高性能ECU平台的开发及其应用研究

【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。