柴油机SCR系统电子控制单元的设计与研究

摘要

如今环保成为人们日益关注的问题，针对汽车的排放问题制定了越来越严格的排放法规。对于柴油发动机来说，NOx是其最主要的排放污染物，这就需要后处理技术对NOx的排放进行控制处理。SCR技术是现在最为普遍的柴油机后处理技术，其能够有效的控制排气中的NOx的排放。本文针对SCR系统的电子控制单元(DCU)进行了研究与设计。
　　 本文主要完成的工作有:
　　 1.研究了SCR系统的结构及其工作原理，制定了尿素喷射控制策略和OBD诊断策略。在尿素喷射控制模块中，通过发动机工况，计算出尿素溶液的基本需求量，并研究了修正模型——稳态修正和瞬态修正;在OBD模块中，对传感器对地、电源短路以及信号不可信故障，电磁阀常开、常闭故障，CAN通讯故障，NOx排放超标故障等制定了相关诊断策略。
　　 2.根据控制策略，对电子控制单元进行了软件设计。针对尿素喷射控制模块，采用了网格节点插值方法进行了MAP图的构建，并进行了CAN通讯程序设计;针对OBD模块，进行了软件总框架、基本诊断流程、各个监测对象诊断流程的设计，还对故障处理部分进行了设计，实现故障的单包发送和多包发送。
　　 3.基于CANoe-Simulink进行了联合仿真验证。在CANoe中建立了EMS（发动机控制单元）、DCU（SCR系统电控单元）、UDS（计量泵单元）、Control Panel（监控节点）四个虚拟节点，建立了监控面板和OBD仿真面板，在此还进行了相关数据库的建立和CAPL语言的编程;在Simulink中建立了尿素喷射控制模型。通过联合仿真，对CAN通讯、喷射控制策略以及OBD诊断进行验证，仿真结果表明了控制策略的正确性。
　　 4.进行了试验验证。根据GB17691-2005要求，对尿素喷射控制模块分别进行了ESC和ETC试验验证，试验结果表明制定的尿素喷射控制策略能够很好的控制柴油机的NOx的排放，满足国家法规要求;对OBD模块，利用CAN分析仪对故障处理部分进行了CAN通讯验证，结果显示故障能够按照通讯协议进行正常发送。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 柴油机后处理技术

1．3 SCR技术和OBD诊断

1．3．1 SCR技术介绍

1．3．2 OBD诊断

1．4 SCR技术国内外研究及应用现状

1．4．1 国外研究及应用现状

1．4．2 国内研究及应用现状

1．5 课题研究的目的及意义

1．6 本文主要研究内容

第二章 SCR系统控制策略的研究

2．1 SCR系统介绍

2．1．1 SCR系统的结构及工作原理

2．1．2 SCR系统的反应机理

2．2 SCR系统尿素喷射控制策略

2．2．1 尿素溶液基本需求量计算

2．2．2 尿素喷射量的修正

2．3 OBD诊断

2．3．1 OBD排放要求

2．3．2 SCR系统的OBD诊断主要监测部件

2．4 本章小结

第三章 SCR电子控制单元的软件设计

3．1 软件介绍

3．2 尿素喷射控制模块

3．2．1 原机排放MAP图的获取

3．2．2 插值计算

3．2．3 CAN通讯程序

3．3 OBD模块

3．3．1 OBD模块基本流程

3．3．2 故障诊断流程

3．3．3 故障处理

3．4 本章小结

第四章 SCR系统电控单元的仿真研究

4．1 仿真软件介绍

4．1．1 CANoe软件介绍

4．1．2 Simulink软件介绍

4．2 CANoe仿真模型的建立

4．2．1 虚拟节点的建立

4．2．2 数据库的建立

4．2．3 控制面板的建立

4．2．4 CAPL编程设计

4．2．5 测量环境的建立与设置

4．3 Simulink模型的建立

4．3．1 DCU控制模型的建立

4．3．2 计量泵控制模型的建立

4．4 仿真分析

4．4．1 联合仿真模式

4．4．2 通讯仿真分析

4．4．3 喷射控制策略仿真分析

4．4．4 OBD仿真分析

4．5 本章小结

第五章 SCR系统试验验证及分析

5．1 尿素喷射控制的试验验证

5．1．1 ESC测试

5．2．2 ETC测试

5．2 OBD模块CAN通讯验证

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文的研究结论

6．2 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文