高压共轨柴油机电控系统软件设计与研究

摘要

面对日益严峻的世界能源短缺，油价持续上涨，柴油机由于其高效率而受到人们的普遍重视，对于同等排量的汽油车，柴油车有节省20％~30％的燃料成本潜能，虽然燃料电池、混合动力、替代燃料等新型能源的发动机也取得了重大突破，但受生产成本、关键技术、使用条件等方面的制约，在未来10~20年间取代不了全球6000 多万新车的生产规模，柴油机作为车用发动机尤其是轿车发动机也有很大的缺点，如运转噪声大，颗粒排放高等。为了进一步提高柴油机效率，降低噪声，减少排放，使柴油机在整个运行范围内满足高效，低污染要求，保持最佳运行状态，引入电子控制技术是必不可少的。本课题正是基于这种背景，利用嵌入式实时操作系统，对高压共轨系统软件架构进行了一系列的分析，进一步提高对发动机控制软件的理解，为高压共轨系统的软件设计建立了一个基本的软件结构框架，对自主研发高压共轨柴油机电喷系统起到一定的指导作用。本文是通过实验室对汽油发动机电喷研究的基础上，简单介绍了高压共轨电喷系统的基本原理，详细介绍了高压共轨系统的硬件组成，在嵌入式实时操作系统的基础上，阐述了OSEK/VDX 规范，详细分析高压共轨系统的软件架构，给出了高压共轨系统的硬件层的设计思路和方法，结合Windows 编程的思想，详细讨论了底层驱动层的设计，给出了操作系统任务调度的基本思路，和调度器的设计方法，并在讨论的过程中，提出了一些软件设计的方法和软件可靠性方面的问题，对于应用程序的设计，本文也进行一些分析，给出了具体的设计思路。为了实现高压共轨系统功能软件的设计，本文对高压共轨系统的控制策略也进行了深入的分析，在此基础上详细阐述瞬时转速计算、气缸识别，轨压、喷油量、喷油正时、喷油速率的控制策略，并用控制框图对控制策略进行描述，具体进行了喷油程序的设计，对高压共轨系统的软件开发模式也进行了相关的讨论，阐述了”V”模式的开发方法的基本原理。最后本文阐述了高压共轨柴油机电喷系统的匹配标定和故障自诊断技术，简述了高压共轨电喷柴油机的匹配标定过程，对高压共轨系统的故障进行了分类，给出了高压共轨自诊断的框图。