柴油机喷油泵电控系统设计论文

1、柴油机燃油喷射控制系统摘要柴油机因其高效、经济、可靠而在世界范围内得到广泛应用。电控燃油喷射是柴油机领域的重要研究方向之一。将电子控制技术引入柴油机，不仅可以大大改善柴油机的动力性和经济性，而且可以降低其排放和污染。柴油机的燃油喷射系统只要是由高压喷油泵、喷油器高压油管连接喷油泵和喷油器组成。随着国家对环保法规的加强，对汽车排放的要求相对提高，尤其是对柴油机的排放要求更加严格，所以喷射系统必须能够保证柴油机的燃烧，以保证柴油机具有足够的动力和运输的可靠性。所以，对燃油喷射系统有很高的要求，要改变柴油机的控制方式和精确控制。排放更加清洁，降低柴油机工作时的粗暴噪音，提高车辆的经济性和舒适性。执行

2、机构是柴油机电子控制技术中的关键技术。本文对控制机构和传感器进行了详细设计，并对控制策略进行了研究。作为柴油机电子控制系统的核心。详细说明了ECU硬件和软件设计的全过程，并在系统抗干扰性能方面采取了必要的软硬件措施。此外，为了标定柴油机的参数，设计了基于CAN现场总线的VE分配泵电控单元。采用简单实用的电控单元设计，通过CAN现场总线通信，使下位机与上位机进行通信，并对电控单元的参数进行监控。摘要:阐述了单片机在柴油机喷油泵(BOSCH泵)控制中的应用，主要是实现喷油泵齿条位置的精确控制，从而实现喷油量的精确控制，改善燃油喷射系统和保护环境的目的。该系统采用较为熟悉的89C51单片机作为控制核

3、心，电感式传感器作为反馈和信号采集，采用光耦驱动电路使输入和输出相互隔离，从而使电路的抗干扰能力加强。采用PID控制算法的控制系统稳定性、鲁棒性强。关键词:柴油发动机；微控制器；燃料喷射泵；操纵系统目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _RefHeading_Toc23979 第一章 绪论1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc7875 1.1 论文选题背景与研究1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc7667 1.2 柴油机电控喷油系统的发展动态1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc14629 1.3 国外电控燃油系统

4、的发展现状2 HYPERLINK l _RefHeading_Toc15547 1.4 论文研究的主要容6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc5155 第二章 方案论证7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc607 2.1 系统设计要求7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc18822 2.2 系统方案论证7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc12531 2.2.1 单片机的选择论证7 HYPERLINK l _RefHeading_Toc11444 2.2.2 传感器选择论证9 HYPERLINK l _RefHea

5、ding_Toc10565 第三章 硬件电路设计12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc4672 3.1 控制系统的硬件总体结构12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc28852 3.2 单片机最小系统13 HYPERLINK l _RefHeading_Toc10460 3.2.1 复位电路14 HYPERLINK l _RefHeading_Toc26313 3.2.2 振荡电路15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc5891 3.3 位置式传感器的工作特点16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc12486 3

6、.4 传感器检测电路设计17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc27351 3.5 传感器激励电路设计19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc21126 3.6 AD转换电路设计19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc5636 3.7 位移执行器驱动电路设计20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc26456 3.8 CAN总线模块设计21 HYPERLINK l _RefHeading_Toc15785 3.9 电源模块设计22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc17086 第四章 系统流程图与

7、软件设计23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc9877 4.1 系统流程图23 HYPERLINK l _RefHeading_Toc16449 4.2 CAN总线控制流程图25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc2135 4.3 PID控制系统25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc691 4.3.1 PID控制框图设计26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc9720 4.3.2 齿条位移闭环增量式PID控制26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc9868 4.3.3 PID流程图28 HY

8、PERLINK l _RefHeading_Toc16726 4.3.4 PID控制参数整定28 HYPERLINK l _RefHeading_Toc18516 总 结30 HYPERLINK l _RefHeading_Toc26229 致 31 HYPERLINK l _RefHeading_Toc1844 参 考 文 献32第一章导言1.1论文选题的背景和研究自柴油机问世以来，由于其高效节能的特点，在车辆动力方面发挥了非常重要的作用。尤其是近年来，柴油机的应用范围逐渐扩大。这主要是因为，随着世界性的能源危机和日益严重的汽车污染，人们对发动机的节能和排放提出了更高的要求。与汽油机相比，柴

9、油机在节油和HC、CO和CO排放方面具有明显的优势。因此，美国、日本、欧洲等发达国家。中重型卡车已全部采用柴油机，近年来，其在轻型车和轿车上的应用也在逐年增加。1988年，欧洲柴油车销量占汽车总销量的15%。到1998年，这一比例上升到了25%。2003年，这一比例超过了32%。专家预测2007年将超过50%。因此，越来越清楚的是，未来汽车的发展将是柴油1。随着国家环保管控的加强，对机动车尾气排放的要求也相对提高，尤其是柴油发动机，必须达到欧III排放标准才能销售。如果柴油机符合欧III排放标准，就必须改进柴油机燃油喷射系统。2003年，依维柯汽车有限公司与博世公司合作，引进柴油机电控喷射系统

10、，在原SOFIM8140.43发动机的基础上进行技术改进，降低了颗粒物等有害物质的排放，达到欧III排放标准2。随着电控喷油器共轨发动机的推出，该表展示了柴油机的控制方式，实现了精确控制，使排放更加清洁，降低了柴油机工作粗暴带来的噪音，提高了车辆的经济性和舒适性。1.2柴油机电控燃油喷射系统的发展趋势国外对柴油机电控燃油喷射系统的研究始于20世纪70年代。1967年，德国博世公司开始批量生产进气管控制绝对空燃比的DJetronic模拟电控汽油喷射系统，并装备在大众公司生产的VW-21600轿车上，开创了汽油喷射系统电控化的新时代。短短20年，汽油机的电控技术已经相当成熟。柴油机电子控制的研究比

11、汽油机晚20年，但汽油机电子控制技术促进了柴油机电子控制技术的发展。自20世纪80年代以来，柴油机电子控制技术发展迅速。目前，各种形式的电控柴油喷射系统已经在车辆上使用，成熟的电控燃油喷射产品已经广泛应用于国外的车用柴油机。仅1993年，德国博世公司的电控分配泵和电控直列泵的数量已经超过25万台，美国底特律柴油机公司的DDEC电控泵的喷嘴系统已经达到10万台以上，日本Zexel公司的可变预行程TICS已经达到2万台以上，其中大部分都是电控的。到目前为止，柴油机电控喷射系统已经推出了三代产品，分别是位置控制型、时间控制型和压力时间型。第一代位置控制式电控燃油喷射系统在不改变传统燃油喷射系统结构的

12、基础上，用电子调速器代替原来的机械调速器来控制齿条或滑套的位置，从而调节燃油量，用电子液压提前器代替传统的机械或液压提前器来控制喷油正时，提高控制精度和响应速度。是电控柴油机开发的早期产品。位置电控系统不需要改变柴油机的结构，生产继承性好，便于现有车型的技术改造，在分配泵和直列泵中都可以实现。缺点是采用模拟量进行控制，频率响应慢，控制自由度小，精度差，喷射速度和压力难以控制，不能改变传统喷射系统固有的喷射特性3。典型的位置电子控制燃油喷射系统包括ECD。日本电装公司的V1电控分配泵，德国BOSCH公司的RP39、RP43电控直列式喷油泵和VP37电控分配泵，日本小松公司的KP21电控直列式喷油

13、泵，英国Lucas公司的EPIC电控分配泵，美国Stanadyne公司的PCF电控分配泵等。第二代时控电控燃油喷射系统取消了传统的燃油喷射机构，采用高速强力电磁阀直接控制高压燃油的通断。高速电磁阀的开关时间决定了喷油量和喷油时间。时控电控系统采用数字量控制，具有一定的喷油率控制能力。但是仍然采用脉冲高压供油的原理，所以喷射压力很难控制。同时要求高速电磁阀具有良好的响应性和可靠性，制造难度大。在传统的机械分配泵、单体泵和泵喷嘴的基础上，可以实现时间控制系统。典型的电控燃油喷射系统有德国BOSCH公司的PDE27/PDE28系统、英国Lucas公司的EUI系统和美国底特律Allison公司的DDE

14、C系统。第三代电控燃油喷射系统是一种时间-压力控制系统，它改变了传统燃油喷射系统的结构。它不是采用柱塞泵脉动供油的原理，而是采用高压共轨或共轨蓄压和液压增压来获得高压。喷射压力通过连续调节共轨压力来控制，喷射过程由电磁阀控制。喷油量由喷油时间和共轨压力决定。由于共轨燃油喷射系统的喷射压力不受柴油机转速和喷油量的影响，喷油量、喷油压力和喷油速率可由ECU灵活控制，因此高压喷射与电子控制的结合完美地实现了燃油喷射系统的全电子控制，已成为柴油机电控燃油喷射系统研究领域的重要课题和发展趋势。典型的共轨电控燃油喷射系统包括美国BKM公司的伺服喷射蓄压器电控高压喷射系统和美国卡特彼勒公司的电控液压泵。喷嘴

15、系统，日本小松公司的KOMPlCS液压共轨系统。日本电装公司的U2高压共轨电控喷射系统、意大利菲亚特集团的UNIJET喷射系统、德国博世公司的CR共轨电控喷射系统、英国卢卡斯公司的LDCR电控高压共轨喷射系统。1.3国外电控燃油系统的发展现状随着中国汽车保有量的增加，一些城市的汽车排放造成的空气污染越来越严重。因此，中国也参照欧洲排放法规制定了自己的排放法规。从2001年开始实施相当于欧洲1号的法律，2004年1月颁布实施相当于欧洲2号的法律，2008年将实施欧洲3号。因此，排放达标、性能优良、安全可靠成为现阶段柴油机发展的主要目标。中国与世界的联系越来越紧密，汽车是国家的支柱产业。大力提高汽

16、车生产水平对增强国际市场竞争力，促进国民经济发展具有现实意义。柴油机的发展已有100多年的历史，其技术发展可分为三个阶段:第一阶段，20世纪20年代中期，以德国BOSCH公司为代表的机械式燃油喷射系统取代了蓄压式燃油供给系统，由此柴油机在车辆上的应用应运而生；第二阶段，50年代初放弃涡轮增压技术，奠定了其在该行业的动力装置基础。第三阶段，20世纪80年代以来，现代微型计算机作为电子控制单元在柴油机上的应用，导致了现代先进的汽车柴油机电子控制系统的产生和发展，使柴油机在动力性、经济性、排放和噪声指标上具有很强的竞争力，柴油机技术的发展进入了一个新的历史阶段。仅1993年，德国博世公司的电控分配泵

17、和电控直列泵就超过25万台。底特律柴油机公司的DDEC电控泵喷嘴系统已经生产了超过10万台。还有一些日本公司生产的20，000多台TICS直列泵，其中大部分是电控的。此外，比如美国的卡特彼勒公司、日本的Nippon公司、德国的Denso公司都研究过共轨电喷系统，并陆续投入生产。迄今为止，各国已经开发生产了各种柴油机电子控制系统，有效缓解了当前世界性的能源危机和汽车污染。目前，一些汽车工业发达国家的柴油机电控技术水平相当发达。目前欧美100%的重型车和90%的轻型车使用柴油发动机，欧美柴油车在汽车保有量中的比例超过40%，新车生产比例超过50%。根据一些文章，它是在美国的轻型车和轿车领域引入的。

18、柴油机市场份额将提高到15%左右，柴油机电控技术大致可分为三个阶段；在20世纪70年代R&D初期，电控主要用于发电机组的柴油发动机。80年代是实用阶段，开发了多种位置控制和时间控制的电子燃油喷射系统，控制量也从原来的一种变成了多种。90年代以来是成熟阶段，更强大的电控喷射系统可以控制喷射正时、喷射压力和喷射速率4。根据以上情况，电控高压共轨喷射系统是未来最有前途的控制系统。关于燃油喷射的控制原理，各种共轨喷射系统近期变化较小。可以说，柴油机的燃油喷射系统将奖励高喷射压力、喷射量和喷射正时可以灵活控制和控制最佳喷射率的趋势。全电控燃油喷射系统是实现燃油喷射过程柔性控制的必然趋势。现代汽车柴油机普

19、遍采用电控喷射、共轨、涡轮增压、中冷等技术，在重量、噪音、烟度等方面都有很大突破，达到汽油机水平，比汽油机更环保。目前，轻型车用柴油机在国外越来越普遍。奔驰、宝马、大众、雷诺、沃尔沃等欧洲名车都使用柴油发动机。柴油机和汽油机在电控喷射上的主要区别在于，汽油机的电控喷射系统只控制空燃比，而柴油机的电控喷射系统是通过控制喷射时间来调节出油量的。对于柴油发动机，喷射控制类型由发动机转速和油门踏板位置(油门杆位置)决定。所以基本的工作原理是计算机先根据转速传感器和节气门位置传感器的输入信号计算出基本喷油量，然后根据水温、进气温度、进气压力等传感器的信号进行修正，再用控制套位置传感器的信号进行反馈修正，

20、确定最佳喷油量。电控柴油喷射系统由传感器、ECU(电子 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/2080770.htm t _blank 控制部件)和执行机制。其任务是对燃油喷射系统进行电子控制，实现随工况实时控制喷油量和喷油正时。利用转速、温度、压力等传感器，将实时检测的参数同步输入计算机，并与存储的参数进行比较。经过处理和计算，按照最优值控制喷油泵、废气再循环阀、电热塞等执行器，驱动燃油喷射系统，使柴油机运行在最佳状态。这种电控系统可分为两种:蓄压式电控燃油喷射系统、液压增压式电控燃油喷射系统和高压共轨式电控燃油喷射系统

21、。介绍高压共轨电控柴油喷射系统。在汽车柴油机中，高速运转使得柴油的喷射时间只有千分之几秒。实验表明，在喷射过程中，高压油管的压力随时间和位置而变化。由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动，实际喷油状态与喷油泵规定的柱塞供油规律有较大差异。有时在主喷射后，高压油管的压力会再次上升，达到喷油器针阀的开启压力，关闭的针阀会重新开启，造成二次喷射。由于二次喷射不能完全燃烧，将增加烟度和碳氢化合物(HC)排放，并且将增加燃料消耗。此外，在每个喷射循环之后，高压油管的残余压力会发生变化，这将导致喷射不稳定，尤其是在低速区域。严重时不仅会出现不均匀喷射，还会出现间歇性不喷射。为了解决柴油机的燃油压力变

22、化缺陷，现代柴油机采用了一种称为“共轨”的技术。高压共轨技术电喷技术是指高压油泵、压力传感器和电子 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/2080770.htm t _blank 控制部件合成的 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/330547.htm t _blank 闭环系统，它将喷射压力的产生和喷射过程完全分开。它利用高压油泵向共供油管输送高压燃油，共供油管的油压可以实现精确控制，使高压油管的压力与发动机转速无关，可以大大降低柴油机供油压力随发

23、动机转速的变化程度。因此，减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，喷油量取决于燃油轨(共轨供油管)压力和电磁阀的开启时间。ECU精确控制每个喷嘴的喷油量和喷油正时，可以使柴油机的燃油经济性和动力性达到最佳平衡。而传统的柴油机是机械控制的，控制精度无法保证。90年代中后期，共轨燃油喷射系统正式进入实用阶段。高压共轨系统可以实现传统燃油喷射系统无法实现的功能。其优点是:A.共轨系统中的喷射压力灵活可调，可以针对不同工况确定所需的最佳喷射压力，从而优化柴油机的综合性能。b、喷射定时可独立灵活控制，喷射压力高(120MPa200MPa)，同时可以将NOx和颗粒物(PM)控制在较小的数值，满足

24、排放要求。C.灵活控制喷油率的变化，可以实现理想的喷油规律，易于实现预喷和多次喷射，既能降低柴油机的NOx，又能保证燃油量的动力性和经济性。D.喷油由电磁阀控制，控制精度高，高压油路中不会有气泡，零残压。因此，在柴油机运转前后，循环喷油量的变化较小，可以改善各缸供油不均匀的状况，从而降低柴油机的振动，减少排放5。目前，柴油机的许多电控燃油喷射技术落后于国外。中国汽车工业与国际水平还有相当大的差距，电控柴油机技术的应用还不完善。我国柴油机电控技术起步较晚。自20世纪80年代中期以来，许多科研院所和高等院校开展了这项技术的研究，并取得了一定的成果。在位置控制系统方面，国内的研究很多。如汽车研究所研

25、究了直列泵的可变预行程控制，实现了CA6110系列柴油机的转速控制；科大采用电磁阀通过液压伺服机构驱动齿条，实现直列泵的注入量控制。董琦公司在CUMMINS6BT上进行的基于调整齿杆位置控制油量的调速系统也取得了一定的效果。目前，高压共轨系统的发展及其与柴油机的匹配技术正处于研发阶段，目前的主要研究工作是柴油机电控喷射系统的研发。70个研究所，如理工学院等。，是国内重点大学，在循环供油(喷)量和定时的“位置控制”、“时间控制”、“共轨系统”等多方面进行了开发和试验研究，取得了显著的成果。中国积极引进国外先进技术，努力自主开发。2004年底，付伟集团与博世公司合资成立博世汽车柴油系统有限公司，依

26、托博世公司的技术生产高压共轨系统。博世符合欧III排放标准的高压共轨系统已在该国市场投入使用。国内的一些关键技术问题，如高速电磁阀的研究、泵油量的控制、执行机构的研制、泄漏问题，以及各学科之间的分工与合作，都还不成熟和完善6。目前，相关企业正致力于共轨电控及其标定系统的研发、零部件的优化调整、燃油特性的分析和燃油系统的仿真计算。柴油机的电子控制技术和汽油机的电子控制技术有许多相似之处。整个系统由三部分组成:传感器、电控单元和执行器。柴油机和汽油机在电控喷射上的主要区别在于，汽油机的电控喷射系统只控制空燃比(汽油与空气的比例)，而柴油机的电控喷射系统通过控制喷射时间来调节输出油量，柴油机的喷射控

27、制是由 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/cn.newmaker%20%20%20%20/cat_1020003.html t _blank 发动机速度和油门踏板位置(油门、供油杆位置)。柴油机电子控制技术有两个明显的特点:一是柴油喷射电子控制执行机构的复杂化，二是柴油喷射电子控制系统的多样化。柴油机的燃油喷射具有高压、高频、脉动等特点。其喷射压力是汽油喷射的几百倍或几千倍，要求可靠性和耐久性好。而且柴油喷射对喷射正时的精度要求很高，相对于上止点的角度要求准确。这导致柴油喷射的致动器更加复杂。从控制对象来看，采用机械控制时，机械调速器控制喷油量，机械提前器控制喷油正时。使用电

28、子控制时，不仅控制喷油量、喷油正时，还控制喷油率。由喷射压力引起的工况从单速工况发展到整个发动机工况和环境条件，必然带来控制的复杂性。因此，柴油机电控技术的关键是执行器，即电控柴油机和喷射机构。各国都在致力于开发各种类型的电控柴油机喷射机构以寻求最佳方案，这也是柴油机电控技术的难点。1.4论文研究的主要内容本文主要研究执行机构的控制。柴油机执行器作为一种控制机构，具有一定的时变性和非线性特性，其控制效果将直接影响齿条位置的控制。采用闭环控制，有效控制齿条位置，达到控制精度和准确度。由于PID控制算法简单，计算量小，鲁棒性强，控制精度高，特别是稳态精度高，因此具有广泛的适应性。此外，PID调节器

29、是一种应用广泛且成熟的工程控制方法。对于已知的稳态被控对象，只要确定响应参数，就能起到很好的调节作用，使被控对象的输出处于期望值。因此，本系统采用PID控制，简单且能满足控制精度要求。第二章方案论证2.1系统设计要求系统采用单片机控制柴油机喷油泵(BOSCH喷油泵)，主要实现喷油泵齿条位置的精确控制，从而实现喷油量的精确控制，完成硬件和软件的设计。主要技术指标有:1.齿条位移控制精度为0.05毫米.2.大步长(齿条位移大于1毫米)，响应时间小于40毫秒。3.小步进(齿条位移小于0.1毫米)，响应时间小于40毫秒。4.该部件通过CAN总线(控制器局域网)与发动机控制器通信(该部件为可选部件)。2

30、.2系统方案论证近年来，随着电子技术的飞速发展，发动机的电子控制技术取得了长足的进步。发动机燃油喷射系统电子控制的采用，使发动机突破了传统机械调节的弱点，进一步提高了燃油喷射系统的灵活性和适应性。电子控制是柴油机技术发展的重要方向。单片机作为柴油机电子控制单元的核心，具有体积小、集成度高、可靠性好、功耗低、实时处理能力强等特点，适用于独立控制场合。单片机技术促进了发动机控制技术的发展。随着电子控制单元中单片机从4位发展到16位，发动机控制项目也从简单的喷油反馈控制发展到整机智能控制。由于单片机在电控单元中的功能和可靠性直接影响电控系统的性能，所以选择功能强大的单片机是发动机控制系统高性能的重要

31、保证。2.2.1单片机选型演示由于柴油机电控系统的工作环境相当恶劣，不仅有柴油机的剧烈振动，还有高温、电磁干扰、油和灰尘等的侵蚀。另外，柴油机的控制单元要求体积小，可靠性高，实时处理能力强。因此，发动机电控单元的单片机选型必须考虑具体的使用环境和柴油机喷油控制的实时性，一般的单片机难以胜任。ATMEL的8位单片机是世界主流机型之一。具有功能齐全、可靠性高、品种多、性价比高等特点，在家用电器、仪器仪表、智能控制等领域得到了广泛应用。目前美国通用汽车、卡特彼勒等。在他们的电控柴油机上采用了这种单片机，并取得了明显的效果。ATMEL系列8位单片机已经成为汽车控制的工业标准。本系统选用的AT89C51

32、单片机是ATMEL公司80年代后期生产的增强型微控制器。采用1.5高速CMOS工艺制造，是目前最强的8位MCU。其主要特点如下:低功耗和高速度；有4种方式可供用户自行选择；丰富的I/O端口可以简化系统端口的扩展，从而提高系统的可靠性；强大的定时器和脉冲累加器功能；有8位8通道A/D转换；有方便的串行通信接口SCI和SPI；可靠性好，具有正常的计算机运行检测系统和时钟检测系统；拥有强大的指令系统，便于软件编译；256字节的芯片RAM和2K字节的芯片PROM；用户可以根据需要定位要灵活；采用普林斯顿的统一寻址方式，方便编译，简化指令系统。单片机管脚功能介绍:40个管脚按照管脚功能大致可以分为四类:

33、电源、时钟、控制和I/O引脚。图2-1单片机引脚图电源。VCC芯片电源，连接到+5V。VSS-接地端子。注意；用万用表测试单片机的管脚电流一般是0V或者5V，这是标准的TTL电平，但是有时候单片机程序在工作的时候，测试结果不是这个值而是在0V到5V之间。其实只是万用表反应没那么快，MCU的管脚电流在某个时刻还是保持在0v或者5v。时钟。XTAL1、xtal 2晶振电路的反相输入输出；控制线。有4条控制线:ALE/PROG:数据锁存允许/EPROM编程脉冲。= 1 * GB3ALE功能:用于锁存端口P0发送的8位地址；= 2 * GB3PROG功能:带EPROM的芯片。在EPROM编程期间，编程

34、脉冲在引脚处输入。PSEN:外部只读存储器读选通信号。RST/VPN:复位/备用电源。= 1 * GB3RST(复位)功能:复位信号输入；= 2 * GB3VPD功能:在Vcc电源故障时，连接备用电源。EA/Vpp:外部ROM选择/EPROM编程电源。= 1 * GB3EA功能:外部ROM选择终端；= 2 * GB3Vpp功能:带EPROM的芯片。在EPROM编程期间，施加编程功率Vpp。输入输出线。89C51有四个8位并行I/O端口:P0、P1、P2和P3，总共32个管脚。P3端口还有第二个功能，用来输入输出特殊信号的控制信号(属于控制总线)7。传感器选择演示柴油机电控技术的关键是实现喷油泵

35、的电子控制，其中喷油量的精确控制是核心问题，喷油量的精确控制是由齿条位移传感器ECU和齿条位移执行器组成的闭环控制系统来实现的。为了有效控制，要求传感器检测到的当前齿条位置信号准确，因此选择用于齿条位移检测的传感器尤为重要。喷油泵电控整个闭环控制系统由位移传感器监测，并反馈给电控单元，实时调节位移传感器的测量精度。反应速度、输出噪声、工作稳定性等指标直接决定了整个系统的控制精度和控制品质，应慎重应用。位移传感器可以使柴油机电控燃油喷射系统反馈的位移信号具有较高的精度，整个系统的闭环可以提供有效的补偿，使整个系统稳定可靠。位移传感器的工作特点:位移传感器又称线性传感器，分为电感式位移传感器、电容

36、式位移传感器、光电式位移传感器、超声波位移传感器、霍尔位移传感器。电感式位移传感器是一种由金属感应的线性器件。当电源接通时，开关的感应面上会产生一个交变磁场。当金属物体靠近这个感应面时，金属内会产生涡流，将振荡器的能量冲走，使振荡器的输出幅度线性衰减。然后根据衰减的变化，非接触的检测物体。电感式位移传感器无滑动接触，工作时不受灰尘等非金属因素影响，功耗低，使用寿命长。可以在各种恶劣条件下使用。位移传感器主要用于自动化设备生产线中模拟量的智能控制。磁致伸缩线性位移传感器的工作原理:工作时，由电子仓的电子电路产生一个初始脉冲。当该初始脉冲在波导丝中传输时，同时产生沿波导丝方向前进的旋转磁场。当这个

37、磁场遇到磁环或浮球中的永久磁场时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭曲。这种扭曲被安装在电子仓库中的能量拾取机构感测到，并被转换成相应的电流脉冲。两个脉冲之间的时间差由电子电路计算。该产品主要用于要求测量精度和使用环境恶劣的位移和液位测量系统。具有精度高、重复性稳定可靠、非接触测量、使用寿命长、安装方便、环境适应性强等特点。它的输出信号是真正的绝对位置输出，而不是比例或再放大的信号，所以不存在信号漂移或数值变化，不需要像其他液位传感器那样定期重新标定和维护。因为它的输出信号是绝对值，所以即使电源中断重新接通，也不会对数据接收造成问题，不需要再回到零位。与其他液位变送器或液位计相比，具有明显的优势

38、。可广泛用于石油化工、制药、食品、饮料等行业测量和控制各种液体储罐的液位。作为位移传感器，它不仅可以测量运动物体的直线位移，还可以给出运动物体的速度模拟信号。涡流传感器由DJ前置放大器的涡流探头组成，是一种接近传感器系统。因其长期工作可靠、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快、耐高温，可在油、汽、水等恶劣环境下长时间连续工作，其检测不受油、汽等介质的影响。已广泛应用于电力、石化、冶金、钢铁、航空航天等大中型企业。，并能检测各种旋转机械的轴向位移、振动、转速、偏差和偏心。电涡流位移传感器系统主要包括探头、延长电缆(可选)、前置装置和附件。线性周长宽，动态响应好，抗干扰能力强。涡流传感器

39、是一种基于高频涡流效应的非接触式位移传感器。前置放大器产生的高频电流从振荡器流入探头线圈，线圈产生高频电磁场。当被覆盖的金属表面靠近线圈时，由于高频电磁场的作用，在金属表面产生感应电流，即涡流。这个电流产生一个交变磁场，其方向与线圈的方向相反，这两个磁场的叠加改变了原线圈的阻抗。因此，探头与被测金属表面之间距离的变化可以通过探头线圈阻抗的变化来测量。前置放大器根据探头线圈的阻抗变化输出与距离成正比的DC电压8。目前。全球传感器市场在不断创新和变革中呈现出快速增长的趋势。专家指出，传感器领域的主要技术将在现有基础上得到延伸和改进，各国将竞相加快新一代传感器的研发和产业化，竞争将日趋激烈。新技术的

40、发展将重新定义未来的传感器市场，如无线传感器、光纤传感器、智能传感器、金属氧化传感器等新型传感器的出现和市场份额的扩大。因为博世直列喷油泵6DE2的柴油机部分自带电感式传感器，所以本系统采用电感式传感器。第三章硬件电路设计柴油机电控技术的关键是实现喷油泵的电子控制，其中喷油量的精确控制是核心问题，喷油量的精确控制是通过由齿条位移传感器、电子控制单元(ECU)和齿条位移执行器组成的闭环控制系统来实现的。要进行有效的控制，要求传感器检测到的齿条当前位置信号准确，因此选择用于齿条唯一检测的传感器并设计实现AD转换电路尤为重要。 LINK Visio.Drawing.11 a p 3.1控制系统的总体

41、硬件结构该系统以BOSCH直列式喷油泵6DE2柴油机为对象，通过喷油泵齿条的位移运动来实现喷油泵的喷油量。图3-2是齿条位移的示意图。喷油泵体的油泵组件由喷油泵、柱塞和套筒组成。喷油体上部不是吸油腔，通过两个进油小孔与油压腔相连。当柱塞向上移动盖住吸油腔的进油孔时，喷油泵开始供油；当柱塞的斜坡形控制边缘遇到进油孔时，供油停止。位于柱塞上方的油压室通过柱塞上的竖向凹槽与吸油室连通，从而供油终点和供给量随着油泵柱塞的运动而变化。简而言之，每个柱塞位置对应的喷油量与发动机扭矩有一定的比例关系，与螺旋线成一定的角度对应一定的喷油量。喷油泵柱塞的旋转是通过齿条的位移来实现的。该系统采用德国BOSCH公司

42、的电磁执行器推动齿条运动。综合考虑执行器动态响应的改善、驱动电路功率控制器件的工作方式、热负载功耗、电路成本、工作可靠性等方面，实际工作中采用的线圈电流激励方式为PWM，通过改变驱动电流的脉宽周期和占空比来达到控制喷油泵齿条位移的目的。该系统采用如图3-3所示的电子控制系统总体框图。齿条位移由软件输出PWM波驱动。系统中的单片机是ATMEL公司的AT89C51，其部分集成了CAN总线控制功能，可以集合整车的CAN总线控制9。1.调整螺钉2。春天3。4号支架。转向杆5。支撑座图3-2喷油泵齿条位移示意图图3-3柴油机喷油泵电子控制单元总体框图3.2单片机最小系统最小单片机系统，或称最小应用系统，

43、是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对于51系统的单片机，最小系统一般应包括单片机、晶振电路、复位电路、按键输入、显示输出等。10.ATMEL的8位单片机是世界主流机型之一。具有功能齐全、可靠性高、品种多、性价比高等特点，在家用电器、仪器仪表、功能控制等领域得到了广泛应用。目前，美国通用汽车公司、卡特彼勒公司等。他们的电控柴油机和柴油机都采用了这种单片机，并取得了明显的效果。图3-4单片机最小系统复位电路单片机的置位和复位都是为了将电路初始化到某个状态。一般来说，单片机的复位电路是用来将一个正在工作的单片机初始化为空状态，而在单片机部门，复位时，单片机用 HYPERLINK ./%20

44、%20%20%20:/cpro.baidu%20%20%20%20/cpro/ui/uijs.php%3Fapp_id=0&c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=17&is_app=0&jk=446a98ff0bdc7617&k=%B4洢%C9豸&k0=%B4洢%C9豸&kdi0=0&luki=3&n=10&p=baidu&q=98059059_cpr&rb=0&rs=1&seller_id=1&sid=1776dc0bff986a44&ssp2=1&stid=0&t=tpclicked3_hc&tu=u1831118&u=%20%20%20%20%3A%2F%2Fwww

45、%2E51hei%2Ecom%2Fmcu%2F547%2Ehtml&urlid=0 t _blank 存储部件加载制造商预设的值。单片机复位 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/cpro.baidu%20%20%20%20/cpro/ui/uijs.php%3Fapp_id=0&c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=17&is_app=0&jk=446a98ff0bdc7617&k=%B5%E7%C0%ED&k0=%B5%E7%C0%ED&kdi0=0&luki=8&n=10&p=baidu&q=98059059_cpr&rb=0&rs=1&seller_

46、id=1&sid=1776dc0bff986a44&ssp2=1&stid=0&t=tpclicked3_hc&tu=u1831118&u=%20%20%20%20%3A%2F%2Fwww%2E51hei%2Ecom%2Fmcu%2F547%2Ehtml&urlid=0 t _blank 电路原理外接单片机的复位管脚RST。 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/cpro.baidu%20%20%20%20/cpro/ui/uijs.php%3Fapp_id=0&c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=17&is_app=0&jk=446a98ff0bdc76

47、17&k=%B5%E7%D7%E8&k0=%B5%E7%D7%E8&kdi0=0&luki=7&n=10&p=baidu&q=98059059_cpr&rb=0&rs=1&seller_id=1&sid=1776dc0bff986a44&ssp2=1&stid=0&t=tpclicked3_hc&tu=u1831118&u=%20%20%20%20%3A%2F%2Fwww%2E51hei%2Ecom%2Fmcu%2F547%2Ehtml&urlid=0 t _blank 电阻和 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/cpro.baidu%20%20%20%20/cpro/ui/u

48、ijs.php%3Fapp_id=0&c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=17&is_app=0&jk=446a98ff0bdc7617&k=%B5%E7%C8%DD&k0=%B5%E7%C8%DD&kdi0=0&luki=4&n=10&p=baidu&q=98059059_cpr&rb=0&rs=1&seller_id=1&sid=1776dc0bff986a44&ssp2=1&stid=0&t=tpclicked3_hc&tu=u1831118&u=%20%20%20%20%3A%2F%2Fwww%2E51hei%2Ecom%2Fmcu%2F547%2Ehtml&u

49、rlid=0 t _blank 电容，意识到 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/cpro.baidu%20%20%20%20/cpro/ui/uijs.php%3Fapp_id=0&c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=17&is_app=0&jk=446a98ff0bdc7617&k=%C9%E7&k0=%C9%E7&kdi0=0&luki=2&n=10&p=baidu&q=98059059_cpr&rb=0&rs=1&seller_id=1&sid=1776dc0bff986a44&ssp2=1&stid=0&t=tpclicked3_hc&tu=u

50、1831118&u=%20%20%20%20%3A%2F%2Fwww%2E51hei%2Ecom%2Fmcu%2F547%2Ehtml&urlid=0 t _blank 上电复位，复位时间是( HYPERLINK ./%20%20%20%20:/cpro.baidu%20%20%20%20/cpro/ui/uijs.php%3Fapp_id=0&c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=17&is_app=0&jk=446a98ff0bdc7617&k=%D6%D3&k0=%D6%D3&kdi0=0&luki=6&n=10&p=baidu&q=98059059_cpr&rb=

51、0&rs=1&seller_id=1&sid=1776dc0bff986a44&ssp2=1&stid=0&t=tpclicked3_hc&tu=u1831118&u=%20%20%20%20%3A%2F%2Fwww%2E51hei%2Ecom%2Fmcu%2F547%2Ehtml&urlid=0 t _blank 时钟周期=12倍 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/cpro.baidu%20%20%20%20/cpro/ui/uijs.php%3Fapp_id=0&c=news&cf=1001&ch=0&di=128&fv=17&is_app=0&jk=446a98ff0b

52、dc7617&k=%D5%F1%B5%B4&k0=%D5%F1%B5%B4&kdi0=0&luki=5&n=10&p=baidu&q=98059059_cpr&rb=0&rs=1&seller_id=1&sid=1776dc0bff986a44&ssp2=1&stid=0&t=tpclicked3_hc&tu=u1831118&u=%20%20%20%20%3A%2F%2Fwww%2E51hei%2Ecom%2Fmcu%2F547%2Ehtml&urlid=0 t _blank 振荡周期，振荡周期=1/f)，这个时间只能大或小，具体数值可以用RC电路计算。该系统采用上电复位方式实现单片机的复位

53、功能。图3-5复位电路振荡电路每个单片机系统都有一个晶体振荡器，全称是晶振。晶体振荡器在单片机系统中起着非常重要的作用。它结合单片机的电路，产生单片机所需的时钟频率。单片机所有指令的执行都是基于此。晶体振荡器提供的时钟频率越高，单片机的运行速度就会越快。晶体振荡器是利用一种能将电能和机械能相互转化的晶体，使其工作在谐振状态，提供稳定准确的单频振荡。在正常工作条件下，普通晶振频率的绝对精度可以达到百万分之五十。高级精度更高。一些晶体振荡器，称为压控振荡器(VCO)，可以通过外部电压调整频率。晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常，一个系统共用一个晶体振荡器，这样所有部分就可以同步。在一些通信

54、系统中，基频和射频使用不同的晶体振荡器，但它们通过电子频率调整来同步。晶体振荡器通常与锁相环电路一起使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同的子系统需要不同频率的时钟信号，它们可以由连接到同一晶体振荡器的不同锁相环来提供。AT89C51使用一个12MHz的晶体振荡器作为振荡源。由于单片机有振荡电路，只需要外接一个晶振和两个电容，电容一般在15pF-50pF之间。图3-6振荡电路3.3位置传感器的工作特性喷油泵电控整个闭环控制系统由位移传感器监测，并反馈给电控单元进行实时调节。位移传感器的测量精度、反应速度、输出噪声、工作稳定性等指标直接决定了整个系统的控制精度和品质因数，应慎重应用。该系统采用

55、直列式喷油泵，其位置为传感器，其中参考线圈和短路环构成电感的固定补偿端，测量线圈和装配在泵架上的短路环构成电感的可变端。图3-7是传感器部分引线的示意图。传感器外部有三根引线，一根是电感不变的引线，一根是电感随齿条位置变化的引线，第三根是两组线圈A和b的公共引线。图3-7传感器导线示意图A的电感变化是通过传感器短路环的移动来实现的。原则上，传感器芯和短路环构成变压器结构。传感器芯是初级线圈，短路环是次级线圈。初级线圈和次级线圈之间没有电路连接，而是通过磁耦合将能量从电源传递给负载。(3-1)短路的运动改变了互感m，所以m的变化，也就是电感的变化，可以用来表示唯一的变化11。3.4传感器检测电路

56、的设计为了解决鲁棒性问题，除了传感器零点校准和最优控制算法，硬件也很重要。检测电路的设计思想是检测喷油泵齿条位置的变化。该传感器采用非接触式测量，利用电感的变化来测量齿条位移的变化。以提高检测灵敏度，降低一次仪表的输出噪声。使用图3-8所示的方法构建实际测量电路。该系统采用方波激励。当齿条位置改变时，首先分析方波激励和输出。在电路分析中，方波脉冲可以看作是两个阶跃函数之差，可以先进行理论分析，然后通过实验验证其正确性。首先分析高电平，可以看作是阶跃电压U，它是，因为它是方波。图3-8传感器信号检测电路示意图首先可以列出电路的微分方程。改写成：(3-2)此方程的特解；对应的齐次方程解，故式3-2

57、中的全解为(3-3)在零初始条件下，代入式3-3中得： (3-4)电感的端电压为：(3-5)画出它们随时间变化的曲线，整个动态过程是在电感中产生电流过程。由于电感中电流不能突变，电流从零开始逐渐增长，电压开始逐渐减小，趋近于零，而电阻两端的电压变化正好相反。当t=0时，电流为零，电阻电压也等于零；当时，电流达到稳态，此时，电阻电压趋近于，此时(3-6)(3-7)如果，（，均为时间常数）则有，分别为A、B在电压为3.5V是所对应的时间值，由公式3-8，3-9得(3-10)(3-11)由于可变端的电感值随短路环的移动（即齿条位移）变化，所以有3-8可知，随齿条位移变化，所以时间值也随之变化；而固定

58、补偿段的电感值在齿条运动过程中始终不变，所以不变，时间也不便曲线B固定不动。由式3-10，3-11可得3.5传感器激励电路的设计激励信号为方波，由555定时芯片实现。所设计的传感器的激励电路图如图3-9所示。其中555产生5000Hz方波，555的3号引脚输出方波信号，导通和关断由FET 9013控制。9013开启时，T1和T2的基数极低，所以都开启了。此时，IN1-1为低；当555的3脚输出低电平时，9013关断，T1和T2都关断，则IN1-1处于高电平；即在整个过程中，555输出的方波经过9013和T2放大，IN1-1接入传感器的公共抽头D端作为激励信号12。图3-9传感器激励电路3.6

59、AD转换电路设计转换电路如图3-10所示。图3-10 AD转换电路我们通过ADC0804的VIN+和VIN-引脚接收电压差信号，然后芯片部分将模拟信号处理成数字信号，再送到单片机进行处理。一旦广告转换周期结束。通过多次采集和分析，满足了控制精度的要求。3.7位移执行器驱动电路的设计本文使用的执行器是德国BOSCH公司的电磁执行器，即DC发动机。致动器输出轴的位移可以通过改变电磁致动器激励线圈中的电流来控制。在实际设计中，从提高执行器的动态响应、驱动电路功率控制器件的工作模式、热负载的功耗、电路成本和工作可靠性等方面考虑，采用PWM波(脉宽调制信号)驱动执行器13。在该系统中，PWM波的产生是利

60、用单片机的定时器通过软件编程实现的。利用软件定时器模拟PWM波的输出，可以根据工作过程的实际情况改变频率，以满足发动机在工作过程中不同的机械特性。在该系统中，每1mm转换一次频率，以达到微调齿条位移的目的。用手触摸稳定架，可以感觉到轻微的颤动，起到克服静摩擦力的作用。图3-11位移执行器驱动电路如图3-11所示，该系统利用单片机P1.1接口驱动齿条位移电磁执行器。通过P1.1端口输出的PWM波的频率变化在150 Hz到250 Hz之间。如果频率太高，虽然动态响应好，脉动小，但分辨率低。如果频率太低，输出稳定性差，动态特性不好，所以选在这个区域。3.8 CAN总线模块设计CAN总线最初是由德国博