基于FPGA的電控汽油機噴油脈寬處理系統設計

當今世界面臨著(zhù)石油能源危機和環(huán)境污染兩大問(wèn)題。能源與環(huán)境問(wèn)題已成為影響我國乃至世界經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展的重要因素。因此.積極尋求和發(fā)展清潔能源已成為各國的頭等大事。改變石油短缺、污染嚴重的唯一方法，就是減少對石油的依賴(lài)，開(kāi)發(fā)綠色高效清潔替代能源。

隨著(zhù)我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，汽車(chē)數量的快速增加，以及國際原油價(jià)格的飛漲，給我國石油需求和環(huán)境保護造成了巨大壓力，節能減排任務(wù)形勢嚴峻。甲醇汽油被看作是汽車(chē)的重要替代燃料，但是由于甲醇本身富含氧，致使甲醇汽油的理論空燃比較小。電控汽油機在燃用不同比例的甲醇汽油時(shí)，電控燃油噴射系統的自適應調節功能不能完全使發(fā)動(dòng)機能夠正常運轉。因此需要將電控單元輸出的噴油脈寬信號進(jìn)行擴展處理，使得電控汽油機在燃用不同比例甲醇汽油時(shí)，空燃比能夠維持在理論空燃比附近從而使發(fā)動(dòng)機能夠正常運轉。

1 噴油脈寬調整思路

電噴發(fā)動(dòng)機的燃油噴油量可以用下式計算：



式中M為電噴發(fā)動(dòng)機的燃油噴油量;μ為噴油孔的流量系數;s為噴油孔截面積;t為噴油持續時(shí)間;g為重力加速度;ρ為燃油密度;pi為噴油壓力;P0為供油壓力。由式(1)可知通過(guò)改變噴油孔流量系數、噴油孔截面積、供油壓力和噴油壓力，以及噴油持續時(shí)間來(lái)改變噴油量的大小，而噴油孔流量系數、噴油孔截面積、供油壓力和噴油壓力與噴油器本身的尺寸和參數相關(guān)，噴油持續時(shí)間對于噴油量來(lái)說(shuō)是一個(gè)獨立的參數。因此采用改變噴油持續時(shí)間來(lái)改變噴油量，噴油持續時(shí)間由汽車(chē)的電控單元(ECU)控制。當噴油器中使用中低比例甲醇汽油時(shí)，依靠電控燃油噴射系統所具有的自適應控制功能，自行調節噴油脈寬，使發(fā)動(dòng)機能夠正常運轉。當燃用高比例甲醇汽油時(shí)，其自適應調節功能不能滿(mǎn)足時(shí)就需要對脈寬進(jìn)行處理，如圖1所示。



2 噴油脈寬調整的FPGA程序設計

2.1 Cyclone系列FPGA芯片簡(jiǎn)介

Cyclone系列FPGA芯片是Altera公司于2003年推出的中等規模、低成本和高性?xún)r(jià)比芯片，具有0.13μm工藝，240個(gè)管腳，1.5 V的內核供電。內部所含的嵌入式存儲器由數十個(gè)M4K的存儲器構成。每個(gè)M4K存儲器快具有很強的伸縮性，可以實(shí)現：4 068位RAM;200MHz高速性能;真正的雙端口存儲器;FIFO設計;ROM設計;混合時(shí)鐘模式等功能。Cyclone器件的電源支持采用內核電壓與I/O口電壓分開(kāi)供電的方式，支持多種I/O接口，符合I/O口標準，可以支持差分的I/O口標準。Cyclone器件可以支持最多129個(gè)通道的LVDS和RSDS其內部的LVDS緩沖器可以支持高達640 Mbps的數據傳輸速度，保證了信號的完整性，并具有更低的電磁干擾和電磁兼容性，及更低的電源功耗。

2. 2 系統流程圖設計

根據時(shí)序關(guān)系可以做出如圖2所示流程圖。在系統復位后，預置好脈寬參數，判斷周期檢測標志flag的情況從而啟動(dòng)計數器1工作，在獲得輸入信號周期后，根據輸入的脈寬參數輸出預置的pwm波形。


2.3 脈寬周期測量模塊的描述及仿真

該模塊用于測量輸入方波信號的周期，工作原理如圖3所示。



設置一個(gè)門(mén)控制信號flag(初始值為0)，產(chǎn)生一個(gè)與被測信號周期相同的閘門(mén)，開(kāi)始測量周期時(shí)，計數器置0，待flag=1時(shí)，而且nrst=1時(shí)，計數器開(kāi)始計數，直到flag=0時(shí)，停止計數。此時(shí)得到計數器的值就是被測方波信號的周期。