单片机在汽车工程中的应用

潘张忠 浙江汽车职业技术学院

单片机在汽车工程中的应用

潘张忠 浙江汽车职业技术学院

单片机具有体积小、可靠性高、控制功能强、性能价格比高和使用方便、容易产品化等一系列优点。现已深入应用到国民经济的各个领域，对各行各业的技术改造和产品的更新换代起重要的推动作用。这里对单片机在汽车工程中的应用作了简要综述。

单片机;汽车

随着汽车电子化、智能化的高速发展，单片机在汽车工程中发挥着越来越重要的作用。在汽车动力系统中的燃油喷射装置、安全系统中的刹车防抱死装置、高档汽车的温度、座椅等舒适度自动调节装置中，无不大量采用了单片机作为核心控制器件。例如，德国戴姆勒-奔驰公司曾为其高档轿车开发的一种防侧滑系统，使用了近30个单片机，通过传感器感知司机失常的转弯动作，并自动接管控制，对四个轮子的刹车及动力系统进行控制，保证汽车正确转弯，防止侧滑[1]。以下对单片机在汽车工程中的应用简要做点介绍：

1 单片机在汽车前桥磨合试验台中的应用

汽车尤其是大中型汽车路试时占用路面多并且消耗大量人力和物力,这种状况已不适应汽车快速发展的要求,因此汽车出厂前的质量性能试验已由传统的路试转向台试。磨合试验台是汽车质检线中的第一道检验装置。它的作用是对汽车前桥、后桥进行磨合,使汽车达到路试磨合的状态,为后继其他项目的质量检测奠定基础。汽车前桥磨合试验台是汽车整车质量检测线中的一个相对独立的部分,采用单片机作为检测台的控制器,它具有抗干扰能力强、动作准确、结构紧凑、编程灵活的特点。该设备自动化程度高,可靠性好,既可单机作为各安检站的检测设备,也可与其他设备联机组成自动化检测线。

磨合试验台是质检线中相对独立且非常重要的工序,该装置能否有效地试验新车,直接影响汽车生产厂家的生产效率及对汽车行驶的质量安全性能进行快速、准确的判断的结果。试验台采用主、惰滚筒前后分布结构,用调速电机驱动主动滚筒。左、右主滚筒由联轴器相连。汽车试验时,汽车前桥上的2个轮子分别置于左右的主、惰滚筒上(见图1)。成框图。控制系统以8031单片机为核心,由受试车司机通过手持式控制盒实现对8031的指令通讯。当单片机接受到“速度、时间设定”指令后,在显示牌上显示该设定值,并通过8位D/A直接控制调速电机的速度。当单片机接受到“就位、磨合开始、磨合结束”等指令时,便向PLC发出相应指令,以实现对试验台各机械设备的动作控制。

图2 为磨合台单片机控制系统硬件构

硬件电路采用模块化设计。各模块之间相对独立,便于调试和更新换代。这些模块电路如下:①单片机系统;②手持控制盒电路;③速度设定电路;④时间设定电路;⑤倒计时电路;⑥D/A转换电路;⑦报警电路;⑧送PLC信号发生电路;⑨掉电保持电路;⑩电流电路[2]。

2 单片机在汽车上的其他应用

(1)单片机在汽车气—液点火转换装置中的应用

针对汽车气—液点火提前角不同,通过单片机测量出发动机的转速并由转速改变汽车的点火提前角,从而改善汽车在燃气时的排放状况。目前以液化气为燃料的汽车以其排放污染小而越来越多地受到人们的关注。一般情况下是将现有的以汽油为燃料的发动机改装成为可使用液化气燃料,这样就必须增加一套控制装置来对气、油切换,同时改变在燃气时发动机点火提前角以使燃烧充分。单片机以其体积小、价格低等优点在工业场合广泛应用。这里针对汽车对气、油切换装置的要求,设计了抗干扰性强、价格低、体积小的切换装置,通过实际应用表明该装置的性能满足要求并已产品化。要使驾驶员随时了解气瓶中所剩气量,因而利用汽车气瓶上的浮标采用电压比较芯片LM339A组成的比较电路使指示气量的发光二极管发光,从而指示出气量的多少[3]。

(2)单片机在汽油机点火提前角自适应控制系统的应用

为了节省燃油和满足严格的排放要求,目前车用汽油发动机正广泛使用计算机控制的点火系统和燃油喷射系统。但小型汽油机特别是摩托车用汽油机目前仍使用传统的点火装置(或一般电子点火装置)和化油器,使得其排污严重,油耗偏高。由于近几年摩托车数量迅速增多,社会拥有量已达上千万辆,其总耗油量相当可观,对大气环境的影响也很严重。在此情况下,我们研制了一种采用单片机控制的小型汽油机点火时间自适应控制系统,该系统使发动机的点火时间始终处于最优值,从而使油耗降低,功率上升,并且排污减少。

为测试发动机点火系统采用单片微机控制后的效果,我们将该系统安装在蒲陵机器厂生产的PL50型汽油发动机上,与原无触点点火系统进行了对比试验,试验结果表明,使用单片微机控制系统后,油耗可降低2%～7%,动力性也有所提高,最大功率增加6%,最大扭矩提高2%[4]。

(3)单片机在汽车车轮动平衡测量中的应用研究

随着道路质量的提高和高等级公路及高速公路的飞速发展，汽车行驶速度愈来愈高，因此对车轮平衡度的要求愈来愈严格。如果车轮不平衡，将不仅使车轮跳动和摆振，影响汽车的行驶平顺性和乘坐舒适性，而且车辆难以控制，也会影响汽车行驶的安全性。此外，还因加剧了车轮及有关机件的磨损和冲击，将缩短汽车的使用寿命，增加汽车的运输成本。

常规的车轮动平衡仪分为机械式和电测式，其检测装置以分立元件为核心，由传感磁头、传感器、频闪灯、不平衡度表或数字显示屏等组成，测试过程受外界因素影响较大，测试精度较低。近年来国内外已研究生产了全自动车轮动平衡机，测试精度高，但价格贵，不便于推广使用。以单片机为核心的车轮动平衡测量系统具有结构简单、测试速度快、数据 处理能力强、精度高、价格低廉等优点，具有广泛的推广价值[5]。

3 单片机的发展趋势

单片机目前的发展趋势随着半导体工艺技术的发展及系统设计水平的提高,单片机正在不断产生新的变化和进步,单片机与微机系统之间的距离越来越小,甚至难以辨认。单片机在目前的发展形势下,表现出以下几大趋势:(1)可靠性及应用水平越来越高,和互联网的连接已是一种明显的走向。现在的新型单片机已经集成IP技术与蓝牙技术,对网络的连接支持功能越来越强。(2)所集成的部件越来越多;单片机在内部已集成了越来越多的部件,这些部件包括一般常用的电路,例如:定时器,比较器,A/D转换器,D/A转换器,串行通信接口,Watchdog电路,LCD控制器等。有的单片机为了构成控制网络或形成局部网,内部含有局部网络控制模块CAN。NS (美国国家半导体)公司的单片机已把语音、图像部件也集成到单片机中,如果从功能上讲它可以是万用机,原因是其内部已集成上各种应用电路。(3)功耗越来越低。现在新的单片机的功耗越来越小,特别是很多单片机都设置了多种工作方式,这些工作方式包括等待,暂停,睡眠,空闲,节电等工作方式。零功耗系统正是当前设计的追求目标。(4)和模拟电路结合越来越多。单片机正被广泛的嵌入到各种应用系统中。单片机的另外一个名称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仪器或设备中。(5)可靠性越来越高。在单片机应用中,可靠性是首要的因素,单片机自身的可靠性技术正在不断发展。

单片机自身的可靠性技术:EFT (ElectricalFastTransient)技术，EFT技术是一种抗干扰技术；低噪声布线技术及驱动技术；采用低频时钟；采用多源复位；软件方面的措施，单片机本身在指令设计上也有一些抗干扰的考虑。非法指令复位或非法指令中断是指当运行程序时遇到非法指令或非法寻址空间能产生复位或中断。单片机应用系统程序是事先写好的,不可能有非法指令或寻址,要么就是系统受到干扰,CPU读指令时出错了[7]。

[1]黄涛. 单片机在汽车控制系统中的应用.电子世界.30～31

[2]赵燕、张萍、郑钧宜. 单片机在汽车前桥磨合试验台中的应用. 武汉理工大学学报.信息与管理工程版. 第23卷第3期.2001 (9)：90～92

[3]童忠志，侯远龙.单片机在汽车气—液点火转换装置中的应用.电气传动自动化.第23卷第1期.2001 (2)：47～49

[4]何培祥，李庆东，张朗轩.汽油机点火提前角单片微机自适应控制系统的研究.农业工程学报.1997（1）： 3～6

[5]胡小平，胡燕平，刘建奇.单片机在汽车车轮动平衡测量中的应用研究.制造业自动化.第23卷第5期.2001(5)：40～42

[6]居水荣.单片机及其发展趋势.半导体情报.第38卷第2期.2001(4)：15～18

[7]陈卫兵.单片机自身的可靠性技术发展.微电子技术.第31卷第4期.总第152期.2003(8)：16～18

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.24.063