导言
跟着发动机电控体系的结构和操控战略日趋杂乱，电控体系的研制工作难度以及试验工作量大大添加，本钱也大幅度进步。V型开发形式现已成为发动机ECU(Electronic Control Unit，电子操控单元)开发流程的干流，其间的硬件在环仿真中，为了合作ECU软件的开发，需求模仿发动机的转速信号来验证软件算法的正确性。
现在现已有许多研制人员现已做了这方面的研讨。例如，清华大学的章健勇开发的发动机转速模仿器体系运用数字端口完成了大转速范围内发动机转速霍尔信号的模仿；北京理工大学的王宇明规划的便携式发动机工况信号模仿器，能够比较实在地模仿发动机传感器信号的类型、形状，依据模型的信号发生办法能够较好地反映发动机工况改动中传感器的内涵联系，而且提出了把霍尔信号通过硬件逐步转化成为磁电信号的办法；北京城建规划研讨总院的赵华伟规划的转速模仿器选用硬件办法发生频率方波信号和电流信号的办法，不只能够供给发动机所需的方波信号，而且频率调度精度高，能够完成电流的输出。
这些模仿器尚不能模仿得到抱负的磁电信号，而且对发动机参数改动的适应性很差。本文提出一种生成规范磁电正弦信号的办法，并在此基础上规划了一款便携、灵敏的发动机转速信号模仿体系。磁电正弦信号能够通过硬件转化和软件迫临两种办法得到，试验证明前者得到的磁电信号精度不高，与实在磁电信号差异较大，所以本文选用软件迫临的办法。软件分段迫临分为DA分段迫临和PWM分段迫临。DA分段迫临的办法需求外扩一块D／A芯片，且转化进程需求占用很多单片机资源，不能满意高频的需求，所以本文选用PWM分段迫临的办法。本体系以MC9S08为处理器，通过面板键盘或RS232通讯办法来设定发动机参数和实时在线修正发动机转速，并通过LCD实时显现信息。
1 体系全体方案规划
发动机转速模仿器体系原理框图如图1所示。整个体系包括电源模块、中央处理器、面板按键输入模块、码盘信号和霍尔信号输入模块、液晶显现模块、发动机信号输出模块、调度电路、分压电路、继电器驱动电路、通讯模块。
电源模块选用12 V供电，为整个体系供给5 V电源和士15 V电源。发动机类型、传感器参数等信息能够挑选面板按键输入办法或许上位机输入办法。发动机实时转速能够选用手动形式或许主动形式。若选用手动形式，由面板键盘输入特定值；若选用主动形式，由上位机输入随时刻改动的速度曲线，或许收集码盘信息得到实时速度值。液晶模块来显现发动机、传感器参数和当时发动机转速。输出模块包括凸轮轴信号输出和曲轴信号输出，继电器1为凸轮轴信号挑选形式，继电器2为曲轴信号挑选形式。输入模块中有外部凸轮轴霍尔信号和外部曲轴霍尔信号，两信号由单片机收集后，经输出模块转化输出磁电信号。
2 硬件规划
2．1 处理器挑选
该模仿器是轿车电子体系开发中的一个重要东西，所以要挑选满意宽温度限、强抗电磁干扰等最基本要求的轿车等级单片机。一起，为了减缩本钱，价格低廉也是十分必要的。模仿器挑选Freescale公司的8位处理器MC9S08DZ60。它具有4 KB的RAM、2 KB的EEPROM、60 KB的可编程Flash；包括2路守时脉冲宽度调度器，其间TPM1具有6个PWM通道，TPM2具有2个PWM通道。
2．2 磁电信号调度电路
实践发动机转速的磁电信号是一组近似于正弦波信号的模仿信号，低速下其幅值为-1～+1，高速时幅值改动可到达-15～+15。本模仿器选用PWM信号迫临正弦的办法来生成磁电信号。
磁电信号调度电路如图2所示。
信号的调度进程分为以下3个部分：
①整形。输入信号是频率固定为1 MHz的PWM信号，其占空比依照正弦规则改动，通过LMV931整形后得到向上平移后的正弦波。
②滤波。%&&&&&%C1起到滤波的效果，滤除信号中的直流重量，正弦信号全体向下平移，得到规范的正弦波形。
③扩大。规范正弦波最大幅值只要2．5 V，不能满意磁电信号的要求，所以通过LM7332扩大一次，扩大倍数β=R1／R2。
信号改换进程如图3所示。
3 软件规划
整个软件部分分为模仿器装备状况和模仿器输出状况。装备状况主要功用为通过面板键盘或许RS232通讯设定发动机参数。输出状况主要功用是依据发动机参数和传感器的组合输出当时需求转速下的曲轴信号和凸轮轴信号。
3．1 迫临磁电正弦信号
模仿器是通过PWM信号软件迫临的办法发生磁电信号。跟着一个周期所分段数的逐步添加，迫临的精度也逐步进步。但为了避免高速时程序频频进出中止会影响程序其他部分的运转，迫临所分段数不行过多。归纳迫临精度、单片机的总线频率和正弦信号的对称性考虑，把凸轮轴磁电信号的一个正弦周期平分20等份，通过不同占空比的PWM信号来迫临正弦信号中的20段，如图4(a)所示；把曲轴信号的一个正弦周期平分12等份，通过不同占空比的PWM信号来迫临其间的12段，如图4(b)所示。
核算迫临各点时刻距离。核算公式如下：
其间，TimeIntervalCrank为曲轴信号迫临各点时刻的距离计数值；TimeIntervalCam为凸轮轴信号迫临各点时刻的距离计数值；fbus为时钟总线频率(Hz)；Cranknumber为曲轴齿数(60、48)；Camwidth为凸轮轴齿宽(1，2，3…)；n为发动机方针转速(rpm)。
图4中，实线为迫临的方针曲线，虚线为迫临得到的曲线，迫临后的曲线相对于方针曲线向右平移了一小段相位，在程序中应提早迫临的开端时刻，以消除迫临相位差错。
PWM通道的模数寄存器的值安稳为19，正弦信号最大值对应的值寄存器的值为Rang，如图4中的“6”点和“4”点。为了确保正弦信号的幅值跟着转速值而改动，Rang随发动机转速添加而增大，
Rang=Rang(nspeed)。
当迫临一个曲轴信号正弦波时，正弦信号中各点对应的正弦值如表1所列。各点对应的单片机值寄存器的值为TPM2CV0=Rang(nspeed)×Sin(Number)。同理，能够得到迫临凸轮轴磁电信号20个点对应值寄存器的值TPM2CV1。
为了省去单片机做乘除法运算所占的时刻，在程序中将各点对应的寄存器值做成数组，直接调用。假如要迫临与图4极性相反(先负后正)的正弦波，只需倒置各点迫临次序，即迫临次序为20，19，18，…，2，1。
3．2 生成凸轮轴信号和曲轴信号
曲轴信号流程如图5所示。首要判别曲轴信号形式。
若形式为霍尔，则输出PWM霍尔信号。在溢出守时中止内累加曲轴齿数，若判别曲轴缺齿有用，则改动PWM频率，得到2个缺齿信号后，一个循环完毕，曲轴齿数从头计数。在主程序中判别何时输出凸轮轴信号。
若形式为磁电，则输出PWM迫临信号，开端迫临守时。在守时中止中设置迫临各点的占空比，记载迫临点个数，一个正弦周期完毕后，曲轴齿数累加1。若判别缺齿有用，则输出图4中安稳“1”点所对应占空比的PWM信号，两个缺齿后一个曲轴循环完毕，曲轴齿数从头计数。在主程序中判别何时输出凸轮轴信号。
凸轮轴信号流程：若信号形式为霍尔，则在主程序中通过I／O口输出霍尔信号。若信号形式为磁电，则输出迫临PWM信号，在守时中止中设置迫临各点的占空比，记载迫临点个数，一个正弦周期完毕后完毕迫临守时，输出图4中安稳“1”点所对应占空比的PWM信号。
4 试验验证
设定模仿器参数如下：曲轴齿数为(60-2)个齿，凸轮轴齿数为(4+1)个齿，凸轮轴齿宽为6个曲轴齿宽，多齿超缺齿12℃A(曲轴转角是以℃A表明)，凸轮多齿超凸轮1齿为60℃A。通过示波器调查得到图6所示的信号。
图6所示曲轴信号形式和凸轮轴信号形式均为磁电。模仿信号满意设定参数要求，而且幅值、相位准确，相对相位准确，频率安稳。上下两组信号的转速分别为2000rpm和1000 rpm。比较可知，磁电信号幅值随转速而改动。
实在测得的磁电信号以及经ECU处理后的信号如图7所示。该信号在ECU中通过比较器处理后转化为方波信号，从而被单片机收集。模仿得到的磁电信号通过比较器后，相同转化为一个方波信号。尽管模仿信号与实在磁电信号存在差异，可是通过比较器后得到形同的方波信号，对单片机来说便是相同的信号，所以模仿信号能够代替实在的磁电信号。
5 定论
试验证明，PWM信号迫临正弦信号的办法能够在8位机上模仿出规范的磁电正弦信号，而且该信号能够代替实在的磁电信号。本模仿器体系能够在100～6000 rpm范围内准确模仿发动机转速信号，满意规划要求。因为8位单片机的处理才能有限，该模仿器不能完成磁电信号幅值跟着转速接连、线性地改动，可是并不影响模仿器的功用。若改为运用。DSP处理器，选用级数迫临或许迭代迫临的办法即可完成。
