發動機爆震及控制

現代發動機管理系統(EMS) 中，爆震控制是核心算法之一。由于頻繁爆震會損壞發動機，ECU必須采取措施制止爆震。為避免爆震，可以保守地設置點火提前角。但這以犧牲最佳點火時機為代價，使動力和燃油效率性能降低。增加爆震控制功能，發動機就可以實時調節點火時間。它可以逐漸加快點火正時，以提供更大的動力。當監測到爆震時，點火正時才后跳幾度來消除爆震，一般來說，爆震系統能提升約3%的動力性和5%的燃油經濟性。

爆震控制算法的最大挑戰是實現有效的爆震檢測。因為要快速準確地(如千分之一秒內)從發動機的正常噪音中分辨出爆震絕非易事，通常用專門的ASIC來完成。但MCU的功能日益強大，在系統設計中，要求MCU在控制發動機的同時完成精準的爆震檢測，目的是降低成本并提高系統可靠性。典型的MCU如飛思卡爾的Copperhead(MPC5554)，其內核強大的數字信號處理能力可以勝任各種爆震檢測算法。

爆震檢測的標準方法

爆震發生在做功沖程剛開始的時間里(壓縮沖程活塞運動到最高點(TDC)稍后的時間里)。我們不僅知道爆震共鳴聲的大致頻率(約為7K及其諧波)，還知道爆震發生的大致曲軸角度范圍。圖1是根據該原理的一個標準的爆震檢測框圖。常用的爆震傳感器內部封裝一個壓電陶瓷，將監聽到的發動機運行聲音轉換為電信號。來自爆震傳感器的電信號通過一個帶通濾波器。帶通濾波器將所需要的頻率信號提取出來。根據曲軸角度信號產生一個角度窗口，這個窗口覆蓋了爆震可能發生的時段。這樣，從檢測窗口輸出的信號就是在時域和頻域都做了選擇的，我們感興趣的爆震信號。為了判斷爆震的強度，最直接的方法就是將信號絕對值加起來，即能量集成。將能量集成后的數據與預先設定的爆震能量參考值進行比較，就可以判斷出爆震是否發生。

基于Monaco的片上爆震檢測方案

飛思卡爾推出了第一款90納米技術的專門針對中低端EMS應用的微處理器系列Monaco(MPC563xM)。 Monaco是基于Power Architecture架構的32位微處理器，其許多片上外設的及聯動邏輯設計充分考慮了爆震檢測的需要。把這些外設有效的配置運作起來就能夠高效地實現各種爆震檢測方案。對于相對簡單的爆震算法，一旦CPU將這些外設初始化好，它們甚至可以自治地運作，不再需要CPU的實時干預。即使對比較復雜的爆震算法，這些外設也能夠完成絕大部分的工作，極大降低了CPU的運算負荷。圖2是基于Monaco的一個比較典型的片上爆震檢測方案結構圖。圖中展示了所有與爆震功能有關的外設及邏輯連接。ADC的輸入端有可配置阻值的4個偏置電阻和一個可變增益放大器(VGA)，用于使動態范圍最大化以及補償發動機傳感器輸出信號幅度的變化。