测器驱动电路设计论文提纲

论文题目：混合动力专用高压共轨柴油机ECU硬件研究与设计

摘要：混合动力汽车作为传统汽车和新能源汽车的过渡车型,因其动力系统既能降低燃油汽车的尾气排放又能解决电动汽车的续航问题,已经成为当今的研究热点。随着柴油机电控系统的发展,柴油机较汽油机在经济性和环保性方面更有优势,因此柴油机可作为混合动力汽车的动力源,而ECU作为整个柴油机电控系统的载体,其性能直接影响发动机的工作状态。以YND30TCIE1作为混合动力专用柴油机,进行ECU硬件设计。首先分析执行器、传感器、微控制器等功能需求,ECU需要采集31种传感器信号、输出13种执行器驱动信号以完成对发动机的控制。对关键芯片进行了选型,为满足控制需求和简化设计,选择了单片机AURIX TC275、电源芯片TLE6209、喷油预驱芯片L9781以及CAN收发器TJA1051/T3等集成芯片。根据功能需求提出了ECU硬件总体设计方案,并将MCU的片上资源进行合理分配。以TC275为核心,针对所要实现功能按模块进行电路设计,包括:ECU电源、MCU最小系统、传感器信号调理电路、功率驱动电路和通讯电路。在ECU电源中,为保护电路和满足电源需求,设计了防反接电路、BUCK电路以及BOOST电路。在MCU最小系统中,设计了电源电路、复位电路以及时钟电路等以保证MCU正常工作。根据传感器信号的不同类型设计了不同的调理电路,包括?型滤波电路和滞回比较电路。在功率驱动电路部分,基于L9781设计了喷油电路以实现PEAK-HOLD驱动控制;基于TLE6209设计了H桥电路以实现对ETC、EGR、VNT的控制;基于TLE8718SA设计了低边开关驱动电路以实现对预热塞和继电器的控制。对于通讯电路,以TJA1051/T3为基础设计了3路CAN通讯电路用于标定、NOX信号传输以及整车控制单元信息交互。以绘制完成的原理图为基础进行PCB绘制,在整体布局中,不同功能电路按模块进行划分以减小相互干扰,并且将大功率器件放置在边缘以便散热;在布线时,对地线、电源线应采取加粗或覆铜的方式以满足电源需求;在进行地处理时,将不同模块的地分开且采用单点接地的方式以减少电磁干扰。为验证所设计电路的正确性和合理性,进行静态测试以后通过台架对ECU电路在不同发动机转速（怠速、1000r/min、2000r/min、3000r/min）下进行测试。测试结果显示,曲轴及凸轮轴信号调理电路输出信号电压稳定在3.6V,且噪声较小;单片机接收的轨压、加速踏板信号正常,无信号丢失;燃油计量单元上层占空比和底层占空比一致。喷油驱动电路模块在工作时波形正常,且电流上升速度和下降速度较快,在喷油开始阶段电流从0A上升到18A的时间为100μs左右,而在喷油结束阶段电流从12A降低到0A的时间只需要60μs左右。因此所设计ECU能够满足发动机的功能需求。

关键词：混合动力;柴油机;ECU;电路设计;PCB绘制

学科专业：载运工具运用工程

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 混合动力汽车概述

1.3 国内外混合动力汽车及ECU研究现状及趋势

1.3.1 国内外混合动力汽车研究动态及现状

1.3.2 国内外柴油机ECU研究动态及现状

1.4 主要研究内容

第二章 混合动力专用高压共轨柴油机ECU硬件需求分析

2.1 柴油机电控系统组成

2.2 ECU硬件需求分析

2.2.1 传感器需求分析

2.2.2 执行器需求分析

2.2.3 微控制器需求分析

2.2.4 通讯需求分析

2.2.5 芯片选型

2.2.6 电源需求

2.3 设计方案

2.4 单片机片上资源分配

2.4.1 A/D口的资源分配

2.4.2 GPIO的资源分配

2.5 本章小结

第三章 混合动力专用高压共轨柴油机ECU硬件设计

3.1 电源模块设计

3.1.1 保护电路设计

3.1.2 主电源模块设计

3.1.3 预驱电源设计

3.1.4 喷油器驱动电源设计

3.2 单片机最小系统电路设计

3.2.1 TC275单片机简介

3.2.2 MCU电源设计

3.2.3 外部晶振电路设计

3.2.4 复位电路设计

3.2.5 外部调试接口设计

3.3 信号调理模块电路设计

3.3.1 模拟信号调理电路设计

3.3.2 脉冲信号调理电路设计

3.3.3 数字信号调理电路设计

3.4 喷油驱动模块设计

3.4.1 喷油器驱动电路设计

3.4.2 燃油计量单元驱动电路设计

3.5 其他功率模块设计

3.5.1 低边开关模块电路设计

3.5.2 ETC、EGR、VNT模块电路设计

3.6 CAN通讯模块电路设计

3.7 PCB设计

3.7.1 PCB元器件布局设计

3.7.2 PCB元器件间布线设计

3.7.3 PCB的过孔设计

3.7.4 PCB重要接地方法及接地设计

3.8 本章小结

第四章 ECU硬件调试及结果分析

4.1 硬件功能调试

4.1.1 试验条件

4.1.2 曲轴、凸轮轴信号调理测试

4.1.3 燃油计量单元驱动电路测试

4.1.4 喷油模块测试

4.2 台架试验

4.2.1 试验条件

4.2.2 电源模块调试及结果分析

4.2.3 信号调理电路调试及结果分析

4.2.4 燃油计量单元调试及结果分析

4.2.5 喷油驱动模块调试及结果分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 A1 项目经历