发动机转速信号的获取途径
发动机转速信号的获取途径
[1**********]1 梁杰豪 车辆一班
1. 基于点火脉冲获取发动机转速信号
这是一种通过点火脉冲和硬件测量汽油机转速的实现方法，该硬件电路采用锁相环技术来实现倍频，且全部采用CMOS 低功耗器件，它的电源直接来自汽油机的点火脉冲，无需外接电源及内部电源，测量误差在±1r /m in 以内，足以满足实际的需要。
工作原理：假设在一个工作循环中，各气缸交错均匀作功（也就是说它们不同时作功），此时，点火脉冲的频率与汽油机的转速之间满足如下关系：
n =
式中，n 为汽油机的转速，r /min ；
τ为冲程数；
30τf I f 为点火脉冲频率，Hz ； I 为汽油机的缸数（如果同时有两个缸作功，则I 按总缸数的一半计算）； 对于某个特定的汽油机而言，τ和I 都是已知的。
由上式可知，把处理后的频率为 的点火脉冲信号经过分频电路进行分频（分频数等于汽油机的缸数I ），并倍频（倍频数为30τ）后，再把倍频输出后的信号通过计数及显示电路在液晶显示器上显示出来，便可得到汽油机的转速值，按此思路设计的电路框图如下：
2. 基于高压油管脉冲获取柴油发动机转速信号
使用外卡式压力传感器采集了柴油机高压油管油压信号，利用压力波信号的脉冲特征来计算柴油机转速的方法，实现了柴油机转速的快速测量。
工作原理：（1）燃油压力波的形成：柴油机高压油管是一个弹性系统，燃油在管内的流动也就产生了弹性波动。如图1。供油时，柱塞将燃油系统压入高压油管，燃油局部压力迅速升高，形成瞬时的压力波，这种压力波会在喷油泵端与喷油器间反复传播并叠加，燃油以高压急速的波阵面在油管中穿流撞击，从而引起了油管表面的弹性形变。这种形变随着油压的变化而变化。
（2）油管信号的采集：为了简便快速的采集高压油管的油压波信号，采用了外卡式压力传感器。由刚度较大的卡具固定在高压油管上，如图2。传感器安装很方便，将其推入被测缸高压油管上用手拧紧固定螺栓即可，无需拆卸发动机的相关零部件，保证了发动机的正常工作。信号采集如图3。
（3）数据分析处理：从油压信号曲线可以看出信号具有明显的周期性。柴油机每个工作循环只有一次燃油喷射，故两个相邻波峰的时间间隔即为当前转速下柴油机运行一个工作循环所需的时间，利用这一时间就能计算出柴油机的当前转速。
3.1：油压信号的滤波：燃油波阵面的不断反射和叠加，使得压力波的局部变化比较复杂，这对识别波峰非常不利，必须对采集的油压信号进行滤波处理。
这里介绍采用数字滤波的频域方法，图4到图5为经低通滤波后的油压信号, 可以看出滤波后曲线更加光滑，有助于提高波峰识别的精度。这种滤波方法具有较好的频率选择性，方法简单且计算速度快。同时频域数据的突然截断造成的谱泄漏会导致滤波后的时域信号出现变形失真，例如波峰幅值的整体下降，但这一失真对波峰的提取影响不大, 数字滤波的频域方法可以达到预期目的。
3.2：转速计算原理：首先编程对滤波后的数据进行处理，寻找波峰位置，并存储相应的横坐标。程序设计中主要利用循环语句，对大于某一特定值 M 的数据进行扫描，当某一点的值大于其前后N 个点时，即认定此点为波峰，并将其对应的横坐标值存入数组Nt 中。若采样频率为fs ，则相邻两波峰的时间间隔：
∆T =(Nt (x +1) -Nt (x )) /fs
式中，(Nt (x +1) -Nt (x ) 为相邻两波峰间的采样点数：根据相邻波峰的时间间隔∆t 可 由以下公式计算发动机转速：
V =60C /∆T
式中，V 为两波峰间的平均速度；
C 为发动机完成单个工作循环所需转数，二冲程时C =1，四冲程时C =2；原理如图6：
3. 基于发动盖振动获取发动机转速信号
根据发动机在工作时，其气缸的爆发，活塞往复运动，曲轴转动都成周期性变化，所以可以推出发动机的振动也呈相似的周期性变化。振动是一种波，可以通过振动传感器对发动机的振动频率采集，再通过电脑对数据的分析，即可转换出发动机的转速。
首先设计一块单片机，内置振动传感器和wifi 模块，wifi 模块有利于把振动传感器收集的数据与计算机实现实时数据传输。计算机与wifi 模块连接，采用matlab 中的仿真模块，建立一个仿真函数，然后用示波器实时查看发动机转速的变化。然后把单片机安装在发动机缸盖上。振动传感器收集发动机燃烧爆发时的压力波，通过wifi 模块发送给计算机，计算机把这周期性的信号通过matlab 的仿真函数转换出发动机转速，然后可以在仿真模块里的示波器上看出转速的实时变化。
这种基于发动机振动测量转速的方法，操作简单，只需要在发动机上搭建一个合理的平台，搭建一个安装平台安装单片机，单片机的用电可以由汽车蓄电池提供，直接检测发动机振动情况，适用性广泛。