苛刻的排放法规和日益突出的能源需求矛盾,促使了柴油机高压共轨燃油系统的诞生。电子技术的飞速发展,推动了内燃机电子控制技术的不断进步,使得实现更好的发动机控制,不断改善发动机性能成为可能。高压共轨柴油机由于各缸供油量的不平衡及各缸燃烧系统其它因素的差异,造成了发动机各缸工作的不均匀。发动机工作的不均匀会导致发动机排放的恶化和经济性能的降低,增加发动机及车辆传动系统机械应力和磨损,降低车辆特别是乘用车辆的舒适性。高压共轨柴油机各缸工作不均匀性控制的目的是改善发动机稳态工况下的运行特性,是电控系统的关键技术之一。为更好地发挥高压共轨柴油机柔性控制的优势,在充分研究国内外大量文献和资料的基础上,结合课题组高压共轨柴油机电控单元(ECU)的开发,围绕高压共轨柴油机电控系统的各缸工作不均匀性控制问题,展开了系统的理论和试验研究。研究工作主要集中四个方面：(1)针对工作不均匀性的表征工作参数问题,研究了曲轴片段信号的规律特征。基于曲轴瞬时角速度的特点,针对ECU数据处理的实时性要求,提出一种表征内燃机工作不均匀性的新工作参数,即曲轴片段信号。对高压共轨柴油机的缸压信号和曲轴片段信号进行了实验测试。通过离散傅里叶变换进行数据分析,结合多缸内燃机的分缸转矩各阶次成份矢量叠加理论,研究了不同工况下曲轴片段信号的波动规律,并分析了曲轴片段信号与各分缸作用转矩的关系。研究表明：在发动机工作均匀状态下,在低、中、高转速区间内,曲轴片段信号的频谱特征表现有所区别,在低转速区间,主谐次(2k(k=1,2,3…….)阶次)频谱幅值显著大于相邻的次谐次((2k±1)阶次)频谱幅值,其显著程度随发动机平均转速的升高而逐渐降低,随谐波阶次k的升高而逐渐降低。在发动机工作不均匀状态下,低于发火频率的低阶非主谐次谐波(0.5次、1次和1.5次)频谱幅值明显增大。这是与在工作均匀状态下完全不同的特征。低阶非主谐次成份的频谱幅值大小与发动机工作不均匀的程度和各分缸不均匀的状况有关。在各缸缸压的主要作用区间内,可将曲轴片段信号的变化分为两个区间：曲轴片段信号下降区间与上升区间,也即曲轴瞬时角速度的加速区间与减速区间。不论发动机处于工作均匀工况或不均匀工况,曲轴片段信号的下降区间开始点基本对应于各缸压缩上止点。(2)针对曲轴片段信号表征内燃机工作不均匀性的准确性问题,研究了曲轴扭振对曲轴片段信号的影响。通过理论分析了双质量弹性曲轴系统与多质量弹性曲轴系统的扭振特点,对4缸高压共轨柴油机的曲轴自由端与飞轮端进行了扭振测试与分析。研究表明：低阶非主谐次的扭振完全属于刚性曲轴条件下的扭振,这非常有利于使用瞬时转速和曲轴片段信号来检测发动机的工作均匀性。在弹性曲轴条件下,轴系瞬时转速的低于发火频率的低阶次谐波分量不再能够正确反映内燃机的工作不均匀性。(3)针对内燃机工作不均匀性的油量控制问题,研究了基于曲轴片段信号的油量补偿控制。基于曲轴片段信号的特征,建立了工作不均匀度量化方法与分缸油量补偿控制(Fuel Offset Control)算法,并提出了高压共轨柴油机的分工况工作均匀性控制策略。根据FOC控制原理,基于汽车电子开发的ASCET软件平台,设计了针对ECU的FOC控制软件模块,并进行了FOC软件模块的仿真实验。研究表明：对于Z缸机,低于发火频率的最低阶的Z/2个谐波成份就可以完全反映发动机的工作不均匀状态。每一缸的油量补偿控制目标是最低的Z/2个阶次合成波形幅值为0。基于这一目标提出了比例积分(PI)控制算法,量化了发动机的工作不均匀度,并得到了油量补偿值。基于发动机的不同工况的曲轴片段信号规律特点,提出了检测发动机工作不均匀度的合理工况,并建立了基于工况的开环和闭环控制模式。针对高压共轨柴油机电控系统的功能需求,采用了功能强大的32位处理器TC1796,通过模块化概念,设计了满足台架实验调试的ECU板。经试验台架调试,能够达到设计指标,满足共轨柴油机精确控制的要求。在ECU板的设计中,优化了FOC控制所需要的曲轴传感器的信号调理电路。(4)针对高压共轨燃油喷射控制及FOC控制所严格依赖的发动机曲轴相位管理,研究了发动机的判缸信号配置、判缸控制策略及后备判缸工作模式。研究表明：基于软件控制标识字的高压共轨柴油机判缸传感器信号配置,降低了信号盘的安装相位要求,提高了判缸速度。基于软件控制标识字的高压共轨柴油机判缸程序具有很好的移植性,能柔性地适应不同缸数的发动机和不同的信号盘。通过状态机的控制方式可以使高压共轨柴油机的判缸控制策略满足准确性、安全性、可用性、快速性的要求。后备判缸工作模式分为单曲轴信号的后备判缸模式和单凸轮轴信号的后备判缸工作模式。后备判缸工作模式保证了系统的安全性和可用性。正常判缸工作模式保证了系统的准确性和快速性。