参照AUTOSAR标准的柴油机ECU软件系统的开发与实验研究

论文摘要

为了达到节能减排的两大目标，本课题组提出全负荷工况实现高效清洁燃烧的有效途径，即低负荷采用低温燃烧高负荷采用高密度-低温燃烧的复合燃烧策略。复合燃烧策略的核心思想为将化学过程时间尺度和混合时间尺度控制相结合，实现混合气浓度和温度的燃烧路径控制。复合燃烧策略的实现离不开电子控制技术。本课题为了稳定可靠地实现复合燃烧策略，开发了SKLE高效清洁燃烧控制系统。燃烧控制系统由硬件和软件构成，而软件系统的实时性、稳定性、可靠性将直接决定能否实现复合燃烧策略。作者在课题组前期工作的基础上，首先基于MOS管低边驱动的方法开发了电控EGR阀和背压阀的驱动电路。为了提高软件系统的实时性、可靠性、稳定性、可移植性以及可扩展性，本文参照AUTOSAR标准的分层化、模块化思想，进行了由基础软件层、运行实时环境以及应用层组成的软件架构设计。针对应用层，进行了软件组件的划分，根据划分结果，设计并开发了每个软件组件。为了可靠地实现复合燃烧策略，本文还开发了基于缸压的燃烧闭环控制系统。针对应用层的服务要求，本文开发了基础软件层和运行实时环境。为了提高电控系统运行的实时性、可靠性以及稳定性，开发了基于静态优先级的高效简洁任务调度器。根据应用层的软件组件，进行了任务的划分和优先级的确定。为了验证新开发的SKLE高效清洁燃烧控制系统，本文进行了燃烧闭环控制实验和高密度-低温燃烧实验。通过燃烧闭环控制，可以解决新型燃烧方式下存在的燃烧不均衡和失火等不正常燃烧现象。通过转速为1100rpm、负荷为50%的工况下进行的高密度-低温燃烧实验，得出该工况下开启进气门晚关（LIVC）机构，采用低压EGR系统，再加上适当调节VGT开度，可得到热效率和排放的折中优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 节约能源与减少排放
• 1.3 解决方法与技术路线
• 1.3.1 尾气后处理技术方案
• 1.3.2 基于燃烧过程控制的缸内净化技术
• 1.4 柴油机电子控制技术
• 1.4.1 柴油机电控技术的发展
• 1.4.2 柴油机控制系统单片机的由来与发展
• 1.4.3 实现柴油机新型高效清洁燃烧技术对电控系统提出的要求
• 1.5 本课题的研究内容和意义
• 第二章 AUTOSAR 标准介绍
• 2.1 AUTOSAR 的软件体系架构
• 2.1.1 应用层（Application layer）
• 2.1.2 运行实时环境 RTE（Runtime Environment）
• 2.1.3 基础软件层（Basic Software Layer）
• 2.2 AUTOSAR 软件组件和虚拟功能总线
• 2.3 本章小结
• 第三章 参照 AUTOSAR 标准的柴油机高效清洁燃烧控制单元软件系统的应用层开发
• 3.1 柴油机电控系统硬件单元介绍和部分驱动电路的开发
• 3.1.1 控制器核心芯片的选择
• 3.1.2 电控系统硬件单元介绍
• 3.1.3 EGR 阀驱动电路设计
• 3.1.4 背压阀驱动电路设计
• 3.2 柴油机电控系统软件系统开发
• 3.2.1 ECU 软件的总体架构
• 3.2.2 应用层软件设计
• 3.3 燃烧闭环系统的开发
• 3.3.1 燃烧状态分析单元的设计
• 3.3.2 柴油机电控系统燃烧闭环控制部分设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 基础层软件设计
• 4.1 I/O 硬件抽象层设计
• 4.2 通讯硬件抽象层（ Communication Hardware Abstraction ）和通讯服务层 （Communication Service）设计
• 4.2.1 通讯硬件抽象层
• 4.2.2 通讯服务层
• 4.3 复杂驱动层（Complex Device Driver，CDD）设计
• 4.4 任务调度器 Scheduler 设计
• 4.4.1 任务的就绪表
• 4.5 ECU 配置
• 4.5.1 RTE 配置
• 4.5.2 任务优先级配置
• 4.5.3 软件组件的实现实例
• 4.6 本章小结
• 第五章 实验结果及分析
• 5.1 柴油机试验系统介绍
• 5.1.1 燃油供给系统
• 5.1.2 高压级带 VGT 的两级增压系统
• 5.1.3 废气再循环系统
• 5.1.4 进气门晚关机构（LIVC）
• 5.1.5 燃烧参数采集分析系统
• 5.1.6 监控标定系统
• 5.1.7 测量设备
• 5.2 试验相关评价参数的定义
• 5.3 高密度-低温燃烧实验
• 5.3.1 LIVC 机构、EGR 率对排放和热效率的影响
• 5.3.2 两种不同 EGR 系统和不同 VGT 开度对排放和热效率的影响
• 5.4 燃烧闭环控制系统试验
• 5.4.1 PPC 燃烧模式
• 5.4.2 MK 燃烧模式
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结与工作展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢