浅谈单片机在汽车工程中的应用

严利吉

（杭州汽车高级技工学校，浙江 杭州 310015）

单片机是一种集成在电路芯片、采用超大规模继承电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机储存器RAM、只读储存器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

单片机已经渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智华轿车的安全保障系统、录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。

随着电子技术的发展，汽车电子化程度越来越高，国外汽车广泛采用的计算机控制装置和电子设备，已成为批量极大的机电一体化产品，如点火控制、制动防滑控制、汽油分配及车内空调、音像及门窗控制等。这些装置和系统的采用，使汽车的行驶安全性、可靠性和舒适性有很大提高，节约了燃料，降低了对环境的污染，改进和提高了汽车的性能。这些系统的广泛使用，在很大程度上得益于性能优良的微处理器的发展，汽车上的计算机控制系统基本上采用的都是单片机。计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备五部分组成，早期的计算机因为体积庞大，价格昂贵，很少能在汽车上应用。采用大规模集成电路的单片机，把计算机的五个组成部分集成在一个芯片之内，体积小，价格低，性能高，一辆国外先进轿车就使用几十个单片机。随着汽车行业的大会战，单片机在高性能汽车工程领域的地位会越来越重要。

1 单片机的具体应用

单片机在汽车电子工程中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器、基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器、GPS导航系统、ABS防抱死系统、制动系统等等。随着国家汽车工业化的日益发展和新技术的不断涌现，汽车性能检测的技术就显得尤为重要。我国近几年汽车性能检测系统发展迅速，随着单片机的渗入，推动了汽车制造业的发展。

经过几十年的不断改进与完善．我国单片机从最初的纯数字电路型发展到现在的电子型和数字智能型。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化，汽车上使用的单片机系统功能的实现，除了必要的硬件支撑，还要完善的设计软件。单片机软件开发一般需要借助专用开发工具。单片机控制系统中除了单片机这个系统核心，尚需要各种模式的接口。有些系统包括全部或者含几部分，按照要求决定系统规模。单片机是系统中枢，作出决策。

前向通道是系统的信息输入端，将各种传感器如水温、气压、位置开关、空气流量计、电池电压等有关参数和连续模拟信号，经过信号调理电路处理，得到标准信号送人单片机。使单片机及时获取系统运行信息。

后向通道将微机计算或逻辑判断得到的控制量，送给执行机构，使系统按预定的规律运行。这些执行机构可能是阀门或电磁铁等。系统运行过程中，需要驾驶员设定一些参数，同时要求及时控制运行过程的一些状态，因此系统还要有一些人机交互接口。

汽车单片机系统的人机交互，不像电脑有键盘和显示器，一般比较简单，输入设备为按钮或简单键盘，输出一般为指示灯、LED，目前在进口汽车和部分国产汽车上，已广泛使用各种单片机控制以及报警检测系统，涉及发动机控制、安全防护及车内环境等很多方面。如电脑防盗安全报警系统、燃油喷射系统、汽车导行定位系统、电子安全防滑系统及防抱死系统、电脑安全气囊系统、电脑控制悬架系统、汽车电子地图、电子自动行驶系统、汽车自诊断系统、电子控制自动变速器、声音警告系统、车门控制系统、旅行指导系统和微电脑空调系统等。

2 单片机的作用

2.1 保障汽车安全

汽车单片机应用系统如果出现故障，可能造成重大损失。可靠性对汽车单片机应用系统是至关重要的。安全体系越来越要求汽车单片机系统一旦出现故障，还要有应急备用系统，能够暂时代替汽车单片机，维持汽车的运行。作为一个较为完善的软件系统，除包括监控、管理、计算、检测、自诊断和通信等功能外，还应具有优化的控制算法和控制逻辑、较高的实时性和抗电磁干扰的能力，从软件上保证汽车单片机应用系统工作的可靠性。

2.2 灵活多变的防干扰能力

各种电气设备产生的电磁波干扰和电压波动，都会对汽车单片机系统的正常运行产生一定的干扰。单片机可以使汽车单片机系统能可靠、无故障地工作，对汽车应用进行妥善的保护，而且总质重量小，生产成本低廉，安装可靠。

2.3 具有完善的掌控能力

针对汽车运行过程进行检测和控制，都要及时地传送大量数据和各种类型的信号。要求汽车单片机系统具有比较完备的模拟量和数字量输入/输出通道。汽车运行过程的控制信号是实时的，要求单片机对输入信号的变化，具有足够快的反应速度，能够及时处理并改变控制信号，因此要求汽车单片机系统具有较完善的中断处理能力。

2.4 可更新可扩展性

汽车单片机系统安装在汽车上，使用者一般不是专业计算机人员，因此在设计操作系统和信号控制系统时，应简单明了，便于操作，一旦发生故障，能及时查明原因，迅速予以排除。根据汽车生产和汽车运行过程中的可能变动，汽车单片机系统在输入/输出端口、存储器等方面，应具有可扩展性。并应该留出数据接口，便于维修人员利用故障码读取器从单片机系统中读取故障代码，为维修提供方便。

3 汽车单片机的发展的拐点

3.1 电子循环系统易受干扰

首先是电子循环系统上的干扰，电子循环系统的干扰会对操作系统本身产生一系列的阻力，不能让操作系统完善、有效地分析出当前所存在的问题。单片机一旦被干扰，会对系统的安全运行造成威胁。因此各种单片机系统在硬件和软件设计初期，应重视和实施抗干扰设计。设计时必须权衡分配硬件和软件抗干扰分工，且在系统发生干扰引起系统故障时，能带故障按安全参数运行。

3.2 适应能力差

汽车行驶环境因地域而不同，系统的适应环境也就不同。当温度过高时，电子元件的可操作性、稳定功能会逐渐下降，尤其是在热带地区，温度过高会造成功能失效，引发一系列的故障问题。路况也会让汽车承受不同的振感，当路面崎岖时产生的振动，也会对系统造成较大的干扰，有些大幅度的振动，甚至会让系统功能失效，造成操作短路。

4 结束语

随着国际汽车技术的发展和生产模式的统一化，单片机技术在汽车工程领域的地位会越来越重要，未来的汽车竞争，趋向于单片机技术的竞争。我国单片机在汽车电子工程上的应用研究，起步较晚，技术落后。我国目前的汽车单片机工程技术还落后于国际先进水平，我国单片机的技术的发展已经积累了大量的国际先进经验，还需要不断的吸收与完善。在完善的同时，要培养大量、优秀的单片机领域人才，不断巩固我国汽车单片机工程的发展。在轴上，而曲轴转速较低，所以应装在曲轴上，制动器必然也装在曲轴上。

采用摩擦离合器时，从压力机能量消耗来看，当离合器装在低速轴上，加速压力机从动部分所需功和离合器接合时消耗的摩擦功都较小，能量消耗也小。从离合器工作条件看，低速轴上的离合器磨损系数小。故离合器工作条件好，但低速轴上离合器需要传递较大的扭矩，离合器结构尺寸大。此外，从传动系统来看，现代压力机传动系统大多采用封闭在机身内，离合器不便装在曲轴上。另外亦为了缩小离合器尺寸，降低制造成本，一般都置于转速较高的飞轮轴上，制动器位置随离合器位置而定。因高速轴上制动力矩小，可缩小制动器结构尺寸。

5 结束语

随着工业的发展，不同规格的曲柄滑块机构被应用到了更多的机械中。它在机械制造工业以及其它工业的生产中的作用愈来愈显著，在汽车、农业机械、电子、医疗机械、国防、航空航天以及日用品等工业部门都有广泛的应用。因而提高机械的自动化程度，降低工人的劳动强度，改善劳动条件都离不开对曲柄滑块机构的研究。

[1]常 勇，李延平.关于曲柄滑块机构固定铰链点的位置问题[J].机械设计，2005，（9）：37-39.

[2]刘长荣，郑玉才.机械设计基础[M].北京：中国农业科技出版社，2003.