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与传统的进气道喷射汽油机相比,缸内直喷(GDI)汽油机可以大幅度提高汽车的动力性、驾驶性、燃油经济性,尤其是排放性能更加出色。面对日益严格的排放法规和日趋激烈的市场竞争,GDI发动机得到了国内外汽车厂商的一致青睐。随着GDI发动机控制功能的不断强化,电控单元(ECU)软件的规模和复杂度不断加大,传统的基于前后台模式的软件架构已经难以满足多任务和高实时性的发动机控制要求。同时,为了确保发动机工作的安全性和避免零部件的损坏,故障诊断保护已成为控制软件的重要组成部分,并且占整个控制软件的比例已经超过60%。本文基于前期开发的、以Infineon TC1782微控制器为核心的GDI发动机试验用ECU硬件系统和底层驱动软件,结合成熟完整的嵌入式系统软件架构体系标准,对ECU软件部分进行改进和完善。主要研究内容如下：(1)发动机控制系统部分传感器的故障诊断与保护研究。针对冷却液温度传感器、节气门位置传感器、油门踏板位置传感器和轨压传感器,构建了信号范围检查和合理性诊断策略,结合传感器特性确定参数的阈值范围,对故障模式下的传感器采取相应的保护处理策略。编写了C语言故障诊断软件函数,并进行了故障状态下的软件测试。(2)基于FreeRTOS的嵌入式实时操作系统移植。引入嵌入式实时操作系统,建立了开放的ECU分层软件体系架构。编写了与TC1782内核相关的上下文切换、临界区进入与退出、堆栈等函数,将FreeRTOS移植到基于TC1782的ECU上。结合实际工程需要,按照优先级对ECU软件任务体系进行合理划分,以实现操作系统的合理调度,确保了ECU软件的复用性和可移植性。(3)电子节气门模糊PID控制研究。针对节气门小开度时控制精度要求高和在气流冲击下节气门的抖动问题,采用模糊PID控制算法来控制电子节气门,以提高控制的鲁棒性。在增量式PID的基础上采用模糊PID控制算法,以目标位置和实际位置的偏差、偏差变化率作为模糊控制器的输入,制定了相应的模糊控制规则,实现了PID参数的自动整定,提高了节气门位置控制精度和稳定性。