柴油机电控系统输入信号处理电路的设计

【摘要】柴油机电控系统处理的信号包括输入信号和输出信号。输入信号主要是转速、启动开关、转角、怠速等开关信号和温度、空气流量、压力、节气门开度等模拟信号。电控系统依据信号的特点及相应的传感器类型进行处理。根据柴油机电控系统输入信号处理的原理，设计了曲轴和凸轮轴处理电路、模拟量输入处理电路和开关量输入处理电路。

【关键词】电路；电控系统；输入信号

1.引言

汽车电子控制系统在现代汽车上的地位越来越重要。传统柴油机存在的主要问题是噪声大、污染严重，在柴油机上采用电子控制技术能够使得其动力性、经济性、舒适性、可靠性、排放及噪声等性能指标得到了显著的改善，得到了很大的发展。

2.柴油机电控系统输入信号处理原理

柴油机电控系统输入信号的处理电路包括模拟信号、开关信号和频率信号等输入信息的处理。模拟信号包括压力传感器信号，节气门开度传感器信号，温度传感器信号，空气流量计信号等，经过A/D转换，放大后变成微控制器能处理的数字信号。当输入信号为怠速，转角，起动开关，转速等开关量时，需进行放大，整形，滤波，变为微控制器外围电路的标准电压范围内，然后输入微控制器进行处理。

3.输入信号处理电路的设计

3.1 曲轴和凸轮轴输入处理电路

曲轴和凸轮轴输入处理电路包括均值电路、比较电路，均值电路用来获得信号的平均值，然后将其与瞬时到来的信号通过比较电路相比較，如果瞬时信号的值高于平均值时就输出有效的高电平，使原来带有尖峰脉冲的瞬时信号变为规则的周期信号输入给微控制器，电路如图1所示。从发动机采集的信号分成两路，一路输入到参考电压端，另一路送至比较电压端。

在这里，测试方波整形电路时，输入的模拟信号是使用信号发生器产生的正弦波，通过改变，正弦波的频率测试了在不同的频率下，其整形效果比较理想。

图1 曲轴、凸轮轴输入处理电路

3.2 模拟信号输入处理电路

柴油机的模拟输入信号主要有油门踏板位置、空气温度、冷却液温度、机油温度、燃油温度、空气压力、机油压力和车速传感器模拟输入等。模拟信号输入处理电路如图2所示。通过PNP型三极管和，实现电控系统中的过压保护和传感器的阻抗匹配。当输入的电压大于5V时，开关型二极管起作用，把电压钳制在5V，保护系统电路。

图2 模拟量输入电压保护电路

当输入的电压小于5V的时，模拟量的输入和输出电压差只有0.06V，满足电路使用的要求；当输入的电压超过5V的时，随着输入电压的升高，输入到CPU中的电压经保护之后略有升高，升高的幅度很小，即使输入电压达到30V时，CPU输入端的电压也只有5.4V，完全在CPU的可承受电压范围之内，达到了电压保护的目的。

3.3 开关量输入信号处理电路

电控系统中需要处理的开关量信号包括怠速开关，发动机制动开关等。这些开关量都是0-24V的输入电平，而柴油机电控系统的核心控制器能处理的电平范围是0-5V。因此，开关量输入信号处理电路既要能实现电平的转换，也能够对核心控制器进行隔离保护。

开关量输入转换电路如图3所示。电路中比较器LM2903实现输入信号的电平转换，将开关量的输入信号电平转化为TTL电平，送到微控制器。由于电路没有引入反馈，因此其抗干扰的能力较差，在相对应的硬件驱动程序上引入了去抖动，再通过软硬件结合，能够弥补这部分电路的不足，满足系统的需求。

图3 开关量输入转换电路

4.结论

电子控制系统以其精准的信号采集能力和处理能力，极大的提高了柴油发动机的控制精度，改善了发动机的工作性能。本文介绍了柴油发动机电子控制系统输入信号处理部分的电路设计，为后续柴油机电控系统的研发奠定了基础，具有一定的实用价值。

参考文献

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作者简介：王政和（1989—），男，山东烟台人，研究方向：汽车运用工程。

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