基于Atmega88的發(fā)動機轉速模擬系統(tǒng)設計

　目前，V型開發(fā)模式已經成為發(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)動機轉速傳感器原理
　　轉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速傳感器信號為基礎，故轉速傳感器信號處理是所有信號處理中最重要的一部分。轉速信號一般采用曲軸和凸輪軸傳感器實現，這些傳感器的觸發(fā)信號盤和曲軸或者凸輪軸同步旋轉，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速。除此以外，轉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，曲軸完成瞬時轉速測量，凸輪軸完成判缸，兩者共同構成點火噴射功能的底層基礎［1］。
　　2 系統(tǒng)方案設計
　　發(fā)動機轉速模擬系統(tǒng)設計應具有穩(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對應曲軸、凸輪軸缺齒位置數量的變化很容易地修改相應的設置達到所需要的信號輸出，同時能夠很靈活地修改轉速。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速。
　　系統(tǒng)的設計框圖如圖1。