1. 发动机敲击的基本概念
发动机敲击（也称为爆震）是指发动机气缸内燃油与空气混合物在火花塞点燃之外发生不受控制的点燃。正常燃烧应该在活塞接近上止点时开始点燃，产生均匀的压力来推动活塞下行，从而最大化发动机的动力和效率。发动机敲击会造成气缸压力骤增，损坏发动机零部件，并且可能导致“滴答声”或“劈啪声”。错误的点火时机、使用低辛烷值汽油或点火组件故障都是引起敲击的常见原因。
2. 敲击传感器与信号调理系统
现代汽车通过敲击传感器系统实时监测发动机气缸内是否发生敲击。这些传感器通常安装在发动机缸体上，采用压电传感器来检测振动信号，信号通过信号调理器进行处理，然后传输给发动机控制模块（ECM），使其根据检测到的敲击信号调整点火时机，从而优化发动机的效率和燃油经济性。
3. 信号调理器的工作原理
以TI的TPIC8101信号调理器为例，它是一个高度集成的双通道信号调理接口，用于连接敲击传感器与ECM。信号调理器的内部结构包括两个宽带放大器、一个多路复用开关、一个三阶抗混叠滤波器（AAF）、一个模数转换器（ADC）、可编程增益放大器和带通滤波器等模块。通过这些模块，传感器的信号被处理成适合ECM读取的数据。
主要功能块：
- 输入放大器：负责放大传感器输出的信号。
- 带通滤波器：处理与发动机频率和敲击相关的信号。
- 积分器：对信号进行积分，以便进行有效的敲击识别。
- ADC转换：将模拟信号转换为数字信号供微处理器分析。
- 输出信号处理：通过数字到模拟转换（DAC）或者直接输出数字信号。
4. 传递函数与系统参数计算
TPIC8101的传递函数可以用以下公式表示：
V_{OUT} = V_{IN} imes A_{IN} imes A_{BP} imes A_{INT} imes e^{\left( rac{t}{ au} ight)}其中，是输入信号的幅度，是输入增益，是带通滤波器增益，是积分增益，是积分时间常数。
在实际应用中，需要根据具体的敲击信号参数（如频率、幅度、时间常数等）来设置这些系数。例如，假设输入信号幅度为300 mV，频率为7.3 kHz，积分时间为3 ms，输出信号要求为4.5 V。通过计算和调整这些系数，可以确保信号调理器正确处理信号，并将其传递给ECM进行处理。
5. 系统设计实例
一个具体的设计示例包括通过图形用户界面（GUI）输入各种参数值来配置系统。假设使用的系统频率为6 MHz，带通频率为7.27 kHz，积分时间常数为100 μs。根据这些输入，计算出相应的增益和滤波器系数，并通过SPI接口将它们加载到TPIC8101中。
最终，通过调节和校准这些参数，系统可以稳定工作，并生成适当的输出波形。示例波形显示了输入信号和经过调理后的输出信号。
6. 总结
发动机敲击控制对于优化发动机性能和保护发动机至关重要。通过使用如TPIC8101这样的高集成度信号调理器，可以有效地减轻ECM的处理负担，同时提高敲击检测的准确性。通过调整系统中的各个参数，可以精确控制敲击的识别和点火时机，从而优化燃油效率和发动机的整体表现。