潘張忠 浙江汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院

單片機(jī)在汽車工程中的應(yīng)用

潘張忠 浙江汽車職業(yè)技術(shù)學(xué)院

單片機(jī)具有體積小、可靠性高、控制功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高和使用方便、容易產(chǎn)品化等一系列優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)已深入應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)各行各業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新?lián)Q代起重要的推動(dòng)作用。這里對(duì)單片機(jī)在汽車工程中的應(yīng)用作了簡(jiǎn)要綜述。

單片機(jī);汽車

隨著汽車電子化、智能化的高速發(fā)展，單片機(jī)在汽車工程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。在汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的燃油噴射裝置、安全系統(tǒng)中的剎車防抱死裝置、高檔汽車的溫度、座椅等舒適度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置中，無(wú)不大量采用了單片機(jī)作為核心控制器件。例如，德國(guó)戴姆勒-奔馳公司曾為其高檔轎車開發(fā)的一種防側(cè)滑系統(tǒng)，使用了近30個(gè)單片機(jī)，通過(guò)傳感器感知司機(jī)失常的轉(zhuǎn)彎動(dòng)作，并自動(dòng)接管控制，對(duì)四個(gè)輪子的剎車及動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行控制，保證汽車正確轉(zhuǎn)彎，防止側(cè)滑[1]。以下對(duì)單片機(jī)在汽車工程中的應(yīng)用簡(jiǎn)要做點(diǎn)介紹：

1 單片機(jī)在汽車前橋磨合試驗(yàn)臺(tái)中的應(yīng)用

汽車尤其是大中型汽車路試時(shí)占用路面多并且消耗大量人力和物力,這種狀況已不適應(yīng)汽車快速發(fā)展的要求,因此汽車出廠前的質(zhì)量性能試驗(yàn)已由傳統(tǒng)的路試轉(zhuǎn)向臺(tái)試。磨合試驗(yàn)臺(tái)是汽車質(zhì)檢線中的第一道檢驗(yàn)裝置。它的作用是對(duì)汽車前橋、后橋進(jìn)行磨合,使汽車達(dá)到路試磨合的狀態(tài),為后繼其他項(xiàng)目的質(zhì)量檢測(cè)奠定基礎(chǔ)。汽車前橋磨合試驗(yàn)臺(tái)是汽車整車質(zhì)量檢測(cè)線中的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分,采用單片機(jī)作為檢測(cè)臺(tái)的控制器,它具有抗干擾能力強(qiáng)、動(dòng)作準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)緊湊、編程靈活的特點(diǎn)。該設(shè)備自動(dòng)化程度高,可靠性好,既可單機(jī)作為各安檢站的檢測(cè)設(shè)備,也可與其他設(shè)備聯(lián)機(jī)組成自動(dòng)化檢測(cè)線。

磨合試驗(yàn)臺(tái)是質(zhì)檢線中相對(duì)獨(dú)立且非常重要的工序,該裝置能否有效地試驗(yàn)新車,直接影響汽車生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)效率及對(duì)汽車行駛的質(zhì)量安全性能進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的判斷的結(jié)果。試驗(yàn)臺(tái)采用主、惰滾筒前后分布結(jié)構(gòu),用調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)滾筒。左、右主滾筒由聯(lián)軸器相連。汽車試驗(yàn)時(shí),汽車前橋上的2個(gè)輪子分別置于左右的主、惰滾筒上(見圖1)。成框圖?？刂葡到y(tǒng)以8031單片機(jī)為核心,由受試車司機(jī)通過(guò)手持式控制盒實(shí)現(xiàn)對(duì)8031的指令通訊。當(dāng)單片機(jī)接受到“速度、時(shí)間設(shè)定”指令后,在顯示牌上顯示該設(shè)定值,并通過(guò)8位D/A直接控制調(diào)速電機(jī)的速度。當(dāng)單片機(jī)接受到“就位、磨合開始、磨合結(jié)束”等指令時(shí),便向PLC發(fā)出相應(yīng)指令,以實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)各機(jī)械設(shè)備的動(dòng)作控制。

圖2 為磨合臺(tái)單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件構(gòu)

硬件電路采用模塊化設(shè)計(jì)。各模塊之間相對(duì)獨(dú)立,便于調(diào)試和更新?lián)Q代。這些模塊電路如下:①單片機(jī)系統(tǒng);②手持控制盒電路;③速度設(shè)定電路;④時(shí)間設(shè)定電路;⑤倒計(jì)時(shí)電路;⑥D(zhuǎn)/A轉(zhuǎn)換電路;⑦報(bào)警電路;⑧送PLC信號(hào)發(fā)生電路;⑨掉電保持電路;⑩電流電路[2]。

2 單片機(jī)在汽車上的其他應(yīng)用

(1)單片機(jī)在汽車氣—液點(diǎn)火轉(zhuǎn)換裝置中的應(yīng)用

針對(duì)汽車氣—液點(diǎn)火提前角不同,通過(guò)單片機(jī)測(cè)量出發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速并由轉(zhuǎn)速改變汽車的點(diǎn)火提前角,從而改善汽車在燃?xì)鈺r(shí)的排放狀況。目前以液化氣為燃料的汽車以其排放污染小而越來(lái)越多地受到人們的關(guān)注。一般情況下是將現(xiàn)有的以汽油為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)改裝成為可使用液化氣燃料,這樣就必須增加一套控制裝置來(lái)對(duì)氣、油切換,同時(shí)改變?cè)谌細(xì)鈺r(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火提前角以使燃燒充分。單片機(jī)以其體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)場(chǎng)合廣泛應(yīng)用。這里針對(duì)汽車對(duì)氣、油切換裝置的要求,設(shè)計(jì)了抗干擾性強(qiáng)、價(jià)格低、體積小的切換裝置,通過(guò)實(shí)際應(yīng)用表明該裝置的性能滿足要求并已產(chǎn)品化。要使駕駛員隨時(shí)了解氣瓶中所剩氣量,因而利用汽車氣瓶上的浮標(biāo)采用電壓比較芯片LM339A組成的比較電路使指示氣量的發(fā)光二極管發(fā)光,從而指示出氣量的多少[3]。

(2)單片機(jī)在汽油機(jī)點(diǎn)火提前角自適應(yīng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

為了節(jié)省燃油和滿足嚴(yán)格的排放要求,目前車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正廣泛使用計(jì)算機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)和燃油噴射系統(tǒng)。但小型汽油機(jī)特別是摩托車用汽油機(jī)目前仍使用傳統(tǒng)的點(diǎn)火裝置(或一般電子點(diǎn)火裝置)和化油器,使得其排污嚴(yán)重,油耗偏高。由于近幾年摩托車數(shù)量迅速增多,社會(huì)擁有量已達(dá)上千萬(wàn)輛,其總耗油量相當(dāng)可觀,對(duì)大氣環(huán)境的影響也很嚴(yán)重。在此情況下,我們研制了一種采用單片機(jī)控制的小型汽油機(jī)點(diǎn)火時(shí)間自適應(yīng)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)使發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)間始終處于最優(yōu)值,從而使油耗降低,功率上升,并且排污減少。

為測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)采用單片微機(jī)控制后的效果,我們將該系統(tǒng)安裝在蒲陵機(jī)器廠生產(chǎn)的PL50型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上,與原無(wú)觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明,使用單片微機(jī)控制系統(tǒng)后,油耗可降低2%～7%,動(dòng)力性也有所提高,最大功率增加6%,最大扭矩提高2%[4]。

(3)單片機(jī)在汽車車輪動(dòng)平衡測(cè)量中的應(yīng)用研究

隨著道路質(zhì)量的提高和高等級(jí)公路及高速公路的飛速發(fā)展，汽車行駛速度愈來(lái)愈高，因此對(duì)車輪平衡度的要求愈來(lái)愈嚴(yán)格。如果車輪不平衡，將不僅使車輪跳動(dòng)和擺振，影響汽車的行駛平順性和乘坐舒適性，而且車輛難以控制，也會(huì)影響汽車行駛的安全性。此外，還因加劇了車輪及有關(guān)機(jī)件的磨損和沖擊，將縮短汽車的使用壽命，增加汽車的運(yùn)輸成本。

常規(guī)的車輪動(dòng)平衡儀分為機(jī)械式和電測(cè)式，其檢測(cè)裝置以分立元件為核心，由傳感磁頭、傳感器、頻閃燈、不平衡度表或數(shù)字顯示屏等組成，測(cè)試過(guò)程受外界因素影響較大，測(cè)試精度較低。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外已研究生產(chǎn)了全自動(dòng)車輪動(dòng)平衡機(jī)，測(cè)試精度高，但價(jià)格貴，不便于推廣使用。以單片機(jī)為核心的車輪動(dòng)平衡測(cè)量系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)試速度快、數(shù)據(jù) 處理能力強(qiáng)、精度高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的推廣價(jià)值[5]。

3 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

單片機(jī)目前的發(fā)展趨勢(shì)隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展及系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的提高,單片機(jī)正在不斷產(chǎn)生新的變化和進(jìn)步,單片機(jī)與微機(jī)系統(tǒng)之間的距離越來(lái)越小,甚至難以辨認(rèn)。單片機(jī)在目前的發(fā)展形勢(shì)下,表現(xiàn)出以下幾大趨勢(shì):(1)可靠性及應(yīng)用水平越來(lái)越高,和互聯(lián)網(wǎng)的連接已是一種明顯的走向?，F(xiàn)在的新型單片機(jī)已經(jīng)集成IP技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù),對(duì)網(wǎng)絡(luò)的連接支持功能越來(lái)越強(qiáng)。(2)所集成的部件越來(lái)越多;單片機(jī)在內(nèi)部已集成了越來(lái)越多的部件,這些部件包括一般常用的電路,例如:定時(shí)器,比較器,A/D轉(zhuǎn)換器,D/A轉(zhuǎn)換器,串行通信接口,Watchdog電路,LCD控制器等。有的單片機(jī)為了構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)或形成局部網(wǎng),內(nèi)部含有局部網(wǎng)絡(luò)控制模塊CAN。NS (美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體)公司的單片機(jī)已把語(yǔ)音、圖像部件也集成到單片機(jī)中,如果從功能上講它可以是萬(wàn)用機(jī),原因是其內(nèi)部已集成上各種應(yīng)用電路。(3)功耗越來(lái)越低?，F(xiàn)在新的單片機(jī)的功耗越來(lái)越小,特別是很多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式,這些工作方式包括等待,暫停,睡眠,空閑,節(jié)電等工作方式。零功耗系統(tǒng)正是當(dāng)前設(shè)計(jì)的追求目標(biāo)。(4)和模擬電路結(jié)合越來(lái)越多。單片機(jī)正被廣泛的嵌入到各種應(yīng)用系統(tǒng)中。單片機(jī)的另外一個(gè)名稱就是嵌入式微控制器,原因在于它可以嵌入到任何微型或小型儀器或設(shè)備中。(5)可靠性越來(lái)越高。在單片機(jī)應(yīng)用中,可靠性是首要的因素,單片機(jī)自身的可靠性技術(shù)正在不斷發(fā)展。

單片機(jī)自身的可靠性技術(shù):EFT (ElectricalFastTransient)技術(shù)，EFT技術(shù)是一種抗干擾技術(shù)；低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)；采用低頻時(shí)鐘；采用多源復(fù)位；軟件方面的措施，單片機(jī)本身在指令設(shè)計(jì)上也有一些抗干擾的考慮。非法指令復(fù)位或非法指令中斷是指當(dāng)運(yùn)行程序時(shí)遇到非法指令或非法尋址空間能產(chǎn)生復(fù)位或中斷。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序是事先寫好的,不可能有非法指令或?qū)ぶ?要么就是系統(tǒng)受到干擾,CPU讀指令時(shí)出錯(cuò)了[7]。

[1]黃濤. 單片機(jī)在汽車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.電子世界.30～31

[2]趙燕、張萍、鄭鈞宜. 單片機(jī)在汽車前橋磨合試驗(yàn)臺(tái)中的應(yīng)用. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào).信息與管理工程版. 第23卷第3期.2001 (9)：90～92

[3]童忠志，侯遠(yuǎn)龍.單片機(jī)在汽車氣—液點(diǎn)火轉(zhuǎn)換裝置中的應(yīng)用.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化.第23卷第1期.2001 (2)：47～49

[4]何培祥，李慶東，張朗軒.汽油機(jī)點(diǎn)火提前角單片微機(jī)自適應(yīng)控制系統(tǒng)的研究.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào).1997（1）： 3～6

[5]胡小平，胡燕平，劉建奇.單片機(jī)在汽車車輪動(dòng)平衡測(cè)量中的應(yīng)用研究.制造業(yè)自動(dòng)化.第23卷第5期.2001(5)：40～42

[6]居水榮.單片機(jī)及其發(fā)展趨勢(shì).半導(dǎo)體情報(bào).第38卷第2期.2001(4)：15～18

[7]陳衛(wèi)兵.單片機(jī)自身的可靠性技術(shù)發(fā)展.微電子技術(shù).第31卷第4期.總第152期.2003(8)：16～18

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.24.063