基于μPD70F3239的高壓共軌柴油機噴油控制

李 瑩

（山東水利技師學院，山東 淄博 255000）

汽車電子

基于μPD70F3239的高壓共軌柴油機噴油控制

李 瑩

（山東水利技師學院，山東 淄博 255000）

文章分析了32位微控制器μPD70F3239的特點，重點研究了定時處理單元對噴油的控制。結果表明該微控制器特別適用于汽車或類似的場合，是高壓共軌柴油機噴油控制的理想選擇。

μPD70F3239；微控制器；高壓共軌；控制

CLC NO.: TK427 Document Code: B Article ID: 1671-7988 (2017)10-103-03

引言

電控單元是高壓共軌柴油機噴油系統的核心技術，它基于微控制器的強大功能和軟件設計實現了對發動機各種工況、環境因素、操控人員意愿的識別，在經濟性和排放性的苛刻要求下盡可能實現優化平衡。在整個電控系統中，柴油機噴油控制技術對發動機性能的貢獻舉足輕重。本文就NEC公司32位高性能微處理器μPD70F3239[1]如何在高壓共軌柴油機噴油系統中應用，實現對噴油的優化，有效控制進行了探討。

1、微控制器μPD70F3239的概述

μPD70F3239是NEC公司提供的32位微控制器，具有卓越的數據處理能力和強大的外圍子系統，它由V850ES CPU內核和外圍設備功能組成，如RAM、閃存、定時/計數器、模/數轉換器、CAN控制器等。

μPD70F3239的定時/計數器包括4個16位定時/計數器P （TMP0-TMP3），3個16位定時/計數器Q（TMQ0-TMQ2）和1個16位時間間隔定時器M（TMM）。

下面以TMP為例介紹μPD70F3239的定時功能。

（1）脈沖寬度調制PWM

PWM輸出功能用于輸出一個脈沖寬度調制波形，TMPn捕捉/比較寄存器0（TPnCCR0）可設置波形的周期，TMPn捕捉/比較寄存器1（TPnCCR1）可用來設置高電平的時間。在正常模式下可產生占空比從0%到100%之間的變化的波形。

（2）間隔定時

在間隔定時操作模式下，用寄存器TPnCCR0設置一個間隔時間值，當預設的值與16位計數器的值匹配，就產生一個中斷請求信號并將16位計數器清零。

（3）外部事件計數

在外部事件計數操作模式下，用寄存器TPnCCR0存儲一個脈沖數，輸入脈沖由TIPn0輸入，16位計數器對脈沖進行計數，當計數值與TPnCCR0的值匹配時，產生一中斷請求信號并將計數器清零。

（4）脈沖寬度測量

在脈沖寬度測量操作模式下，16位計數器計數由TIPn0引腳輸入脈沖的上升沿和下降沿，寄存器TPnCCR0捕捉計數值ipulse，由ipulse可計算外部輸入脈沖寬度：width=ipulse*計數時鐘周期。

2、高壓共軌柴油機噴油控制的軟件實現

高壓共軌柴油機噴油器電磁閥驅動軟件的任務是，根據控制策略得到的噴油定時和噴油脈寬，結合曲軸和凸輪軸的信號相位，輸出精確的噴油控制脈沖，使噴油器正常工作[2]。

采用基于事件驅動的方法確定驅動邏輯的控制時序。一次噴射過程先后經過6個關鍵時刻，在每個關鍵時刻都發生對應的控制事件，通過μPD70F3239的定時器功能實現，驅動軟件只需配置所用定時器的功能，并利用各定時器間的調用和鏈接關系即可。圖1為帶預噴射的驅動時序[3]。

圖1 帶預噴射的驅動時序

如圖1，驅動程序獲得預噴間隔角度φ1、主噴定時角度φ2、預噴脈寬T1和主噴脈寬T2等參數。曲軸脈沖缺齒后第一個脈沖與第一缸上止點之間的角度由傳感器與曲軸信號盤的安裝關系決定，為已知角度φ3。整個噴油過程以典型的事件觸發方式按下列流程運行：

（0）初始化

程序運行時首先初始化定時器TMP0為脈沖寬度測量功能，端口TIP00負責捕捉凸輪軸脈沖信號多齒用以判缸，建立噴油驅動時序。判缸算法如下，在第一次脈沖中斷時，計算一個脈沖的周期（TP0CCR0*計數時鐘周期），將它賦給變量a。下一個脈沖中斷時，計算當前脈沖的周期并乘以2賦給變量b。比較a和b的值，如果b小于a（即當前脈沖周期的兩倍小于上一次脈沖周期），表明當前脈沖是多齒。由于凸輪軸齒數為7，只需記錄凸輪軸脈沖的序號，序號數達到7時則為凸輪軸多齒信號。這樣，每次序號加到7時為一個循環，根據7次累加的周期即可計算出發動機平均轉速。如果b大于a，表明當前齒不是多齒，繼續比較每一個齒，直到捕捉到多齒。

同樣設置定時器TMP1為脈沖寬度測量功能，端口TIP10負責記錄當前曲軸脈沖的序號與周期，并依次存入長度為一個循環曲軸齒數（45*2=90）的數組中，由于曲軸脈沖的間隔為固定角度7.5°，可以由此計算出發動機的當前瞬時轉速（曲軸脈沖間隔角度/(TP1CCR0*計數時鐘周期)）。由于凸輪軸多齒與曲軸缺齒相對應，當TIP00捕捉到凸輪軸多齒產生中斷時設置當前曲軸脈沖序號為0，這樣脈沖周期數組序號就與齒序號一致了。

同時，初始化時要設置定時器TMQ0，以及P51、P52、P53、P54、P55、P60輸出口。TMQ0為PWM功能，端口TOQ01用于輸出具有一定占空比的噴油控制脈沖，寄存器TQ0CCR1存儲當前脈沖的高電平；TQ0CCR0存儲當前脈沖的周期。初始化時將TQ0CCR1置0，并將6個選缸輸出引腳也置為0。

（1）捕捉到凸輪軸多齒

該時刻TMP0進入中斷，計算噴油過程所需數據，為第一缸噴油數據準備1。根據預噴間隔φ1和主噴定時φ2，相加得到預噴開始時刻距第一缸上止點的角度φ4=φ1+φ2。由于φ3己知，因此可得到曲軸第一齒脈沖距預噴開始時刻的角度φ5=φ3-φ4。根據曲軸脈沖間隔角度，把φ5轉化為曲軸整數齒數N和非整數角度，結合TMP1計算出的當前瞬時轉速，將非整數角度部分轉化為延時時間T3。

其后，TMP0要完成激活定時器TMP2的外部事件計數功能的任務，端口TIP20對曲軸齒數N進行計數。設置TP2CCR0寄存器的值為N，當16位計數器的值與TP2CCR0的值匹配時，TMP2產生中斷。

（2）整數齒計量完成

該時刻TMP2進入中斷，計算噴油過程所需數據，為第一缸噴油準備數據2。結合TMP1計算出的當前瞬時轉速，將預噴間隔角度φ1轉化為延時時間，與預噴脈寬T1相減得到預噴結束時刻距主噴開始時刻的時間間隔T4。這樣噴油時序中延時時間依次為T3、T1、T4、T2。

同時，要通過激活定時器TMP3的間隔定時功能，精確延時，完成在特定時刻輸出特定占空比的控制脈沖功能。將T3寫入寄存器TP3CCR0中，這樣TP3CCR0中的值指向了預噴開始時刻。

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之后，TMP2要自激活，也就是TMP2的中斷響應要為TMP2申請服務。進行下一缸噴油數據準備1，得到曲軸整數齒數N′，結合兩缸上止點之間對應于120°曲軸轉角的齒數Ni以及第一缸曲軸整數齒數N，可以得到TMP2下次中斷前所計量的曲軸整數齒數為N′?N +Ni。

（3）預噴開始

該時刻TMP3進入中斷，到達預噴開始時刻，將1缸對應的選缸引腳P51置1，同時將T1存入TQ0CCR1寄存器，TQ0CCR0寄存器的值為TQ0CCR1的值減1，置TQ0CE=1，噴油器開始預噴。

（4）預噴結束

該時刻TMQ0進入中斷，到達預噴結束時刻，置TQ0CE=0，TQ0CCR1=0，噴油器停止預噴。之后，自激活TMP3，將預噴結束到主噴射開始的間隔時間T4后寫入TP3CCR0寄存器，這樣TP3CCR0的值指向了主噴開始時刻。

該時刻TMP3進入中斷，到達主噴開始時刻，將T2存入TQ0CCR1寄存器，TQ0CCR0寄存器的值為TQ0CCR1的值減1，置TQ0CE=1，噴油器開始主噴。

（6）噴油結束

該時刻TMQ0進入中斷，到達噴油結束時刻，置TQ0CE=0，TQ0CCR1=0，1缸的選缸引腳P51輸出設為0，噴油器停止噴油。同時，將下一缸選缸引腳P52輸出設為1，進入下一缸的噴油過程準備。

3、總結

高壓共軌柴油機電控噴油系統較為復雜，微控制器μPD70F3239的定時器功能是實現準確、快速噴油的一種有效方法。不必通過以往采用的中斷和繁瑣的計算來完成噴油的控制，提高了運行速度，滿足了高壓共軌柴油機高轉速下對噴油控制的要求。

[1] V850ES/FJ2 Hardware User’s Manual[M].NEC Electronics Corpora -tion.2005.

[2] 常久鵬. 高壓共軌柴油機新型電控系統ECU的開發與研制[D].上海:上海交通大學,2001.

[3] 任亮. 高壓共軌柴油機電控噴射系統軟件設計[D]. 北京:清華大學,2004.

The Control Of High Pressure Common Rail Diesel Injection System Based On μPD70F3239

Li Ying
( Shandong Technician College of Water Conservancy, Shandong Zibo 255000 )

The paper analyzes the characteristic of microcontroller unit μPD70F3239, and focus on the fuel injection control with TPU. The result showed that μPD70F3239 is very fit for motor or similar occasion, and it is an ideal choice for high pressure common rail diesel injection control.

μPD70F3239; microcontroller unit; High Pressure Common Rail; Control

K427

A

1671-7988 (2017)10-103-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.034

李瑩，女(1983.5-)，講師，研究生，就職于山東水利技師學院。研究方向或從事專業：汽車電子控制。