基于FPGA的汽车发动机控制器研究

汽车工业在国民经济增长中发挥着越来越重要的作用。近几年，虽然我国的汽车工业已经得到了飞速的发展，但汽车ECU(Electronic Control Unit)的设计制造一直无法实现国产化，严重制约了汽车工业的发展。针对这个现状，本课题对于ECU的设计进行了初步研究。首次尝试了基于SOPC技术的ECU系统设计，并利用dSPACE实时仿真发动机，完成了ECU的硬件在回路仿真，对控制效果进行了测试和分析。 目前，市场上的ECU系统都是基于专用单片机的。本文首先对现有的汽车发动机控制器结构进行了分析比较，总结出ECU的主要组成部件；而后通过各类方案的对比，确定了本课题采用基于FPGA的嵌入NIOS Ⅱ软核的SOPC技术方案。 之后，进行了汽车发动机模型搭建和控制算法的设计。发动机模型以Hendricks提出的均值模型为基础，参考mathworks公司的发动机建模方案进行设计。并在该模型基础上，参考Fekete提出的针对多缸发动机的基于模型的空燃比控制策略和mathworks发动机控制方案，建立了以控制空燃比为核心的发动机喷油控制算法。并通过simulink的仿真，验证了模型和算法的合理有效性。 基于系统设计总体方案，完成了ECU硬件电路设计，并在该系统中完成了上述算法的移植和优化。最后，利用dSPACE实时仿真发动机，进行ECU的硬件在回路仿真，对本文设计的ECU系统进行了测试。证实了该ECU方案在空燃比控制方面取得了较好的效果。 本论文以大量的图示形式介绍了发动机模型和系统软硬件设计，使得系统结构和软件流程等一目了然，浅显易懂。同时论文中采用的基于SOPC技术的ECU设计具有一定创新性，对于其他ECU系统的开发和设计具有一定指导意义。