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高性能ECU平台的开发及其应用研究

徐帅卿  
【摘要】:现代内燃机技术的发展离不开电控技术,内燃机的科研更离不开电控技术,而且对电控系统具有很高的特殊性和随意性要求,但目前国内外市场上还没有高性能且代码完全开放的ECU平台,来满足科研的特殊性和随意性需求。鉴于此,本文采用32位多核TC1767单片机开发了一个通用化、标准化的高性能ECU平台,包括实时操作系统和通用型ECU标定系统,并利用ECU平台开展高压缩比甲醇发动机和对置式液压自由活塞发动机(OPHFPE)控制系统的研究。 在操作系统方面,本文提出了一种能完全满足OSEK标准的任务调度实时内核,在此基础上设计完成了一个完全符合OSEK标准的嵌入式实时操作系统,并实现了在TC1767单片机上的稳定运行。在TC1767上运行(120MHz)时测得,实时内核仅需约4.8KB ROM和2.7KB RAM,操作系统启动时间为31.5μs、任务切换时间为2.7μs、中断响应时间为0.7μs。 在标定系统方面,本文设计开发了一个通用型ECU标定系统,包括上位机标定软件和标定ECU中CCP驱动程序。为了实现通用化,通讯采用CCP协议,标定数据库遵循ASAP2标准,并且设计了灵活可配置的多窗口标定软件界面。标定软件采用VC++6.0开发,整个软件基于MFC的单文档多视图结构,且采用多线程的工作方式。标定软件设计了监测、标定和消息提示三大类功能窗口,能够进行MAP的在线和离线标定,并且设计了在线程序刷写功能。 利用开发的ECU平台,本文在其之上设计了一个发动机管理系统(EMS),其控制对象为一个柴油机改装的高压缩比甲醇发动机,并对其进行了实验研究。实验表明,高压缩比甲醇机在高速工况时,可以获得更大的功率输出和更高的热效率,而在中低转速时,功率略小于原机,热效率也低于原机。 针对OPHFPE的特点,本文提出了一种预测前馈加PI反馈的适用于OPHFPE控制系统的算法原理,据此原理采用Matlab/Simulink建立了控制系统模型,并通过Matlab/Real-Time Workshop将控制系统模型自动生成C代码,实现了与ECU平台的融合,形成了最终的OPHFPE控制系统。为了对控制系统进行测试,采用AMESim建立了OPHFPE发动机系统仿真模型,在此基础上组建了OPHFPE软件在环和硬件在环测试平台。在环测试表明,本文提出的OPHFPE控制系统算法原理是可行的,能够控制OPHFPE的稳定运行,并且对可能出现的各种干扰具有很好的预测和抑制作用,同时也证明了本文建立的OPHFPE发动机系统仿真模型以及软件在环和硬件在环测试平台都是可行的。


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