基于mpc5554嵌入式的共轨柴油机电控系统及方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种共轨柴油机电控系统。特别是涉及一种基于MPC5554嵌入式的共轨柴油机电控系统及方法。
【背景技术】
[0002]柴油机作为一种动力机械，将柴油燃烧而产生的热能转化为机械能。目前柴油机广泛应用在工农业、交通运输、国防及人民日常生活中。当前在经济发展过程中，我国的能源消耗过大，环境污染也比较严重，国家非常重视控制和减轻因能源消耗所带来的环境污染。因此能源危机和环境污染对柴油机这一主要的移动式动力装置提出了更高的经济性和排放指标，要求对柴油机进行更加精确、灵活的控制。
[0003]柴油机的电控单元(ECU)能够实现对柴油机的喷油量、喷油定时、喷射压力、喷油模式、EGR率等各种参数进行全工况范围内的最优控制。当前，鉴于柴油机中的各控制参数柔性可调，对不同工况可确定所需的最佳控制参数，从而优化柴油机综合性能，因此人们越来越重视，柴油机的电控单元ECU的开发，柴油机的电控单元ECU开发主要包括硬件设计、控制策略及软件开发、控制参数标定及电控发动机性能优化三个阶段。
[0004]随着排放油耗法规的日趋严格，对ECU性能表现的要求也再日益提高。新的燃烧控制不但要求ECU能够控制更多的执行器，还要求ECU能够提供更复杂且更精确实时的燃烧控制算法。但是，目前国内ECU市场仍被国外厂商垄断，且技术层面相对保密。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种通过充分利用协处理实现ECU对发动机的基本控制，以减少CPU的工作负荷，提高电控系统实时控制精度的基于MPC5554嵌入式的共轨柴油机电控系统及方法。
[0006]本发明所采用的技术方案是:一种基于MPC5554嵌入式的共轨柴油机电控系统，包括:由MPC5554芯片构成的主控制单元，所述主控制单元的信号输入端连接由模拟信号调理电路和数字信号调理电路构成的信号输入模块，所述主控制单元还分别连接通信模块和标定模块，所述主控制单元的信号输入端还连接用于给电控系统提供电源的电源管理模块的信号输出端，所述主控制单元的控制输出端连接用于驱动汽车发动机燃烧机构的驱动模块，所述主控制单元的信号输入端还通过诊断模块连接驱动模块的信号输出端。
[0007]所述的电源管理模块包括有汽车电瓶，以及分别与所述的汽车电瓶相连接的数字电源、斩波升压电路和反馈电路，其中，所述的反馈电路的电源输入端还连接所述的斩波升压电路的电源输出端，反馈电路的信号输出分别连接主控制单元和驱动模块的信号输入端，所述的斩波升压电路还连接驱动模块，所述的数字电源的诊断信号输出端连接主控制单元中eTPU。
[0008]所述的数字电源包括有与所述汽车电瓶相连用于输出12V电源的LM2596稳压芯片和与所述LM2596稳压芯片相连用于输出5V、3.3V和1.5V的MCZ33730芯片，所述LM2596稳压芯片和MCZ33730芯片的诊断信号输出端连接主控制单元中eTPU。
[0009]所述的斩波升压电路包括有第一低边MOS管门极驱动芯片，所述第一低边MOS管门极驱动芯片的信号输入端连接驱动模块中的CPLD模块的信号输出端，第一低边MOS管门极驱动芯片的控制信号输出端连接第i^一MOS管Ql I的栅极，所述第^^一MOS管Ql I的源极接地，漏极分别通过电感(LDl)连接汽车电瓶，通过一个二极管D31到电源输出端VCC，以及依次通过所述的二极管D31和一个电容C31接地。
[0010]所述的反馈电路包括有电压比较芯片，所述电压比较芯片的一个信号输入端通过一个电阻R33连接汽车电瓶，该信号输入端还通过一个电阻R34接地，另一个信号输入端通过一个电阻R35连接斩波升压电路的电源输出端VCC，该信号输入端还通过一个电阻R36接地，所述电压比较芯片的两个信号输出端分别连接主控制单元中eTPU，该两个信号输出端还分别各通过一个电阻R31和R32接5V电源，其中的一个信号输出端还连接驱动模块中的CPLD模块的信号输入端。
[0011]所述的驱动模块包括有分别连接主控制单元中eTPU以及电源管理模块中的反馈电路和斩波升压电路的CPLD模块，分别连接CPLD模块的信号输出端以及电源管理模块中斩波升压电路的喷油器驱动电路，信号输入端连接主控制单元中eTPU的直流感性负载驱动电路，所述喷油器驱动电路和直流感性负载驱动电路的驱动输出端分别连接发动机燃烧机构。
[0012]所述的CPLD模块有十二个信号输出端和六个信号输入端，所述的六个信号输入端分别连接主控制单元的eTPU的信号输出端，CPLD模块的两个信号输出端连接主控制单元的eTPU的信号输入端，CPLD模块的十个信号输出端连接所述喷油器驱动电路的信号输入端。
[0013]所述的直流感性负载驱动电路包括有第二低边MOS管门极驱动芯片，所述第二低边MOS管门极驱动芯片的信号输入端连接主控制单元中eTPU，所述第二低边MOS管门极驱动芯片的电源输入端连接12V电源，所述第二低边MOS管门极驱动芯片的一个驱动信号输出端连接第十二 MOS管Q12的栅极，另一个驱动信号输出端连接第十三MOS管Q13的栅极，所述第十二MOS管Q12和第十三MOS管Q13的源极接地，其中，所述第十二MOS管Q12的漏极构成驱动输出端，分别通过一个续流二极管D41连接汽车电瓶，通过汽车发动机燃烧机构中的一个直流感性负载连接汽车电瓶，所述第十三MOS管Q13的漏极构成另一驱动输出端，分别通过一个续流二极管D41连接汽车电瓶，通过汽车发动机燃烧机构中的另一个直流感性负载连接汽车电瓶。
[0014]所述的喷油器驱动电路包括有与所述的CPLD模块的信号输出端相连的四个结构相同的用于驱动汽车发动机燃烧机构中的喷油器高边的喷油器高边驱动电路，以及与所述的CPLD模块的信号输出端相连的三个结构相同的用于驱动汽车发动机燃烧机构中的喷油器低边的喷油器低边驱动电路，其中:
[0015]任一个喷油器高边驱动电路均包括有:一个高边MOS管门极驱动芯片，所述高边MOS管门极驱动芯片的信号输入端连接CPLD模块的信号输出端，所述高边MOS管门极驱动芯片两个电源输入端连接5V电源，一个电源输入端通过一个自举二极管连接12V电源，该电源输入端还通过一个自举电与高边MOS管门极驱动芯片的一个信号输入端共同连接一个MOS管Q1/Q2/Q3/Q4的源极，所述高边MOS管门极驱动芯片的两个控制信号输出端分别各通过一个电阻Rl和电阻R3或电阻R2和电阻R4或电阻R5和电阻R7或电阻R6和电阻R8连接所述MOS管Ql或MOS管Q2或MOS管Q3或MOS管Q4的栅极，所述MOS管Ql或MOS管Q2或MOS管Q3或MOS管Q4的源极通过一个导向二极管连接喷油器的高边，所述的MOS管Ql或MOS管Q2或MOS管Q3或MOS管Q4的源极还依次通过所述的导向二极管和一个续流二极管接地，所述四个结构相同的高边驱动电路中的两个高边驱动电路中的MOS管Ql或MOS管Q2的漏极连接电源管理模块中斩波升压电路的电源输出端VCC，另两个高边驱动电路中的MOS管Q3或MOS管Q4的漏极连接汽车电瓶，其中，具有MOS管Ql和MOS管Q3的两个高边驱动电路构成一组，共同连接三个喷油器的高边，具有MOS管Q2和MOS管Q4的两个高边驱动电路构成一组，共同连接另外三个喷油器的尚边；
[0016]任一个喷油器低边驱动电路均包括有一个低边MOS管门极驱动芯片，所述低边MOS管门极驱动芯片的两个信号输入端分别连接CPLD模块的信号输出端，所述低边MOS管门极驱动芯片的电源输入端连接12V电源，所述低边MOS管门极驱动芯片具有两个控制信号输出端，每一个控制信号输出端连接一个MOS管Q5或MOS管Q6或MOS管Q7或MOS管Q8或MOS管Q9或MOS管QlO的栅极，所述MOS管Q5或MOS管Q6或MOS管Q7或MOS管Q8或MOS管Q9或MOS管QlO的源极连接诊断模块的信号输入端，以及通过一个电阻接地，所述MOS管Q5或MOS管Q6或MOS管Q7或MOS管Q8或MOS管Q9或MOS管QlO的漏极对应连接一个喷油器(L1/L2/L3/L4/L5/L6)的低边，该漏极还通过一个续流二极管连接电源管理模块中斩波升压电路的电源输出端VCC。
[0017]所述的诊断模块包括电压反馈型放大器芯片，所述的电压反馈型放大器芯片的两个信号输入端分别与所述的MOS管Q5、M0S管Q6、M0S管Q7的源极和MOS管Q8、M0S管Q9、M0S管QlO的源极相连，所述的电压反馈型放大器芯片的另外两个信号输入端分别通过电阻Rll和电阻R12接地，该两个信号输入端还分别通过电阻R9和RlO连接所述电压反馈型放大器芯片的两个信号输出端，该两个信号输出端连接主控制单元中的增强A/D转换单元eQADC。
[0018]一种用于基于MPC5554嵌入式的共轨柴油机电控系统的控制方法，是用于曲轴齿为58正常齿+2缺齿，凸轮齿为6正常齿+1多齿的六缸共轨柴油机系统，包括基于eDMA和eQADC的模拟信号AD转换方法，基于CAN协议的整车通信方法，基于JTAG协议的PC机标定方法，还包括有基于eTPU的发动机位置分析示踪方法、喷油脉宽信号生成方法和柴油机逐缸计算控制参数任务的激活方法，其中所述的发动机位置分析示踪方法包括依次进行的曲轴缺齿信号处理方法和凸轮多齿信号处理方法。
[0019]所述的曲轴缺齿信号处理方法包括:设定连接曲轴信号的eTPU通道配置为接收到当前的曲轴边沿信号后，将依据eTPU通道的当前状态执行相应任务，并决定接收下一次曲轴边沿信号时eTPU通道的状态，在下一次曲轴边沿信号到来时，eTPU执行所述状态的任务，这时eTPU通道的其他状态的任务不执行，初始化内容及各状态任务如下:
[0020](I)初始化，定义变量A、B、N和R=0.5，定义eTPU的TCRl为系统时钟计数器，eTPU的TCR2为发动机角度时钟计数器，TCR2赋初值3660，eTPU通道更改为状态1，并执行状态I的任务，所述3660是发动机曲轴旋转一周的时钟3600加上一个正常曲轴齿的时钟60;
[0021](2)状态1:经过设定的时间后，曲轴边沿信号开始激活eTPU处理曲轴缺齿信号任务，eTPU直接忽略所述的任务，当曲轴边沿信号激活eTPU处理曲轴缺齿信号任务达到设定次数后，eTPU通道更改为状态2，在下一次曲轴边沿信号激活eTPU处理曲轴缺齿信号任务到达时，执行状态2;
[0022](3)状态2: eTPU记录进入状态2的前两次曲轴边沿信号激活eTPU处理曲轴缺齿信号任务之间的系统时钟计数器差值，并将所述的系统时钟计数器差值赋值于A，eTPU通道更改为状态3，在下一次曲轴边沿信号激活eTPU处理曲轴缺齿信号任务到达时，执行状态3;
[0023](4)状态3: eTPU记录当前的曲轴边沿信号和前一次的曲轴边沿信号激活eTPU处理曲轴缺齿信号任务之间的系统时钟计数器差值，并将所述的系统时钟计数器差值赋值于B，判断B*R是否大于A，是则判定当前曲轴齿为疑似缺齿，eTPU通道更改为状态4，在下一次曲轴边沿信号激活eTPU处理曲轴缺齿信号任务到达时，执行状态4;否则将B值赋予A，在下一次曲轴边沿信号激活eTPU处理曲轴缺齿信号任务到达时，执行状态3;
[0024](5)状态4: eTPU记录当前的曲轴边沿信号和前一次的曲轴边沿信号激活eTPU处理曲轴缺齿信号任务之间的系统时钟计数器差值，并将所述的系统时钟计数器差值赋值于A，判断B*R是否大于A，是则判定状态3中所述的当前曲轴齿为缺齿，eTPU通道更改为状态5，在下一次曲轴边沿信号激活eTPU处理曲轴缺齿信号任务到达时，执行状态5;否则判定上一曲轴齿不是缺齿，eTPU通道更改为状态3，在下一次曲轴边沿信号激活