[发明专利]基于FPGA的柴油机电喷控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及发动机控制技术，尤其涉及一种基于FPGA的柴油机电喷控制方法。

背景技术

内燃机是现代工业、运输业的动力之源，同时也制造了大量的尾气污染。目前，国内外提高柴油机动力性、经济性要求的同时，更加严格限制柴油机尾气排放。这就要求，能够全程各工况，柔性、精确控制柴油机，因此柴油机电喷控制器已经成为柴油机的重要部件。

电喷控制器柴油机喷油进行柔性精确控制，主要通过控制器其输出的PWM信号，进而控制喷油电磁阀实现。微控制器(CPU)是电喷控制器的核心，通常CPU所能提供的PWM通道数量有限，这就限制了其能控制柴油机气缸数量，同时对电喷控制阀控制的实时性受到CPU代码的顺序执行特性与中断优先级限制，很难提高。

目前，(汽)车用柴油机是柴油机电喷控制器应用最广泛的领域。通常车用柴油机气缸数量较少(一般为4、6缸)，常用CPU提供的PWM通道能够满足其对于控制气缸数量、实时性等方面的需求，可以直接使用。

然而，对于机车、船用大缸径、多缸柴油机而言，常用CPU提供的PWM通道数量有限，PWM通道数量限制了其能控制柴油机气缸数量，同时对多个喷油电磁阀控制的实时性很难提高。因此，必须实现电喷控制器PWM通道数量的扩展，才能完成多缸柴油机电喷控制任务。

传统的电喷控制器设计方法是选用PWM通道数量、速度、资源特别强大，足以满足电喷控制需求的CPU，这给电喷控制器的设计带来了一定的困难。其主要原因就是满足需求的高性能CPU难以选择，且成本较高。

随着嵌入式技术的不断发展，已经出现了一些技术可以解决上述问题。例如采用模拟PWM通道技术、PWM通道复用技术、多CPU同步技术，他们各有特点，又有各自的不足。

采用模拟PWM通道技术，通过CPU的通用I/O、配合定时器模拟出PWM通道。该方法需要使用的通用I/O和定时器，需要极高性能的CPU支持，通常使用外部总线时钟，实时性较差，精确性不足，难以满足电喷控制器对于时钟精确性的要求，只能用于低速、实时性要求不高的产品。

PWM通道复用技术，在电路设计上采用控制信号复用形式，使用CPU通用I/O控制同一时刻的通道选择，通过通道选择将PWM信号输出到指定的通道上。采用该方法可以在一定程度上满足电喷控制器的需求，但是在硬件、软件的设计上比较复杂，同时对于多缸(例如16缸)柴油机电喷控制器，仍然难以满足PWM通道数量和实时性的需求。

多CPU同步技术，采用多CPU并行设计方法或多控制单元并行工作方法，通过增加CPU的数量扩展PWM通道的数量。该技术需要用软件协调多CPU同步工作，硬件上也增加了复杂程度，提高了成本，同样该方法对于多缸柴油机仍有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的就是克服上述现有技术之不足，提供一种简便、可靠、高效率、低成本、实现PWM通道扩展、满足实时性需求的基于FPGA的柴油机电喷控制方法。

本发明的目的是这样现的：一种基于FPGA的柴油机电喷控制方法其特征在于采取下述步骤：

A.CPU预先将控制PWM信号所需参数分配到指定地址；

B.CPU通过检测柴油机转速、凸轮轴信号，计算出柴油机转速、曲轴位置参数；

C.CPU依据柴油机转速、曲轴位置参数，转速设定值参数，计算下一个喷油通道、喷油时刻、喷油时刻修正参数、启喷持续时间，启喷PWM脉宽参数，喷油持续期、维持PWM脉宽参数；

D.将上述参数通过外部总线传递给FPGA；

E.FPGA通过检测柴油机转速、凸轮轴信号，计算出柴油机转速、曲轴相位参数，进行精确曲轴相位同步；

F.监测外部总线，当有数据通过总线写入FPGA端口后，FPGA根据地址进行数据解码；

G.参考柴油机转速、曲轴相位参数，在指定启喷时刻，通过内部定时器进行计时，并进行启喷时刻修正；

H.开启内部计时，进入启喷模式，通过PWM信号控制电磁阀开启，并在指定时刻，结束启喷控制

I.开启内部计时，进入维持模式，通过PWM信号维持电磁阀开启，并在达到喷油持续期时结束维持控制。

采用本发明的方案，可以在FPGA容量允许范围内，实现任意数量PWM通道扩展，同时极大减轻了CPU负荷，提高了系统实时性。

附图说明

图1为本发明实施例的硬件原理框图；

图2为本发明实施例的CPU控制流程框图；

图3为本发明实施例的FPGA控制流程框图。

具体实施方式