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小型电喷汽油机集成式ECU的开发及其仿真系统的研究

作　者: 韩吉锋
导　师: 胡春明
学　校: 天津大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 小型电喷汽油机集成式ECU 程控执行机构硬件在环仿真汽油机模型
分类号: TK417
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

面对当前日益严重的能源危机和环境污染状况,小型汽油机的排放法规越来越苛刻。而电喷技术是解决小型汽油机油耗高、污染重的最直接、最有效的手段。但小型汽油机市场竞争日益激烈,必须缩短开发周期,降低研发成本,因此必须使电控系统小型化并使用更先进的系统开发平台以达到加快ECU的开发过程、降低开发成本、提高开发安全性的目的。本文对小型电喷汽油机的现状及发展趋势研究的基础上,开展了小型汽油机集成式ECU的开发和ECU硬件在环仿真系统的试验研究。本文主要完成以下工作:1.针对小型汽油机电喷系统的要求,设计开发了低成本集成式ECU,实现了ECU同节气门体、进气压力传感器、进气温度传感器和节气门位置传感器的一体化和小型化,并具有防水、防震功能。硬件设计上采用了英飞凌高性能16位单片机XC2785X104F80L作为ECU的MCU,使用高集成度的电源和驱动芯片——L9177,并设计了无摩擦的线性霍尔节气门位置传感器。电路采用模块化设计,实现了ECU的所有功能。2.开发设计了电喷发动机变速标定程控执行机构及控制软件。该机构由大扭矩步进电机、高性能电机驱动器和运动控制卡构成,通过控制软件可使电喷发动机节气门按指定规律运动,且响应迅速,节气门从全闭到全开只需56ms。利用该机构可降低电喷系统的开发难度,提高标定的质量和效率。3.研发搭建了低成本的小型电喷汽油机ECU硬件在环仿真系统。系统硬件基于英飞凌XC888CLM8位单片机设计;软件采用C语言编写,利用Keil进行编译;监控界面采用简单的图形化编程语言Labview完成;汽油机模型利用MATLAB/SIMULINK仿真并转换为C代码,保证单片机运行的实时性。本系统实现了仿真ECU的功能:根据实际需要发送凸轮轴信号、曲轴信号及开关量信号;发送相关的传感器模拟信号;测量电控单元的喷油、点火信号及开关量信号;同时实现CAN通讯功能。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-22
  1.1 引言  9-13
    1.1.1 电控燃油喷射技术  9-10
    1.1.2 增压技术  10-11
    1.1.3 可变气门技术  11-12
    1.1.4 汽油机缸内直喷技术  12-13
  1.2 汽油机尾气的危害及其排放法规  13-15
    1.2.1 汽油机尾气的生成机理及其危害  13
    1.2.2 摩托车排放法规的发展  13-15
  1.3 摩托车电喷系统介绍  15-19
    1.3.1 电喷系统的组成及原理  15-16
    1.3.2 电喷系统的主要功能  16-17
    1.3.3 摩托车电喷系统的开发流程  17-18
    1.3.4 电喷系统的匹配标定  18-19
    1.3.5 发展电喷摩托车的优势  19
  1.4 电喷摩托车的国内外研究动态  19-20
  1.5 本课题意义和主要研究内容  20-22
    1.5.1 本课题意义  20-21
    1.5.2 本课题的主要研究内容  21-22
第二章电喷摩托车集成式ECU 的硬件开发  22-47
  2.1 确定设计任务  22
  2.2 ECU硬件设计  22-43
    2.2.1 元器件选择  23-29
    2.2.2 电路匹配计算及实验  29-38
    2.2.3 ECU的电磁兼容与可靠性设计  38-43
  2.3 节气门体改进  43-46
    2.3.1 节气门体改进方法  43-44
    2.3.2 节气门体与ECU集成  44-46
  2.4 本章小结  46-47
第三章电喷发动机变速标定程控执行机构的设计  47-58
  3.1 变速标定程控执行机构的硬件设计  47-52
    3.1.1 电机的选型  47-50
    3.1.2 传动系统的设计  50-51
    3.1.3 整体系统的设计  51-52
  3.2 变速标定程控执行机构的软件设计  52-55
    3.2.1 LabVIEW软件平台  52-53
    3.2.2 控制软件功能介绍  53-55
  3.3 变速标定程控执行机构的试验  55-57
  3.4 本章小结  57-58
第四章小型电喷汽油机ECU 硬件在环仿真系统的研究  58-75
  4.1 硬件在环仿真系统构架  58-59
  4.2 硬件在环仿真系统的功能与硬件设计  59-63
    4.2.1 仿真ECU的功能  59-60
    4.2.2 CPU的选择  60
    4.2.3 I/O接口电路的设计  60
    4.2.4 模拟信号输出电路的设计  60-61
    4.2.5 CAN通信模块的设计  61
    4.2.6 OCDS电路设计  61-62
    4.2.7 其他外围电路设计  62-63
  4.3 硬件在环仿真系统软件及控制界面设计  63-67
    4.3.1 初始化模块  63
    4.3.2 通信模块  63-64
    4.3.3 开关信号处理模块  64
    4.3.4 脉冲信号产生模块  64-65
    4.3.5 脉冲信号采集模块  65-66
    4.3.6 控制界面设计  66-67
  4.4 电喷发动机仿真模型设计  67-68
  4.5 仿真结果与试验研究  68-74
    4.5.1 OCDS及通讯调试  69
    4.5.2 开关量信号的仿真  69-70
    4.5.3 脉冲信号输出的仿真  70
    4.5.4 脉冲信号捕捉试验  70-71
    4.5.5 仿真系统整体试验研究  71-74
  4.6 本章小结  74-75
第五章全文总结及工作展望  75-77
  5.1 全文总结  75-76
  5.2 工作展望  76-77
参考文献  77-81
发表论文和科研情况说明  81-82
致谢  82

小型电喷汽油机集成式ECU的开发及其仿真系统的研究

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