现代电控发动机磁电式转速传感器信号处理方法的探讨

丁志恒，李阳阳，冯武

（1．陕西汽车集团有限责任公司，陕西 西安 710200；2.长安大学，陕西 西安 710064）

现代电控发动机磁电式转速传感器信号处理方法的探讨

丁志恒1，李阳阳2，冯武1

（1．陕西汽车集团有限责任公司，陕西 西安 710200；2.长安大学，陕西 西安 710064）

对传感器的信号处理是现代电控发动机的工作基础，转速传感器的信号处理是重中之首。本文介绍了常见的磁电式转速传感器信号的处理方法及常用的转速信号移相方法，并对本技术今后的发展方向进行了探讨。

磁电式转速传感器；信号；移相

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

前言

随着电子技术的进步，电控技术已经在发动机上得到了广泛的应用。电控发动机已经成为发动机的主流，由于其对燃油供给量、点火时刻等参数控制精度高，因此电控发动机相对比传统化油器汽油机及机械泵式柴油机具备燃油经济性好、排放污染物少，动力性稳定且强劲等优点。电控发动机之所以能精确控制其各项参数，主要归功于发动机上安装的多个传感器；传感器输出的信号能准确反映发动机的工作状况，电控单元就能根据这些信号来下达指令，准确控制执行器的工作。

1、磁电式转速传感器工作原理

发动机传感器中最重要的当属发动机转速传感器，车用转速传感器大多数为性价比较高的磁电式传感器，其信号可以反映发动机曲轴转速、确定一缸上止点以及曲轴转角，也被称为曲轴位置传感器；它的信号是发动机正时控制的基准信号，如果转速传感器故障，发动机将无法启动[1]。

磁电式转速传感器一般要配合一个铁质信号轮工作，信号轮一般安装在发动机曲轴上，其上一般有N×60个信号齿组成的齿圈，并在一缸上止点位置处去除2个齿，形成一个“缺口”，传感器利用缺口即可确定上止点位置。其工作原理如下：当信号轮转动的时候，会使传感器与信号齿之间磁力线的密度发生变化，从而导致磁通量的变化。根据电磁感应原理，这时候在传感器内永磁体周围的线圈中便会产生感应电流，这个电信号就是传感器的输出信号。信号波形如图所示，根据其工作原理及实际测量可知，转速传感器信号有以下特点：

（1）信号基本是正弦波，其中有一延长波形为一缸上止点信号。

（2）信号峰值电压大小与转速大小成正比，最高可达50V以上。

（3）由于信号是用于相位计算，信号比较稳定且精准。

2、磁电式转速传感器信号一般处理方法

根据转速传感器信号特点，一般的处理方法都是避免对其进行滤波，只是在进行隔离、限压保护的基础上，对信号进行分压后再经电压比较器处理成方波信号，最终输入发动机ECU即可[2]。

之所以转速信号不进行滤波，是考虑到目前常用的滤波器都含有电容及电感组件，信号通过这些组件后会产生相位变化，影响发动机的控制精度。但目前也有一些利用电子滤波器对转速信号进行零相位滤波的方法，如隋青美等人利用6阶巴特沃斯滤波器进行正、反向两次滤波后，可以将相位漂移控制在2.5ms以内，基本实现了零相位滤波[3]。

3、磁电式转速传感器信号相位调整方法

正如前面所说，转速传感器信号如果发生相位错动，则会造成发动机对曲轴转角判断错位；但是我们可以利用这一点，对发动机的点火正时进行调整。

目前很多天然气发动机都是由电控汽油发动机改装而来的，由于天然气相对于汽油而言，其滞燃期较长、辛烷值高的特点，一般需要对发动机点火提前角进行调整，对于老式的利用分电器进行点火控制的发动机可以拆开分电器，转动分电器体，对点火时刻进行调整；但是目前电控汽油机多采用的是电子点火系统，若想改变点火时刻，一种方法是将转速传感器对应的信号盘移位；另外也可以对发动机控制单元中的点火正时参数进行改写；这两种方法对于发动机制造单位而言比较简单易行，但是对于改装企业，则难以操作。因此一般需要进行点火正时调整的改装发动机，都采用的是对转速信号移相的处理方法[4]。

目前多数厂家生产的点火提前器多是利用电容和电感的混合电路（一般常用电容和电阻）对信号的移相作用进行相位调整，其实这种移相方法早在上世纪70年代就已经广泛应用于电能表、电量变送器等设备的校验仪器中，它具备成本低，可靠性好等特点，但是若想精确移相，需要输入信号的频率稳定，因此一般还是应用在发电站相关设备中。

其基本原理如下：在纯电感电路中，正弦信号电流比电压滞后90度，在纯电容电路中，电流比电压超前90度。而在电容、电感混合电路中，输入电压Ui与输出电压Uo的相位差可以用以下公式计算：

式中f为信号频率，发动机转速变化范围约为10-100Hz，因此转速传感器输出的正弦波信号频率f应为N×600～N× 6000之间。从式1中可以看出，在确定L和C的参数后，随着转速上升，输入信号和输出信号的相位差随之变大；由于发动机本身就要求转速上升后，需要增大点火提前角，而且现在电控发动机一般都具备爆震传感器对点火提前角进行闭环控制，因此用这种原理制作的点火提前器还是能比较好满足系统要求的。

另外现在很多装置也采用一些微处理器对信号相位进行调整，此类调整装置对相位的调整更为精确，且不受信号频率的影响。它的一般工作原理是这样的：输入信号经倍频电路（一般为3600或36000倍频）产生倍频信号送至微处理器，在其内经微处理器运算，并通过D/A转换器生成移相后的新波形，最终经过功放放大输出，这种方法也被称为程控式移相。程控式移相硬件电路和编程比较复杂，成本较高，技术难度大，其在移相技术中的应用尚有待进一步发展和完善[5][6]。

4、结论

作为电控发动机的工作基础，传感器的信号处理应该得到相应的重视；转速传感器信号由于其重要性更应加以深入研究。磁电式转速信号由于其对相位要求极高的精度及变化的电压，对其处理应该小心谨慎；另外对转速信号移相可以改变发动机相关执行器的工作时刻，利用相关信号移相技术可以达到这一目的，并在天然气发动机上得以应用。

[1] 王化祥，张淑英.传感器原理及应用[M].第二版.天津：天津大学出版社，2006.

[2] 蹇小平,王俊红,仇世侃,张春化.电控汽油机故障模拟实验系统设计[J].汽车技术,2007(09):44-47.

[3] 隋青美.数字滤波器的设计及其在内燃机瞬时转速数据处理中的应用[J].应用基础与工程科学学报,1999(07):204-205.

[4] 王秉时.移相技术的发展与移相器产品的进步[J].电测与仪表,1998(03):3-10.

[5] 曹伟等.8098单片机在相位调节中的应用.电测与仪表,1997 (03):27-28.

[6] 费战波等.用微CPU实现的工频信号移相新方法.电测与仪表,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，就职于陕西汽车集团有限责任公司。