對于中國工程師來說，嵌入式系統(tǒng)在發(fā)動機燃油控制方面的應(yīng)用是一個全新的課題，其主要特點是機電一體化，工程師必須對機電系統(tǒng)的基本工作過程有全面的了解。本文以電控柴油機引擎控制的著名產(chǎn)品centinel為例，說明其嵌入式系統(tǒng)需要關(guān)注的問題，包括產(chǎn)品要求、實現(xiàn)方案、具體實現(xiàn)以及軟件結(jié)構(gòu)等四個方面，值得中國從機電一體化設(shè)計工程師參考。

    centinel高級燃油管理系統(tǒng)(aos)是一種可延長電控柴油發(fā)動機燃油添加間隔的嵌入式系統(tǒng)，它可周期性地從發(fā)動機的曲柄軸箱中去除少量舊油，并用新油替代之。舊油被送到發(fā)動機的燃料箱，在那里與燃料混合，并在正常燃燒條件下燃燒。

    centinel可拓展柴油卡車、拖拉機、發(fā)電機及其它設(shè)備的工作時間，縮短燃油更換和其它常規(guī)維護方面花費的時間。centinel將舊油作為燃料，這樣不但無需廢油處理，而且還可減少成本并控制環(huán)境污染。

    實際上，具有類似功能的機械系統(tǒng)已問世多年，但是，由于目前業(yè)界提出了復(fù)雜的發(fā)動機控制器和嚴格的空氣質(zhì)量標準，全機械方案已不能滿足要求。centinel在維持燃油質(zhì)量方面要優(yōu)于機械系統(tǒng)，因為它包含一種靈巧的算法，能根據(jù)發(fā)動機工作負荷的大小來替換燃油，而且它配備了機械設(shè)備無法實現(xiàn)的故障檢測邏輯。

    centinel設(shè)計者從一開始就要求這種裝置要具備高可靠性。如果燃油質(zhì)量惡化或油位下降，發(fā)動機都可能受到極大的損害。由于centinel要從發(fā)動機中除油，它必須采取必要的預(yù)防措施以確保油位和質(zhì)量始終保持穩(wěn)定，要解決這個問題很麻煩，因為目前尚未出現(xiàn)能夠在柴油發(fā)動機內(nèi)部惡劣條件下正常工作的、廉價的油位傳感器。

    在各種氣候條件下，柴油卡車在高速公路上年行駛里程高達20萬英里，建筑設(shè)備等工業(yè)機械需要數(shù)月的維護間隔，因此，要求centinel必須經(jīng)久耐用。為了盡可能維持商用柴油設(shè)備的高使用率，像centinel這樣的設(shè)備就不能經(jīng)常維修而迫使整個設(shè)備閑置。

    centinel的軟件性能要穩(wěn)定，因為微控制器是一次性編程器件。一旦系統(tǒng)出廠，固件便不能更新。如果出廠后出現(xiàn)軟件缺陷，所有的centinel裝置都必須替換。centinel的價格也應(yīng)適當(dāng)。

    實現(xiàn)方案

    centinel是一種機電設(shè)備，它包括tms370微控制器、sae j1587汽車數(shù)據(jù)鏈接口、控制油進出發(fā)動機的機械活門組件、油位測量傳感器，以及容納新油的油箱。

    在正常工作情況下，微控制器從j1587數(shù)據(jù)鏈接口讀取發(fā)動機信息，以確定發(fā)動機的當(dāng)前工作負荷，并檢測是否發(fā)生與發(fā)動機和燃油相關(guān)的各種系統(tǒng)故障。這一信息可用于計算燃油燃燒率，并將之轉(zhuǎn)換為一系列的電子控制脈沖，以便讓燃油輸送活門組件將舊油從發(fā)動機曲柄軸箱輸送到

    燃料箱。

    燃油輸送活門的設(shè)計將舊油和新油活塞集成在同一裝置，因此可將固定數(shù)量的舊油輸送到燃料箱，并用同樣數(shù)量的新油替換之�；铋T及相關(guān)鉛管經(jīng)過發(fā)動機加熱，因此即便在寒冷天氣燃油也能正常流動。

    當(dāng)新油箱空時，傳感器就會報警，這時centinel便延遲脈沖，直到加滿油為止。發(fā)動機操作員仍需監(jiān)視發(fā)動機曲柄軸箱的量油計，如果必要還得手工加油以替換發(fā)動機在正常工作期間內(nèi)部燃燒的少量燃油。

    具體實現(xiàn)

    tms370微控制器構(gòu)成了該設(shè)計的基礎(chǔ)。所選tms370的型號包括256b板上ram、8kb otprom、256b eeprom、一個串行通信接口(sci)、兩個16位計數(shù)器、23個數(shù)字輸入、一個8通道模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以及一個12mhz系統(tǒng)時鐘。centinel設(shè)計所用的其它器件還包括電源調(diào)節(jié)及電源故障檢測電路，以及一個用于連接發(fā)動機通信數(shù)據(jù)鏈路的sae j1587數(shù)據(jù)鏈接口(類似于rs-485)。

    為提高可靠性和耐用性，所有centinel數(shù)據(jù)輸入的值在使用之前都要通過軟件和硬件兩方面的驗證。硬件檢測輸入和輸出上的開路和短路，而所有輸入值范圍的檢查則可阻止機械或電氣故障情況下的不正確操作。

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