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基于CAN总线的发动机控制平台的研究

作　者: 张霏霏
导　师: 宋桂秋
学　校: 东北大学
专　业: 车辆工程
关键词: CAN总线电子控制燃油喷射系统硬件电路电子控制单元
分类号: U464
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着社会的发展,人类对汽车的性能和环保提出了更高的要求。传统的机械装置已经无法解决某些与汽车功能要求有关的问题,因而将逐步被电子技术和汽车融为一体的现代汽车电子控制技术所取代。电子控制技术正被广泛地应用在汽车的各个方面,它不仅能提高汽车的动力性、经济性和安全性,改善行驶的稳定性和舒适性,推动汽车工业的发展,还为电子产品开拓了广阔的市场。因而发展现代汽车电子控制技术、加快汽车电子化速度是进一步启动和振兴汽车工业的重要手段。目前我国各大汽车厂生产的中高档轿车的发动机虽然基本上都采用了电子控制燃油喷射技术,但均属于引进国外电喷发动机生产线或引进国外电喷系统,由外商直接供给电子控制燃油喷射系统。本论文在研究了汽车电子控制燃油喷射系统发展现状的基础上,对电子控制单元(ECU)、传感器和执行器的工作电路及其工作原理进行了系统的研究,其中包括电子控制燃油喷射系统的结构组成和控制原理,分析了发动机不同工况下的喷油控制方法,理想空燃比的反馈控制要求,喷油和点火定时信号的生成原理,以及点火提前角的控制要求等,提出了基于CAN总线的发动机控制平台的课题。本论文对电子控制燃油喷射系统进行了比较系统研究：首先,重点论述了电子控制单元(ECU)的硬件电路组成。其次,介绍了电子控制燃油喷射系统软件部分的整体结构和各功能模块的实现方法。最后,讨论了发动机控制平台的CAN通信功能。ECU硬件电路的设计部分主要介绍了主控芯片MC9S12DG128的功能特性及其外围电路的设计,包括时钟电路、复位电路、各传感器信号的处理电路、喷油器驱动电路、点火信号驱动电路,基于msCAN的CAN节点的设计等。在电子控制燃油喷射系统软件部分中论述了该系统软件的设计思想和实现方法,基于模块化的思想,设计了完整的可配置式控制系统,实现了对输入输出和软硬件资源的有效管理,为整机控制算法开发和匹配奠定了基础,对整机油量管理的逻辑层次和调度时序进行了分析；研究了发动机不同运行状态下的油量控制策略,以及瞬态过程修正、冒烟限制修正算法,采用Visual C++工具设计了上位机的监控软件。此外,简单介绍了软件的开发环境Metrowerks Codewarrior。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 问题的提出及研究的意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
  1.3 本课题研究的内容  14-15
第2章发动机控制的内容与方法  15-35
  2.1 发动机控制的主要内容  15-16
  2.2 发动机控制的基本逻辑  16-19
    2.2.1 整机控制基本逻辑  16-17
    2.2.2 控制逻辑的调度时序  17-19
  2.3 发动机的各个状态  19
  2.4 空燃比的控制  19-29
    2.4.1 电控汽油喷射系统空燃比的重要性  19-21
    2.4.2 电控汽油喷射系统空燃比的控制  21-29
  2.5 点火提前角的控制  29-35
    2.5.1 点火提前角及其优化  30
    2.5.2 点火正时与点火提前角控制  30-32
    2.5.3 点火提前角控制参数的优化匹配  32-35
第3章 CAN协议及其芯片的选择  35-57
  3.1 汽车网络技术概述  35-39
    3.1.1 汽车网络的发展历史  35-36
    3.1.2 汽车网络的特点  36
    3.1.3 汽车网络的拓扑结构  36-37
    3.1.4 汽车网络的类型  37
    3.1.5 汽车网络的发展趋势  37-39
  3.2 CAN总线  39-48
    3.2.1 CAN的基本概念  40-41
    3.2.2 CAN协议技术  41-42
    3.2.3 报文传输及结构  42-46
    3.2.4 位定时要求  46-47
    3.2.5 CAN总线特点分析及应用  47-48
  3.3 汽车CAN网络的总体设计  48-52
    3.3.1 应用层协议——J1939协议  48-50
    3.3.2 CAN网络的总体设计方案  50-52
  3.4 本课题的发动机ECU芯片的选择  52-57
    3.4.1 发动机ECU的选择  52-54
    3.4.2 msCAN模块  54-57
第4章发动机ECU硬件设计  57-79
  4.1 发动机ECU的整体方案  57-58
    4.1.1 发动机整体方案的提出  57
    4.1.2 发动机ECU输入信号的相关性与实时性  57-58
    4.1.3 发动机ECU各控制项目的相关性  58
  4.2 MCU的基本外围电路  58-61
    4.2.1 时钟电路  58-60
    4.2.2 MCU系统的复位  60-61
  4.3 信号采集模块  61-71
    4.3.1 ECU输入信号特性分析  61-62
    4.3.2 ECU输入信号特性分类  62-63
    4.3.3 信号输入预处理  63-71
  4.4 通讯模块  71-72
    4.4.1 基本CAN节点硬件电路设计  71-72
    4.4.2 高低速CAN网关节点硬件电路设计  72
    4.4.3 高低速CAN网络报文监测电路  72
  4.5 执行器模块  72-79
    4.5.1 喷油器及其驱动电路  72-76
    4.5.2 点火器及其驱动电路  76-79
第5章发动机ECU软件开发  79-93
  5.1 开发环境CodeWarrior IDE介绍  79-80
  5.2 电控系统的设计  80-87
    5.2.1 软件系统结构划分  80-82
    5.2.2 中断仲裁调度  82
    5.2.3 存储器资源管理  82-84
    5.2.4 数据管理  84-87
  5.3 通讯系统(msCAN)的设计  87-90
  5.4 上位机PC监控系统的设计  90-93
    5.4.1 CAN设置模块  90-91
    5.4.2 显示表模块  91-93
第6章全文总结与展望  93-95
  6.1 全文总结  93-94
  6.2 展望  94-95
参考文献  95-99
致谢  99

基于CAN总线的发动机控制平台的研究

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