CNG/汽油两用燃料汽车燃气ECU的开发

摘要

天然气有着良好的排放性和经济性，是各国政府大力推广的一种汽车代用燃料。然而国内主要的燃气ECU都是国外的技术(如朗第伦索、AC等)，自主品牌的燃气ECU功能都比较简单，通用性不好、性价比不高。本文开发了一款具有良好通用性、性能上与国外接近的第三代燃气ECU。
　　系统采用‘主-从’式结构，选取摩托罗拉公司的MC9S12XET256作为主控芯片。通过自主开发的标定系统，对发动机结构参数、传感器型号进行简单的设置之后即可匹配一款新的机型，操作简单、方便。开发的燃气ECU可适用于3～8缸的多种机型，具有较好的通用性和实用性。
　　开发了基于原车开关氧传感器信号的闭环控制模块和自学习模块，闭环反馈模块将混合气控制在理论空燃比附近波动；自学习功能可以补偿气体成分的变化以及汽车本身的磨损老化引起喷气量的偏离。尤其是在喷气MAP标定的不是很合理的情况下，经过一段时间的学习修正后，喷气MAP能够修正到最优值，极大的简化了MAP的标定过程。
　　本文中开发的燃气ECU的另一个特点是氧仿真功能，在对动力性要求不高的工况下，发动机根据MAP以较稀的混合气运行，从而提升经济性能。同时，氧仿真模块产生一个均匀跳变的模拟氧信号送给原车，避免了原车检测出氧传感器故障。
　　燃气ECU还具备故障诊断、代码在线更新功能，在不拆下ECU的情况下，通过预留的标定线接口即可完成代码的升级更新。这两项功能极大的方便了燃气系统的维护。
　　在实验室台架上对一台江淮汽车股份有限公司的4GA1发动机上完成了前期的软件开发和系统调试，并在一台捷达车上完成燃气ECU试装，路试结果表明，使用天然气时，发动机加速性能良好，怠速稳定，油气切换平顺、无抖动，在低温条件下也能以燃气方式启动发动机。

目录

文摘

英文文摘

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1.1 燃气汽车技术

1.2 天然气汽车的分类

1.2.1 单一CNG汽车

1.2.2 CNG/柴油混合燃烧双燃料汽车

1.2.3 CNG/汽油两用燃料汽车

1.3 国外两用燃料汽车技术的研究状况

1.4 两用燃料汽车技术在国内的发展

1.5 两用燃料汽车发展中仍存在的问题

1.6 本文的研究重点

第二章 两用燃料系统的整体结构

2.1 系统的总体布局

2.2 芯片及主要执行器的选择

2.2.1 主控芯片的选择

2.2.2 喷气阀的选择匹配

2.2.3 喷气阀加装的位置

2.3 ECU与不同机型、不同传感器间的匹配

2.3.1 发动机参数以及传感器参数的设置

2.3.2 转速信号的采集及转速的计算

2.4 本章小结

第三章 燃气ECU喷气模块的设计

3.1 引言

3.2 喷气模块硬件电路设计

3.2.1 喷油信号模拟器的工作原理

3.2.2 喷气阀驱动电路硬件设计

3.3 原车喷油信号的处理

3.3.1 喷油信号上升沿捕捉

3.3.2 喷油下降沿中断

3.4 油气间的切换

3.4.1 加速切换

3.4.2 减速切换

3.4.3 切换参数的确定及实验验证

3.5 喷气修正量的计算

3.5.1 分片插值法计算基本喷气量

3.5.2 喷气量的温度修正、压力修正

3.6 喷气保护及补喷处理

3.6.1 超速停喷

3.6.2 加速补喷的处理、高速大负荷长喷处理

3.7 本章小结

第四章 燃气PI闭环修正及自学习模块

4.1 引言

4.2 燃气PID修正

4.2.1 氧传感器的结构及工作原理

4.2.2 PI闭环控制的逻辑

4.3 自学习功能的开发

4.3.1 自学习功能的必要性

4.3.2 启用燃气自学习功能的工况范围

4.3.3 自学习的过程

4.4 自学习单元的更新

4.5 自学习功能的测试

4.6 氧仿真模块的开发

4.7 本章小结

第五章 显示面板的开发

5.1 引言

5.2 Proteus仿真软件介绍

5.3 PIC单片机的简单介绍

5.4 显示面板与燃气ECU的通信

5.4.1 数据的查询接受与发送

5.4.2 通信协议以及接收后数据的处理

5.5 油气状态、气量、故障的显示

5.6 本章小结

第六章 在线升级功能的实现

6.1 在线升级的意义要求

6.2 BootLoader的主流程

6.2.1 在线升级模式与用户程序模式间的跳转

6.3 S格式文件下载到Flash

6.3.1 通讯方式的选择

6.3.2 中断向量表的处理

6.3.3 逻辑地址转化成线性地址

6.3.4 将代码写入Flash

6.4 本章小结

第七章 燃气系统的故障检测以及软件抗干扰

7.1 传感器、执行器故障诊断

7.1.1 氧传感器故障

7.1.2 喷气阀故障

7.1.3 减压器温度传感器故障

7.2 系统的软件防干扰措施

7.3 与标定后台的通信

7.3.1 用户层通信协议

7.3.2 后台油气切换

7.3.3 故障的显示与清除

7.3.4 恢复出厂设置以及更新ECU代码

7.4 实车测试结果

7.5 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 工作总结

8.2 后期工作展望

参考文献

发表论文