淺談單片機在汽車工程中的應用

嚴利吉

（杭州汽車高級技工學校，浙江 杭州 310015）

單片機是一種集成在電路芯片、采用超大規模繼承電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU隨機儲存器RAM、只讀儲存器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計時器等功能集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。

單片機已經滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網絡通訊與數據傳輸，工業自動化過程的實時控制和數據處理，廣泛使用的各種智華轎車的安全保障系統、錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領域的機器人、智能儀表、醫療器械以及各種智能機械了。

隨著電子技術的發展，汽車電子化程度越來越高，國外汽車廣泛采用的計算機控制裝置和電子設備，已成為批量極大的機電一體化產品，如點火控制、制動防滑控制、汽油分配及車內空調、音像及門窗控制等。這些裝置和系統的采用，使汽車的行駛安全性、可靠性和舒適性有很大提高，節約了燃料，降低了對環境的污染，改進和提高了汽車的性能。這些系統的廣泛使用，在很大程度上得益于性能優良的微處理器的發展，汽車上的計算機控制系統基本上采用的都是單片機。計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備以及輸出設備五部分組成，早期的計算機因為體積龐大，價格昂貴，很少能在汽車上應用。采用大規模集成電路的單片機，把計算機的五個組成部分集成在一個芯片之內，體積小，價格低，性能高，一輛國外先進轎車就使用幾十個單片機。隨著汽車行業的大會戰，單片機在高性能汽車工程領域的地位會越來越重要。

1 單片機的具體應用

單片機在汽車電子工程中的應用非常廣泛，例如汽車中的發動機控制器、基于CAN總線的汽車發動機智能電子控制器、GPS導航系統、ABS防抱死系統、制動系統等等。隨著國家汽車工業化的日益發展和新技術的不斷涌現，汽車性能檢測的技術就顯得尤為重要。我國近幾年汽車性能檢測系統發展迅速，隨著單片機的滲入，推動了汽車制造業的發展。

經過幾十年的不斷改進與完善．我國單片機從最初的純數字電路型發展到現在的電子型和數字智能型。通過分析近年來電子衡器產品的發展情況及國內外市場的需求，電子衡器總的發展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化，汽車上使用的單片機系統功能的實現，除了必要的硬件支撐，還要完善的設計軟件。單片機軟件開發一般需要借助專用開發工具。單片機控制系統中除了單片機這個系統核心，尚需要各種模式的接口。有些系統包括全部或者含幾部分，按照要求決定系統規模。單片機是系統中樞，作出決策。

前向通道是系統的信息輸入端，將各種傳感器如水溫、氣壓、位置開關、空氣流量計、電池電壓等有關參數和連續模擬信號，經過信號調理電路處理，得到標準信號送人單片機。使單片機及時獲取系統運行信息。

后向通道將微機計算或邏輯判斷得到的控制量，送給執行機構，使系統按預定的規律運行。這些執行機構可能是閥門或電磁鐵等。系統運行過程中，需要駕駛員設定一些參數，同時要求及時控制運行過程的一些狀態，因此系統還要有一些人機交互接口。

汽車單片機系統的人機交互，不像電腦有鍵盤和顯示器，一般比較簡單，輸入設備為按鈕或簡單鍵盤，輸出一般為指示燈、LED，目前在進口汽車和部分國產汽車上，已廣泛使用各種單片機控制以及報警檢測系統，涉及發動機控制、安全防護及車內環境等很多方面。如電腦防盜安全報警系統、燃油噴射系統、汽車導行定位系統、電子安全防滑系統及防抱死系統、電腦安全氣囊系統、電腦控制懸架系統、汽車電子地圖、電子自動行駛系統、汽車自診斷系統、電子控制自動變速器、聲音警告系統、車門控制系統、旅行指導系統和微電腦空調系統等。

2 單片機的作用

2.1 保障汽車安全

汽車單片機應用系統如果出現故障，可能造成重大損失。可靠性對汽車單片機應用系統是至關重要的。安全體系越來越要求汽車單片機系統一旦出現故障，還要有應急備用系統，能夠暫時代替汽車單片機，維持汽車的運行。作為一個較為完善的軟件系統，除包括監控、管理、計算、檢測、自診斷和通信等功能外，還應具有優化的控制算法和控制邏輯、較高的實時性和抗電磁干擾的能力，從軟件上保證汽車單片機應用系統工作的可靠性。

2.2 靈活多變的防干擾能力

各種電氣設備產生的電磁波干擾和電壓波動，都會對汽車單片機系統的正常運行產生一定的干擾。單片機可以使汽車單片機系統能可靠、無故障地工作，對汽車應用進行妥善的保護，而且總質重量小，生產成本低廉，安裝可靠。

2.3 具有完善的掌控能力

針對汽車運行過程進行檢測和控制，都要及時地傳送大量數據和各種類型的信號。要求汽車單片機系統具有比較完備的模擬量和數字量輸入/輸出通道。汽車運行過程的控制信號是實時的，要求單片機對輸入信號的變化，具有足夠快的反應速度，能夠及時處理并改變控制信號，因此要求汽車單片機系統具有較完善的中斷處理能力。

2.4 可更新可擴展性

汽車單片機系統安裝在汽車上，使用者一般不是專業計算機人員，因此在設計操作系統和信號控制系統時，應簡單明了，便于操作，一旦發生故障，能及時查明原因，迅速予以排除。根據汽車生產和汽車運行過程中的可能變動，汽車單片機系統在輸入/輸出端口、存儲器等方面，應具有可擴展性。并應該留出數據接口，便于維修人員利用故障碼讀取器從單片機系統中讀取故障代碼，為維修提供方便。

3 汽車單片機的發展的拐點

3.1 電子循環系統易受干擾

首先是電子循環系統上的干擾，電子循環系統的干擾會對操作系統本身產生一系列的阻力，不能讓操作系統完善、有效地分析出當前所存在的問題。單片機一旦被干擾，會對系統的安全運行造成威脅。因此各種單片機系統在硬件和軟件設計初期，應重視和實施抗干擾設計。設計時必須權衡分配硬件和軟件抗干擾分工，且在系統發生干擾引起系統故障時，能帶故障按安全參數運行。

3.2 適應能力差

汽車行駛環境因地域而不同，系統的適應環境也就不同。當溫度過高時，電子元件的可操作性、穩定功能會逐漸下降，尤其是在熱帶地區，溫度過高會造成功能失效，引發一系列的故障問題。路況也會讓汽車承受不同的振感，當路面崎嶇時產生的振動，也會對系統造成較大的干擾，有些大幅度的振動，甚至會讓系統功能失效，造成操作短路。

4 結束語

隨著國際汽車技術的發展和生產模式的統一化，單片機技術在汽車工程領域的地位會越來越重要，未來的汽車競爭，趨向于單片機技術的競爭。我國單片機在汽車電子工程上的應用研究，起步較晚，技術落后。我國目前的汽車單片機工程技術還落后于國際先進水平，我國單片機的技術的發展已經積累了大量的國際先進經驗，還需要不斷的吸收與完善。在完善的同時，要培養大量、優秀的單片機領域人才，不斷鞏固我國汽車單片機工程的發展。在軸上，而曲軸轉速較低，所以應裝在曲軸上，制動器必然也裝在曲軸上。

采用摩擦離合器時，從壓力機能量消耗來看，當離合器裝在低速軸上，加速壓力機從動部分所需功和離合器接合時消耗的摩擦功都較小，能量消耗也小。從離合器工作條件看，低速軸上的離合器磨損系數小。故離合器工作條件好，但低速軸上離合器需要傳遞較大的扭矩，離合器結構尺寸大。此外，從傳動系統來看，現代壓力機傳動系統大多采用封閉在機身內，離合器不便裝在曲軸上。另外亦為了縮小離合器尺寸，降低制造成本，一般都置于轉速較高的飛輪軸上，制動器位置隨離合器位置而定。因高速軸上制動力矩小，可縮小制動器結構尺寸。

5 結束語

隨著工業的發展，不同規格的曲柄滑塊機構被應用到了更多的機械中。它在機械制造工業以及其它工業的生產中的作用愈來愈顯著，在汽車、農業機械、電子、醫療機械、國防、航空航天以及日用品等工業部門都有廣泛的應用。因而提高機械的自動化程度，降低工人的勞動強度，改善勞動條件都離不開對曲柄滑塊機構的研究。

[1]常 勇，李延平.關于曲柄滑塊機構固定鉸鏈點的位置問題[J].機械設計，2005，（9）：37-39.

[2]劉長榮，鄭玉才.機械設計基礎[M].北京：中國農業科技出版社，2003.