两用燃料天然气发动机电控系统设计及CAN总线通讯研究

【摘要】： 天然气汽车具有良好的低排放性和经济性,其开发已经成为我国节能环保战略步骤的重要一步。两用燃料天然气发动机是汽油机改装成天然气发动机最常见的一种方式,具有较低的污染物排放,以及良好的续航性能。CAN总线技术已经广泛应用于汽车电子控制领域,发动机ECU的CAN总线设计可以确保发动机ECU很好的融入到整车控制中。 本文基于PIC18F2420芯片,针对奇瑞SQR477F型发动机,研制了汽油/天然气两用燃料多点顺序电喷系统。设计采用主从单片机的结构形式,集成燃气脉宽控制和点火提前两方面的控制。通过优化软件结构,结合分片线性插值查找喷气MAP方法,提高了捕捉信号的响应速度,达到精确控制喷气脉宽;采用自由定时器的实时中断控制方式,解决了多缸机喷气信号重叠的控制问题;利用前、后氧传感器信号对喷气脉宽进行闭环控制,确保燃气喷射的合理精确;程序设计中的意外熄火保护、滑行切换、急加减速的脉宽控制等功能,确保了发动机变工况下的工作稳定性。利用奇瑞新旗云汽车进行了道路试验,验证该设计具有良好的动力性,并在转鼓试验台架上完成修正MAP的标定和尾气排放实验,顺利通过欧Ⅲ排放标准。 依据试验调试功能的需求而设计的计算机后台管理软件,实现了与单片机程序的良好交互,支持可视化的显示。具有实时显示、数据回放、专家设定、单缸失火调试等功能,对于观测发动机工作状况、标定修正MAP等有很大帮助。 最后,通过采用PIC18F448型单片机,对集成式的CAN总线通讯模块进行了研究,完成了硬件电路和程序的设计。该CAN模块可作为一个独立的CAN节点使用,便于今后将其移植到天然气发动机ECU中,也为该天然气ECU融入整车控制ECU的通讯体系而奠定了基础。 【关键词】：两用燃料发动机 天然气 电控系统 MAP修正 CAN总线
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U464
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 致谢7-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 选题背景14-16
• 1.2 国内外天然气发动机电控技术的研究概况16-18
• 1.3 论文的主要内容及选题意义18-20
• 第二章 系统控制的设备组成及电路设计20-30
• 2.1 燃气喷射系统设备组成20-24
• 2.1.1 燃料供给系统22
• 2.1.2 信号采集系统22
• 2.1.3 输出控制系统22
• 2.1.4 通讯标定系统22-23
• 2.1.5 其它设备23-24
• 2.2 燃气喷射方式的选择及点火系统的设计24-25
• 2.2.1 燃气喷射方式的选择24
• 2.2.2 点火系统设计24-25
• 2.3 电控单元的总体设计25-27
• 2.3.1 ECU芯片的选择与性能分析25-26
• 2.3.2 电控单元的总体布局26-27
• 2.4 喷气系统的电控设计27-28
• 2.5 抗干扰的设计28-29
• 2.6 本章小节29-30
• 第三章 主单片机的程序设计及系统控制30-47
• 3.1 主单片机的程序流程30-31
• 3.2 主单片机的程序工作状态及油/气转换31-33
• 3.2.1 主单片机的程序工作状态31-32
• 3.2.2 油/气状态的切换控制32-33
• 3.3 AD信号采集及输入信号的处理33-35
• 3.3.1 AD信号采集流程及数据处理33-35
• 3.3.2 输入信号的处理35
• 3.4 定时器的使用及定时器 TMR2的程序设计35-37
• 3.4.1 定时器常数的计算35-36
• 3.4.2 定时器 TMR2中断程序设计36-37
• 3.5 喷气脉宽的输出控制37-39
• 3.5.1 喷气脉宽的输出控制37
• 3.5.2 关于喷气脉宽输出的一些保护程序37-39
• 3.6 燃气状态下查找喷气脉宽修正 MAP39-42
• 3.6.1 燃气状态下查找喷气脉宽修正 MAP的程序流程40
• 3.6.2 喷气脉宽修正 MAP的插值计算40-42
• 3.7 主单片机的通讯系统42-44
• 3.8 氧传感器的信号仿真44-46
• 3.8.1 氧传感器的相关介绍44-45
• 3.8.2 氧传感器的信号仿真45-46
• 3.9 本章小结46-47
• 第四章 单片机程序与后台管理软件的交互47-55
• 4.1 计算机后台管理软件的整体介绍47-48
• 4.2 数据的实时显示和数据回放48-50
• 4.2.1 数据的实时显示48-49
• 4.2.2 数据管理和数据回放49-50
• 4.3 MAP操作及通讯协议50-52
• 4.3.1 喷气脉宽及点火提前的 MAP操作50-51
• 4.3.2 单片机和后台管理软件间的通讯协议51-52
• 4.4 多级用户管理及专家设定52-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第五章 两用燃料天然气发动机的性能测试试验55-65
• 5.1 在发动机台架上的程序调试55-59
• 5.1.1 整体控制及状态转换的程序调试55-56
• 5.1.2 曲轴点火信号提前的程序调试56-57
• 5.1.3 氧传感器的信号仿真57-59
• 5.2 装配两用燃料发动机的整车道路试验59-61
• 5.2.1 稳速工况的道路试验59-60
• 5.2.2 变速工况的道路试验60-61
• 5.3 装配两用燃料发动机的整车尾气排放试验61-64
• 5.3.1 尾气排放原理概述61-62
• 5.3.2 MAP标定及转鼓台架上的尾气排放试验62-64
• 5.3.2.1 各工况点的MAP标定62-63
• 5.3.2.2 整车在转鼓台架上的尾气排放试验63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第六章 基于PIC18F448的集成式CAN总线设计65-75
• 6.1 CAN总线概述及其在汽车上的应用65-67
• 6.1.1 CAN总线概述65-66
• 6.1.2 CAN总线在汽车上的应用66-67
• 6.2 CAN节点的电路设计67-69
• 6.2.1 单片机的选用67-68
• 6.2.2 CAN节点的工作原理68-69
• 6.2.3 CAN节点的电路设计69
• 6.3 CAN通讯的程序设计69-72
• 6.3.1 程序的总体设计69-70
• 6.3.2 CAN通讯的报文收发程序设计70-72
• 6.3.2.1 中断控制发送报文71-72
• 6.3.2.2 中断控制接收报文72
• 6.4 CAN通讯的验收滤波72-73
• 6.5 CAN总线与 RS-232的通信转换73-74
• 6.6 本章小结74-75
• 第七章 总结与展望75-77
• 7.1 工作总结75
• 7.2 后期工作展望75-77
• 参考文献77-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文80

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