1、GL Autotech 催化器老化電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 Confidential催化器老化電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案上海格令汽車電子有限公司2012-10-28目錄1系統(tǒng)方案概述32V8發(fā)動(dòng)機(jī)控制器硬件和軟件設(shè)計(jì)42.1 發(fā)動(dòng)機(jī)42.2 主控制器硬件42.2.1基本構(gòu)成42.2.2功能特點(diǎn)42.3 主控制器軟件63.專門針對(duì)催化器老化系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)63.1 GMAC875老化循環(huán)軟件設(shè)計(jì)63.2 排溫控制83.3 空燃比控制83.4 補(bǔ)氣量控制83.5 空速和氧含量的計(jì)算83.5.1 空速計(jì)算83.5.2 氧含量OSC計(jì)算83.6 排氣流量控制84排氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)85CAN總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的搭建

2、96. 催化器老化系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)106.1發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)顯示106.2發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)修改106.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能106.4 示波器顯示功能107.催化器老化系統(tǒng)控制柜設(shè)計(jì)118.排氣管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝128.1 排氣管布局示意128.2 采集箱說(shuō)明121系統(tǒng)方案概述根據(jù)系統(tǒng)要求以及發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)，催化器老化系統(tǒng)方案需要完成以下內(nèi)容：1）V8發(fā)動(dòng)機(jī)控制器硬件和軟件設(shè)計(jì)；2）專門針對(duì)催化器老化方案的軟件設(shè)計(jì)；3）排氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)；4）基于CAN總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的搭建；5）催化器老化系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)；6）催化器老化系統(tǒng)控制柜設(shè)計(jì)；圖1 催化器老化系統(tǒng)構(gòu)成圖2V8發(fā)動(dòng)機(jī)控制器硬件和軟

3、件設(shè)計(jì)2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目參數(shù)型號(hào)8.1L V-8型式水冷、雙頂置凸輪軸、多點(diǎn)順序噴射電子點(diǎn)火缸數(shù)8缸徑行程107.95111總排量8.128 L壓縮比9.1額定功率/轉(zhuǎn)速246Kw/4200rpm最大扭矩/轉(zhuǎn)速610N.m/3200rpm斷油轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/分怠速轉(zhuǎn)速80030轉(zhuǎn)/分點(diǎn)火順序1-8-7-2-6-5-4-3備注：電子節(jié)氣門、燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)、三元催化器2.2 主控制器硬件2.2.1基本構(gòu)成GL-M是上海格令汽車電子有限公司針對(duì)汽油和天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)電控市場(chǎng)推出的專用控制單元，其采用Freescale 16/32位單片機(jī)芯片9s12x為內(nèi)核。主頻的范圍可為40-66MHz，可以由用戶根

4、據(jù)需要設(shè)定。芯片上具有512 Kbytes Flash，32 Kbyte CALRAM。 電源電壓：12-40V，普遍適用于12-24V車用電系。 運(yùn)行溫度：4085（特殊要求可達(dá)125）2.2.2功能特點(diǎn)12V凈化電壓輸出，可提供2A電流；5V電壓輸出，可提供100mA電流； 2路Timing I/O整形輸入，可觸發(fā)中斷，具有其他預(yù)處理能力并提供診斷功能；8路Digital I/O輸入檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)有源和無(wú)源傳感器的信號(hào)捕捉，均具有預(yù)處理能力，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的捕捉、定時(shí)和中斷； 16路AD信號(hào)輸入，12位轉(zhuǎn)換精度； 2路普通lambda氧傳感器信號(hào)輸入；2路寬域氧傳感器信號(hào)輸入；2路K型熱電偶

5、輸入處理；1路電子節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)；16路驅(qū)動(dòng)輸出，支持最大8缸點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)；1組兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單相最大1A的驅(qū)動(dòng)能力，提供診斷功能； 接口信息：1個(gè)RS232接口，1個(gè)K線接口，1個(gè)CAN總線接口，1個(gè)BDM接口。2.3 主控制器軟件3.專門針對(duì)催化器老化系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)在催化劑的性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)中，快速老化是難度最大且試驗(yàn)條件最苛刻的試驗(yàn)。每一種老化模擬方法的提出和確定，都要經(jīng)過(guò)大量的實(shí)車行駛試驗(yàn)驗(yàn)證并且要與催化劑使用中自然老化的機(jī)理相符。目前普遍被接受的催化劑失活機(jī)理主要是高溫氧化。另外，基礎(chǔ)研究結(jié)果表明，空燃比的周期性濃稀交替沖擊可使催化劑的失活速度增加10倍以上。3.1 GMAC875老化循

6、環(huán)軟件設(shè)計(jì)圖3 GMAC875老化循環(huán)的空燃比控制規(guī)范如圖3所示，GMAC875老化循環(huán)通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣空燃比RAFE和排氣管二次空氣噴入量Q（二次空氣由人工手動(dòng)控制空氣量的大小，控制器只需控制二次空氣控制閥的打開與關(guān)閉），使催化器入口空燃比RAF經(jīng)歷理論空燃比-濃-稀-最稀四個(gè)階段。發(fā)動(dòng)機(jī)在理論空燃比條件下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)40s；然后通過(guò)電控系統(tǒng)將空燃比調(diào)至加濃狀態(tài)，運(yùn)轉(zhuǎn)6s；在排氣管內(nèi)噴入二次空氣，使催化器前的空燃比達(dá)到過(guò)稀狀態(tài)，運(yùn)轉(zhuǎn)10s；再調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比至理論空燃比，由于這時(shí)二次空氣噴射仍在進(jìn)行，使得催化器入口處空燃比進(jìn)一步變稀，運(yùn)轉(zhuǎn)4s，整個(gè)循環(huán)歷時(shí)60s。表1 GMAC875老化循環(huán)試

7、驗(yàn)規(guī)范在監(jiān)控界面上會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)GMAC875老化循環(huán)使能開關(guān)，當(dāng)試驗(yàn)條件要求后，用戶只需按下監(jiān)控界面的使能開關(guān)，控制器會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)GMAC875老化循環(huán)功能，如果用戶要終止GMAC875老化循環(huán)，只需再次按下使能開關(guān)即可。另外，系統(tǒng)也可以根據(jù)用戶的需求，自行定義老化過(guò)程中每一段的空燃比以及持續(xù)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)可編程控制。（可編程的老化循環(huán)過(guò)程不低于四段）3.2 排溫控制3.3 空燃比控制3.4 補(bǔ)氣量控制3.5 空速和氧含量的計(jì)算3.5.1 空速計(jì)算3.5.2 氧含量OSC計(jì)算3.6 排氣流量控制4排氣系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)5CAN總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的搭建基于現(xiàn)有的催化器老化系統(tǒng)方案，有必要搭建數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)

8、系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用CAN總線網(wǎng)絡(luò)。圖6 CAN總線網(wǎng)絡(luò)示意圖CAN 是Controller Area Network 的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來(lái)。CAN 通過(guò)ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。現(xiàn)在，CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一,被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。6. 催化器老化系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)圖7 監(jiān)控界面示意圖6.1發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)顯示6.2發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)修改6.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能6.4 示波器顯示功能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以示波器波形的形式顯示。圖9 數(shù)據(jù)圖形顯示功能示意圖7.催化器老化系