摘 要： 通过LabCar软硬件结合实现了曲轴与凸轮轴位置传感器信号模拟，对比分析研究了模拟信号与理论转速信号的差异。结果表明，基于LabCar模拟出的曲轴凸轮轴位置信号与理论信号一致，模拟信号能被ECU精确识别，从而提高了高压共轨ECU硬件在环测试效率，具有很好的应用价值。
关键词： 曲轴与凸轮轴传感器； LabCar； 信号模拟； ECU
中图分类号： TN911.7?34； TK422 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）07?0126?03
Research on signals of crankshaft and camshaft position sensors based on LabCar
YANG Xue?ping， SHEN Li?zhong
（Traffic Engineering Institute， Kunming University of Science and Technology， Kunming 650500， China）
Abstract： The simulation of crankshaft and camshaft position sensor signals is realized by combining LabCar hardware with software. The difference between analog signal and theory speed signal is compared and analyzed. The results show that the crankshaft and camshaft position sensor signals simulated by LabCar are consistent with theory signal. The analog signals can be exactly identified by ECU. The test efficiency of high?pressure common rail ECU hardware in loop was improved. It is of practical value.
Keywords： crankshaft and camshaft sensor； LabCar； signal simulation； ECU
0 引 言
车辆的动力性、舒适性和排放很大程度上依赖于发动机控制单元（ECU）的质量。面对电控系统功能不断增强而开发周期却不断缩短的要求，软件硬件开发工程师的压力也越来越大[1]。传统的ECU开发流程已经难以完成现代控制系统的设计。
现代的ECU开发流程采用V模式，如图1所示。在V模式中，硬件在环仿真测试环节是非常关键的一环[2]，利用它可以大大缩短ECU的开发周期和减少所花的经费。硬件在环仿真技术（Hardware In the Loop）实际上就是将实际仿真对象用高速运行的实时仿真模型来代替，而结构复杂部分用实物接入的方式构成一个虚拟的测试环境进行测试，这个虚拟的测试环境将尽可能模拟实际被测对象的运行状态。
ECU硬件在环中，各种传感器信号的模拟产生决定了测试的基础，传感器信号的正确与否，关系到ECU能否满足测试需求，关系到能否开发出高效稳定的ECU。正是由于上述原因，曲轴与凸轮轴位置传感器信号的研究成为了重中之重，利用LabCar软件和硬件模拟出传感器信号对ECU开发具有重要意义[3]。
图1 V模式
1 曲轴和凸轮轴位置传感器物理特性
传感器信号的物理特性是指曲轴信号盘和凸轮轴信号盘的均布齿数、缺齿数（或多齿数）以及两个信号盘之间的安装角度相对位置关系。
为保证“判缸”的精度，曲轴信号盘的齿数应该较密一些，而凸轮轴信号盘的齿数可以相对稀疏一些。由于待测ECU是根据四缸高压共轨柴油机而开发的，以四缸高压共轨柴油机为例，其中凸轮轴信号盘为（4+1）齿，即4个正常齿和一个多余的齿。曲轴信号盘为（60-2）齿，即58个正常齿和2个缺齿；齿盘匀速转动一周，传感器输出信号为58个等周期的方波和一个2倍周期的异形波（大齿方波），齿盘连续转动，信号周而复始。
发动机在一个工作循环中，曲轴转两周，凸轮轴转一周。根据发动机特性，做如下安装定义，曲轴缺齿后第20齿的下降沿为1缸压缩上止点（相当于缺齿后120°CA），如图2所示。凸轮轴第一齿的下降沿距离1缸上止点为60°CA，凸轮轴多齿下降沿距离1缸上止点为15°CA。
图2 曲轴和凸轮轴传感器信号
当然，这几个角度差没有特别的要求，意味着凸轮轴信号盘和曲轴信号盘之间的相对位置，以及它们相对TDC1的位置是可以自由安装的，安装后根据装配关系对LabCar软硬件进行编辑关联即可。
2 LabCar软硬件仿真传感器信号
2.1 模拟原理
LabCar是汽车电子控制单元硬件在环仿真测试系统，主要由软件、硬件及信号接口组成。软件主要用于汽车发动机模型的修改和创建、实时仿真的控制、信号的排序以及硬件的驱动；硬件主要用于仿真汽车传感器和执行器，接收由控制单元输出的控制信号，以及产生控制单元所需的输入信号。信号接口实际上起着连接虚拟和真实世界的桥梁；LabCar模型输出转速模拟值，硬件板卡接收处理后，转换成电压量传输给ECU。仿真原理框图如图3所示。
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