現代電控發動機磁電式轉速傳感器信號處理方法的探討

丁志恒，李陽陽，馮武

（1．陜西汽車集團有限責任公司，陜西 西安 710200；2.長安大學，陜西 西安 710064）

現代電控發動機磁電式轉速傳感器信號處理方法的探討

丁志恒1，李陽陽2，馮武1

（1．陜西汽車集團有限責任公司，陜西 西安 710200；2.長安大學，陜西 西安 710064）

對傳感器的信號處理是現代電控發動機的工作基礎，轉速傳感器的信號處理是重中之首。本文介紹了常見的磁電式轉速傳感器信號的處理方法及常用的轉速信號移相方法，并對本技術今后的發展方向進行了探討。

磁電式轉速傳感器；信號；移相

CLC NO.: U464.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-10-02

前言

隨著電子技術的進步，電控技術已經在發動機上得到了廣泛的應用。電控發動機已經成為發動機的主流，由于其對燃油供給量、點火時刻等參數控制精度高，因此電控發動機相對比傳統化油器汽油機及機械泵式柴油機具備燃油經濟性好、排放污染物少，動力性穩定且強勁等優點。電控發動機之所以能精確控制其各項參數，主要歸功于發動機上安裝的多個傳感器；傳感器輸出的信號能準確反映發動機的工作狀況，電控單元就能根據這些信號來下達指令，準確控制執行器的工作。

1、磁電式轉速傳感器工作原理

發動機傳感器中最重要的當屬發動機轉速傳感器，車用轉速傳感器大多數為性價比較高的磁電式傳感器，其信號可以反映發動機曲軸轉速、確定一缸上止點以及曲軸轉角，也被稱為曲軸位置傳感器；它的信號是發動機正時控制的基準信號，如果轉速傳感器故障，發動機將無法啟動[1]。

磁電式轉速傳感器一般要配合一個鐵質信號輪工作，信號輪一般安裝在發動機曲軸上，其上一般有N×60個信號齒組成的齒圈，并在一缸上止點位置處去除2個齒，形成一個“缺口”，傳感器利用缺口即可確定上止點位置。其工作原理如下：當信號輪轉動的時候，會使傳感器與信號齒之間磁力線的密度發生變化，從而導致磁通量的變化。根據電磁感應原理，這時候在傳感器內永磁體周圍的線圈中便會產生感應電流，這個電信號就是傳感器的輸出信號。信號波形如圖所示，根據其工作原理及實際測量可知，轉速傳感器信號有以下特點：

（1）信號基本是正弦波，其中有一延長波形為一缸上止點信號。

（2）信號峰值電壓大小與轉速大小成正比，最高可達50V以上。

（3）由于信號是用于相位計算，信號比較穩定且精準。

2、磁電式轉速傳感器信號一般處理方法

根據轉速傳感器信號特點，一般的處理方法都是避免對其進行濾波，只是在進行隔離、限壓保護的基礎上，對信號進行分壓后再經電壓比較器處理成方波信號，最終輸入發動機ECU即可[2]。

之所以轉速信號不進行濾波，是考慮到目前常用的濾波器都含有電容及電感組件，信號通過這些組件后會產生相位變化，影響發動機的控制精度。但目前也有一些利用電子濾波器對轉速信號進行零相位濾波的方法，如隋青美等人利用6階巴特沃斯濾波器進行正、反向兩次濾波后，可以將相位漂移控制在2.5ms以內，基本實現了零相位濾波[3]。

3、磁電式轉速傳感器信號相位調整方法

正如前面所說，轉速傳感器信號如果發生相位錯動，則會造成發動機對曲軸轉角判斷錯位；但是我們可以利用這一點，對發動機的點火正時進行調整。

目前很多天然氣發動機都是由電控汽油發動機改裝而來的，由于天然氣相對于汽油而言，其滯燃期較長、辛烷值高的特點，一般需要對發動機點火提前角進行調整，對于老式的利用分電器進行點火控制的發動機可以拆開分電器，轉動分電器體，對點火時刻進行調整；但是目前電控汽油機多采用的是電子點火系統，若想改變點火時刻，一種方法是將轉速傳感器對應的信號盤移位；另外也可以對發動機控制單元中的點火正時參數進行改寫；這兩種方法對于發動機制造單位而言比較簡單易行，但是對于改裝企業，則難以操作。因此一般需要進行點火正時調整的改裝發動機，都采用的是對轉速信號移相的處理方法[4]。

目前多數廠家生產的點火提前器多是利用電容和電感的混合電路（一般常用電容和電阻）對信號的移相作用進行相位調整，其實這種移相方法早在上世紀70年代就已經廣泛應用于電能表、電量變送器等設備的校驗儀器中，它具備成本低，可靠性好等特點，但是若想精確移相，需要輸入信號的頻率穩定，因此一般還是應用在發電站相關設備中。

其基本原理如下：在純電感電路中，正弦信號電流比電壓滯后90度，在純電容電路中，電流比電壓超前90度。而在電容、電感混合電路中，輸入電壓Ui與輸出電壓Uo的相位差可以用以下公式計算：

式中f為信號頻率，發動機轉速變化范圍約為10-100Hz，因此轉速傳感器輸出的正弦波信號頻率f應為N×600～N× 6000之間。從式1中可以看出，在確定L和C的參數后，隨著轉速上升，輸入信號和輸出信號的相位差隨之變大；由于發動機本身就要求轉速上升后，需要增大點火提前角，而且現在電控發動機一般都具備爆震傳感器對點火提前角進行閉環控制，因此用這種原理制作的點火提前器還是能比較好滿足系統要求的。

另外現在很多裝置也采用一些微處理器對信號相位進行調整，此類調整裝置對相位的調整更為精確，且不受信號頻率的影響。它的一般工作原理是這樣的：輸入信號經倍頻電路（一般為3600或36000倍頻）產生倍頻信號送至微處理器，在其內經微處理器運算，并通過D/A轉換器生成移相后的新波形，最終經過功放放大輸出，這種方法也被稱為程控式移相。程控式移相硬件電路和編程比較復雜，成本較高，技術難度大，其在移相技術中的應用尚有待進一步發展和完善[5][6]。

4、結論

作為電控發動機的工作基礎，傳感器的信號處理應該得到相應的重視；轉速傳感器信號由于其重要性更應加以深入研究。磁電式轉速信號由于其對相位要求極高的精度及變化的電壓，對其處理應該小心謹慎；另外對轉速信號移相可以改變發動機相關執行器的工作時刻，利用相關信號移相技術可以達到這一目的，并在天然氣發動機上得以應用。

[1] 王化祥，張淑英.傳感器原理及應用[M].第二版.天津：天津大學出版社，2006.

[2] 蹇小平,王俊紅,仇世侃,張春化.電控汽油機故障模擬實驗系統設計[J].汽車技術,2007(09):44-47.

[3] 隋青美.數字濾波器的設計及其在內燃機瞬時轉速數據處理中的應用[J].應用基礎與工程科學學報,1999(07):204-205.

[4] 王秉時.移相技術的發展與移相器產品的進步[J].電測與儀表,1998(03):3-10.

[5] 曹偉等.8098單片機在相位調節中的應用.電測與儀表,1997 (03):27-28.

[6] 費戰波等.用微CPU實現的工頻信號移相新方法.電測與儀表,1997(10):25.

Discussion on the method for processing the magnetoelectric speed sensor's signal of modern electronic-controlled engines

Ding Zhiheng1, Li Yangyang2, Feng Wu1
（1. Shaanxi Automobile Group Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200；2. Chang'an University, Shaanxi Xi'an 710064）

How can the modern electronic-controlled engine works is based on how to process every sensor's signal, in which how to process the magnetoelectric speed sensor's signal is the most important . The common processing method and phase shift method,for magnetoelectric speed sensor signal is introduced in this paper.The the development trend of this technology in the future is discussed as well.

Magnetoelectric speed sensor；signal；phase shift

U464.9

A

1671-7988(2015)01-10-02

丁志恒，就職于陜西汽車集團有限責任公司。