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摘要：日益突出的环境污染、能源短缺问题，决定了开发环境友好型的柴油机喷油系统的必要性。文章以柴油机共轨电控喷油系统工作原理为入手点，从软件架构、底层模块等方面，阐述了柴油机共轨电控喷油系统的软件设计方案，并以MATLAB/Simulink内MAP图查找的方式，对柴油机共轨电控喷油系统的软件控制策略进行了研究分析。
关键词：柴油机;共轨电控喷油系统;软件设计
前言：在人类社会发展进程中，节能减排理念渗透到了各个行业企业，柴油机是节能减排理念实践的主要模块。因此，探析柴油机共轨电控喷油系统的软件设计对于实现柴油机喷油参数全工况下柔性控制就尤为关键。
1、柴油机共轨电控喷油系统的工作原理
柴油机共轨电控喷油系统包括管道压力传感器、喷油器、油泵、含公共供油管的油轨、电控单元等[1]。系统内每一喷油器均可经各自高压管与具有液力蓄压作用的公共供油管相連接。在运行过程中，油泵可以将燃油传输至公共供油管，并与压力传感器、电控单元组成闭环控制系统，实现公共供油管内油压的精准、实时控制。系统的关键部分为带有电控压力调节器的径向柱塞供油泵，油泵可以实现部分停缸管控，降低低压阶段功率消耗。在一定范围内共轨内压力也可以自由调节，达到预喷射、多次喷射[2]。
2、柴油机共轨电控喷油系统的软件设计
1、软件架构
基于软件代码复用性提高要求，可以依据分层模块化的原则，进行柴油机共轨电控喷油系统软件架构设计。在分层、模块化的软件架构中，各层内部、层与层之间的软件功能可以顺利实现标准化封装[3]。具体架构如下：
如图1所示，操作系统驱动是经操作系统直接实现系统驱动的模块;软件系统中硬件抽象层HAL是将硬件平台资源抽象化处理的层，包括定时器、芯片器件配置、平台启动等功能;操作系统OSEK是与OSEK/VDX标准相符合的操作系统;控制驱动底层LLD是控制驱动底层，可以为控制片上端口资源、应用程序方位、硬件平台板上设备、存储器提供接口函数;CCP驱动即CCP Driver CCP驱动;应用层APP则是以发动机为控制节点的层，相关方可以利用Model-Based软件，进行过程控制。
2、底层模块
GPO、GPI、PWM、SPI、ADC是柴油机共轨电控喷油系统软件底层功能发挥主要模块。其中GPO地层模块可以根据ECU上MCU资源使用情况，经TPU_A模块实现功能。以R1为例，其其Pin Name为SGPIOC7/IRQOUT/LWP0，NetLabel为WTDI，I/O为O，Function为Watchdog 信号。对应GPO功能的函数接口主要为unit8 GpoInit（void），可以与SetGpoChannerVal函数互相调换。
GPI可以从MPC564上着手，将MPIOSM子模块或者单片模式下24个地址信号线、数据信号线进行针对性设计。根据PIN MAP分布情况，可以QuickStarLib基本函数库进行GPI引脚分布的适当规划。以F3为例，其Pin Name为A_TPUCHO，NetLabel为IGN_ST，I/O为I，Function为点火开关信号输入。
PWM脉冲输入信号、输出信号可以分别经MIO14系统的MPWMSM、MDASM子模块实现。以凸轮轴相位传感器信号为例，其Pin Name为A_TPUCH1，NetLabel为CSFT_PHS，I/O为I，软件接口定义为unit8 PulselnChammelMeasure（PULSE_IN_CH_0，unit16*freq）。
SPI模块需要通过MPC564平台，以QSMCM模块为核心，进行波特率、数据发送/接收、初始化等功能设计。以查询模式下的发送/接收模块为例，其函数为Unit8 SpiSend（unit16t（_data）
ADC主要是在MPC564上，以QuickStarLib基本函数库为基础的QADCE模块完成函数封装，并进行ECU软件的ADC模板功能通道号的重新描述。比如，高压充电电流反馈信号的Pin Name为A_ANO/Anw/PQB0，NetLabel为HV_V_FB，I/O为I，软件接口定义为uint8 GetAdcChanVal（ADI_0，unit32*value）。
3、柴油机共轨电控喷油系统的软件控制策略
1、喷油量控制策略
喷油量控制单元控制策略是基于转速、环境参数、冷却液温度、加速踏板位置、负荷信息监测的每一缸一个循环时的目标策略。鉴于柴油机共轨电控喷油系统为时间-压力控制模式，为实现多运行状态、操作条件下每次喷油量最佳，可以需求-喷油的自适应调节为核心，设定控制策略为：第一步，由传感器监测冷却水温、进气压力及柴油机转速，根据监测值计算每次目标喷油量;第二步，根据每次目标喷油量，分析喷油器电磁阀通电脉冲维持时长;第三步，根据MAP图（喷油脉宽-轨压-喷油量）获得具体控制参数。
2、共轨压力控制策略
共轨压力控制策略主要是由传感器所监测的数据信息，进行共轨压力目标值的核算。进而根据核算制、实测值之间的偏差以及已经确定的目标喷油量，进行曲轴箱强制通风阀开启时刻、时长以及油泵进油口电磁节流阀通电电流大小的计算[4]。为实现共轨压力高精度控制，可以选择比例节流阀调节+停缸技术结合模式，在出现压力超标时进行比例节流阀关闭，并启动共轨管一端曲轴箱强制通风阀，达到短时间内高速率泄除压力的目的。
3、喷油率控制策略
喷油率控制策略主要是根据工况分析喷油规律，精准核算每一次喷油量，完成整个喷油过程中总体油量的无矛盾分配。鉴于共轨电控可摆脱柴油机转速影响，因此，可以由电磁阀为工具，经引导喷油→预喷→主喷→后喷完成一个周期针阀升程的控制。在一个周期内，实现预混合充分燃烧、缓解主喷有害气体Nox量、扩散燃烧。
4、喷油定时控制策略
喷油定时控制策略主要是在柴油机实时状态参数监测的基础上，收集柴油机目标喷油量，进行多工况下喷油初始点的精准核算。为保证定时控制精准度，可以从查找MAP图（喷油脉宽-轨压-喷油定时）入手，以喷油定时基本值+修正值的方式，在MATLAB/Simulink内进行分析，获得目标喷油时间即喷油器电磁阀动作的通电起始点。
总结：
综上所述，柴油机共轨电控喷油系统是节能减排理念在柴油机中应用的主要模块。因此，相关人员可以根据柴油机共轨电控喷油系统的工作原理，进行软件架构的完整搭建。同时根据软件架构组成，进行GPO、GPI、PWM、SPI、ADC的设计，并科学设置喷油量控制、共轨压力控制、喷油率控制、喷油定时控制策略，保证柴油机共轨电控喷油系统的平稳、高效率运转。
参考文献
[1]马攀伟，贾强.转子发动机电控喷油系统设计[J].内燃机与动力装置，2019（01）：58-62.
[2]柯昶，黄英，赵振峰，韩恺，李鸿.基于MotoTron平台的二冲程煤油发动机控制器开发[J].航空动力学报，2020（04）：832-843.
无锡博世柴油系统有限公司 江苏 无锡 214000
关键词：柴油机;共轨电控喷油系统;软件设计
前言：在人类社会发展进程中，节能减排理念渗透到了各个行业企业，柴油机是节能减排理念实践的主要模块。因此，探析柴油机共轨电控喷油系统的软件设计对于实现柴油机喷油参数全工况下柔性控制就尤为关键。
1、柴油机共轨电控喷油系统的工作原理
柴油机共轨电控喷油系统包括管道压力传感器、喷油器、油泵、含公共供油管的油轨、电控单元等[1]。系统内每一喷油器均可经各自高压管与具有液力蓄压作用的公共供油管相連接。在运行过程中，油泵可以将燃油传输至公共供油管，并与压力传感器、电控单元组成闭环控制系统，实现公共供油管内油压的精准、实时控制。系统的关键部分为带有电控压力调节器的径向柱塞供油泵，油泵可以实现部分停缸管控，降低低压阶段功率消耗。在一定范围内共轨内压力也可以自由调节，达到预喷射、多次喷射[2]。
2、柴油机共轨电控喷油系统的软件设计
1、软件架构
基于软件代码复用性提高要求，可以依据分层模块化的原则，进行柴油机共轨电控喷油系统软件架构设计。在分层、模块化的软件架构中，各层内部、层与层之间的软件功能可以顺利实现标准化封装[3]。具体架构如下：
如图1所示，操作系统驱动是经操作系统直接实现系统驱动的模块;软件系统中硬件抽象层HAL是将硬件平台资源抽象化处理的层，包括定时器、芯片器件配置、平台启动等功能;操作系统OSEK是与OSEK/VDX标准相符合的操作系统;控制驱动底层LLD是控制驱动底层，可以为控制片上端口资源、应用程序方位、硬件平台板上设备、存储器提供接口函数;CCP驱动即CCP Driver CCP驱动;应用层APP则是以发动机为控制节点的层，相关方可以利用Model-Based软件，进行过程控制。
2、底层模块
GPO、GPI、PWM、SPI、ADC是柴油机共轨电控喷油系统软件底层功能发挥主要模块。其中GPO地层模块可以根据ECU上MCU资源使用情况，经TPU_A模块实现功能。以R1为例，其其Pin Name为SGPIOC7/IRQOUT/LWP0，NetLabel为WTDI，I/O为O，Function为Watchdog 信号。对应GPO功能的函数接口主要为unit8 GpoInit（void），可以与SetGpoChannerVal函数互相调换。
GPI可以从MPC564上着手，将MPIOSM子模块或者单片模式下24个地址信号线、数据信号线进行针对性设计。根据PIN MAP分布情况，可以QuickStarLib基本函数库进行GPI引脚分布的适当规划。以F3为例，其Pin Name为A_TPUCHO，NetLabel为IGN_ST，I/O为I，Function为点火开关信号输入。
PWM脉冲输入信号、输出信号可以分别经MIO14系统的MPWMSM、MDASM子模块实现。以凸轮轴相位传感器信号为例，其Pin Name为A_TPUCH1，NetLabel为CSFT_PHS，I/O为I，软件接口定义为unit8 PulselnChammelMeasure（PULSE_IN_CH_0，unit16*freq）。
SPI模块需要通过MPC564平台，以QSMCM模块为核心，进行波特率、数据发送/接收、初始化等功能设计。以查询模式下的发送/接收模块为例，其函数为Unit8 SpiSend（unit16t（_data）
ADC主要是在MPC564上，以QuickStarLib基本函数库为基础的QADCE模块完成函数封装，并进行ECU软件的ADC模板功能通道号的重新描述。比如，高压充电电流反馈信号的Pin Name为A_ANO/Anw/PQB0，NetLabel为HV_V_FB，I/O为I，软件接口定义为uint8 GetAdcChanVal（ADI_0，unit32*value）。
3、柴油机共轨电控喷油系统的软件控制策略
1、喷油量控制策略
喷油量控制单元控制策略是基于转速、环境参数、冷却液温度、加速踏板位置、负荷信息监测的每一缸一个循环时的目标策略。鉴于柴油机共轨电控喷油系统为时间-压力控制模式，为实现多运行状态、操作条件下每次喷油量最佳，可以需求-喷油的自适应调节为核心，设定控制策略为：第一步，由传感器监测冷却水温、进气压力及柴油机转速，根据监测值计算每次目标喷油量;第二步，根据每次目标喷油量，分析喷油器电磁阀通电脉冲维持时长;第三步，根据MAP图（喷油脉宽-轨压-喷油量）获得具体控制参数。
2、共轨压力控制策略
共轨压力控制策略主要是由传感器所监测的数据信息，进行共轨压力目标值的核算。进而根据核算制、实测值之间的偏差以及已经确定的目标喷油量，进行曲轴箱强制通风阀开启时刻、时长以及油泵进油口电磁节流阀通电电流大小的计算[4]。为实现共轨压力高精度控制，可以选择比例节流阀调节+停缸技术结合模式，在出现压力超标时进行比例节流阀关闭，并启动共轨管一端曲轴箱强制通风阀，达到短时间内高速率泄除压力的目的。
3、喷油率控制策略
喷油率控制策略主要是根据工况分析喷油规律，精准核算每一次喷油量，完成整个喷油过程中总体油量的无矛盾分配。鉴于共轨电控可摆脱柴油机转速影响，因此，可以由电磁阀为工具，经引导喷油→预喷→主喷→后喷完成一个周期针阀升程的控制。在一个周期内，实现预混合充分燃烧、缓解主喷有害气体Nox量、扩散燃烧。
4、喷油定时控制策略
喷油定时控制策略主要是在柴油机实时状态参数监测的基础上，收集柴油机目标喷油量，进行多工况下喷油初始点的精准核算。为保证定时控制精准度，可以从查找MAP图（喷油脉宽-轨压-喷油定时）入手，以喷油定时基本值+修正值的方式，在MATLAB/Simulink内进行分析，获得目标喷油时间即喷油器电磁阀动作的通电起始点。
总结：
综上所述，柴油机共轨电控喷油系统是节能减排理念在柴油机中应用的主要模块。因此，相关人员可以根据柴油机共轨电控喷油系统的工作原理，进行软件架构的完整搭建。同时根据软件架构组成，进行GPO、GPI、PWM、SPI、ADC的设计，并科学设置喷油量控制、共轨压力控制、喷油率控制、喷油定时控制策略，保证柴油机共轨电控喷油系统的平稳、高效率运转。
参考文献
[1]马攀伟，贾强.转子发动机电控喷油系统设计[J].内燃机与动力装置，2019（01）：58-62.
[2]柯昶，黄英，赵振峰，韩恺，李鸿.基于MotoTron平台的二冲程煤油发动机控制器开发[J].航空动力学报，2020（04）：832-843.
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