基于快速原型的發(fā)動(dòng)機(jī)噴油控制策略開(kāi)發(fā)

齊田斌、張穎、徐尖峰、甄玉

（燕山大學(xué)車(chē)輛與能源學(xué)院 066000)

0 前言

本文以WH125-6作為研究對(duì)象，依據(jù)傳感器、執(zhí)行器工作特性和發(fā)動(dòng)機(jī)工況控制要求，基于RapaidECU開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用快速原型開(kāi)發(fā)方式，開(kāi)發(fā)小型汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油控制策略，并且依據(jù)臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)控制策略驗(yàn)證。

1 開(kāi)發(fā)工具

本研究采用華?？萍嫉腞apaidECU系列的E3作為前期開(kāi)發(fā)的快速原型開(kāi)發(fā)工具。該ECU的主芯片為32位Freescale MPC5634，主頻80 MHz，F(xiàn)lash 1.5 MB，硬件接口覆蓋了所有常用的發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器和執(zhí)行器接口，功能上完全滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)階段ECU的要求。同時(shí)RapaidECU提供了硬件的接口模塊，供用戶(hù)在Simulink環(huán)境下進(jìn)行設(shè)置和連接[1]。開(kāi)發(fā)軟件上，選用Matlab/Simulink作為軟件建模工具，實(shí)現(xiàn)基于模型的開(kāi)發(fā)，工程師只需專(zhuān)注于策略的實(shí)現(xiàn)，提高工作效率。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略設(shè)計(jì)

2.1單缸發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)缸徑為52.4 mm，壓縮比為9，行程為57.9 mm，排量為0.1248 L，連桿長(zhǎng)度為100 mm，進(jìn)氣門(mén)直徑為24 mm，排氣門(mén)直徑為21 mm，最大功率為6.6 kW，最大扭矩為9.7 N·m。

2.2 小型汽油機(jī)電控系統(tǒng)工作原理

通用小型汽油機(jī)電控系統(tǒng)由ECU、傳感器、執(zhí)行器和線(xiàn)束組成。傳感器的作用是采集環(huán)境與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，作為控制算法的輸入或反饋信號(hào)。ECU是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，將傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)內(nèi)部程序處理和計(jì)算后得到精確的控制信號(hào)并輸出到執(zhí)行器。執(zhí)行器根據(jù)ECU的驅(qū)動(dòng)信號(hào)完成噴油、點(diǎn)火等操作。線(xiàn)束用來(lái)傳遞傳感器、ECU、執(zhí)行器之間的信號(hào)。

2.3 控制算法設(shè)計(jì)與建模

本套ECU軟件完全在Matlab/Simulink環(huán)境下設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，Simulink的框圖化開(kāi)發(fā)環(huán)境便于將控制策略進(jìn)行分層化和模塊化設(shè)計(jì)。根據(jù)通用小型汽油機(jī)電控系統(tǒng)的工作原理及模塊化的思想，將控制算法分為數(shù)據(jù)采集模塊、空燃比控制器模塊和噴油控制模塊[2]。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置。在EngineAplication模塊需要設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)的齒數(shù)以及缺齒個(gè)數(shù)、上止點(diǎn)位置以及點(diǎn)火提前角位置。本研究中使用的Honda WH125-6發(fā)動(dòng)機(jī)是單缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，齒數(shù)為60，缺齒2個(gè)。上止點(diǎn)的位置為缺齒后20°，點(diǎn)火提前角設(shè)置為30°，該數(shù)值可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同而改變。

（2）數(shù)據(jù)采集模塊。本文主要采集的信號(hào)有進(jìn)氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門(mén)位置、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)、電池電壓及鑰匙開(kāi)關(guān)信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)涉及的發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有凸輪軸位置傳感器，在本模塊中使用進(jìn)氣壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成凸輪軸位置信號(hào)輸入ECU，幫助系統(tǒng)判別發(fā)動(dòng)機(jī)所處沖程狀態(tài)[3]。

（3）燃油控制模型。

（7）在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可認(rèn)為T(mén)m=Tc，因此聯(lián)立（4）、（5）和（6）得：

（10）發(fā)動(dòng)機(jī)工作一個(gè)循環(huán)，噴油器工作一次，也就是發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)兩圈噴油器執(zhí)行一次噴油。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n時(shí)，有噴油器單次噴油量為

通過(guò)上述公式搭建噴油控制模型，并形成基礎(chǔ)噴油MAP。

3 結(jié)束語(yǔ)

將生成的噴油MAP導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)控制策略中進(jìn)行代碼快速生成，并將生成的代碼燒寫(xiě)到RapaidECU中，在臺(tái)架上對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，經(jīng)驗(yàn)證該控制MAP以基本滿(mǎn)足初始設(shè)計(jì)目標(biāo)。

[1]江玥欣.LH2V70發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)噴油及點(diǎn)火控制MAP技術(shù)研究[D].南京理工大學(xué),2012.

[2]劉文堅(jiān).LJ265摩托車(chē)用汽油機(jī)開(kāi)發(fā)的可行性分析[J].裝備制造技術(shù),2011,(8):29-30.

[3]陳瑜.基于單片機(jī)的單缸汽油機(jī)控制與實(shí)時(shí)監(jiān)控[D].西南交通大學(xué),2007.