基于µPD70F3239的高压共轨柴油机喷油控制

李 莹

（山东水利技师学院，山东 淄博 255000）

汽车电子

基于µPD70F3239的高压共轨柴油机喷油控制

李 莹

（山东水利技师学院，山东 淄博 255000）

文章分析了32位微控制器µPD70F3239的特点，重点研究了定时处理单元对喷油的控制。结果表明该微控制器特别适用于汽车或类似的场合，是高压共轨柴油机喷油控制的理想选择。

µPD70F3239；微控制器；高压共轨；控制

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

引言

电控单元是高压共轨柴油机喷油系统的核心技术，它基于微控制器的强大功能和软件设计实现了对发动机各种工况、环境因素、操控人员意愿的识别，在经济性和排放性的苛刻要求下尽可能实现优化平衡。在整个电控系统中，柴油机喷油控制技术对发动机性能的贡献举足轻重。本文就NEC公司32位高性能微处理器µPD70F3239[1]如何在高压共轨柴油机喷油系统中应用，实现对喷油的优化，有效控制进行了探讨。

1、微控制器µPD70F3239的概述

µPD70F3239是NEC公司提供的32位微控制器，具有卓越的数据处理能力和强大的外围子系统，它由V850ES CPU内核和外围设备功能组成，如RAM、闪存、定时/计数器、模/数转换器、CAN控制器等。

µPD70F3239的定时/计数器包括4个16位定时/计数器P （TMP0-TMP3），3个16位定时/计数器Q（TMQ0-TMQ2）和1个16位时间间隔定时器M（TMM）。

下面以TMP为例介绍µPD70F3239的定时功能。

（1）脉冲宽度调制PWM

PWM输出功能用于输出一个脉冲宽度调制波形，TMPn捕捉/比较寄存器0（TPnCCR0）可设置波形的周期，TMPn捕捉/比较寄存器1（TPnCCR1）可用来设置高电平的时间。在正常模式下可产生占空比从0%到100%之间的变化的波形。

（2）间隔定时

在间隔定时操作模式下，用寄存器TPnCCR0设置一个间隔时间值，当预设的值与16位计数器的值匹配，就产生一个中断请求信号并将16位计数器清零。

（3）外部事件计数

在外部事件计数操作模式下，用寄存器TPnCCR0存储一个脉冲数，输入脉冲由TIPn0输入，16位计数器对脉冲进行计数，当计数值与TPnCCR0的值匹配时，产生一中断请求信号并将计数器清零。

（4）脉冲宽度测量

在脉冲宽度测量操作模式下，16位计数器计数由TIPn0引脚输入脉冲的上升沿和下降沿，寄存器TPnCCR0捕捉计数值ipulse，由ipulse可计算外部输入脉冲宽度：width=ipulse*计数时钟周期。

2、高压共轨柴油机喷油控制的软件实现

高压共轨柴油机喷油器电磁阀驱动软件的任务是，根据控制策略得到的喷油定时和喷油脉宽，结合曲轴和凸轮轴的信号相位，输出精确的喷油控制脉冲，使喷油器正常工作[2]。

采用基于事件驱动的方法确定驱动逻辑的控制时序。一次喷射过程先后经过6个关键时刻，在每个关键时刻都发生对应的控制事件，通过µPD70F3239的定时器功能实现，驱动软件只需配置所用定时器的功能，并利用各定时器间的调用和链接关系即可。图1为带预喷射的驱动时序[3]。

图1 带预喷射的驱动时序

如图1，驱动程序获得预喷间隔角度φ1、主喷定时角度φ2、预喷脉宽T1和主喷脉宽T2等参数。曲轴脉冲缺齿后第一个脉冲与第一缸上止点之间的角度由传感器与曲轴信号盘的安装关系决定，为已知角度φ3。整个喷油过程以典型的事件触发方式按下列流程运行：

（0）初始化

程序运行时首先初始化定时器TMP0为脉冲宽度测量功能，端口TIP00负责捕捉凸轮轴脉冲信号多齿用以判缸，建立喷油驱动时序。判缸算法如下，在第一次脉冲中断时，计算一个脉冲的周期（TP0CCR0*计数时钟周期），将它赋给变量a。下一个脉冲中断时，计算当前脉冲的周期并乘以2赋给变量b。比较a和b的值，如果b小于a（即当前脉冲周期的两倍小于上一次脉冲周期），表明当前脉冲是多齿。由于凸轮轴齿数为7，只需记录凸轮轴脉冲的序号，序号数达到7时则为凸轮轴多齿信号。这样，每次序号加到7时为一个循环，根据7次累加的周期即可计算出发动机平均转速。如果b大于a，表明当前齿不是多齿，继续比较每一个齿，直到捕捉到多齿。

同样设置定时器TMP1为脉冲宽度测量功能，端口TIP10负责记录当前曲轴脉冲的序号与周期，并依次存入长度为一个循环曲轴齿数（45*2=90）的数组中，由于曲轴脉冲的间隔为固定角度7.5°，可以由此计算出发动机的当前瞬时转速（曲轴脉冲间隔角度/(TP1CCR0*计数时钟周期)）。由于凸轮轴多齿与曲轴缺齿相对应，当TIP00捕捉到凸轮轴多齿产生中断时设置当前曲轴脉冲序号为0，这样脉冲周期数组序号就与齿序号一致了。

同时，初始化时要设置定时器TMQ0，以及P51、P52、P53、P54、P55、P60输出口。TMQ0为PWM功能，端口TOQ01用于输出具有一定占空比的喷油控制脉冲，寄存器TQ0CCR1存储当前脉冲的高电平；TQ0CCR0存储当前脉冲的周期。初始化时将TQ0CCR1置0，并将6个选缸输出引脚也置为0。

（1）捕捉到凸轮轴多齿

该时刻TMP0进入中断，计算喷油过程所需数据，为第一缸喷油数据准备1。根据预喷间隔φ1和主喷定时φ2，相加得到预喷开始时刻距第一缸上止点的角度φ4=φ1+φ2。由于φ3己知，因此可得到曲轴第一齿脉冲距预喷开始时刻的角度φ5=φ3-φ4。根据曲轴脉冲间隔角度，把φ5转化为曲轴整数齿数N和非整数角度，结合TMP1计算出的当前瞬时转速，将非整数角度部分转化为延时时间T3。

其后，TMP0要完成激活定时器TMP2的外部事件计数功能的任务，端口TIP20对曲轴齿数N进行计数。设置TP2CCR0寄存器的值为N，当16位计数器的值与TP2CCR0的值匹配时，TMP2产生中断。

（2）整数齿计量完成

该时刻TMP2进入中断，计算喷油过程所需数据，为第一缸喷油准备数据2。结合TMP1计算出的当前瞬时转速，将预喷间隔角度φ1转化为延时时间，与预喷脉宽T1相减得到预喷结束时刻距主喷开始时刻的时间间隔T4。这样喷油时序中延时时间依次为T3、T1、T4、T2。

同时，要通过激活定时器TMP3的间隔定时功能，精确延时，完成在特定时刻输出特定占空比的控制脉冲功能。将T3写入寄存器TP3CCR0中，这样TP3CCR0中的值指向了预喷开始时刻。

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之后，TMP2要自激活，也就是TMP2的中断响应要为TMP2申请服务。进行下一缸喷油数据准备1，得到曲轴整数齿数N′，结合两缸上止点之间对应于120°曲轴转角的齿数Ni以及第一缸曲轴整数齿数N，可以得到TMP2下次中断前所计量的曲轴整数齿数为N′−N +Ni。

（3）预喷开始

该时刻TMP3进入中断，到达预喷开始时刻，将1缸对应的选缸引脚P51置1，同时将T1存入TQ0CCR1寄存器，TQ0CCR0寄存器的值为TQ0CCR1的值减1，置TQ0CE=1，喷油器开始预喷。

（4）预喷结束

该时刻TMQ0进入中断，到达预喷结束时刻，置TQ0CE=0，TQ0CCR1=0，喷油器停止预喷。之后，自激活TMP3，将预喷结束到主喷射开始的间隔时间T4后写入TP3CCR0寄存器，这样TP3CCR0的值指向了主喷开始时刻。

该时刻TMP3进入中断，到达主喷开始时刻，将T2存入TQ0CCR1寄存器，TQ0CCR0寄存器的值为TQ0CCR1的值减1，置TQ0CE=1，喷油器开始主喷。

（6）喷油结束

该时刻TMQ0进入中断，到达喷油结束时刻，置TQ0CE=0，TQ0CCR1=0，1缸的选缸引脚P51输出设为0，喷油器停止喷油。同时，将下一缸选缸引脚P52输出设为1，进入下一缸的喷油过程准备。

3、总结

高压共轨柴油机电控喷油系统较为复杂，微控制器µPD70F3239的定时器功能是实现准确、快速喷油的一种有效方法。不必通过以往采用的中断和繁琐的计算来完成喷油的控制，提高了运行速度，满足了高压共轨柴油机高转速下对喷油控制的要求。

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

[2] 常久鹏. 高压共轨柴油机新型电控系统ECU的开发与研制[D].上海:上海交通大学,2001.

[3] 任亮. 高压共轨柴油机电控喷射系统软件设计[D]. 北京:清华大学,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

李莹，女(1983.5-)，讲师，研究生，就职于山东水利技师学院。研究方向或从事专业：汽车电子控制。