀电感量； ，为电磁阀中的峰值电流。既＝１／２幸（６００ｕＨ幸２５２）２ ０．１８７５Ｊ回路电阻消耗能量：（３－３）％＝，宰尺々其中： 尺为回路电阻（４５０ｍｒ２）； ，为通电时间； ，为回路电流：ＷＲ＝２５２木４５０＇１０’３＊２００奉１０’６／２＝０．０２８Ｊ（３―４）（３．５）将％和既相加即可得到电磁阀高压维持阶段能量消耗量。 ％＋既＝０．２１５焦耳，每分钟进行１８０００次喷射，共消耗能量：Ｗ＝０．２１５＂１８０００＝３８８１Ｊ，再除以６０ｓ／ｍｉｒａ可以得到高压段功率需求尸；ｐ＝丽Ｗ＝６４（瓦）（３－６）ＤＣ．ＤＣ升压电路能量由需电磁提供，正常工作条件下，蓄电池电压２４Ｖ，计算可 得升压电路前端电流为：Ｐ／Ｖｉｎ２６４／２４＝２．６９Ａ（３―７）考虑最坏情况下，蓄电池电压受温度影响降低一半，Ｖ／ｎ＝１２Ｖ； 由此可得出升压电路前端电流最大值Ｉｍ戤为 ，埘烈＝尸／‰＝５．４Ａ（３?８）低压维持阶段电流１２Ａ。低压保持阶段ｌｍｓ，维持电压２４Ｖ，考虑到蓄电池电压在 寒冷地区受温度影响，蓄电池电压最低降至１２Ｖ，可以得出每次喷射低压维持段电量消 耗：矿＝Ｕ?Ｊ拳ｆ（３－９）Ｊ胆２４牛１２?ｌ?１０ｄ＝０．２８８（３－１０）―量曼曼皇曼曼皇璺量量置曼皇皇量皇曼曼舅曼璺毫曼曼曼曼量曼曼曼曹曼曼曼曼曼曼曼曼曼Ｉ｜１曼曼曼曼曼曼鼍量鲁曼皇舅舅曼曼皇量曼曼皇置曼鼍曼皇曼曼皇舅按照高压段计算方法计算可得：尸＝０．２８８奉１８０００／６０＝８６．４ Ｗ哈尔滨Ｔ程大学硕卜学位论文（３．１１）正常工作电流为：，脚删＝尸／％＝８６．４／２４＝３．６Ａ蓄电池提供最大电流为：Ｉ ｍ喊＝Ｐ７ｖ哺＝８６．４／１２＝７．２Ａ（３．１２）６．１３）因为可以得出结论： １）正常工作条件下蓄电池需要能够提供电流： ％坍ａｌｌ＋Ｉ，，ｏ，。ａｔ２＝３．６＋２．６９＝６．２９ Ａ ２）在最恶劣情况下可以得出蓄电池需要能够提供的最大电流为： Ｚ麟，＋厶础＝７．２＋５．４＝１２．６ Ａｆ３．１５） （３．１４）３）基于以上两点，考虑一定的安全系数，升压电路回路中电路板设计需要对其中 的功率线路按照２０Ａ电流进行设计。３．２主控电路主控电路设计主要为９Ｓ１２ＸＥＰｌ００单片机最小系统，单片机最小同电路包含以下几 部分内容。 １）电源部分，电源部分留出了电源接口，使用驱动板上电源对单片机供电。但是 对于单片机ＡＤ模块的供电应该特殊处理。ＡＤ模块电源分为两种，其一为ＡＤ模块逻 辑电平供电部分，如附录中ＶＤＤＡＩ、ＶＳＳｌ两个电源接口；另外一个为ＡＤ参考电压供 电部分，如附录中ＶＲＨ、ＶＲＬ两个电源接口，该电源为ＡＤ转换参考电压，该电压的 精度决定了ＡＤ转换结果的精度，因此需要进行抗干扰处理。在本设计中对该部分电源 使用电感和电容组成低通滤波器进行了隔离。在实际设计中应该使用模拟电源对ＶＲＨ、 ＶＲＬ供电，防止数字电源高频电磁干扰污染ＡＤ参考电压ｆ２４】【２５１。 ２）晶振，本设计中使用无源晶振为单片机系统提供时钟，晶振时钟频率为４ＭＨＺ。 单片机内部具备ＰＬＬ倍频功能，因此可以选择较低的外部时钟频率以减少时钟电磁干扰１２０ｌｏ３）复位电路，９Ｓ１２ＸＥＰｌ００为低电平复位，使用一个电阻、一个电容和一个按键开 关组成复位电路。开关按下时单片机＃ＲＥＳＥＴ引脚电平被拉低实现复位。松开按键之后， Ｖｃｃ（５Ｖ）通过电阻对复位电容充电，参考单片机数据手册复位电路时序要求，通过计 算ＲＣ电路时间常数值匹配电阻、电容参数ｕ４】【２们。笫ｉ鼋尚述吧磁刚界动屯路漩汁４）ＢＤＭ接口。该接口是单片机程序下载接口。 ５）驱动电路中所使用的控制信号也需要在主控板接口中引出。主控电路中还包含 一些电源指示灯电路、逻辑指示灯电路。（主控电路如附录中ＣＰＵ所示）３．３信号发生器电路为了减少设计工作，使用４．２节单片机最小系统充当信号发生器电路。只需要修改 单片机程序，设计兼容的接口电路即可。 ３．４ＤＣ．ＤＣ电路升压电路开关电源控制芯片选择ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴｏＲ公司ＬＭ３４８８芯片。该芯片可工作在连续导通模式，也可工作在不连续导通模式。使用该芯片可搭建 ＢＯＯＳＴ、ＦＬＹＢＡＣＫ、ＳＥＰＩＣ形式开关电源。该：ｉ！；片的工作频率可以高达１ＭＨＺ，最低 工作频率为１００ＫＨＺ。使用该芯片所构成开关电源为电流反馈控制型，响应特性好，可 进行逐周期调整。工作电压为２．９７Ｖ＇－＇４０Ｖ，内部参考电压为１．２６Ｖ，精度为＋／．１．５％ｔ２刀。 ＢＯＯＳＴ升压型开关电源原理如图３．１所示。图３．１ ＢＯＯＳＴ升压电路原理Ｂｏｏｓｔ形式开关电源由输入电容Ｃｉｎ、输出电容Ｃｏｕｔ、电感Ｌ、开关电源控制芯片 （此处为ＬＭ３４８８）、快速恢复二极管组成。Ｌ●ｐ罔３｛图３．２ＭＯＳＦＥＴ导通回路Ｒ啪Ｖ觚哈尔演Ｔ程大学硕卜学位论艾图３．３ ＭＯＳＦＥＴ断开回路当控制芯片输出ＰＷＭ信号为高电平时，驱动ＭＯＳＦＥＴ导通如图３．２所示，电流通 过电感Ｌ，再通过ＭＯＳＦＥＴ回流到电源负极。忽略电感中的电阻、ＭＯＳＦＥＴ导通电阻 Ｒ嬲，电感中电流升高斜率为Ｆｉｎ／Ｌ。电感中电流快速升高。 当控制芯片输出ＰＷＭ信号为低电平时如图３．３所示，Ｍｏｓｆｅｔ截至，由于ＭＯＳＦＥＴ 突然关断，电感中电流保持电流流动趋势，快速恢复二极管导通。电流通过电感厶再 通过快速恢复二极管，向输出电容充电，为负载供电。控制－心Ｉ Ｐ＂片通过电流反馈方式与：醛 片内部电压基准进行比较逐周期校正ＰＷＭ占空比，使得输出电压保持在设定值。图３．４ 为设计原理图。ＶＶ――１ｌＩ’∞Ｖ ＭｐＲ２３ ２４Ｂ－６１．９Ｋｏ塾＋Ｌ２ 一，、，、，、＾４７ｌ烈 ｎ ８ 一 －－Ｃ１８ 一 ０ Ｃ２４ Ｖｈ Ｕ４Ｖ、一一Ｎ 刀Ｄ１０３Ａ．： ｏＫ嗣 －３：：Ｆ┃ｌ┃］哭★．．” …＾ ｃ唧霆。。一§…ｏ∞ＩＬ，ＤＲ――Ｖ ＶｒＱ７‘二 ＭＯＳＦＥＴ．ＮＣ１９ Ｃ２０ ｌＦＩ，ｌ０７ｌＩＦ┃，３４８８ＭＭ０ｌ】】Ｉ司３４Ｋ┃ｒ２２盯４ＤＣ．ＤＣ升压电路 ２┃０Ｖ ┃路中二极管必须使用快速恢复二极管，ＭＯＳＦＥＴ选型时应选择导通电阻Ｉｂｓ。引２‘散耗率功小减以，号型的小能可尽砀＂乙间时断关启开，小尽路电动驱３计方案，电磁阀驱动电路需要具备高低端驱动控制功能【２９】【３０】【３ｌ】【３２】【３３】【３４】【３５】， 第，分部两为分动驱端高。动驱ＴＥＦＳＯＭ端高行进术技举自入引，能功制控端针柔：！鼋鬲述屯磁阀驱动电路陡汁一部分为电磁阀开启阶段高压驱动；第二部分为电磁阀开启后维持电磁阀开启低压驱动。选择ＬＭ５１０６芯片为ＭＯＳＦＥＴ驱动芯片。该芯片用作半桥Ｎ．ＭＯＳＦＥＴ驱动，可提 供峰值驱动电流１．８Ａ，正常情况下提供１．２Ａ驱动电流、浮动端驱动电压可以高达１１８Ｖ、 输入信号为ＴＴＬ电平信号、通过调整外接电阻可以调节死区时间、具备一个使能引脚、 关断时间延迟为３２ｎｓ、芯片耗损功率低【３６】【３ ７１。但是在本设计中，只需要使用高端驱动。 驱动输出电压为１０．１２Ｖ，需要根据此输出电压选择Ｎ―ＭＯＳＦＥＴ。 驱动电路中Ｎ．ＭＯＳＦＥＴ选型是驱动电路设计的关键工作，根据ＭＯＳＦＥＴ功率耗散 常用计算方法进行分析。ＭＯＳＦＥＴ功耗由两部分组成，导通功耗和开关功耗【３８】。ＰＭＯＳＦｅｒ＝Ｒ矿＋ＰｃｏｕｎＰｃｏⅣｎ＝Ｉｏｕｔ２?Ｒｏｓｃｏｅ）（３―１６）（３－１ ７）Ｐｓｗ一－―Ｆｉｎｉ＊ｌｏ―ｕｔ（Ｒ）?Ｒ（ｔ．，（ｚ＿Ｈ）＂１１－ｔｓ（Ｈ＿Ｌ））．（３－１８）Ｚ其中ｔｓ（Ｈ一￡）ｌｓ（ｔ一日）为ＭＯＳＦＥＴ特性参数，分别代表上升时间和下降时间，可以在 ＭＯＳＦＥＴ数据手册中查找。可见其中开关损耗是开关频率的函数，并且选择ＭＯＳＦＥＴ时还应该注意其导通电阻陆，应该尽量选择较小的导通电阻以减小ＭＯＳＦＥＴ导通损耗。ＭＯＳＦＥＴ选型为ＩＰＢ２６ＣＮｌＯＮ Ｇ，该型号ＭＯＳＦＥＴ导通电阻ＲＤＳ＝２５ｍｆ］，开启关断时 间分别为１５ｎｓ，１９ｎｓ。在同功率级ＭＯＳＦＥＴ中较小。可以有效减小导通损耗和开关损 耗。 高压开启段驱动电路设计如图３．５所示：一１Ａ菸” 一…ｌ薯”“ｍ ｗ％ＴＥ‘Ⅳ强…ｐＩ瑚＾＾一∞Ｉｎ蝼Ｈ掘’＿殴焱．！Ｉ：譬一誉誊睦－Ｖ‘Ｈ％Ｄｒ、１Ｉ～一一Ｉ；研墟匕 ∞ ‘ ＨＯＳ翻 －Ｈ…ｊｎ ∞＾响ｆ粥ｌ６ｌ ｉ挚＝∞：０．抽Ｆ兰“ ●．知鄹聊２９ｌⅣＶＩ蚺图３．５高端高压驱动电路低压维持段驱动电路与高压驱动电路类似，设计电路如图３．６所示：哈尔滨Ｔ程大学硕十学位论文图３．６高端低压驱动电路低端驱动电路为普通逻辑驱动信号电路，要求驱动信号延迟小，响应快。采用了推 挽式驱动电路，设计电路如图３．７所示：图３．７低端驱动电路低端驱动电路中串联了驱动回路中的电流采样电阻，如图３．７中所见Ｒ坳该电阻阻 值为ｌＯｍｆ２，使用小阻值电阻能够减小驱动回路串联电阻值，加速电磁阀响应速度，并 且减小采样电阻上的功率消耗值【３９】。但是过小的采样电阻值得出的采样电压很小，在电 磁干扰较为严重的感性器件驱动回路中，采样信号受干扰严重。因此应该根据上述两点 原则进行适当折中选择采样电阻值。此外还需要计算采样电阻上的功率损耗，选择合适 的电阻功率值，详细计算在电流采样电路中进行讲述。３．６电流采样电路如前所述，电流采样电路完成驱动回路电流信号采样，为电流闭环控制提供依据。２８第ｉ覃高速电磁阀驱动电路设计电磁阀驱动回路电流采样电流应具备以下几点要求： １）小回流采样电阻，或者使用霍尔式电流采样传感器，以减少驱动回路当量电阻，减 小对电磁阀响应速度影响； ２）抗干扰能力强； ３）电路简单可靠，采样重复性好； 在本设计中，考虑到电路的简单性，采用采样电阻采样，再对采样信号进行放大。 采样电阻大小、采样电阻功率是采样电阻选型的关键参数； 采样电阻大小选择需考虑驱动电路电磁阀响应特性，可参考第三章理论计算部分： 采样电阻选择１０ｍｒ２； 采样电阻功率。由于此处采样电阻串联在驱动回路中，电阻上电流峰值可达到２５Ａ， 因此需要对采样电阻进行功率计算选择适当的功率电阻，以保证电路的可靠性。％＝ＹＲ（３―１９）采样电阻的甲均电流为：按照３００ｕｓ高压工作时间、１．５ｍｓ低压维持时间、４ｍｓ工 作一次计算。ｋ＝（０．３／４）枣２５＋（１．５／４）毒１５＝１．８７５＋５．６２５＝７．５Ａ％＝妇＝７．５２＊１０／１０００＝０．５２６５瓦电路中选择了ＷＳＲ３型号电阻，功率为３Ｗ，足可保证采样电路可靠性。（３―２０） （３．２１）电流采样信号放大电路使用同相比例放大电路，根据需要进行电阻值匹配即可达到 要求。使用电路如３．８图所示。电路中对同相比例放大电路进行了修改，使得匹配输出 值更为方便，计算公式为：Ｕｏ＝等ｕ母电路输出值理论推导如下所示：图３．８改进同相比例运算放大电路原理图根据集成运放器的‘‘虚短’’和“虚断’’原理可得【１６】：！Ｈ皇曼曼置曼量曼曼曼量量量皇曼量曼量量量曼量量曼曼皇量曼曼皇量曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼量量曼皇皇曼曼舅曼皇曼量量量皇曼皇曼量量量鲁曼量量量量皇鼍曼曼曼曼量曼皇Ｕ＋＝Ｕ一，向：哈尔滨Ｔ稃大学硕ｌ：学位论文焱ｌ＝／Ｐｃ（３－２２）ｕ＋：旦¨：生，ｉＲｆ＝１Ｕｏ－ Ｕ （３－２ ）Ｒ 叭２―＋―Ｒ２们，ｉＲｌ２一Ｒｉ’Ｔ运算放大器正负端对称性要求有ＲＩ和Ｒｆ并联值等于Ｒ和Ｒ２并联值，所以可得出：碥：旦ｕＲ（３．２４）根据以上同相放大电路原理进行设计，并加入过压保护等功能之后，对原采集信号 放大１０倍，设计原理图如图３．９所示。图３．９电流采样放大电路 ３．７ＣＡＮ通讯电路ＣＡＮ总线因其通讯的快速性、协议简单、通讯可靠性，多年来在汽车电子通讯中占据很大的市场份额，是进行发动机数据通讯的首选方案。ＣＡＮ总线通讯电路是高速 电磁阀驱动电路中进行数据交互的通道。根据ＣＡＮ总线基础协议制定简单的应用层数 据通讯协议是进行电路设计的一部分。因此在进行电路设计中选择的ＣＡＮ总线收发器 芯片为ＣＴＭ８２５１Ｄ，使用该芯片能够简化电路，芯片内部自带了隔离电源，可以将数据 通讯进行地平面隔离，将通讯电路干扰对电路造成的影响隔离在外。设计电路图如图 ３．１０所示：图３．１０ＣＡＮ总线驱动电路３．８本章小结本章完成了高压共轨高速电磁阀驱动平台硬件设计。首先根据高压共轨高速电磁阀 驱动要求估算驱动回路电流值，根据估算结果指导电路板后期布线工作，保证电路可靠 性。然后按照驱动平台功能要求详细讲解了主控电路、信号发生器硬件电路、高端高压 驱动电路、高端低压驱动电路、低端驱动电路、电流采样电路、ＣＡＮ总线通讯硬件方 案设计。针对各部分硬件设计进行功能介绍，详述设计过程。哈尔演Ｔ程大学硕十学位论文第４章高速电磁阀驱动软件设计高速电磁阀驱动软件由一系列具备一定功能的软件模块组成，包括转速测量曲轴相 位计算模块、高速电磁阀驱动时序模块、ＣＡＮ总线通讯模块三部分。其中高速电磁阀 驱动时序模块实现方法有两种，分别为电流波形特征点采样控制方式和实时电流采样控 制。三个软件单元能够分别实现独立的功能，但是三个单元需要进行必须的数据通讯和 时序安排以实现电磁阀按照触发信号进行动作。４．１转速测量曲轴相位计算软件４．１．１转速测量曲轴相位计算单元转速测量曲轴相位计算单元应该实现发动机转速测量功能，其中转速可细分为发动 机每循环转速，发动机瞬时转速，发动机发火间隔角间转速。前述三种转速在发动机控 制软件编写中有不同用途。循环转速用于表征发动机运行转速，发动机瞬时转速在高速 电磁阀驱动时用于控制喷射油量。发动机发火间隔角间转速用作发动机转速控制逻辑运 算反馈转速。该部分软件的第二个功能是确定发动机曲轴相位，针对多缸发动机控制， 需要使用曲轴转角控制发火顺序【１３１。 转速测量使用测量频法原理，通过记录两个相邻脉冲之间单片机时基计数值确定脉 冲宽度。结合单片机中断输入捕获中断和计数器溢出中断完成，脉冲信号上升沿触发单 片机ＥＣＴ模块产生中断，将自由运行计数器当前计时值和自由运行计数器溢出次数分 别写入相应缓冲寄存器中，再将自由运行计数器溢出次数清零，为下次脉冲做好准备。 结合上次自由运行计数器计数值和计数器溢出次数使用下式计算脉冲宽度ｆ”１１４０１。 脉冲计数值＝（本次脉冲上升沿计数值一上次脉冲上升沿计数值）＋６５５３６母计 数器溢出次数： 在此还需要考虑针对６０．２型号齿盘进行特殊处理。该型号齿盘在遇到缺齿时需要 进行特别处理，缺齿信号长度大致为正常齿信号的３倍。可以按照以下方法进行缺齿确 认。程序按照以下逻辑进行判断： １）计算得出当前脉冲长度； ２）将当前脉冲长度和上一个脉冲长度进行比较，如果当前脉冲长度远远大于上一 个脉冲长度，说明出现缺齿，否则该齿也为正常齿； ３）检查当前齿号是否为５７号或者１１７号，如果是，则证明缺齿判断正确，如果不３２第阴章尚速电磁阀驱动软件设汁是说明缺齿判读错误，置位错误标志。 ４）按照以上判断逻辑进行齿号刷新。 缺齿判断流程如图４．１所示：图４．１齿号判断流程图完成脉宽计算之后，将本次脉冲捕获自由运行计数器值替换上次捕获值。以此循 环进行，完成转速测量。上述方法得出的是发动机单齿速度。计算循环转速、发火间隔 角间转速只需要对连续得出的多个单齿转速进行数字滤波处理即可ｆ１３Ｊ。４．１．２曲轴相位计算方法由于四冲程柴油发动机曲轴每转两圈，每个气缸发火一次。因此可以将曲轴运行两 圈作为一个完整的发动机循环考虑。以曲轴齿盘齿数为６０．２类型为例，可以将发动机 齿数按照１２０齿进行编号，以此确定发动机曲轴相位，各缸按照１２０齿相位进行发火确 认。程序中设计一个全局变量对齿号进行计数，当齿号到达１２０时进行清零处理【１３１。哈尔演Ｔ程大学硕｝学位论文４．２高速电磁阀驱动软件高速电磁阀驱动时序模块中重点为时间控制和电流控制。时间控制可以通过单片机 中的定时中断功能、倒数计数功能中断完成。电流控制方法有两种，电流波形特征点采样控制、实时电流采样控制。可以结合单片机普通ＩＯ口、单片机ＡＤ转换器、ＰＷＭ功能完成。４．２．１时间控制模块针对高速电磁阀驱动软件模块，需要对高压开启阶段时间进行定时控制、需要对高 压电流保持时间进行定时控制、需要对低压电流维持时间进行定时控制。而且在后续论 文中讲到的实时电流采样控制中，需要同时对高压电流保持时间、低位ＭＯＳＦＥＴ关断 时间进行定时控制。但是总体上最多需要两个定时模块同时运行。本设计中使用了一路 ＰＩＴ中断、一路倒数定时器ＭＣＣＮ进行定时控制。４．２．２驱动电流控制模块按照高低压供电方式进行电磁阀驱动，驱动过程分为三个阶段Ｈ１１１４２１１４３］［４４１，如图４．２所示： ，（．４）ｌ黝ＪＬ．：！｜！［翌！要！懋Ｉ…ＦｒＮｄｍ，ａｌ Ｉ Ｉ Ｉｌｌｉ强蹩ｊＩ Ｉｌ．１Ｉ２Ｉｌ沟心：矽：：３，（珊） 图４．２驱动理论电流波形高压驱动部分；高低压缓冲阶段；低压维持阶段。 驱动软件设计需要满足上述三部分驱动功能，满足驱动容许热损耗，驱动时序准确， 驱动电流确定。 方法一：电流波形特征点采样控制 电流波形特征点采样控制，分别在如图４．２所示中的ｌ、２、３点进