一種高效實(shí)用的發(fā)動(dòng)機片上爆震檢測解決方案

發(fā)動(dòng)機爆震及控制

現代發(fā)動(dòng)機管理系統(EMS) 中，爆震控制是核心算法之一。由于頻繁爆震會(huì )損壞發(fā)動(dòng)機，ECU必須采取措施制止爆震。為避免爆震，可以保守地設置點(diǎn)火提前角。但這以犧牲最佳點(diǎn)火時(shí)機為代價(jià)，使動(dòng)力和燃油效率性能降低。增加爆震控制功能，發(fā)動(dòng)機就可以實(shí)時(shí)調節點(diǎn)火時(shí)間。它可以逐漸加快點(diǎn)火正時(shí)，以提供更大的動(dòng)力。當監測到爆震時(shí)，點(diǎn)火正時(shí)才后跳幾度來(lái)消除爆震，一般來(lái)說(shuō)，爆震系統能提升約3%的動(dòng)力性和5%的燃油經(jīng)濟性。

爆震控制算法的最大挑戰是實(shí)現有效的爆震檢測。因為要快速準確地(如千分之一秒內)從發(fā)動(dòng)機的正常噪音中分辨出爆震絕非易事，通常用專(zhuān)門(mén)的ASIC來(lái)完成。但MCU的功能日益強大，在系統設計中，要求MCU在控制發(fā)動(dòng)機的同時(shí)完成精準的爆震檢測，目的是降低成本并提高系統可靠性。典型的MCU如飛思卡爾的Copperhead(MPC5554)，其內核強大的數字信號處理能力可以勝任各種爆震檢測算法。

爆震檢測的標準方法

爆震發(fā)生在做功沖程剛開(kāi)始的時(shí)間里(壓縮沖程活塞運動(dòng)到最高點(diǎn)(TDC)稍后的時(shí)間里)。我們不僅知道爆震共鳴聲的大致頻率(約為7K及其諧波)，還知道爆震發(fā)生的大致曲軸角度范圍。圖1是根據該原理的一個(gè)標準的爆震檢測框圖。常用的爆震傳感器內部封裝一個(gè)壓電陶瓷，將監聽(tīng)到的發(fā)動(dòng)機運行聲音轉換為電信號。來(lái)自爆震傳感器的電信號通過(guò)一個(gè)帶通濾波器。帶通濾波器將所需要的頻率信號提取出來(lái)。根據曲軸角度信號產(chǎn)生一個(gè)角度窗口，這個(gè)窗口覆蓋了爆震可能發(fā)生的時(shí)段。這樣，從檢測窗口輸出的信號就是在時(shí)域和頻域都做了選擇的，我們感興趣的爆震信號。為了判斷爆震的強度，最直接的方法就是將信號絕對值加起來(lái)，即能量集成。將能量集成后的數據與預先設定的爆震能量參考值進(jìn)行比較，就可以判斷出爆震是否發(fā)生。

基于Monaco的片上爆震檢測方案

飛思卡爾推出了第一款90納米技術(shù)的專(zhuān)門(mén)針對中低端EMS應用的微處理器系列Monaco(MPC563xM)。 Monaco是基于Power Architecture架構的32位微處理器，其許多片上外設的及聯(lián)動(dòng)邏輯設計充分考慮了爆震檢測的需要。把這些外設有效的配置運作起來(lái)就能夠高效地實(shí)現各種爆震檢測方案。對于相對簡(jiǎn)單的爆震算法，一旦CPU將這些外設初始化好，它們甚至可以自治地運作，不再需要CPU的實(shí)時(shí)干預。即使對比較復雜的爆震算法，這些外設也能夠完成絕大部分的工作，極大降低了CPU的運算負荷。圖2是基于Monaco的一個(gè)比較典型的片上爆震檢測方案結構圖。圖中展示了所有與爆震功能有關(guān)的外設及邏輯連接。ADC的輸入端有可配置阻值的4個(gè)偏置電阻和一個(gè)可變增益放大器(VGA)，用于使動(dòng)態(tài)范圍最大化以及補償發(fā)動(dòng)機傳感器輸出信號幅度的變化。