基于Atmega88的發(fā)動機轉(zhuǎn)速模擬系統(tǒng)設(shè)計

　目前，V型開發(fā)模式已經(jīng)成為發(fā)動機ECU開發(fā)流程的主流。其中的硬件在環(huán)仿真環(huán)節(jié)中，為了配合ECU軟件的開發(fā)，需要提供硬件仿真環(huán)境模擬發(fā)動機的工作狀態(tài)來驗證軟件算法的正確性。發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號是發(fā)動機工作狀態(tài)的一個重要信號，因此開發(fā)實用的轉(zhuǎn)速模擬系統(tǒng)對于發(fā)動機ECU軟件開發(fā)具有重要意義。
　　1 發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器原理
　　轉(zhuǎn)速傳感器的主要作用是實時判斷曲軸和凸輪軸的瞬態(tài)位置，以滿足ECU決定點火、噴射的定時和脈寬需要。電控發(fā)動機所有的點火噴射控制功能均是以轉(zhuǎn)速傳感器信號為基礎(chǔ)，故轉(zhuǎn)速傳感器信號處理是所有信號處理中最重要的一部分。轉(zhuǎn)速信號一般采用曲軸和凸輪軸傳感器實現(xiàn)，這些傳感器的觸發(fā)信號盤和曲軸或者凸輪軸同步旋轉(zhuǎn)，其外圓上加工刻度均勻的凹齒或凸齒，通過一定的變換原理輸出的信號反映了瞬時轉(zhuǎn)速。除此以外，轉(zhuǎn)速傳感器還必須完成噴射判缸的功能，為了表征某一特定缸的特定位置，一般特意在觸發(fā)信號盤上加工特征齒，如加工多齒或少齒。由于曲軸一個工作過程旋轉(zhuǎn)兩周，特征齒不能反映到底是壓縮上止點還是燃燒上止點，不能完成判缸功能；凸輪軸一個工作過程旋轉(zhuǎn)一周，特征齒能完成判缸，但凸輪軸傳感器信號的缺點是信號變化慢，頻率低，在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速情況下容易造成較大的誤差，故電控發(fā)動機中一般是凸輪軸和曲軸傳感器信號相互配合，曲軸完成瞬時轉(zhuǎn)速測量，凸輪軸完成判缸，兩者共同構(gòu)成點火噴射功能的底層基礎(chǔ)［1］。
　　2 系統(tǒng)方案設(shè)計
　　發(fā)動機轉(zhuǎn)速模擬系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)具有穩(wěn)定性、靈活性、實用性。穩(wěn)定性是指要保證凸輪軸和曲軸的信號幅值相位準確，相對相位也要非常準確。靈活性是指轉(zhuǎn)速模擬系統(tǒng)能夠模擬各種型號的發(fā)動機凸輪軸、曲軸信號，在軟件上要能夠根據(jù)對應(yīng)曲軸、凸輪軸缺齒位置數(shù)量的變化很容易地修改相應(yīng)的設(shè)置達到所需要的信號輸出，同時能夠很靈活地修改轉(zhuǎn)速。實用性是指系統(tǒng)的成本要盡可能降低，以保證ECU開發(fā)成本的降低。
　　針對以上系統(tǒng)設(shè)計需求，選用了Atmel公司的ATmega88單片機作為主控制器，這款單片機是高性能、低功耗的8位AVR單片機，具有6通道PWM，8路10位ADC，可編程的串行USART接口，可工作于主機/從機模式的SPI串行接口，8KB可編程FLASH［2］，能夠完全滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求，同時該款單片機在價格方面也完全滿足系統(tǒng)開發(fā)的要求。
　　在軟件方面，采用C語言編程，同時用串口RS232與PC機進行通訊。采用RS232協(xié)議方式可以通過串口工具發(fā)送單個離散的轉(zhuǎn)速指令，也可以用Matlab工具發(fā)送發(fā)動機實際工作狀態(tài)的連續(xù)轉(zhuǎn)速變化曲線。在脫離PC機的環(huán)境下，可以采用滑動變阻器旋鈕輸入方式修改轉(zhuǎn)速。
　　系統(tǒng)的設(shè)計框圖如圖1。