【導(dǎo)讀】隨著社會的發(fā)展，人類對汽車的性能和環(huán)保提出了更高的要求。傳統(tǒng)的機械裝置已經(jīng)無法解決。電子控制技術(shù)正被廣泛地應(yīng)用在汽車的各個方面，它不僅能提高汽車的動力性、經(jīng)濟性和。安全性，改善行駛的穩(wěn)定性和舒適性，推動汽車工業(yè)的發(fā)展，還為電子產(chǎn)品開拓了廣闊的市場。置傳感器、冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、氧量。盜、轉(zhuǎn)向燈、車門鎖的控制。并且軟件設(shè)計包括各工況噴油程序設(shè)計、自動轉(zhuǎn)向燈、車門自動鎖、防盜及電動天窗等程序設(shè)計。

　　

【正文】 擬信號，處理電路需要由分壓電阻、低通濾波和過電壓保護三部分組成。低通濾波時間常數(shù)為 [14]。信號與 +5V 電源之間連有一個二極管，使送到微處理器 A/D 轉(zhuǎn)換端口的信號最大不超過 (+5V+二極管壓降 )。輸出端信號接到 A/D 轉(zhuǎn)換器。 其測量電路設(shè)計如圖 所示，進氣壓力與輸出電壓關(guān)系參見下表 43 所示。 表 43 進氣壓力與輸出電壓關(guān)系 歧管壓力 p（ kpa） 13 27 40 54 67 傳感器信號電壓 us（ v） 壓 壓 壓 壓 壓+5V 圖 壓力測量電路 節(jié)氣門開度的測量設(shè)計 在控制系統(tǒng)中，汽油機怠速、加減速、經(jīng)濟運行工況及全負荷工況都是根據(jù)節(jié)氣門位置信號及其變化的大小來區(qū)分的，因此它是反映汽油機所處工況的一個重要參數(shù)。本控制系統(tǒng)中采用了線性輸出的節(jié)氣門位置傳感器，直 接安裝在節(jié)氣門體上，將節(jié)氣門位置信號傳給 ECU，用來判斷發(fā)動機的工況模式 [15]。其工作原理是 :TP 實際上是一只由節(jié)氣門軸驅(qū)動的電位器，采用 5V 的參考電壓，活動觸點在電阻滑道上滑動，由其引出的電壓即代表了節(jié)氣門的位置信號。電位計有三個接線柱，其中一個與電刷連接，這個接線柱為電位計的輸出端，當(dāng)把另外兩個接線柱分別同 +5V 電源和地連接時，就構(gòu)成了一個分壓電路。 TP 的輸出電壓與節(jié)氣門開度的關(guān)系在生產(chǎn)時經(jīng)過標(biāo)定，為避免由于元件差異、老化等造成的誤差，在每次點火開關(guān)接通時，節(jié)氣門會有一次復(fù)位動作，并以此位置為基準(zhǔn)進行 自校正。它的輸出電壓與轉(zhuǎn)角的關(guān)系在生產(chǎn)時經(jīng)過標(biāo)定。 ECU 則根據(jù)輸出電壓來判斷節(jié)氣門位置。電位計的輸出電壓在 一 之間變化，可直接進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 測量電路設(shè)計如圖 所示，當(dāng)可變電阻滑臂隨節(jié)氣門軸轉(zhuǎn)動，氣門開度越大，輸出電壓越大。輸出特性如圖 所示。 青海大學(xué)本科畢業(yè)論文： 汽車控制單元的設(shè)計與研究 18 化工學(xué)院化工機械系 R 壓壓 壓壓 壓壓 壓壓+5V 圖 節(jié)氣門開度 測量電路 圖 節(jié)氣門開度與電位計電壓關(guān)系 廢氣中含氧量的測量設(shè)計 廢氣中含氧量的測量采用氧化鋯式 EGO 傳感器。它可作為空燃 比閉環(huán)控制中反饋排氣中氧氣濃度的傳感器，工作原理 :可認為是由氧濃度差驅(qū)動的“徽電池”，其基本元件是由氧化錯固態(tài)電解質(zhì)陶瓷體做成一端封閉的錯管，并用氧化憶做了穩(wěn)定性處理。錯管的陶瓷體是多孔的，允許氧滲入該固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)。中間的陶瓷氧化錯為電離式導(dǎo)體，其兩個表面各鍍一層鉑膜作為電極。在接觸排氣的一側(cè)帶有多孔性陶瓷保護層，另一側(cè)直接接觸空氣。 EGO 的工作是基于氧離子的擴散，氧離子帶兩個俘獲電子，呈負電。氧化錯有吸引氧離子的趨勢，結(jié)果在氧化錯靠近電極的表面形成氧離子堆積。由于兩側(cè)的氧濃度差，靠近排氣側(cè)的鉑電極比靠近空 氣側(cè)的電極堆積了更多的氧離子，排氣側(cè)電極負電荷多，結(jié)果跨越氧化錯形成一個電場，產(chǎn)生電動勢 E。，以排氣側(cè)為負極，空氣側(cè)為正極。電動勢取決于兩側(cè)的氧濃度差和傳感器溫度，產(chǎn)生的電壓經(jīng)過鉑電極由引線物出。根據(jù)排氣中氧的變化能很快反映輸出電壓變化，此輸出為 (0V～ 1V)電壓信號。 氧傳感器工作條件是： 60℃； 600℃； 分負荷工況。由氧傳感器根據(jù)排氣中氧成分多少，輸出 (0V~1V)的電壓信號，后經(jīng)光電藕合器抗噪處理，輸入到 ECU，測量電路如圖 所示。 圖 氧氣含氧量測量電路 判缸信號的測量設(shè)計 在多點順序噴射或多點分組噴射系統(tǒng)中，為了保證噴射次序的正確無誤，一般都在某一缸的上止點位置處安裝一個判缸信號傳感器。當(dāng)該傳感器信號到達時，說明曲軸正處于該缸上止點位置。若噴油次序發(fā)生混亂，程序可及時根據(jù)判缸信號進行調(diào)整。在設(shè)計的控制系統(tǒng)中，判缸信號傳感器安裝在凸輪軸正時皮帶輪上與第四缸壓縮上止點相對應(yīng)的位置處。凸輪軸每轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)，該傳感器被觸發(fā)一次。判缸信號傳感器采用 霍爾式，用于測量發(fā)動機的判缸信號 [16]。工作原理為 :利用霍爾效應(yīng)原理，在磁場中放置一塊半導(dǎo)體基片 (霍爾元件 )，當(dāng)外加電流工在與磁力線 B 垂直的方向上通過基片時，由于洛倫磁力的作用，基片上自由電荷會向一側(cè)偏移，在基片兩側(cè)與工和 B 同時垂直的方向產(chǎn)生一個電壓，稱之為霍爾電壓 V0。當(dāng)電流工一定時， V0 與磁場強度成正比。信號觸發(fā)輪有一個 4 汽車檢測電路設(shè)計 化工學(xué)院化工機械系 19 葉片，裝在凸輪軸上，傳感器的永久磁鐵和半導(dǎo)體基片固定在同一底板上，期間的間隙可讓旋轉(zhuǎn)的觸發(fā)輪葉片通過，當(dāng)葉片不在空氣隙時，永久磁鐵的磁通穿過霍爾元件，產(chǎn)生霍爾電壓。當(dāng)葉片進入空氣隙時， 磁場被葉片短路，霍爾電壓為零。隨著觸發(fā)輪的不斷旋轉(zhuǎn)，間歇產(chǎn)生的霍爾電壓信號通過集成電路整形放大形成凸輪軸位置信號送入 ECU 中，輸出高低電平數(shù)字信號，經(jīng)簡單整形處理就可進入單片機。 其測量電路設(shè)計如圖 所示。判缸信號圖如圖 所示。 圖 判缸檢測電路 圖 判缸信號圖 起動信號的檢測設(shè)計 起動信號從起動開關(guān)處取得，電路中首先用電阻 R1 和 R2 對 12V 電壓進行分壓，將其變成 5V左右的電壓。由于此信號邊沿有抖動并伴有尖峰 脈沖存在，所以電路中增加了 RC 吸收電路。為更有效地防止強電信號和干擾進入單片機，電路中采用光電禍合器 TIL17，將計算機的模擬通道與數(shù)字通道隔離，并采用施密特觸發(fā)器進一步濾波整形 [7]；其檢測電路 如圖 所示。 圖 起動測量電路 跟蹤人體目標(biāo)信號的檢測電路 熱釋紅外線傳感器來監(jiān)控跟蹤人體目標(biāo)是否進入車體。選用由 RE200B 型傳感器，它的探測原理是根據(jù)物體溫度的變化感應(yīng)到不同波長的紅外線，更是利用兩個靈敏元 件互相補充和配合的辦法，抑制因為溫度的改變使傳感器被干擾，使得這個模塊的工作更為穩(wěn)定 [17]。該傳感器采用兩個熱釋元件的電機化方向相反的工藝，使他們并聯(lián)或者串聯(lián)，讓由于環(huán)境所產(chǎn)生的干擾紅外輻射在兩個元件中抵消，此時沒有探測信號輸出?？墒钱?dāng)人體進入傳感器的感應(yīng)區(qū)域，而且相對該傳感器有垂直方向的運動時，由于兩個傳感器感應(yīng)到的熱量不同，則產(chǎn)生了不同的熱釋電量，無法抵消，從而輸出信號。該芯片穩(wěn)定工作的電壓為直流 3V 到 10V，電流為 m，溫度在 30℃和 +70℃之間，將輸出信號送入 80C196KB 單片機 A/D 轉(zhuǎn)換器的 ACH4/，電路圖圖如圖 所示。 青海大學(xué)本科畢業(yè)論文： 汽車控制單元的設(shè)計與研究 20 化工學(xué)院化工機械系 DSGRE20xxBR2CR1VCC 圖 人體目標(biāo)檢測電路 方向盤轉(zhuǎn)角信號的檢測電路 在汽車自動轉(zhuǎn)向燈模塊中，汽車轉(zhuǎn)向燈的開啟與關(guān)閉是根據(jù)方向盤的轉(zhuǎn)角來判別的，因此它是反映汽車轉(zhuǎn)向時車輪轉(zhuǎn)角的重要參數(shù) [18]。本系統(tǒng)中采用了 MASV90 角度傳感器，安裝在方向盤轉(zhuǎn)軸上，將方向盤的轉(zhuǎn)角信號傳給 ECU，用來判斷轉(zhuǎn)向燈的開啟與關(guān)閉。該傳感器的工作電壓為12V30V，輸出信號為 1V5V 之間變化，將其送入 80C196KB 單片機 A/D 轉(zhuǎn)換器的 ACH5/。電路圖如圖 所示，輸出特性圖如圖 所示。 角 度 傳 感 器+24VA/D 圖 角度檢測電路 圖 角度與電位計電壓關(guān)系圖 車門開關(guān)檢測電路的設(shè)計 車門的開關(guān)監(jiān)控是利用霍爾傳感器，霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)原理感應(yīng)兩物體間的間距的傳感器件，可以分為線性輸出霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾器件 [19]?；魻栃?yīng)是磁場與電的一種關(guān)系，當(dāng)電流垂直于磁場方向經(jīng)過導(dǎo)體或者半導(dǎo)體薄片的時候，在薄片垂直于電流和磁 場方向的兩側(cè)表面之間會產(chǎn)生電勢差 [20]。本檢測 模塊采用 霍爾元件來檢測汽車的門是打開和關(guān)閉狀態(tài)， OH137 霍爾開關(guān)電路 是為了適用 客戶低成本高性能要求開發(fā)生產(chǎn)的系列產(chǎn)品，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，性能可靠穩(wěn)定。 在TA=25℃極限參數(shù)時其電源電 VCC 為 ，輸出負載電流 I0為 25mA 工作溫度范圍 TA 為 40～85℃，貯存溫度范圍 TS 為 55～ 150℃，且該產(chǎn)品的特點是其一致性好、靈敏度可按照客戶要求定制、電路可和各種邏輯電路直接接口，可實現(xiàn)很多功能，如無觸點開關(guān)、位置檢測、速度檢測、流量檢測等； 電路內(nèi)部由 反向電壓保護器、電壓調(diào)整器，霍爾電壓發(fā)生器，差分放大 器，史密特觸發(fā)器和集電極開路輸出級組成，能將變化的磁場訊號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓輸出。其車門檢測電路如圖 所示，四片霍爾傳感器分別裝在汽車的四個門的門框上，在車門上的適當(dāng)位置各固定一塊磁鋼。（ 1）當(dāng)磁鋼遠離霍爾傳感器，輸出的是高電平，此時三極管 VT1 的基極有電流流過， VT1 導(dǎo)通，紅燈亮，此 4 汽車檢測電路設(shè)計 化工學(xué)院化工機械系 21 狀態(tài)表示門未關(guān)好，其他幾個同理；（ 2）當(dāng)所有門均關(guān)好時，霍爾傳感器輸出低電平，三極管 VT1的基極沒有電流流過， VT1 處于截止?fàn)顟B(tài)，電流只能通過電阻 R2，流向 VT5 的基極，此時 VT5 導(dǎo)通，則綠燈亮，這種狀態(tài)表示門都關(guān)好，司機可 以放心開車；（ 3）另外圖中的三極管起到開關(guān)的作用，電阻起到對三極管和發(fā)光二極管的保護作用。 汽車車門檢測電路 如圖 所示。 VT1VT2VT3VT4redgreen2KR1+12VR2VT52KR310KR410KR510KR610KR7+12V+12V+12VH1+12VH1H1H1456123456 圖 汽車車門檢測電路 天窗開關(guān)量輸入電路 天窗開啟或關(guān)閉信號從天窗開關(guān)處取得，電路中用電阻 R1 和 R2 對 12V 電壓進行分壓，將其變成 5V 左右的電壓。由于此信號邊沿有抖動并伴有尖峰脈沖存在，所以電路中增加了 RC 吸收電路。其中 當(dāng)天窗開關(guān)打到 12V 電源端時，表示天窗開啟；當(dāng)天窗開關(guān)打到接地端時，表示天 窗關(guān)閉。 其電路 如圖 所示。 R1 R2R4+5V+12VC1KR3壓壓壓壓 圖 天窗開關(guān)量輸入電路 青海大學(xué)本科畢業(yè)論文： 汽車控制單元的設(shè)計與研究 22 化工學(xué)院化工機械系 5 軟件設(shè)計 概述 汽車電控單元（ ECU）的核心是一個十六位微處理器單片機系統(tǒng)。它接收 括曲軸轉(zhuǎn)速及位置傳感器 CPS、進氣歧管壓力傳感器 MAP、冷卻水溫傳感器 ECT、進氣溫度傳感器工 AT、節(jié)氣門位置傳感器 TP、氧量傳感器 EGO、紅外線傳感器、判缸信號傳感器、角度傳感器、天窗開關(guān)、起動開關(guān)的各種 輸入信號， 用預(yù)置在 ECU 中的程序和標(biāo)定數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)進行分析計算，得出所需噴油脈寬、轉(zhuǎn)向燈自動等各種參數(shù)的控制值，然后驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行器工作。隨著控制系統(tǒng)的復(fù)雜化，控制軟件承擔(dān)著信號的采集與處理、完成控制決策以及生成控制信號等各項任務(wù)，它是整個控制系統(tǒng)的指揮中樞，在整個控制系統(tǒng)中的作用越來越重要，軟件的設(shè)計水平己成為評價系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。 所設(shè)計的控制軟件具有以下特點： ?程序模塊化 模塊化程序設(shè)計是一種先進的程序設(shè)計思想。在軟件設(shè)計過程中，將主控程序分成一系列的功能塊和子程序，子程序以調(diào)用的方式取用，這 樣即便于編程、調(diào)試，同時大大節(jié)省了內(nèi)存空間。 ?硬件軟化 8XC196KB 單片機具有指令系統(tǒng)豐富、軟件處理功能強的特點，因此我們在軟件設(shè)計過程中，充分吸收了“硬件軟化”的設(shè)計思想。在不影響控制精度和控制實時性的前提下，盡量用軟件編程來代替硬件功能。這樣即發(fā)揮了 8XC196KB 單片機軟件的特長，又最大限度地簡化了硬件結(jié)構(gòu)，同時也可降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)的可靠性。 軟件設(shè)計策略 程序資源分配 微處理器尋址空間共 64K，其內(nèi)部有 512 字節(jié) RAM，有 16K 字節(jié) 外圍可編程芯片內(nèi)，有 2K 字節(jié) RAM， 128K 字節(jié) EPROM。存儲器功能分區(qū)、程序變量區(qū)和程序數(shù)據(jù)區(qū)分別見下表 ， ， 。 表 程序變量區(qū) 變量區(qū) 劃分 通用變量區(qū) 1AH～ 2FH 底層邏輯和直接尋址變量區(qū) 30H～ 0FFH A/D 轉(zhuǎn)換模塊變量區(qū) 100H～ 1FHH 底層中斷變量區(qū) 2999H～ 20xxH 燃油噴射控制模塊變量區(qū) 0F000H～ 0F0FFH 5 軟件設(shè)計 化工學(xué)院化工機械系 23 故障診斷變量區(qū) 0F100H～ 0F1FFH