單片機在汽車工程中的應用

潘張忠 浙江汽車職業技術學院

單片機在汽車工程中的應用

潘張忠 浙江汽車職業技術學院

單片機具有體積小、可靠性高、控制功能強、性能價格比高和使用方便、容易產品化等一系列優點。現已深入應用到國民經濟的各個領域，對各行各業的技術改造和產品的更新換代起重要的推動作用。這里對單片機在汽車工程中的應用作了簡要綜述。

單片機;汽車

隨著汽車電子化、智能化的高速發展，單片機在汽車工程中發揮著越來越重要的作用。在汽車動力系統中的燃油噴射裝置、安全系統中的剎車防抱死裝置、高檔汽車的溫度、座椅等舒適度自動調節裝置中，無不大量采用了單片機作為核心控制器件。例如，德國戴姆勒-奔馳公司曾為其高檔轎車開發的一種防側滑系統，使用了近30個單片機，通過傳感器感知司機失常的轉彎動作，并自動接管控制，對四個輪子的剎車及動力系統進行控制，保證汽車正確轉彎，防止側滑[1]。以下對單片機在汽車工程中的應用簡要做點介紹：

1 單片機在汽車前橋磨合試驗臺中的應用

汽車尤其是大中型汽車路試時占用路面多并且消耗大量人力和物力,這種狀況已不適應汽車快速發展的要求,因此汽車出廠前的質量性能試驗已由傳統的路試轉向臺試。磨合試驗臺是汽車質檢線中的第一道檢驗裝置。它的作用是對汽車前橋、后橋進行磨合,使汽車達到路試磨合的狀態,為后繼其他項目的質量檢測奠定基礎。汽車前橋磨合試驗臺是汽車整車質量檢測線中的一個相對獨立的部分,采用單片機作為檢測臺的控制器,它具有抗干擾能力強、動作準確、結構緊湊、編程靈活的特點。該設備自動化程度高,可靠性好,既可單機作為各安檢站的檢測設備,也可與其他設備聯機組成自動化檢測線。

磨合試驗臺是質檢線中相對獨立且非常重要的工序,該裝置能否有效地試驗新車,直接影響汽車生產廠家的生產效率及對汽車行駛的質量安全性能進行快速、準確的判斷的結果。試驗臺采用主、惰滾筒前后分布結構,用調速電機驅動主動滾筒。左、右主滾筒由聯軸器相連。汽車試驗時,汽車前橋上的2個輪子分別置于左右的主、惰滾筒上(見圖1)。成框圖。控制系統以8031單片機為核心,由受試車司機通過手持式控制盒實現對8031的指令通訊。當單片機接受到“速度、時間設定”指令后,在顯示牌上顯示該設定值,并通過8位D/A直接控制調速電機的速度。當單片機接受到“就位、磨合開始、磨合結束”等指令時,便向PLC發出相應指令,以實現對試驗臺各機械設備的動作控制。

圖2 為磨合臺單片機控制系統硬件構

硬件電路采用模塊化設計。各模塊之間相對獨立,便于調試和更新換代。這些模塊電路如下:①單片機系統;②手持控制盒電路;③速度設定電路;④時間設定電路;⑤倒計時電路;⑥D/A轉換電路;⑦報警電路;⑧送PLC信號發生電路;⑨掉電保持電路;⑩電流電路[2]。

2 單片機在汽車上的其他應用

(1)單片機在汽車氣—液點火轉換裝置中的應用

針對汽車氣—液點火提前角不同,通過單片機測量出發動機的轉速并由轉速改變汽車的點火提前角,從而改善汽車在燃氣時的排放狀況。目前以液化氣為燃料的汽車以其排放污染小而越來越多地受到人們的關注。一般情況下是將現有的以汽油為燃料的發動機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對氣、油切換,同時改變在燃氣時發動機點火提前角以使燃燒充分。單片機以其體積小、價格低等優點在工業場合廣泛應用。這里針對汽車對氣、油切換裝置的要求,設計了抗干擾性強、價格低、體積小的切換裝置,通過實際應用表明該裝置的性能滿足要求并已產品化。要使駕駛員隨時了解氣瓶中所剩氣量,因而利用汽車氣瓶上的浮標采用電壓比較芯片LM339A組成的比較電路使指示氣量的發光二極管發光,從而指示出氣量的多少[3]。

(2)單片機在汽油機點火提前角自適應控制系統的應用

為了節省燃油和滿足嚴格的排放要求,目前車用汽油發動機正廣泛使用計算機控制的點火系統和燃油噴射系統。但小型汽油機特別是摩托車用汽油機目前仍使用傳統的點火裝置(或一般電子點火裝置)和化油器,使得其排污嚴重,油耗偏高。由于近幾年摩托車數量迅速增多,社會擁有量已達上千萬輛,其總耗油量相當可觀,對大氣環境的影響也很嚴重。在此情況下,我們研制了一種采用單片機控制的小型汽油機點火時間自適應控制系統,該系統使發動機的點火時間始終處于最優值,從而使油耗降低,功率上升,并且排污減少。

為測試發動機點火系統采用單片微機控制后的效果,我們將該系統安裝在蒲陵機器廠生產的PL50型汽油發動機上,與原無觸點點火系統進行了對比試驗,試驗結果表明,使用單片微機控制系統后,油耗可降低2%～7%,動力性也有所提高,最大功率增加6%,最大扭矩提高2%[4]。

(3)單片機在汽車車輪動平衡測量中的應用研究

隨著道路質量的提高和高等級公路及高速公路的飛速發展，汽車行駛速度愈來愈高，因此對車輪平衡度的要求愈來愈嚴格。如果車輪不平衡，將不僅使車輪跳動和擺振，影響汽車的行駛平順性和乘坐舒適性，而且車輛難以控制，也會影響汽車行駛的安全性。此外，還因加劇了車輪及有關機件的磨損和沖擊，將縮短汽車的使用壽命，增加汽車的運輸成本。

常規的車輪動平衡儀分為機械式和電測式，其檢測裝置以分立元件為核心，由傳感磁頭、傳感器、頻閃燈、不平衡度表或數字顯示屏等組成，測試過程受外界因素影響較大，測試精度較低。近年來國內外已研究生產了全自動車輪動平衡機，測試精度高，但價格貴，不便于推廣使用。以單片機為核心的車輪動平衡測量系統具有結構簡單、測試速度快、數據 處理能力強、精度高、價格低廉等優點，具有廣泛的推廣價值[5]。

3 單片機的發展趨勢

單片機目前的發展趨勢隨著半導體工藝技術的發展及系統設計水平的提高,單片機正在不斷產生新的變化和進步,單片機與微機系統之間的距離越來越小,甚至難以辨認。單片機在目前的發展形勢下,表現出以下幾大趨勢:(1)可靠性及應用水平越來越高,和互聯網的連接已是一種明顯的走向。現在的新型單片機已經集成IP技術與藍牙技術,對網絡的連接支持功能越來越強。(2)所集成的部件越來越多;單片機在內部已集成了越來越多的部件,這些部件包括一般常用的電路,例如:定時器,比較器,A/D轉換器,D/A轉換器,串行通信接口,Watchdog電路,LCD控制器等。有的單片機為了構成控制網絡或形成局部網,內部含有局部網絡控制模塊CAN。NS (美國國家半導體)公司的單片機已把語音、圖像部件也集成到單片機中,如果從功能上講它可以是萬用機,原因是其內部已集成上各種應用電路。(3)功耗越來越低。現在新的單片機的功耗越來越小,特別是很多單片機都設置了多種工作方式,這些工作方式包括等待,暫停,睡眠,空閑,節電等工作方式。零功耗系統正是當前設計的追求目標。(4)和模擬電路結合越來越多。單片機正被廣泛的嵌入到各種應用系統中。單片機的另外一個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備中。(5)可靠性越來越高。在單片機應用中,可靠性是首要的因素,單片機自身的可靠性技術正在不斷發展。

單片機自身的可靠性技術:EFT (ElectricalFastTransient)技術，EFT技術是一種抗干擾技術；低噪聲布線技術及驅動技術；采用低頻時鐘；采用多源復位；軟件方面的措施，單片機本身在指令設計上也有一些抗干擾的考慮。非法指令復位或非法指令中斷是指當運行程序時遇到非法指令或非法尋址空間能產生復位或中斷。單片機應用系統程序是事先寫好的,不可能有非法指令或尋址,要么就是系統受到干擾,CPU讀指令時出錯了[7]。

[1]黃濤. 單片機在汽車控制系統中的應用.電子世界.30～31

[2]趙燕、張萍、鄭鈞宜. 單片機在汽車前橋磨合試驗臺中的應用. 武漢理工大學學報.信息與管理工程版. 第23卷第3期.2001 (9)：90～92

[3]童忠志，侯遠龍.單片機在汽車氣—液點火轉換裝置中的應用.電氣傳動自動化.第23卷第1期.2001 (2)：47～49

[4]何培祥，李慶東，張朗軒.汽油機點火提前角單片微機自適應控制系統的研究.農業工程學報.1997（1）： 3～6

[5]胡小平，胡燕平，劉建奇.單片機在汽車車輪動平衡測量中的應用研究.制造業自動化.第23卷第5期.2001(5)：40～42

[6]居水榮.單片機及其發展趨勢.半導體情報.第38卷第2期.2001(4)：15～18

[7]陳衛兵.單片機自身的可靠性技術發展.微電子技術.第31卷第4期.總第152期.2003(8)：16～18

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.24.063