汽车发动机转速信号模拟器设计

分享到:

介绍一种简单、便携、多功能的发动机转速信号模拟器,采用PWM信号逼近的方法生成幅值随发动机转速变化的磁电信号,采用输出比较的方式输出霍尔信号。该模拟器可以方便地设定发动机参数和实时在线修改发动机转速,并能够实时显示。实验结果表明,该模拟器具有信号精度高、发动机转速范围大的特点。

随着发动机电控系统的结构和控制策略日趋复杂,电控系统的研发工作难度以及实验工作量大大增加,成本也大幅度提高。V型开发模式已经成为发动机ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元)开发流程的主流,其中的硬件在环仿真中,为了配合ECU软件的开发,需要模拟发动机的转速信号来验证软件算法的正确性。

目前已经有很多研发人员已经做了这方面的研究。例如,清华大学的章健勇开发的发动机转速模拟器系统利用数字端口实现了大转速范围内发动机转速霍尔信号的模拟;北京理工大学的王宇明设计的便携式发动机工况信号模拟器,能够比较真实地模拟发动机传感器信号的类型、形态,基于模型的信号产生方法能够较好地反映发动机工况变化中传感器的内在关系,并且提出了把霍尔信号通过硬件逐步转化成为磁电信号的方法;北京城建设计研究总院的赵华伟设计的转速模拟器采用硬件方式产生频率方波信号和电流信号的方法,不仅能够提供发动机所需的方波信号,而且频率调节精度高,能够实现电流的输出。

这些模拟器尚不能模拟得到理想的磁电信号,并且对发动机参数变化的适应性很差。本文提出一种生成标准磁电正弦信号的方法,并在此基础上设计了一款便携、灵活的发动机转速信号模拟系统。磁电正弦信号可以通过硬件转化和软件逼近两种方法得到,实验证明前者得到的磁电信号精度不高,与真实磁电信号差异较大,所以本文采用软件逼近的方法。软件分段逼近分为DA分段逼近和PWM分段逼近。DA分段逼近的方法需要外扩一块D/A芯片,且转化过程需要占用大量单片机资源,不能满足高频的需求,所以本文选用PWM分段逼近的方法。本系统以MC9S08为处理器,通过面板键盘或RS232通信方式来设定发动机参数和实时在线修改发动机转速,并通过LCD实时显示信息。

1 系统总体方案设计

发动机转速模拟器系统原理框图如图1所示。整个系统包括电源模块、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、液晶显示模块、发动机信号输出模块、调理电路、分压电路、继电器驱动电路、通信模块。


电源模块采用12 V供电,为整个系统提供5 V电源和士15 V电源。发动机型号、传感器参数等信息可以选择面板按键输入方式或者上位机输入方式。发动机实时转速可以选用手动模式或者自动模式。若采用手动模式,由面板键盘输入特定值;若采用自动模式,由上位机输入随时间变化的速度曲线,或者采集码盘信息得到实时速度值。液晶模块来显示发动机、传感器参数和当前发动机转速。输出模块包括凸轮轴信号输出和曲轴信号输出,继电器1为凸轮轴信号选择模式,继电器2为曲轴信号选择模式。输入模块中有外部凸轮轴霍尔信号和外部曲轴霍尔信号,两信号由单片机采集后,经输出模块转换输出磁电信号。

2 硬件设计

2.1 处理器选择

该模拟器是汽车电子系统开发中的一个重要工具,所以要选择满足宽温度限、强抗电磁干扰等最基本要求的汽车级别单片机。同时,为了缩减成本,价格低廉也是非常必要的。模拟器选择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;包含2路定时脉冲宽度调节器,其中TPM1具有6个PWM通道,TPM2具有2个PWM通道。

2.2 磁电信号调理电路

实际发动机转速的磁电信号是一组近似于正弦波信号的模拟信号,低速下其幅值为-1~+1,高速时幅值变化可达到-15~+15。本模拟器采用PWM信号逼近正弦的方式来生成磁电信号。
磁电信号调理电路如图2所示。


 

继续阅读
几种单片机RAM测试故障方法

在各种单片机应用系统中,芯片存储器的正常与否直接关系到该系统的正常工作。为了提高系统的可靠性,对系统的可靠性进行测试是十分必要的。通过测试可以有效地发现并解决因存储器发生故障对系统带来的破坏问题。本文针对性地介绍了几种常用的单片机系统RAM测试方法,并在其基础上提出了一种基于种子和逐位倒转的RAM故障测试方法。

NXP低功耗LPC1000系列突出优势

基于ARM Cortex-M3/M0的恩智浦LPC1000系列,是NXP目前最新的ARM 微控制器产品,其高达100MHz运行速度、紧凑的尺寸、高能效与高性能使它特别适合SoC、ASSP和独立微控制器中的电源管理任务,潜在市场包括电池供电的消费电子设备、高级电子仪表、安检系统、便携式医疗设备、电机控制、智能卡、无线通信等领域。据相关第三方发布的2008年统计报告,中国大陆上述市场规模已超过6亿美元,未来亦有很大增长潜力。 恩智浦最新主推产品 LPC1000系列产品线 图1

资深硬件工程师从五个方面谈产品设计

一个好的硬件工程师实际上就是一个项目经理,你需要从外界交流获取对自己设计的需求,然后汇总,分析成具体的硬件实现。还要跟众多的芯片和方案供应商联系,从中挑选出合适的方案,当原理图完成后,你需要组织同事来进行配合评审和检查,还要和CAD工程师一起工作来完成PCB的设计。与此同时,要准备好BOM清单,开始采购和准备物料,联系加工厂家完成板的贴装。”

单片机到嵌入式之路3:苦逼的CPU

单片机是单核的,所以在做多线程问题的时候,我们要考虑的太多。但是大部分人都会让单片机一直工作,比如while死循环,然后就抱怨单片机太简单了,只能点灯,其它的事情就不行了。

单片机到嵌入式之路2:单片机部分

几乎很多从事控制代码编写的工程师,第一次接触的控制类项目都是单片机,不论是在学校还是工作了。有了单片机基础,学习其他的单片机和嵌入式都相对要容易些。

精彩活动