汽车控制器

汽车控制器（共12篇）

汽车控制器 篇1

0引言

随着汽车工业的不断发展, 人性化功能越来越多地运用在汽车上, 比如在高底盘汽车上为便于乘客上下车, 安装了自动伸缩踏板, 车门打开时踏板伸出, 方便乘客踩踏, 车门关闭时踏板收回, 不影响汽车行驶。

目前国外有较多的改装越野车安装了此类装置, 并且有些汽车厂商在部分车型上也安装自动伸缩踏板。根据国内快速增长的越野车市场, 某知名厂商推出了安装有自动伸缩踏板的车型。而国内其他类似产品的生产制造尚未成熟, 产品多依赖于进口。

本文设计的汽车智能伸缩踏板控制器用于实现对此类踏板的智能控制。同时与某汽车配件厂商进行合作, 实现产品的自主研发。

1踏板控制器的功能和要求

踏板控制器的工作原理:当检测到车门打开或关闭时, 控制器驱动一组 (2个) 直流电机转动, 直流电机带动曲柄机构, 实现踏板的伸出或收缩。

踏板控制器的主要功能:

1) 实现左右两侧车门状态的可靠检测;

2) 实现两侧踏板机构的直流电机驱动;

3) 实现对踏板伸缩极限位置的检测;

4) 当踏板在伸缩过程中若有人踩踏在踏板上, 踏板立即停止运动;

5) 踏板在伸出过程中, 若碰到障碍物, 立即停止运动;

6) 可实现光线强度的检测, 在夜晚可驱动踏板装饰灯;

7) 对踏板动作时间进行计时, 实现动作超时报警;

8) 以汽车蓄电池作为供电电源, 并对其进行电压检测, 当蓄电池电压超出正常范围即停止控制器工作。

踏板控制器安装在汽车引擎盖内, 工作环境非常恶劣, 控制器的软硬件设计除了能够适应工作环境外, 以下两项要求是该控制器设计的重点内容:

1) 门状态信号的检测:现有控制器的门信号是通过采集车门状态指示信号电路上的信号获得, 不同类型汽车车门灯的信号电平有差别, 并且该信号与车体相连, 门信号干扰杂波非常大, 严重时可使控制器的逻辑判断错误, 所以需要控制器通过软硬件有效检测门信号。

2) 直流电机电流的检测:直流电机工作电流约1.2A, 当踏板运动到极限位置时, 电机堵转电流可达10A。若两侧踏板同时堵转时, 4个电机的堵转电流可达40A。由于控制器及电机的电源都是来自车载蓄电池, 过大的堵转电流势必造成电瓶和控制器的运行不确定性;另外踏板在伸缩过程中, 是否碰到障碍物或有人体踩踏在上面, 也通过直流电机的电流变化来判断, 所以控制器对电机电流的可靠预测是系统安全可靠运行的必备条件。

2系统设计方案

2.1硬件设计

踏板控制器主要由信号输入单元、执行单元、控制单元、电源模块四部分组成, 如图1所示。

1) 信号输入单元: (1) 车门开关信号用于检测两侧车门状态, 以便独立触发两侧踏板伸缩动作; (2) 光敏电阻信号用以测试环境亮度, 当在夜晚时, 控制器可驱动踏板装饰灯的闪亮; (3) 蓄电池电压信号用以检测供电电源是否正常, 若电池电压过低, 踏板不可动作; (4) 电机电流检测用以判断踏板运动状态。

2) 控制单元:以PIC18F系列单片机作为控制核心负责信号处理、逻辑运算等功能。

3) 执行单元:实现两侧踏板机构共4只直流电机的和踏板装饰灯的驱动。其中电机的驱动由双线圈继电器构成的H桥电路实现正反转的控制。 装饰灯的驱动由普通继电器实现。

4) 电源模块:采用了TI公司的LMR系列开关电源芯片, 将汽车蓄电池12V电压转换成3.3V电压。具有4~42V的宽范围输入电压和较高的转换效率。

2.2门状态信号检测电路的设计

在硬件电路设计过程中, 需重点考虑车门开关信号处理电路的设计方法。采集过程中需注意信号干扰的消除以及控制器电路与车身电路的隔离两个问题。设计电路如图2所示。从车门指示灯电路上采集信号, 经过两个电阻分压, 将电压缩小4倍后经过施密特器件的滞回处理最后输入到单片机的IO口, 图中D1用以防浪涌, C1用于滤除杂波, 采用阻值较大的分压电阻实现电路的隔离。 输入波形如图3所示。图中高电平 (约12V) 为车门关闭信号, 低电平 (约0V) 为车门打开信号。

可以看出低电平信号波动剧烈, 最大波动电压甚至达到5V, 这将严重影响单片机对其低电平的判断。为该减小信号波动幅度, 通过分压电路将该信号减小4倍, 从而将信号波动幅度也减小4倍, 大大提高了信号稳定性。经过分压的信号经过施密特器件的滞回处理, 作为最终的车门开关信号触发踏板的伸缩。经过处理后车门开关信号如图4所示。其高电平 (3.3V) 为车门关闭信号, 低电平 (0V) 为车门打开信号, 易于单片机进行识别。

2.3软件设计

汽车智能踏板控制器程序流程图如图5所示。 当控制器接收到车门开关信号, 执行踏板伸出或收起动作, 在动作过程中实时监测直流电机电流值的大小, 当检测到大电流且动作时间大于某一设定值时切断电机回路, 踏板停止动作。若在踏板尚未动作到位, 即动作时间小于某一设定值时检测到大电流, 即认为遇到障碍物, 控制器切断电机回路并输出报警信号。若踏板长时间动作不到位, 则同样输出报警信号。控制器同时检测系电池电压是否正常、检测光敏信号实现装饰灯的控制。

在上述过程中, 电机电流的检测是判断踏板动作到位状态或是否遇障碍物关键所在, 为防止电机电流过载, 理论上希望采集频率越高越好, 但实际上受到单片机工作频率的限制, 控制器采集频率约为8ms/次, 为排除干扰, 设定3次电流采集结果大于设定值即认为产生了大电流, 因此要判断出大电流至少需要约20ms, 这20ms的时间有可能使电机接近堵转状态, 为消除这种隐患, 本文采用指数加权滑动平均算法 (EWMA) , 可有效预测大电流[2]。

3 EWMA电流采集算法

EWMA以移动平滑法为基本数学模型, 以指数加权的形式进行改进, 充分考虑了历史数据和近期数据对未来数据变化的不同影响, 较为准确地进行预测, 设单片机采集到可作为原始数据的

电机电流值的观测序列为 {xt|t =1, 2, L , n} 。现假定t时刻对未来一次的预测值为, 那么可表示为观测数据xt , x t1 , …的线性组合[5], 其预测公式为:

式中, α是权系数, αj随j的增长按指数规律衰减。

对指数加权预测公式 (2) 作均值运算, 而后经过变量代换和适当改写, 即得到:

式 (2) 为指数加权平均预测的递推式, 又可称为一次指数平滑公式, 它可利用前一时刻的预测电流值和现在时刻的电流观测值xt计算得到预测值, 即未来t 1时刻的电流值。一次指数平滑法能更好地反映最新的数据并不断调整预测值, 但其只适用于电流变化不明显的情况;若电流变化具有线性趋势, 则要采用线性二次指数平滑法, 避免预测值滞后于实际值;若数据的基本模型是非线性的, 则可采用三次指数平滑法, 使预测值跟踪非线性趋势的变化[3,4]。

根据电机遇阻力电流实际特性曲线可以看出, 电流呈抛物线趋势增加, 因此考虑使用三次模型进行电流的预测。根据移动平滑法得到以下三式:

利用以上式 (4) 、式 (5) 和式 (6) , 可以构造二次指数平均滑动预测公式如下:

其中:

构造三次指数平均滑动预测公式如下:

其中:

在上述预测公示中, 其中一些中间值以递推形式给出, 因而给出相应的初始值才能往下进行计算。通常对于样本容量较大的情况初值可以以第一个数据为准[2]。

参数 α的确定可根据事先得到的电流波形实验数据计算出最优α值。设选实验取得电流值序列 {xt|t =2 , L , n } , 每个观测时刻对应的预测值为, 显然, 这n个预测值都是参数 的函数。现构造如下的误差函数:

显然E是α的函数, 现选取这样的α, 使得E取极小值Emin。对式 (11) 两边求导得:

令∂E/∂α=0, 则可以求得α值[5]。

实验得到α=0.774时, E最小。

算法的仿真首先由示波器得到一条受阻力影响的实际电流曲线, 作为原始数据, 其中按照时间序列包含了约80个电流值, 从第一个电流值开始对每个电流值进行二次指数预测和三次指数预测, 将预测结果与实际值进行比对, 得出预测效果, 确定通过算法的具体性能。由式 (3) ~式 (9) 计算得到图6。

从图6可以看出, 三次指数预测曲线相当于将实际电流在横坐标方向上向左平移了一定距离。 反映在数据上则是根据已有输出提前计算出了未来的电流值, 具有预测的效果。在时间序列59~79的预测过程中, 三次指数预测能够提前根据电流的趋势计算出电流值大小。在时间序列77~79的电流下降过程中, 由于电流下降趋势明显, 因此预测值较实际值要小很多, 但是对于系统的控制来说, 这表明预测算法能够更快速的识别电流变化的趋势, 也就是在更短的时间内识别到电机的堵转电流。同时可以看出二次指数预测的结果要明显滞后于三次指数预测。

采用平方和误差 (SSE) 和均方误差 (MSE) 作为评价三次指数加权滑动平均预测模型精度的统计量指标。并以此与二次指数加权滑动平均算法进行比较[6]。

平方和误差SSE计算公式如下:

其中n为计算次数;t为n次测量的平均值。

平均绝对误差MAE计算公式如下:

其中xt为第t期实际测得值。

从表中可以看出三次指数预测在电流值预测过程中比二次指数预测更为准确、稳定。由此可以看出三次指数加权滑动平均算法适合作为本系统电流采集的算法[7]。单片机记录每次的实测电流值和上一次的预测电流值, 并根据这两个数据计算下一次电流预测值, 每次循环将这三个值与设定的电流临界值进行比较, 三者全部大于临界值时, 则认为出现大电流, 并将该判断结果输入到逻辑判断模块。

4实验结果

根据系统设计方案实验验证了踏板在遇到阻力电流变大时控制器的响应性能。并比较了在不加入预测算法与加入预测算法两种不同情况下响应性能的优异。实验设定电流大于3A时即认为是大电流。

从上图中可以看出控制器响应时间在加入了EWMA算法后控制器检测大电流所需的时间由t1缩短到t2, 缩短了约8ms, 最大电机电流减小了约1.1A, 说明该算法取得了较好的控制效果, 提高了系统安全性和电机使用寿命。

实验还验证了在不同环境温度下控制器性能的稳定性、可靠性, 均能满足设计要求[8]。

5结束语

本文介绍了汽车智能伸缩踏板控制器的设计方法, 着重讨论了车门开关信号检测和电机电流检测的解决方案。设计完成的控制器达到各项性能指标要求, 已投入批量生产。

参考文献

[1]马伟泽, 张申科, 汪宏杰.采用霍尔传感器的汽车电动车窗防夹设计[J].汽车工程, 2008, 30 (12) :1122-1124.

[2]邹新元.设备状态趋势的变参数指数加权平滑预测方法研究[J].长沙电力学院学报, 2002, 17 (4) :56-59.

[3]Gardner Jr E S, Diaz-Saiz J.Exponential smoothing in the telecommunications data[J].International Journal of Foreca sting, 2008, 24 (1) :170-174.

[4]Knoth S, Steinmetz S.EWMA p charts under sampling by variables[J].International Journal of Production Research, 2013 (ahead-of-print) :1-13.

[5]张东, 安玉娥, 傅娟.一种改进的基于指数平滑神经网络模型的时间序列预测方法[J].数学的实践与认识, 2013, 43 (005) :20-28.

[6]李颖.时间序列指数平滑算法的改进研究[D].辽宁工程技术大学, 2009.

[7]薛丽.可变抽样区间泊松EWMA控制图的经济设计[J].统计与决策, 2013 (005) :17-20.

[8]韩阳.车窗防夹控制算法和系统的研究[D].哈尔滨工业大学, 2010.

[9]Wei J, Mouzakitis A, Wang J, et al.Vehicle windscreen wiper mathematical model development and optimisation for model based hardware-in-the-loop simulation and control[C]//Automation and Computing (ICAC) , 2011 17th International Conference on.IEEE, 2011:207-212.

汽车控制器 篇2

教学目的：掌握汽车防滑控制系统构造与功用 教学重点：汽车防滑控制系统构造与功用 教学难点：汽车防滑控制系统构造与功用 教学方法：讲练结合 类 型：新授 课 时：2 教学手段：模型与实物

引 入：复习上节知识，以故障现象进入本节复习上节知识，以故障现象进入本节 项目七 汽车防滑控制系统一、概述汽车防滑控制系统是防止汽车在制动过程中车轮被抱死滑移和汽车在驱动过程中(特别是起步、加速、转弯等)驱动轮发生滑转现象的控制系统。

1．滑动率对附着系数的影响

汽车在制动过程中，车轮的运动可以划分为三个阶段：纯滚动、边滚边滑、完全拖滑。一般用滑动率S表征滑动成分在车轮纵向运动中所占的比例。

车轮与路面之间的附着系数是随滑动率而变化的，二者之间的关系如下图所示。当滑动率处于15%～35%的范围内时，纵向附着系数φz和侧向附着系数φc的值都较大。纵向附着系数φz大，可以产生较大的制动力，保证汽车制动距离较短；侧向附着系数φc大，可以产生较大的侧向力，保证汽车制动时的方向稳定性。

2．防滑控制系统的作用和控制方式

汽车在驱动过程中，驱动轮可能发生滑转，滑转成分在车轮纵向运动中所占的比例用正滑动率来表示，即

完全滑转时，v=0，S=100% 汽车在驱动和制动时的φ—S关系及最佳控制范围如下图所示。

防滑控制系统就是在汽车驱动状态下，将驱动轮滑转率控制在5%～15%的最佳范围内。制动防抱死系统是在汽车制动状态下，将车轮滑动率控制在8%～35%的最佳范围内。在上述最佳范围内，不仅车轮和地面之间的纵向附着系数较大，而且侧向附着系数的值也较大，保证了汽车的方向稳定性。

二、制动防抱死系统（ABS）1．ABS工作原理

汽车制动防抱死制动系统(ABS)是保证汽车在任何路面上紧急制动时，自动控制和调节车轮的制动力，防止车轮完全抱死，获得最佳制动效果，从而避免制动过程中的侧滑、跑偏和丧失转向操纵能力等，提高汽车操纵性能和稳定性能同时，还能获得最大的制动力。缩短制动距离，提高汽车制动性能，对保证汽车安全具有重要意义。

2．制动防抱死系统的基本组成和工作原理（1）结构

制动防抱死系统主要由轮速传感器、制动压力调节器和电子控制器（ECU）等组成。(2)工作原理

其基本工作原理是，从制动理论分析得知，当汽车制动时，车轮完全抱死，滑移率为100%，汽车的侧向制动力将大幅度降低，造成汽车侧滑和转向失控；若滑移率为10%~20%时，可最大限度地利用纵向附着力和一定的侧向附着力，则制动效果最佳。ABS装置，可以使汽车制动时，保持10%~20%的滑移率而不抱死。

汽车在制动过程中，车轮速度传感器不断把车轮转速信号及时输送给ABS电子控制单元(ECU），由ECU对4个车轮速度传感器输入的信号进行处理，计算出汽车的参考车速、各车轮速度和减速度，确定各车轮滑移率，并适时地发出指令给液压调节器。

液压调节器是ABS中的压力控制装置，它可以控制制动轮缸的制动液压，使其变大或变小，以防4个车轮被一直完全抱死。只要制动系统在制动过程中车轮没有被抱死的迹象，ABS是不工作的。制动主缸中的制动液通过液压调节器调压后进入制动轮缸，ECU从转速信号的变化中判断出车轮的运动状态，则向液压调节器发出指令，此时，液压调节器控制制动轮缸的制动液压力随着车轮的运动状态的变化而迅速变化，并始终将车轮的滑移率控制在20%左右，达到最佳制动效果。

若ABS出现故障，制动防抱死警告灯会点亮发出警告，ABS自动停止工作。但普通制动系统仍能照常工作，确保汽车安全行驶。

简单地说就是：汽车制动时，首先由轮速传感器测出与制动车轮转速成正比的交流电压信号，并将该电压信号送入电子控制器（ECU）。由ECU中的运算单元计算出车轮速度、滑动率及车轮的加、减速度，然后再由ECU中的控制单元对这些信号加以分析比较后，向压力调节器发出制动压力控制指令。使压力调节器中的电磁阀等直接或间接地控制制动压力的增减，以调节制动力矩，使之与地面附着状况相适应，防止制动车轮被抱死。

2．制动防抱死系统（ABS）的类型及布置形式

从结构上可分为机械液压制动防抱死系统和电控制动防抱死系统。

按其控制参数可分为：按车轮滑移率实现控制的制动防抱死系统；按车轮角速度控制的制动防抱死系统；按车轮角加速度、减速度及滑移率实现控制的制动防抱死系统。

按其液压调节系统可分为整体式和分离式两种。整体式是将制动主缸与液压调节系统制作为一体；分离式是将液压调节系统独立安装在制动主缸与轮缸之间。

（1）按汽车制动系统分类 ①液压制动系统ABS； ②气压制动系统ABS； ③气顶液制动系统ABS。

（2）按ABS中控制管路(通道)数和传感器数量，又可分为以下6种布置形式 ①四传感器四通道四轮独立控制的ABS ②四传感器四通道前轮独立后轮低选控制的ABS

③四传感器三通道前轮独立后轮低选控制的ABS ④三传感器三通道前轮独立后轮低选控制的ABS ⑤四传感器二通道前轮独立控制的ABS ⑥四传感器二通道前轮独立后轮低选控制的ABS 3．ABS部件的结构及其工作原理

（1）车轮转速传感器（简称轮速传感器）

汽车防滑控制系统中都设置有电磁感应式轮速传感器。它可以安装在车轮上，也可以安装在主减速器或变速器中。

①功用：是检测车轮速度，并将车轮速度转换成电信号，送到电控单元中。②结构：下图所示为盘式车轮制动器、鼓式车轮制动上使用的车轮速度传感器。轮速传感器由永久磁铁、磁极、线圈和齿圈组成。

齿圈随车轮同步旋转，当轮齿经过传感器时(靠近和离开)，永久磁铁产生的磁场造成线圈中磁通量发生变化，此时在电磁线圈中感应出一个交流脉冲信号，脉冲信号的电压频率与车速成正比，车速度传感器通过两根屏蔽线将交流脉冲信号传送到ECU，ECU通过识别交流脉冲信号的频率和电压来确定车轮转速、汽车的车速。

（2）电子控制器（ECU）

电子控制器（ECU）是防滑控制系统的控制中枢，其作用是接收车轮速度传感器的车速信号，并对车速信号进行分析、放大和识别处理，计算出转速、车速及滑移率，分析车轮制动情况，以此向液压调节器发出指令，电控单元还能监视整个制动防抱死装置的工作情况。若有故障，电控单元中止工作，关闭ABS系统，同时让普通制动系统进入工作，并亮起指示灯发出警告，它还能把故障存贮，为故障诊断、排除提供故障代码。

（1）制动压力调节器

制动压力调节器的功用是接收来自ECU的控制指令，控制制动压力的增、减，它是ABS的执行器。

①循环式制动压力调节器

循环式制动压力调节器由电磁阀、液压泵和电动机等部件组成。调节器直接装在汽车原有的制动管路中，通过串联在制动主缸和制动轮缸之间的三位三通电磁阀直接控制轮缸的压力，可以使轮缸的工作处于常规工作状态、增压状态、减压状态或保压状态。三位是指电磁阀有三个不同位置，分别控制轮缸制动压力的增、减或保压，三通是指电磁阀上有3个通道，分别通制动主缸、制动轮缸和储液器。

②可变容积式制动压力调节器

可变容积式制动压力调节器主要由电磁阀、控制活塞、液压泵和储能器等组成，是在原液压制动系统中增设一套液压控制装置，控制制动管路中容积的增减，以控制制动压力的变化。可变容积式制动压力调节器有4个不同工作状态：常规制动状态、轮缸减压状态、轮缸保压状态和轮缸增压状态。

三、驱动防滑转系统（ASR）

汽车行驶过程中，轮速传感器将车轮转速转变为电信号传输给ASR电子控制器（ECU），ECU根据车轮转速计算驱动车轮的滑转率，如果滑转率超出了目标范围，ECU综合参考节气门开度信号、发动机转速信号以及转向信号(有的车没有)等确定其控制方式，并向相应执行机构发出指令使其动作，将驱动车轮的滑转率控制在目标范围之内。

驱动防滑转系统（ASR）和ABS一样，主要由电子控制器、传感器、制动压力调节器等三大部分组成。ASR中的电子控制器可以是独立的，也可以与ABS共用，轮速传感器可与ABS共用，ASR与ABS的制动压力调节器也可以共用。因此通常将ASR和ABS组合在一起。

1．ASR的电子控制器（ECU）

由于ASR和ABS的一些输入信号和处理都是相同的，为了减少电子器件的应用数量，使结构更紧凑，ASR电子控制器和ABS电子控制器通常组合在一起。

ASR的电子控制器（ECU）发出的控制指令有如下几种：① 控制滑转车轮的制动力；② 控制发动机输出功率；③ 同时控制发动机输出功率和驱动车轮的制动力。

在实际应用的ASR中，绝大多数都是采用调节发动机输出转矩的方式来控制汽车驱动力矩。而调节发动机的输出转矩，通常是利用发动机电子控制装置，通过控制节气门开度和点火提前角的方式来实现。

2．ASR的传感器

ASR的传感器主要是轮速传感器和节气门位置传感器。轮速传感器与ABS共用，而节气门位置传感器则与发动机控制系统共用。

ASR专用的信号输入装置是ASR选择开关，关闭ASR选择开关，可停止ASR的作用。如在汽车维修中需要将汽车驱动车轮悬空转动时，ASR就可能对驱动车轮施以制动，影响故障的检查。这时关闭ASR开关，停止ASR作用，就可避免这种影响。

3．ASR的制动压力调节器

ASR制动压力调节器执行ASR电子控制器的指令，对滑转车轮施加制动力并控制其大小，以使滑转车轮的滑动率在控制目标范围之内。ASR制动压力源是蓄压器，通过制动压力调节器中的电磁阀来调节驱动车轮制动压力的大小。

1）独立式的ASR制动压力调节器

所谓独立式是指ASR制动压力调节器和ABS制动压力调节器在结构上各自分开。独立式ASR制动压力调节器有4种不同工作状态，分别是不起作用、轮缸增压、轮缸保压、轮缸减压。

2）组合式的ASR制动压力调节器

组合式是指ASR制动压力调节器与ABS制动压力调节器在结构上组合为一个整体，亦称ABS/ASR制动压力调节器。这种调压阀是采用流通式（亦称循环式）调压原理。

4．装有驱动力控制系统(ASR)的汽车实例

广州本田雅阁（3.0L）轿车装有牵引力控制系统(TCS)的实例。该轿车的防滑控制系统ABS和ASR（TCS）组合在一起。整个系统由ABS/ASR电子控制装置（ECU）、制动压力调节器和传感器等三部分组成。

各部件在整车的布置如下图所示。

汽车排放污染与控制 篇3

关键词:汽车排放物成分危害控制

0 引言

随着汽车工业的不断发展和汽车保有量的急剧增加,汽车排放对大气的污染日趋严重。据环保部门的研究结果,北京市机动车排放对大气污染物中CO、HC、NO的分担率分别为63.4%、73.5%和46%;上海市中心地区机动车排放对大气中CO、HC、NO的分担率分别为86%、96%和56%。许多国家的大中城市的空气污染有五成以上来源于汽车所排出的废气。因此,必须严格控制汽车的排放污染,研究汽车排放污染的防治技術也成了当前的重要课题。

1 汽车排放污染物的主要成分及其危害

汽车排放的污染物主要是一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化物NOx和微粒(碳烟、铅化合物等)等,它们对人类造成了很大的危害:

CO是发动机中因空气供给不足或其他原因造成的不完全燃烧时所产生的一种无色、无味但有剧烈毒性的气体。CO被吸入人体后,与肺里的血红蛋白结合,致使人体缺氧、引起头痛、头晕、呕吐等中毒症状,严重时造成死亡。

HC是汽车发动机排气中的未燃部分。单独的HC只有在浓度相当高的情况下才会对人体产生影响。但是当Hc和NO2混合在一起,经强烈阳光照射后产生的高浓度臭氧,会对人的眼睛、呼吸器官及皮肤等产生强烈的刺激。

NOx是空气中的N2与O2在高温高压条件下反应生成的。NO2有剧烈的毒性,会刺激人的眼睛和呼吸道,引起喘息、支气管炎及肺气肿等。此外,NOx与HC受阳光照射后产生化学反应,形成光化学烟雾。光化学烟雾不仅对人体有害,还会损害植物、降低大气能见度等。

微粒的排放对汽油车来说主要是铅化合物、硫酸盐和低分子物质。铅化合物被人吸入并积累到一定程度时,会影响造血功能,造成贫血及使心、肺等器官发生病变。对于柴油车,微粒的排放主要是碳烟及其所吸附的高分子有机物。它除了本身对人的呼吸系统有害之外,还会妨碍车辆驾驶员和行人的视线,成为引发交通事故的因素。

2 汽油机排放控制技术

2.1 三元催化转换技术 三元催化转换器中装有促使废气中有害物进行氧化或还原反应的催化剂(铂、铑和钯)。当废气流经催化器时,通过化学反应使有害气体转化为无害气体。催化转换器的净化效果受混合气浓度和工作环境温度的影响。为提高转化效率,可采用以下措施:

2.1.1 冷机时稀薄燃烧 发动机冷机时,催化剂活性较差,不利于降低HC的排放。这时,降低HC的排放成为主要课题。在采用的方法中,稀薄燃烧技术最为有效。为保证空燃比的稀薄化,在进气口内设置涡流控制阀,改善发动机进气系统,提高充气效率;改进发动机燃烧系统,合理组织燃烧室内的气体流动,促进火焰传播,改善着火稳定性,使发动机在稀混合气下维持稳定燃烧,从而降低HC的排放量。

2.1.2 减少未燃HC 活塞的第一道环岸脊(指第一道环槽至活塞顶之间的区域)和气缸壁之间,燃烧的火焰不能达到,此区域内的未燃HC直接从气缸内排出。提高第一道活塞环的位置,即减小第一道活塞环岸的高度,可以减少活塞环与缸壁间的容积,从而减少未燃HC的排放。

为减少活塞环槽的磨损,一般情况下,对活塞表面实施氧化铝镀膜处理,但由于在活塞表面易形成许多细孔,被吸附的HC在发动机排气行程时排出机外。为解决这一矛盾,在对活塞表面实施氧化铝镀膜处理时,只对活塞环槽进行处理,活塞顶面不进行处理,有利于进一步降低HC的排放。

2.1.3 提高催化剂的早期活性 为促使催化剂的早期活性,有效的方法是提高其升温特性和降低其活性温度。提高升温特性的主要方法是采用双重排气管和使用“薄壁式”催化剂载体。合理选择低温特性好的贵重金属,如在催化剂中提高铂的含量,同时提高空燃比的稀薄化,是降低催化剂活性温度的有效手段。

2.1.4 催化剂强制加热 使用电加热催化剂(EHC)和在排气管内利用排放气体的燃烧产生的热量,促使催化剂升温,即排气燃烧器(EGC)能进一步提高催化剂的早期活性。EHC采用电流预热的方法,可使金属载体的催化器在发动机起动后的5～10s内达到催化剂的起燃温度,从而减少起动后最初几分钟内的有害物的排放。EHC已达到实用化水平,但其电气系统较复杂。EGC的原理是在发动机起动后,在浓空燃比状态下产生的CO等可燃成分与二次空气供给的氧气相混合,形成可燃混合气,在排气系统中设置排气燃烧器,通过火花塞点火装置,点燃未燃混合气,利用燃烧产生的热量提高催化剂的早期活性,同时还能燃烧净化发动机起动后的未燃HC成分。EGC技术虽然处于研制阶段,但其催化转化效率高,大有超过EHC之势。

2.2 废气再循环技术 废气再循环(EGR)是目前常用于控制内燃机NOx排放的有效措施之一。它把一定数量的废气引入发动机的进气系统,使发动机混合气中惰性气体的比例增加。由于这些惰性气体有较高比热,使经再循环废气稀释的混合气的比热增高,致使发动机最高燃烧温度下降,由于再循环废气对新混合气的稀释,降低了混合气中氧气的浓度,因而废气再循环破坏了NOx的生成条件,从而有效抑制了NOx的生成。

2.3 二次空气供给技术 二次空气供给装置可将新鲜空气送入排气管内,利用废气中的高温,使排气中的HC和CO进一步氧化,达到排气净化的目的。

3 柴油机排气净化技术

柴油机排放污染主要是NOx和微粒,其排出的CO和HC仅为汽油机的1/10或更少。除废气再循环技术外,近年来,柴油机排放控制技术的发展主要围绕以下几个方面进行:

3.1 燃烧系统直喷技术 柴油机污染物的排放量很大程度上取决于气缸内的燃烧过程,改进燃烧过程的各个环节(如燃烧喷射系统、进气系统、进气口形状和燃烧室形状等)都会改善燃烧过程。燃烧系统直喷技术的燃烧效率高,比非直喷式系统节油5%～10%,但要求发动机吸入较多的空气。目前,这种技术基本上成熟,对控制柴油机排放污染起到了一定的作用。预计不久的将来,相比分隔式燃烧系统,直喷技术将占主导地位。

3.2 废气涡轮增压与中冷技术 废气涡轮增压技术是使发动机轻量化、提高输出功率的有效措施,也是现代柴油机的代表性技术。经废气涡轮增压后,进气温度提高,滞燃期缩短,混合气适当变稀,这些因素使噪声、CO和HC排放以及油耗都有所降低。但是,进气温度上升使NOx增多,空气密度因温升而下降,也使进气量未达到期望的水平。于是出现了将增压后空气再进行冷却的中冷技术,使进气温度降低,循环进气量更大,NOx排放下降而功率进一步增加。采用废气涡轮增压与中冷技术是降低NOx和微粒、改善柴油机经济性和提高动力性的最佳措施。

3.3 燃油喷射高压化和多次喷射技术 燃油喷射系统是柴油机的心脏,也是发展最快的系统。新型的柴油机共轨燃油喷射系统,喷油压力普遍提高,其喷油压力可达140MPa。柴油机喷油压力越高,燃油和空气的混合就越好,排烟就越少。与此同时,将电子技术应用于燃油喷射过程也是一个发展方向。有些厂商已将电子技术应用到燃油喷射的控制上,非常精确地控制喷油量和喷油时间,以适应不同的道路工况,并且有的还具有自适应能力,可以补偿零件磨损和零件制造偏差引起的变化,以取得NOx、微粒排放量和燃油经济性之间的最佳配合。采用燃油多次喷射技术可以实现柔和燃烧,亦可减少柴油机碳烟与颗粒的排放。

3.4 排气后处理技术 柴油机排气后处理技术方案中,目前被认为较实用的有:氧化催化转化器、微粒捕集器和NOx还原催化转化器。其中,微粒捕集器是目前国际上最接近商品化的柴油机微粒后处理技术。

4 汽车使用维修方面

4.1 提高驾驶员素质与科学的交通管理相结合 汽车驾驶员的驾驶技术对在用车的使用状况及排放性能的影响很大。随着汽车保有量的不断增加,驾驶员队伍不断扩大,驾驶员的业务素质也参差不齐。为了控制汽车使用过程中排放超标,驾驶员应做到在驾驶的过程中减少怠速运行时间、少用强制怠速、尽量减少制动次数、缓踩节气门、在允许范围内尽可能提高车速,同时还要合理选择润滑油、使用无铅汽油、保持发动机正常水温、严禁超载行驶。

随着我国机动车数量的不断增加,道路交通对机动车的排放也有很大影响。特别对大中城市而言,科学的交通管理和控制对减少机动车排放极为重要。在十分拥挤的交通环境中,汽车发动机大多在低速和怠速状况下运行,燃油没有充分燃烧,排放必然恶化。因此,治污和治堵是相辅相成的关系,应同步进行方能取得实效。在城市交通管理中,除了加快城市道路的建设外,还应采取合理的单行和限速措施,建立科学的路口信号控制系统。这样可以明显减少CO、HC、NOx和颗粒的排放量,降低油耗并保持较高的车辆通行量。

4.2 大力加强在用车辆的检查维护 新开发的车型逐步采用车载诊断系统,对车辆上与排放相关的部件的运行状况进行实时监控,确保实际运行中的汽车稳定达到设计的排放削减效果,并为在用车的检查维护制度提供新的支持技术。

维护制度是最经济、合理、科学、有效的控制在用车排放的措施。随着新车的排放法规不断加严,地方环保和车管部门应根据实际情况不断调整各车型的检测方法和检测频率,以保证所有机动车都得到很好的维护保养。

4.3 加速老旧车辆的更新换代 依据国家相关法律法规及汽车淘汰标准中有关污染物排放的条款规定,经修理和改造或采用排气污染控制技术后排放污染物仍超过国家规定的排放标准的车辆应坚决淘汰。

5 研制可替代能源的环保型汽车

要保持汽车工业持续发展,必须高度重视推动汽车环保技术,开发出可替代能源的环保型汽车,其主攻方向是使用替代能源,降低废气排放,减少燃油消耗。这是世界各国都在努力的方向。

目前我国环保型汽车研究的主要目标是:电驱动系统的可靠性及免维护性;电源动力蓄电池和提高比能量及比功率,达到长寿命、低成本、充电快捷方便、密封免维护;天然气内燃机驱动技术的可靠性,燃烧系统的合理性及储气装置的优化设计和混合动力型电动汽车的研究与开发等;采取有效措施降低环保型汽车的研究、设计、制造费用成本,最大限度地实现高可靠性和大众化价格等。

发展环保型汽车新产品,是有效治理人为环境污染的必要措施,是保护生态系统服务功能与实现可持续发展的重要途径,对维持人类与自然环境的和谐统一有着重要的现实意义和深遠的历史意义。

6 结束语

汽车排放控制是一项综合而复杂的课题。 首先应该采取机内净化措施,即通过改进发动机设计,采用电子控制、可变气门正时和升程、可变进气管等先进技术,优化燃烧条件,减少未完全燃烧混合气的生成。其次对于发动机工作已产生的有害气体,通过加装三元催化转化器和氧传感器,将有害气体HC、CO和NOx转化为CO2、H2O和N2。为了进一步提高转化效率,可以通过优化布置转化器安装位置,采用排气歧管后置、安装加热器等措施。第三,在采用EGR系统减少NOx排量时,一定要与电子控制系统相结合,合理控制再循环到发动机燃烧室中的废气量。在汽车使用维修、燃料提供和新型车研制方面,经过科学的管理、深入的研究和大胆的构想,对排放控制也会产生积极意义。

参考文献:

飞行汽车定位控制器的研究 篇4

自1917年第一辆飞行汽车问世以来,人们便开始了对飞行汽车的大量探索。多年来,发明家和飞行爱好者们设计了多种性能良好的飞行汽车。当今交通拥堵日益严重,各国都在竞相研发飞行汽车,该领域的研究越来越重要。飞行汽车的研制已成为大势所趋,并且飞行汽车集中了汽车优秀的运输能力和飞机的越障能力等特点,深受全世界越来越多的工程师的青睐。研究飞行汽车的意义在于飞行汽车用途非常广泛,可供商用,也可供军用,尤其在应对紧急情况方面有着它独特的优势。和直升机相比飞行汽车更稳定、更便利,飞行汽车能进行低空飞行,在电线下飞行;而且噪音小,不会给城市带来噪音污染。飞行汽车还能用于现代战争,例如在伊拉克战争中,美军的绝大部分伤亡都是由于巷战,因此现代战争中巷战占有很重要的地位,而飞行汽车在城市具有很大的灵活性,能在战争中发挥很大作用。

由于交通网络的飞速发展,道路交通变得越来越拥堵,交通事故也与日俱增,所以我们希望能够通过研制飞行汽车以缓解交通拥堵的情况,减少交通事故,让人们的出行变得更加轻松安全。

1 系统的总体构成及思路

本系统由飞控模块、无线传输模块、远距离遥控模块和地面运动模块等组成。其总体结构如图1所示。

本文所研究的遥控飞行小车采用大疆的四翼机构设计和微控制器为核心控制模块的模型小车。小车通过无线模块接收信号实现前进、后退、左转、右转、停止。机翼模块采用大疆NAZA-M Lite飞控,通过它将电子调速器和遥控接收机等设备连接起来从而实现自动驾驶功能。

主控计算机通过485网络监督管理下位分机的运行状况,在以单片机为基础实时控制系统中,通过计算机的RS-232接口进行计算机与单片机之间的命令和数据传输,本文设计是以单片机AT89C51为控制核心,附以外围电路,采取的是基于硬件电路的一种开环控制方法,在遥控下实现前进、后退、转弯、停止等基本功能。

2 飞行汽车的地面运动模块

智能车系统采用16位单片机为核心控制单元,由解码接收模块负责采集信号,并将采集到的电平信号送入核心控制单元模块,核心控制单元对信号进行处理后,通过单片机端口发出PWM信号波,通过输出不同占空比对直流电机进行驱动控制,完成控制智能车的方向与电机速度。

系统总体结构图如图2所示。

从系统总体结构框图可以知道系统由以下几个部分组成。

(1)中央处理器单元。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节FLASH存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中,AT M E L的AT 8 9 C 5 1是一种高 效微控制 器 ,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

(2)电源模块。为各个电路模块提供稳定电源,可靠的电源方案是整个电路稳定运行的基础,电源模块包含多个稳压电路,将充电电池电压转换成各模块所需要的电压。

(3)电机驱动模块。通过电机驱动模块,控制驱动电机两端电压可以使模型车加速运行,也可对模型车进行制动。

2.1 小车遥控程序的设计

3 飞行运动模块

3.1 马达调制

先把遥控器模式设置为固定翼模式,然后选择X型四旋翼类型,马达怠速速度设置为推荐就可以。不推荐高速模式。若电机怠速太低,可能导致电机无法起转。电机怠速的输出脉宽一般在1176μs左右。而输出脉宽存在以下关系:

输出脉宽=(最大脉宽-最小脉宽)×比例值+最小脉宽

根据具体的遥控器,相应的比例值如表1所示。

表1 (参见右栏)

3.2 遥控器校准

(参见右栏)

3.3 命令杆校准

滑块移动定义:

T:滑块向左减小油门,滑块向右增大油门。

R:滑块向左机头向左,滑块向右机头向右。

E:滑块向左飞行器向后,滑块向右飞行器向前。

A:滑块向左飞行器向左,滑块向右飞行器向右。

第1步:首先把所有通道的最大值最小值设为默认值(100%),把遥控器上所有摇杆的微调设为0。因为要记录你遥控器各操作通道的最大最小值,所以请将所有曲线设置为默认。

第2步:点击开始按钮,推动所有通道所对应的摇杆使其活动到最大工作范围并重复几次。

第3步:完成以上操作后,点击结束按钮。

第4步:如果滑块的移动方向和滑块移动定义相反,请点击旁边的反向/正常按钮调整。

3.4 自驾系统

垂直感度:1)油门在中位时飞行器是否可以锁定当前高度;2)飞行器在飞航线时飞行高度不会大幅变化。可以先慢慢增加该感度(每次10%)直至出现上下震荡或油门杆反应过于灵敏,然后再减小20%。此时为合适感度。

姿态感度决定打杆时姿态响应速度的快慢,感度越大响应越快。增大感度以获得更干脆的姿态响应,放手悬停时候飞行器回平的速度也越快。但感度太大会造成您的控制感受过于僵硬,并且飞行器在飞行时会出现不稳定的晃动,感度太低会造成控制感受过于柔和。

4 总结和展望

汽车排放污染及控制对策探析 篇5

汽车排放污染及控制对策探析

摘要：分析了汽车排放污染物的主要成分及其危害性,在此基础上,从应用新技术、开发新能源、强化监督和管理等多方面提出了控制汽车排放污染的对策.作 者：陈时生 CHEN Shi-sheng 作者单位：南宁市农业机械化技术学校,广西南宁,530001期 刊：科技情报开发与经济 Journal：SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY年，卷(期)：2010,“”(15)分类号：X701关键词：汽车排放污染 控制对策 新能源开发

汽车尾气污染及其控制技术研究 篇6

[关键词]汽车尾气污染；控制技术；环境保护

一、前言

随着汽车工业的飞速发展，我国的汽车保有量也在逐渐增加。从2009年开始，我国已经连续三年成为汽车产销量第一大国。然而，随之而来的是汽车尾气的污染物大量增加，影响人民生活环境，危机人民身体健康。此外，随着著名记者柴静的环保公益纪录片《穹顶之下》的传播，许多民众也开始关注由汽车污染物带来的环境问题。

二、汽车尾气污染的危害

汽车尾气污染，即由汽车排放的废气造成的环境污染。在汽车尾气中，除了氮、氧、二氧化碳和水蒸气之外，其他均为污染物。这些尾气污染物包括碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫、含鉛化合物、固体颗粒物等。

汽车尾气对人体和环境都有一定危害。首先，汽车尾气中的一氧化碳是一种有毒气体，被誉为尾气中的一大公害。一氧化碳由肺部进入人体后，会使血液输送氧的功能降低，导致器官缺氧。长期生活在一氧化碳的环境下，会导致动脉硬化，脑溢血等疾病的发生。除了一氧化碳之外，还有一氧化氮和二氧化氮。一氧化氮容易导致人体出现支气管炎，而二氧化氮在进入肺部之后，容易形成硝酸，使人体产生咳嗽，气喘等疾病。除了以上三种化学物质之外，汽车尾气中还含有碳氢化合物，这些碳氢化合物有些在紫外线的作用下会生成具有致癌作用的光化学烟雾，会刺激眼睛。而苯并芘则是尾气中含有的强致癌物质。

汽车尾气不但严重影响人体健康，还会使环境恶化。首先，碳氢化合物会在太阳紫外线的作用下产生光化学烟雾，这种烟雾会导致大气能见度降低，在雾霾严重的地区引发交通事故。光化学烟雾还会影响农业生产，腐蚀建筑物，文化古迹等。此外，汽车尾气中的二氧化碳虽然不会对人体造成直接危害，但会使温室效应更加严重，导致全球暖化，海平面上升。尾气中还含有大量的酸性气体，会导致酸雨的发生，污染河流及地下水资源，进而污染人类的健康。

三、汽车尾气污染的治理与控制

（一） 开发汽车新能源

当前，我国大部分汽车使用的能源是化石燃料资源。汽油在燃烧的过程中不可避免地会产生上述有毒气体，从而危害群众身体健康，并导致温室效应。同时，化石燃料资源是不可再生能源，总有被开采完毕的一天。因此，汽车产业应探索污染少，可再生的新能源，将其引进于汽车研发与生产的过程中。例如采用乙醇、天然气作为汽车能源。当下，新能源汽车的市场也在逐渐开拓，例如特斯拉公司和比亚迪公司等公司生产的电动汽车就逐渐在推广。此类新能源汽车排出的尾气相对于传统以汽油为燃料的汽车更加环保。因此，汽车产业应该加大对新能源汽车的开发和投入，从源头控制有毒汽车尾气的排放。

（二）完善传统汽车尾气净化技术

目前常用的技术有在汽车排气口增加尾气净化器，对汽车产生的进行净化以减少污染，这种方法较其他方式更为简便，而且作为汽车附加产品更容易进行市场推广。但是治标不治本，而且很难达到“零污染”。现实中比较常用的方法还有：安装汽车曲轴箱强制通风装置、安装汽油车燃油蒸发污染控制装置、安装汽车电子点火器、安装汽车磁化净化器等。这些方法都是过滤汽车尾气，使排放的空气中的尾气没有原来危害大。其次，要从根源是解决汽车尾气污染的问题，就要从汽车的“心脏”——发电机入手，即研制新型发动机。发动机是汽车的动力源，也是最主要的尾气排放污染源。要想从根本上解决汽车尾气污染问题，应当研制更环保更先进的发动机，如发动机结构优化技术、闭环电控发动机管理技术、燃油蒸发污染物控制技术等。

以上所说的一些治理方法对控制汽车尾气污染虽然有一定的效果，但还不能达到我们理想的程度。与此同时，我们还应该不断地研究开发新的方法，不断完善汽车尾气的净化技术。

四、结语

嵌入式汽车车窗控制器设计 篇7

汽车车窗控制器是保证汽车安全性的一个重要部件,过去的汽车车窗普遍采用传统手摇式升降器,90年代中期以来,汽车车窗控制器的控制技术发展迅速,电子模块控制形式大量应用于批量装车,并设有安全保护装置。早期汽车车窗控制器由三极管等分立元件组成,分立元件离散性大,且性能不稳定,数量多,所以现在许多轿车门窗玻璃的升降转而使用由价格低廉、性能稳定的单片机作为集成模块控制器进行控制。

2 系统框图

嵌入式汽车车窗控制器适用于配备了电动车窗的机动车,通过一键升降、延控等功能实现了车窗的自动控制,提高了国产汽车的智能化水平[1]。它主要是利用电动机的正反转来控制车窗玻璃的升降,操作方便。

由外围电路、单片机、电机驱动电路等几部分组成的系统框图如图1所示,外围电路包括I/O电路、取样电路等电路,作用是将控制开关指令或车窗玻璃防夹力的大小或者是中控门锁系统发出的自动关闭所有车窗的信号传送给单片机;单片机根据接收到的信号发出控制指令;电机驱动电路连接在单片机和电机之间,能够采集电机电流,并将采样值反馈给单片机A/D转换采样模块,由单片机根据得到的电机电流值对电机进行正反转控制,进而控制玻璃的升降运动,实现车窗堵转和防夹功能;指示灯和键盘部分用于显示电机的工作状态、参数和系统工作参数设定。

3 硬件电路设计

汽车车窗控制部分由车窗主开关、车窗副开关、车窗电动机、车窗电动机断路器组成。

本设计车窗控制系统针对司机侧车窗设计的,由驾驶员集中控制主控开关,每个车窗的操作开关由乘客自己操作,在实现上述功能的基础上,在主控开关处设置一个安全开关,可以切断其他各车窗的电源,使每个车窗的操作开关不起作用,这个开关只能由驾驶员一人操作。

过去的汽车车窗大多是通过按钮控制车窗玻璃的升降,车窗无智能,司机在没有注意到乘客的手或物体伸出窗口的情况下按下按钮,乘客容易被车窗夹伤。为了实现用户所要求的防夹功能和离车自动关闭车窗等功能。新型电动车窗电动机必须由电子控制单元来控制。本设计选用了Microchip公司研制的PIC16F716单片机,它是基于FLASH的18引脚8位CMOS单片机,具有低成本,低功耗,低E M I,高抗干扰性,模拟功能,UA RT,I 2 C和片内RC振荡器,带A/D转换器和增强型捕捉/比较/PWM的8位闪存单片机的新一代单片机,具有电源输入端口并集成了电压调节器、输入输出端口、晶振端口、输入捕捉端口、运放及A/D转换器端口等端口。PIC16F716有一个看门狗,只能通过配置位将其关闭。看门狗通过其自身的RC振荡器工作,提高了可靠性。另外还有两个定时器用来提供必要的上电延时。一个是振荡器起振定时器(OST),它可以保证晶体振荡器稳定之前器件保持复位状态;另一个是上电延时定时器(PWRT),它仅在上电时提供固定的延时,以保证电源电压稳定之前器件为复位状态。有这两个片内的定时器,大多数应用中无需外加复位电路[2]。本控制器的I/O电路分别用到了单片机的R A 0-3、RB0-6端口。

RA0、RA 3设置为输出口分别接玻璃的上升和下降控制电路。此处以车窗玻璃下降操作为例,当单片机的RA3口的输出信号DOWN为高电平时,信号给到继电器驱动电路(图2),电路中的三极管T2导通,驱动与电动机相连的继电器RLY,RLY的常闭触点断开,常开触点吸合,控制电机的反转,玻璃下降运行。

RA1设为输入口外接取样电路。取样电路的采样电压经过简单的RC滤波网络,送到RA1进行模数转换。当检测到电流大于15A时,就可以判断出电机正处于堵转状态,此时微控制器停止触发电机(仍需续流),用户可以重新启动车窗。

RB1-4口作为主控键的输入口。RB 1为手动下降信号输入口、RB2为自动下降信号输入口、RB3为自动上升信号输入口、RB4为手动下降信号输入口。通过对单片机输入高低电平信号,实现车窗玻璃的一键升降、延控等功能。

RB5外接车钥匙点火开关检测电路,点火开关接通后,四车窗开关才有电源。

RB6接主控门检测电路,当主控门开关锁为接通状态时,驾驶侧主控制器能控制前后左右四个车窗工作,其余窗控制器能控制自己侧车窗工作。当主控门开关锁为断开状态时,驾驶员侧主控制器能控制各车窗的工作,而其余窗控制器不起作用。

4 软件设计

汽车行业标准QC/T29027-1991《汽车用玻璃升降器技术条件》中对于玻璃升降器是这样定义的:“玻璃升降器是指按一定的驱动方式将汽车车窗玻璃沿玻璃导槽升起或下降,并能停留在任意位置的装置”。

汽车车窗的主要动作为车窗的上升、下降和停止。车窗的上升、下降和停止是通过控制电动车窗电动机M的电流方向或截断电动机的电流来实现的。汽车车窗电动机电流的方向或电流的停止是通过单片机的指令控制继电器A和继电器B的动作达到的[3]。单片机指令是按控制开关指令或车窗玻璃防夹力的大小或者是中控门锁系统发出的自动关闭所有车窗的信号发出的。本设计通过软件设计来实现上述功能,具体系统控制框图如图4所示。

其中处理标志位是指对主控键的设置,具体表现为:

主控键的四个档位,如上图所示。

(1)手动上升:开关向着UP方向上拉时,UP触点触发为高电平,RB4=1为手动提升。

拉起“UP”按钮时,如果上拉时间t≥500 ms,电机将向上运动,当松开开关时,电动机停止运动,车窗停止上升。

(2)自动上升:将电动车窗开关按至第2档,此时RB3=1。在上拉“UP”按钮时,如果上拉时间t<500 ms,电机将向上运动,玻璃自动上升。在自动上升过程中,任何其他操作都

将中止电机运行,则玻璃停止上升。

(3)手动下降:开关向着DOWN方向按下时,DOWN触点触发为高电平,RB1=1为手动下降。按下“DOWN”按钮时,如果按下时间t≥500 ms,电机将向下运动,当松开开关时,电动机停止运动,车窗停止下降。

(4)自动下降:将电动车窗开关按至第4档,此时RB2=1。在点按“DOWN”按钮时,如果按下时间t<500m s,电机将向下运动,玻璃自动下降。在自动下降过程中,任何其他操作都将中止电机运行,则玻璃停止下降。

该车窗控制系统除了具有车窗自动上升、下降和手动暂停、恢复功能外,还有以下功能:

(1)防夹功能:初始化后,手动和自动上升时都具有防夹功能,防夹次数不受限制。汽车电动车窗受国际标准的约束,如美国的FMVSS118或欧洲的74/60/EEC,在如何降低对儿

童的危险度方面,提出的要求如下:检测区域:25mm至200mm;最大夹物力为100N;夹住时可以反向;确定偏转角测试:5N/mm至20N/mm。在自动上升操作时必须具备该功能。

(2)防抖功能:在颠簸的道路行驶时,车窗玻璃在上升过程中遇到一定的阻力时,车窗将自动停止40ms后继续上升,如果再次检测到电流变大的情况出现,则升降器立即停止工作;否则即为误判断,车窗继续上升[4]。

(3)省电模式:在输入信号消失120 ms后。且电动机温度接近室温25℃时,系统自动进入省电模式。静态电流小于300μA。当电动机控制单元一旦得到输入指令就被唤醒。

(4)软件停止功能:当在自动和手动向下的模式时,软停止点为下极限位置上的5±2 mm处。

(5)电动机保护功能对电动机采取保护措施,提高电动机和电动车窗系统的使用寿命。在电动机堵转的250 ms内,控制单元切断电动机电源,电动机停止工作。电机过热保护时间为600s,在过热保护期间只允许上升操作,不允许下降操作,而上升过程中的防夹返回下降正常运行。

(6)自诊断保护功能为保证系统的可靠性,同时提高系统的平均无故障时间,采用自诊断保护措施:如果电源电压超过16 V±0.5 V,关闭自动上升功能。

(7)离车自锁功能:当汽车熄火停车后,只要没有打开驾驶员车门或副驾驶员车门,则在10分钟内仍可操纵车窗;锁上主控门锁时,玻璃升降器会感应到门窗关闭程序,在40s内系统自动检测4个车窗状态,并逐一将4个车窗关闭。

(8)在驾驶位还设有一个安全开关,即童锁开关,在童锁开关被按下的情况下,继电器的常闭触点断开,切断了后车门上控键开关的电源,使其失去了对各自车窗电机的控制,因而起到保护儿童安全的作用。童锁开关复位后各车窗即可正常控制。

5 结束语

经试验表明各元器件及整体性能完全满足汽车产品各项技术要求,工作可靠,寿命长。本文所设计的新型嵌入式门窗控制器在海南马自达轿车上得到了应用能完全按本设计要求工作,运行正常,满足本文所介绍的所有功能。

摘要：为了降低汽车车窗控制器成本,提高可靠性,本设计运用低成本Microchip单片机作为核心设计了汽车车窗控制器,实现了一键升降、防夹、延时等功能。本设计产品已小批量生产,用于海南马自达轿车。

关键词：车窗升降,控制器,单片机

参考文献

[1]林元新.单片机在电子车窗控制器中的应用设计[J].汽车电器,2005(12):1-5.

[2]Microchip Technology Inc《.PIC16F716数据手册》[Z].2004,1-55.

[3]顾柏良.BOSCH汽车工程手册[M].北京:北京理工大学出版社,2004.

汽车车身电子控制器局域网网关 篇8

网关的作用就是为在不同的通信协议和不同的传输速度的计算机或模块之间进行通信时, 建立连接和信息解码, 重新编译, 并将数据传输给其他系统。为了使采用不同协议及速度的数据总线间实现无差错数据传输, 必须要用一种特殊功能的计算机系统, 这种计算机系统就叫做网关。

在汽车内部采用基于不同总线的分层网络结构, 可以达到信息交换、减少布线、降低成本以及提高总体可靠性的目的, 网关则是分层网络结构中的核心, 它可以实现各层网络中的信息共享以及网络管理和故障诊断的功能。一个网关应该具有各层网络的总线接口, 同时还要具有一定的运算能力, 这样才能吞吐量来处理信息, 确保网络正常运行。采用这样一个网关来协调各层网络, 可以实现信息共享, 提高网络效率;同时给故障诊断、故障排除提供了很大的方便。总的来说, 网关就是为不同协议之间提供一个接口。

2 CAN/LIN网关总体概述

网关是工作在不同性质网段之间的网络互连设备, 在网关内部实现了协议的相互转换, 从硬件的层面上来看, 网关要提供与不同网段的接口。就CAN/LIN网关而言, 只要一个同时拥有CAN、LIN接口的高性能MCU就可以了。

CAN/LIN网关在车身网络中有双重身份, 它除了作CAN/LIN网关外, 还作为低速CAN节点和LIN的主节点。作为低速CAN节点时, 它负责分析接收到的CAN报文, 提取数据场的信息, 用来驱动车灯和车身电机;作为LIN主节点时, 它负责把接收到的CAN报文信息转化成LIN报文, 并将它们发送给LIN从机, 以便LIN从节点驱动车身电器。正因为它有这个CAN/LIN报文转换的功能, 故可以作为CAN/LIN网关。图1是一个典型的CAN/LIN网关框图。

3 MCU芯片选型

车身网络属于中低速网络, 既可以用CAN总线进行通信和控制, 也可以用LIN总线进行通信和控制。从节约成本的角度考虑, 可以使用LIN总线。但LIN总线使用主从结构, 而车身电器部分又很多, 包括车灯、车门、后视镜以及雨刮等等, 因此, 为减少系统模块以及使系统更为简单系统化, MCU作为CAN/LIN网关, 既可以接收CAN总线报文, 又可以对CAN报文进行解读, 发送给LIN总线。基于车身网络以上特点, 电路中选用Freescale公司生产的MC68HC908GZ32芯片作为MCU芯片。

MC68HC908GZ32是Freescale公司生产的8位微控制器。其内部具有8位的中央处理单元、时钟发生模块、8通道的定时器模块、8位的键盘中断模块、增强型串行通信模块、时基模块以及CAN通信模块等。其容量达32KB的片内Flash存储器与1536B字节RAM能满足多数用户的各种应用要求。不仅有传统的串行通信接口, 而且还有串行外围接口, 使得芯片与外部设备、芯片与外围扩展芯片的通信和连接变得简便, 具有53个通用I/O引脚。

4 最小系统

MCU的最小系统即是用最少的元器件组成的单片机可以正常工作的系统。一般来说, 最小系统包括以下几个方面:电源部分, 复位电路部分和时钟电路部分。以下就MC68HC908GZ32的最小系统做一个简单的介绍:

4.1 电源部分

由于现在汽车上采用的电源系统一般均为12V电压系统, 但是电路中所用的单片机及芯片各个管脚的最大输入电压一般都是5V, 所以需要一个电压转换器件来实现电源的电压转换, 本系统中采用LM7805芯片来转换电压, 将12V电源电压转换为5V电源电压。

LM7805具有过压保护, 过流保护, 过热保护, 电路使用安全可靠, 能够实现1A以上的输出电流, 器件具有良好的温度系数。再加上其简单易用, 价格低廉, 所以本系统中采用它作为电源电压转换器件。

其连接电路图如图2所示:

4.2 复位电路部分

MCU本身具有RST复位引脚, 所以只需要在外部加上一个简单的复位电路与RST复位引脚相连即可实现MCU的复位。这种复位方式被称为外部复位, 外部复位是通过外部电路实现RST引脚上输入一个有效的低电平实现的。单片机复位电路有很多种, 比较典型的并且经常用到的是RC复位电路, 其外部复位电路图如图3所示:

当开关SW1闭合后, 引脚RST与地相接, 即是在RST引脚上输入一个有效的低电平, 输入RST信号, 实现复位。RC的作用是为了防止外来的干扰信号影响RST正常工作。

4.3 时钟电路部分

时钟电路在单片机系统硬件中往往是一个关键的部分, 因为晶振体的工作频率很高, 设计不当很有可能使其工作时的产生的高频信号对其他电路造成干扰, 尤其是对模拟部分如AD转换输入信号的干扰;或者甚至晶振体不工作, 导致整个单片机系统无法运行。

因为MC08HC908GZ32芯片支持1M到8M的晶振, 所以, 为了能够获得更高的速度, 所以, 本电路中MCU时钟电路部分采用一个8M的晶振和一个10M的电阻并联连接, 另外再接上两个电容得到。OSC1为输入引脚, OSC2为输出引脚。时钟电路部分电路图如图4所示:

5 CAN收发器电路

TJA1050收发器的电路连接和简单, 参考其数据手册很容易就能连出其收发器部分电路图。其电路图如图5所示:

电路图中, TJA1050的TXD和RXD引脚分别与MCU的PTC0/CANtx和PTC1/CANrx引脚相连接, 因为MCU本身具有MSCAN模块所以不需要太多的转换电路;S引脚接地, 让芯片进入高速工作模式即正常工作模式;Vref引脚悬空不接;CANH和CANL引脚分别与CAN高低速总线相连接, 在外围为了滤除干扰信号的影响, 外加两个电容C1和C2, 两个电容均取典型值为100nf, 同时也起到保护引脚的作用 (防止直流电的流入) ;参考数据手册可知Vcc引脚电压限制在4.75V到5.25V之间, 所以, 由前面介绍的LM7805得到5V的电压输入Vcc, Vcc与电源5V电压相连接, 获得输入电压, 为了滤除干扰信号的影响, 可以在外围加入一个电容C5, 取值为100nf。

6 LIN收发器电路

TJA1020的电路相对TJA1050电路复杂一点, 但是在参考其数据手册的情况下也比较容易得出LIN收发器的电路, 其电路图如图6所示:

电路图中, MCU中没有专门的LIN模块, 所以使用MCU中的ESCI模块来代替LIN模块。TXD与RXD引脚分别与MCU中的PTE0/TXD和PTE0/RXD引脚相连接, 由于RXD引脚为接收数据引脚, 它需要从外部接收数据, 所以需要一个较大的电阻来防止外部电流过大烧坏芯片, 所以引入R21电阻 (取值10K) 来防止外部电流过大烧坏芯片;LIN引脚与LIN总线接口电路相连接, 实现与LIN总线上的数据互联;BAT引脚, 根据数据手册可知, 其引脚电压值在-0.3到40V之间, 车身系统的供电电压为12V, 所以不需要加入其他的电源转换系统来转换, 直接将BAT引脚与车身系统供电蓄电池12V电源相连接即可, 但是, 为了防止电流的方向流通出现烧坏芯片等问题的出现, 所以接了一个二极管D1来防止电流方向流通, 同时, BAT引脚上的电流也是有限制的, 所以, 接入一个1K的电阻来降低大电流, 将BAT引脚上的电流控制在规定范围之内。NSLP引脚为睡眠控制输入引脚, 将其与MCU芯片的PTA2引脚相连接, 即用一个I/O口来控制NSLP引脚的电平高低, 在低电平的时候, 达到睡眠控制输入的作用。NWAKE引脚也与12V电源相连接。INH引脚悬空不接。

摘要：本文结合CAN (Controller Area Network) 、LIN (Local Interconnect Network) 总线原理及其通信特点, 阐述了在选用飞思卡尔和飞利浦公司的芯片平台上运用protel软件对CAN/LIN网关系统的硬件分析。系统中电路主要包括MCU芯片电路最小系统, CAN通信模块电路, LIN通信模块电路等。最小系统包括复位电路, 时钟电路, 电源电路等。

关键词：CAN总线,LIN总线,CAN/LIN网关

参考文献

[1]常越.M68HC08单片机原理及C语言开发实例[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005.P38-40

[2]Akihiro Tanaka, Masachika Kamiya and Kazunori Sakai.Gateway Application for Automotive Network System"BEAN".

[3]雷霖.现场总线控制网络技术[M].北京:电子工业出版社, 2004.P22-30.

[4]付鹏, 秦文虎, 张小龙, 陆晶晶.汽车网络技术及其网关设计[J].轻型汽车技术[J].2005, 9:P25-30.

汽车控制器 篇9

关键词：防抱死制动系统,硬件在环仿真系统,试验台

0 引言

汽车防抱死制动系统是汽车主动安全的重要组成部分, 目前已经逐渐成为汽车的标配产品。汽车ABS性能的优劣直接影响汽车的行驶安全。现有的国家标准仅是针对应用已开发成熟的ABS整车制动试验[1], 而对处于开发阶段的ABS产品并无测试, 本文设计的ABS控制器性能测试系统可以对汽车ABS控制单元进行硬件在环测试, 分析该系统工作过程和工作方式, 发现该系统存在的问题, 提出优化的措施, 发现故障形成方式, 为产品开发提供改进依据, 降低试验成本, 缩短开发周期。在汽车ABS控制器性能测试系统的开发设计中, 采用硬件在环仿真技术, 该系统包括车辆仿真、硬件设计和软件设计三个模块。

1 仿真模型的建立

1.1 车辆模型

忽略车身侧倾的影响, 将悬挂质量和非悬挂质量合为车辆整车质量, 忽略轮胎的滚动阻力、车辆的空气阻力, 汽车进行直线行驶, 不存在轮胎横向力的作用。考虑车辆纵向运动 (x方向) 、横向运动 (y方向) 和横摆运动 (绕z轴的转动) , 设车辆坐标系的原点在整车质心处, 可以建立一个的四轮车辆模型。

根据汽车理论知识[2], 列出车辆制动时的运动方程, 建立数学模型, 在Matlab/simulink环境下建立车辆模型, 仿真得出曲线符合实际制动情况, 模型建立正确。

1.2 轮胎模型

轮胎的力学特性对汽车的操纵稳定性、舒适性、动力性和制动安全性起着极其重要的作用。车辆性能的定量分析与研究及先进的底盘控制系统的设计开发, 在很大程度上依赖于车辆动力学模型和轮胎动力学模型的研究[3]。根据本文的研究特性, 采用了Magic Formula模型 (魔术公式模型) [4]。

式中:D—峰值因子, 表述曲线的最大值;B—刚度因子;E—曲线曲率因子, 表示曲线最大值附近的形状;C—曲线形状因子, 即表示曲线是象征横向力、纵向力还是回正力矩;Sh—曲线的水平方向漂移;SV—曲线的垂直方向漂移。

2 ABS硬件在环系统硬件设计

整个混合仿真系统的硬件部分由5个模块组成:1) 仿真计算机系统:用以运行仿真软件, 其机箱内中泰研创的USB7322板卡用以采集电磁阀信号及输出阶梯轮速信号;2) 接口箱:电磁阀信号调理电路板将电磁阀动作时的电压信号转变为TTL电平信号;3) VF变换盒:VF变换电路板将阶梯轮速信号转变为方波信号;4) ABS信号转接盒:ABS信号转接盒将ABS控制器的接口引到机柜面板;5) ABS控制器:桑塔纳2000Gsi的美国ITT公司MK20—I系[5]。

系统的结构原理图如图1所示。实物连接和关系如图2所示。

3 ABS硬件在环系统软件设计

本系统的软件开发选择了NI公司的Lab VIEW开发平台。根据系统要求, 软件设计包括轮速信号模拟模块、轮速信号输出模块、数据存储模块、数据分析模块等四个部分。软件系统的设计功能包括设定不同的路面条件来进行仿真试验, 通过改变车辆数学模型的几何参数实现不同车辆的制动过程仿真, 并且在制动过程中, 数据采集卡能及时处理压力传感器信号和电磁阀状态信号。系统软件设计流程图如图3所示。

4 HILS ABS试验台的应用

通过仿真得到输入信号, 通过Matlab与Lab VIEW接口, 然后经Lab VIEW显示图像, 仿真系统的输入端已经成功运行。向ABS控制器发送相应的信号, ABS控制器内电磁阀在一定的工况下有对应的工作状态, 通过采集卡得到输出信号, 经Lab VIEW导出图像, 这说明ABS硬件在环系统可行。图4是HILS部分仿真曲线。其中包括电磁阀信号、不同附着系数路面上制动车速与轮速变化曲线和滑移率曲线图。HIL仿真系统的应用过程说明系统开发是成功的。

5 结语

制动控制器作为车辆的主动安全核心部件, 具有系统硬件和软件复杂, 对测试环境和道路条件要求高, 开发周期长等特点, 通过硬件在环仿真方法, 可以提高试验的安全性和可靠性, 缩短开发周期, 降低成本。随着软件技术和硬件技术的迅速发展, HIL仿真技术成为汽车控制系统开发和应用研究的重要技术, 在系统中加入了真实的硬件, 减少了纯数字模型仿真的模拟误差, 其结果更接近实际情况。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准:GB-T13594-2003机动车和挂车防抱制动性能和试验方法.2003.

[2]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[3]刘波.基于自适应滑膜控制方法的车辆防抱死制动系统的研究.[D].长沙:国防科技大学.2006.

[4]任光胜.用Magic Formula对轮胎特性曲线的拟合与优化[J].重庆大学学报 (自然科学版) , 2001, 3.

汽车控制器局域网技术规范及应用 篇10

控制器局域网简称CAN (Controller Area Network) , 由德国Bosch公司在20世纪80年代初为汽车监测、控制系统而提出, 随后, Intel和Philips先后推出了CAN控制器。C A N属于总线式串行通信网络, 由于其采用了许多新技术及独特的设计, 与一般的通信总线相比, C A N总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性, 概括如下:

(1) CAN总线采用多主方式工作, 节点不分主从均可主动向其他节点发送信息, 通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送数据, 任一节点出现问题不会导致整个网络瘫痪。

(2) CAN总线采用循环冗余校验进行差错检测, 按照错误处理机制进行差错校正, 报文出错概率不大于4.7×10-11。

(3) CAN总线采用载波侦听/多路访问/冲突检测控制实现对总线的访问, 可以较好地解决总线冲突的问题, 其响应时间较短, 且随着节点数的增加而变化不大。

(4) CAN总线采用的是不归零制编码方式, 须添加时钟信号以保证传输同步, 信号传输功率较小, 当最大数据传输速率为1 M b/s时, 总线最大长度为4 0米, 其传输介质为双绞线、光纤或同轴电缆。

(5) CAN总线的通信无需站地址等节点信息, 最大可挂接节点数理论上不受限制而主要取决于总线驱动电路, 节点的增减不需对系统进行修改, 系统扩充灵活。

2 CAN的分层结构

2.1 OSI参考模型

在开放系统的环境下, 可以用不同厂家的产品作为组成部件来构成系统, 也可以在不同厂家生产的相同功能的产品之间实现互换。要实现对这样一个开放系统的有效配置、操作和部件替换, 就必须满足一整套对接口、服务、协议的规范要求。同时, 要实现开放系统, 首先就要有公开而统一的规范描述及其实现方法。由于需求动力的驱动, 促成了OSI (Open System Interconnection) 参考模型的出现。

O S I参考模型将开放系统的通信功能划分为7个层次。各层协议细节的研究是各自独立进行的。O S I参考模型分层的原则是将相似的功能集中在同一层内, 功能差别较大时就分层处理, 每层只对相邻的上、下层定义接口。从邻接物理媒体的层次开始, 分别赋予1, 2, ……, 7层的顺序编号, 相应地称之为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。O S I参考模型如图1所示。

模型中的每一层利用其下一层提供的服务并为其上一层提供服务, 而与其他层的具体实况无关。这里所谓的“服务”就是下一层向上一层提供的通信功能和层之间的会话规定。两个开放系统中的同等层之间的通信规则和约定称之为协议。通常, 第1~3层功能称为低层功能, 即通信传送功能, 这是网络与终端均需具备的功能。第4~7层功能称为高层功能, 即通信处理功能, 通常需由终端来提供。

2.2 CAN的分层结构及功能

1 9 9 1年9月, B o s c h公司制定并发布了完整的C A N技术规范 (Version 2.0) , 1993年11月, ISO颁布了ISO1 1 8 9 8《道路车辆—控制器局域网》, 使C A N总线正式成为一种标准化、规范化的官方现场总线协议。根据O S I参考模型, C A N被分为如图2所示的几个不同层次。为保证C A N总线技术的开放性, 上述C A N协议仅定义了物理层子协议和数据链路层子协议, 并未对C A N总线结构体系中的应用层做出具体规定, 用户可以按照各自的需要自行定义应用层子协议。因此, 可以将上述C A N协议视为是C A N总线的基本协议。这也是C A N总线的应用基础。

3 CAN的高层协议

许多组织在C A N基本协议的基础上按照自己的需要制定应用协议或标准。这些应用协议或标准均以C A N总线为核心, 其物理层子协议和数据链路层子协议的大部分内容与C A N基本协议保持一致, 只是出于制定者的特殊考虑对C A N基本协议中的某些规定使用了更严格的约束条件以保障特定场合中的数据传输。上述应用协议或标准中的应用层子协议的内容各不相同, 有的还对O S I模型中的其他几层进行了定义, 因此可以将它们视为是C A N总线的高层协议。典型的CAN总线高层协议有:SAE J1939、ISO11783、CAN open、CAN aerospace、Device Net、N M E A 2 0 0 0等, 如表1所示。

S A E J 1 9 3 9是C A N高层协议中最重要、应用最广泛的协议, 其全称是车辆网络串行通信和控制协议。它采用C A N通信协议作为网络核心, 按照O S I模型对通信的分层制定相关子标准, 特别是在应用层子协议中对通信所传输的有效信息作出了统一明确的定义, 因而它属于C A N总线的高层协议。S A E根据技术发展和应用状况不定期的对该标准进行更新, 目前版本的S A E J 1 9 3 9标准共由1 2个子标准组成 (见表2) 。

S A E J 1 9 3 9标准的颁布与实施对汽车界有着重大的意义。首先, 从车辆电子控制一体化的角度来讲, 车辆上任何一个电子控制系统都需要与其他电子控制系统进行通信, 以实现智能控制, 改善车辆性能;其次, 从产业化的角度讲, 一种总线产品要有经济性, 则必须进行标准化, 遵循网络通信协议, 采用单一通信标准能够极大地简化集成系统的设计要求, 有效地减少电子线束的数量, 有利于提高车辆电子控制系统的灵活性、可靠性、可维修性和标准化程度, 使得车辆控制技术真正走上网络化、集成化、模块化的道路。所以, 目前S A E J 1 9 3 9标准已经成为世界各大车辆部件制造商均支持的重要通信标准, 尤其在大客车、载重货车、特种车辆和工程机械中得到广泛的应用。

4 CAN总线有关器件

C A N总线在各个领域的应用得到迅速发展, 这使得许多器件厂商均推出各种C A N总线控制器件产品, 而丰富廉价的C A N总线器件又进一步促进了C A N总线应用的迅速推广。C A N的通信协议主要是由C A N控制器完成的。C A N控制器主要由C A N总线协议部分和微控制器接口部分电路组成。对于不同型号的C A N总线通信控制器, 实现C A N协议部分的电路结构和功能大多相同, 而与微控制器接口部分的结构及方式存在一些差异。

4.1 独立式CAN控制器

独立式C A N控制器是一种集成有C A N协议控制模块的单片机, 它所有的处理器资源全都用于实现并管理C A N的协议规范所制定的通信功能, 如Philips的SJA1000是一种在市场上比较常见的产品。

4.2 CAN单片机

这是一种不仅嵌有C A N协议控制模块, 还能完成其他控制任务的通用型单片机, 如M o t o r o l a公司的M C 6 8 H C 9 0 8 G Z系列、N E C的7 8 K 0 S系列和P h i l i p s的P 8 7 C 5 9 1等。由于这些型号的C A N单片机主要供给大规模工业应用, 所以一般市场上比较少见。

4.3 CAN控制器接口

对于内部只有C A N控制器的微处理器芯片, 为了进行C A N通信, 还需要使用C A N接口电路, P h i l i p s的P C A 8 2 C 2 5 0就是这样一个C A N控制器接口芯片。P C A 8 2 C 2 5 0是C A N控制器与物理总线之间的接口, 它最初是为汽车高速通信的应用而设计的, 可以提供对总线的差动发送和接收功能。

5 CAN总线的应用

1992年, 奔驰公司最早把CAN用到汽车中。此后, 欧洲汽车厂商纷纷效仿, 逐步将C A N纳入了行业标准。受其影响, 美国和日本的厂商也表现出积极向C A N靠拢的态势。因此, 投放市场的C A N相关产品, 8 0%以上都用于组建车载网络。在汽车内部网络中, 各个网络系统根据内部数据通信的网络特征, 采用不同的C A N标准, 具体应用于以下方面:

5.1 汽车动力传动网络系统

该网络通常是按照ISO 11898、SAE J1939及SAE J 2 2 8 4的要求组建高速C A N或T T C A N来实现采集所有传感器的输出信号, 并将采集到的数据打包, 再定期以广播方式发送出去;系统中的各节点则从广播消息中“各取所需”。这样才能最佳的利用总线的带宽资源, 使每次通信尽可能多吞吐数据, 从而用尽量短的广播周期来达到动态实时控制的要求。

5.2 汽车车身网络系统

该网络通常是遵循ISO 11898-3和SAE J2284的要求组建低速容错C A N来增加传输距离, 改善系统抗干扰特性。此外, 按照S A E J 1 9 3 9的规定, 车身电子网络和动力传动网络可以统一采用高速C A N来实现。不过, 为了迁就现阶段单片机的处理能力, 最好还是将两者分开, 这样就可以让动力传动网络中的E C U全力保障汽车动力传动系统的正常运行。为了降低系统的成本, 根据系统功能, 可以采用以C A N网络为主体, L I N网络为补充的C A N/L I N混合网络。

5.3 信息娱乐网络系统

图像、声音等媒体数据流的位速率一般都在2 M b/s以上, 超出了C A N的带宽范围。目前, I D B-C只适合在信息娱乐网络中进行媒体数据较少出现的辅助通信, 比如执行远程诊断或传输操控指令。C A N还需要再发展一段时间, 才有望应用于该网络的高端应用场合。

5.4 故障诊断网络系统

故障诊断模块已采用高速C A N的物理层来实现, 并已经形成了ISO 15765和SAE J2480等通信协议。

目前, 汽车控制系统中的发动机控制、废气再循环控制 (E G R) 、自动变速器控制、防抱制动控制 (A B S) 、安全气囊控制 (SRS) 、牵引力控制系统 (TRC) 、车辆稳定控制系统 (VSC) 、巡航控制、驱动防滑控制 (ASR) 、悬架控制、转向控制、空调控制、防盗及其他控制单元一般通过C A N总线构成总网络。C A N总线作为一种可靠的汽车网络总线, 使得各汽车控制单元能够共享所有信息和资源, 达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和维护性、降低成本、更好地匹配和协调各个控制系统的目的。

摘要：通过阐述CAN总线的特点及以OSI参考模型为基础的分层结构, 对CAN的高层协议进行了对比, 并介绍了基于CAN总线的SAEJ1939通信标准, 分析了CAN总线有关器件及其在汽车网络通信系统中的实际应用情况。

关键词：控制器局域网,技术规范,汽车网络通信,应用

参考文献

[1]ISO11898:Road vehicles-Controller area network (CAN) [S].International Standards Organization, 1993.

[2]Class B Data Communication Network Messages[J], SAE handbook.1998.

[3]SAE J1939Standards Collection, Recommended Practice for a Serial Control and Communication Vehicle Network[S].Society of Automotive Engineers.2003.

[4]Rober Bosch GmbH.CAN Specification[S].Version2.0, Stuttgart, Germany, 1991.

[5]秦贵和.车上网络技术[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[6]司立增.汽车计算机控制系统[M].北京:人民交通出版社, 2002.

[7]Etschberger K.Controller Area Network (CAN) -Grundlagen[M].Protokolle, Bausteine:Anwendungen-Hanser Verlag, 2000.

汽车尾气的污染及其控制对策 篇11

【关键词】汽车尾气；污染危害；控制技术

随着汽车工业的不断发展，汽车的保有量不断增加，汽车在给人们带来方便的同时，也对人们的健康和社会环境造成了危害。据报载，随着我国国民经济的持续发展，大城市大气环境污染变得日益突出，市区的大气污染以机动车为首要污染，许多国家大中城市的空气污染有五成以上来源于汽车所排出的废气，汽车已成为主要的污染源，随着机动车数量的高速增长，必将造成汽车排放量的大幅度上升，如何更有力地进行汽车排放治理和控制，研究汽车排放污染的防治诚心前的重要课题。

1.尾气各成分产生的过程

一氧化碳。（1）氧气不足。（2）混合气混合不均。从总数上看氧气是充足的，但从局部上看存在局部缺氧，遂产生一氧化碳。（3）分配不均。在使用化油器的汽油上存在着分配不均的问题，颗粒较大的汽油跟不上进气流，使混合气因离化油器远近不同而浓度不均，产生一氧化碳。（4）在高温条件下排放中的二氧化碳与水反应，生成一氧化碳。（5）排气系统中的碳氢化合物的不完全氧化。（6）燃料不完全燃烧。排气中HC是没有燃烧的燃料或燃烧不完全的产物，含有饱和烃，不饱和烃，芳香烃及部分含氧化合物。（7）燃料完全不燃烧。在发动机中的某些时候或某个气缸因混浓度或点火系问题不能着火，燃料不燃烧直接排出产生碳氢化合物。（8）氮氧化物的生成。内燃发动机排出的氮氧化物主要是NO，而二氧化氮的含量很少，在内燃机燃烧室出现的NO，是在高温有氧条件下的生成物，它来自氮气与氧的反应，而不是来自燃料。

2.汽车废气排放物对环境的影响因素分析

汽车的发动机新鲜空气，使其在气缸内与燃料急性氧化，然后又排出废气，其中含有不少有害的气体，扩散在空气中，被人全吸收，这就使汽车的另一种公害——污染大气的主要成因。汽车为人们生活现代化提供方便。也为人类带来灾难，当今所谓的快杀手是车祸而慢杀手即是排放污染。汽车的排放污染物是汽车的三大公害之首。汽车排放污染物中有CO，HC，CO2，SO2，NOX，PB，O3及碳烟等。其中CO浓度最高， 是一种无色无味有毒的气体极易与人体血液中血红素阻碍血液吸收和输送氧，引起人的头痛，头晕，严重甚至死亡。HC中含甲醛，丙烯醛和多环芒香烃等。其中甲醛和丙烯醛对鼾，眼及呼吸道粘膜有刺激作用，尤其是苯并芘是一种强致癌物质，当烃类物质在强光作用下还会产生浅兰色的光化学烟雾，是有害人体的重要成分，NOX是N/01，NO2等级氧化物的总称，是有刺激性的，易引发结膜炎，触膜炎，严重时引发肺炎，肺气肿等。

3.汽油排放污染的控制技术

3.1电子控制燃油喷系射系统

汽油机降低排气污染和提高热效率的关键问题之一是精确控制空燃比，为此，人们曾在化油器上进行了各种改进设计，使它变得越来越复杂，如今电子控制汽油喷射系统以其出色的度和灵活性得到了普及，并逐步淘汰离化油器供油系统。

3.2推迟点火提前角技术

点火提前角对发动机的动力性，经济性，排放特性和噪声有重要影响，推迟点火提前角一直是最简单最易行的也最普遍应用的排放控制技术。

3.3废气再循环装置

废气再循环也是一种被广泛应用的排放控制措施，但仅对降低NOX效果明显。

3.4燃烧室的优化

燃烧室形状的设计原则是面容比较小，扩大混合气着火界限，为此无触点的高能电子点火系统得到了广泛的应用。

3.5提高点火质量

提高点火能量可以提高着火的可靠性，扩大混合气着火界限。

3.6三元催化器

目前电子控制汽油喷射系统和三元催化器的使用已成为国际上汽油排放控制技术的主流，是有效的机外尾气净化方法。

4.柴油排放污染的控制技术

4.1燃烧直喷技术

柴油机污染物排放量很大程度上取决于气缸内的燃烧过程，改进燃烧过程的各个环节都会改善燃烧过程。燃烧系统直喷技术的燃烧效率高，比非直喷式系统节油5-10%，但要求发动机吸入较多空气，目前，这种技术基本上成熟，对控制柴油机排放污染起到了一定的作用，预计与分隔式燃烧系统相比，直喷技术将占主导地位。

4.2废气涡轮增压与中冷技术

废气涡轮增压技术是使发动机轻量化，提高输出功率的有效措施，也是现代柴油机的代表性技术，经废气涡轮增压后，进气温度提高滞燃期缩短，混合气适当变稀，这些因素使噪声，CO和HC排放及油耗都有所降低，但进气温度上升使NOX增多，空气密度下降，也使进气量未达到期望水平。于量出现了将增压后空气再进行冷却的中冷技术，使进气温度除外，循环进气量与中冷技术是降低NOX和微粒，改善柴油机经济性和提高动力性的最佳措施。

4.3燃油喷射高压化和多次喷射技术

燃油喷射系统是柴油机的心脏，也是发展最快的系统。传统的泵喷嘴系统的喷油压力较低，一般不50MPA，而现代燃油喷射系统除泵喷嘴外，还有新型的共轨系统，喷油压力普遍提高，柴油机喷油压力越高，燃油和空气的混合就越好，排烟就越少，与此同时，将电子技术应用于燃油喷射的控制上，非常精确地控制喷油量和喷油时间，以适应不同的路况。

4.4排气后处理技术

目前被认为较实用的柴油机排气后处理技术有：氧化催化转化器，微粒捕集咕嘟和NOX还原催化转化器，其中：微粒捕集器是目前国际上最接近商品化的柴油机微粒后处理技术。

5.汽车污染控制

（1）很多国家在政府中设立了环境保护的专门机构，制定了关于防止污染的法律和技术方案，如对汽车行驶中排放废气的成分，冒烟浓度做出必要的控制，使环境保护和交通管理部门，在处理这类问题时有法可依，有章可循。

（2）着重从科学技术上进行研究和试验，逐步防止或减少汽车污染。汽车的污染物质，主要是从排气中放出，但车上的曲轴箱，化油器和汽油箱也能放出一些废气，曲轴箱中的废气和汽油蒸气，主要是从活塞环和汽缸壁的间隙处泄露出来，对此，只要在曲轴箱侧面与空气滤清器加一条管路，将废气和汽油蒸汽吸入气缸，再行燃烧，就会大大减少废气和污染物的排放。

（3）柴油机比汽油机，其混合气中的空气平均含量要高，燃烧比较完全，排出的废气“干净干净，也没有铅的危害。但所排出的烟煤和二氧化硫等成份，有特殊的臭味，对人全同样有害。目前有不少研制柴油机的单位都在努力发送发动机的燃烧条件，或安装除尘器，催化器，力求减少污染物。

6.结束语

上述”排气净化“的几种技术措施，可单独也可综合采用，其效果可用”汽车排气分析仪“进行测量，除这些办法外，加强汽车技术保养，提高驾驶水平，改善道路状况，严格执行有关政策和（下转第114页）（上接第13页）法律，等等，也都是防止和减少汽车污染的不可忽视的方面。

【参考文献】

[1]倪计民，陈礼国，苏国栋.降低汽油车废气排放的措施[J].小型内燃机，2000（1）.

[2]王银，袁黎.汽车排放及净化措施研究[J].交通标准化，2006（4）：71-73.

[3]李彩凤.汽车排放及治理技术[J].科技情报开发与经济，2005（1）：288-289.

汽车调度管理控制探析 篇12

关键词：汽车,调度,管理

不论是何种单位,车辆的管理与调度都是其重要内容,车辆调度管理工作质量的好坏直接影响单位工作能否顺利的开展。所以需要注重车辆的调度与管理,对车辆调度管理中存在的问题进行客观的分析,将车辆运行效率提高作为基本目标,从而完善相应的管理调度制度,提高车辆驾驶员的思想觉悟,同时做好车辆科学调度和保养维护,就能够实现最大化的车辆调度效益。

1机关单位车队管理的基本原则

实际上,汽车的管理调度是一项系统性较强的工作,在工作过程中需要遵循一定的原则和规律,并严格按照制度来进行,从而在一定的规则上提升车队整体的使用效益。

第一,制度性。遵守管理制度。进行车队管理首先需要按照相应的规则制度来执行,主要是包含了汽车管理和驾驶人员管理两个方面。另外,无论是日常的车辆调度还是管理,都应该基于实际的管理,避免有任何违规的行为出现[1]。

第二,科学性。在车队调度管理过程中,应该同科学原则相互的结合起来,能够从合理的角度来进行调度。如在具体的车辆使用过程中进行严格的把控,全面了解车辆的使用规律,在这样的形势下才能够将车辆的运行效率提升。另外,不能一次性完全派出车辆,需要预留部分车辆供紧急使用。

第三,灵活性。在实际的车辆调度中,虽然需要依靠相关的规定才能够完成灵活的调度,但是并不是说调度就是一层不变的,总会出现需要变通的情况,需要利用灵活的方式来进行调度。根据实际的情况来进行安排,或者是出现紧急的情况无法严格的控制车辆,就必须按照实际的情况来进行调度,避免因出现问题而导致整体运行受到影响。

2汽车调度管理中存在的问题

2.1无法满足供需要求

只有合理的汽车调度管理才能符合车辆工序的实际要求,也能让车辆的供给和需求达到相对的平衡。实际上,由于在车辆管理中忽略基本原则,导致不少单位现有的汽车调度管理制度无法满足供需的具体要求。在使用过程中,车辆的消耗还无法控制在一个合理的范围之中,当运营之中部分车辆出现损耗之后无法再次投入到运营中去,这样就容易面临供需方面的矛盾,进一步降低车辆的使用效率,对运营活动产生不利影响[2]。

2.2制度落实困难,责任意识淡薄

汽车调度管理制度不落实是汽车调度管理落后的另一大因素。首先,驾驶人员自身的责任心不强,在维护与保养方面没有按照相应的规章制度进行,导致运营过程中车辆面临严重的损耗,出现工序不平衡的问题;其次,在驾驶操作方面以及技能维修方面,驾驶人员欠缺责任意识,无法掌握车辆驾驶专业知识和维护知识,一旦上岗,因为维护不当或者是错误的操作,就会给车辆带来不可预计的损耗。

2.3车辆配给缺乏优化

实现车辆配给的最优化模式,就是根据不同的性能、配置以及用途,确保车辆能够应用到最适当的部门之中。但是现有的车辆配给制度还无法满足这一个要求。现阶段,存在高配置的车辆配备给没有必要的部门,配置之后,这一个部门又不使用车辆,这样的矛盾不但会降低资源的利用率,甚至还会引发部门之间的不和谐问题。

3汽车调度管理控制策略

3.1优化车辆的配给制度

车辆配置制度是基于部门实际应用能力作为其基础,各个部门需要按照具体的规定,根据工作性质来确定部门所需要的车辆,做好用途与性能的归类。想要制定相应的应急制度,就需要提升车辆的使用灵活性,在面对突发事件时能够通过调控机制来处理这一类事情。最佳的车辆配置制度,是能够确保车辆基本都可以处于使用的状态,满足最大限度的车辆资源利用,同时还有一定的后备资源支持。所以,在制度允许的条件下,就可以开展车辆之间的良性互动,这样也能够调度更多的车辆来应对可能出现的突发情况。

3.2提高驾驶水平,车辆定期维护

汽车运营效率降低还可能是车辆故障造成的,通过培训驾驶人员的驾驶水平,对车辆进行定期的维修与保养就可以很好的规避这一问题。驾驶人员存在超速行驶、紧急刹车等不规范的操作,以及未能进行定期的车辆运营维护等因素都会增加故障的概率。所以,通过定期的教育,就可以帮助驾驶人员提高操作水平,养成对车辆的检查与保养习惯。另外,建立相应的赏罚机制,对运营过程中出现错误的驾驶人员和工作人员给予一定的批评与处罚,对于表现优异的给予奖励,这样也可以提升汽车的调度管理效率[3]。

3.3建立信息化汽车调度管理控制系统

为了确保车辆的安全运营,提高运营效率,就应该加强制度方面的管理,再配合上汽车调度管理系统,就能够针对性的进行调度,如下图1所示。

4以GPS汽车调度管理系统支持汽车调度管理的有效策略

4.1有效综合监控方式

GPS汽车调度管理系统本身拥有复杂多样的监控目标,为了对多个目标进行监控,就需要借助GPS技术的交叉与互换,实现分组监控的目的。,这样就可以确保在同一监控窗口下进行多目标的监控,进而提升监控质量和监控效率,降低监控人员的压力。在监控多个目标的时候,可以利用分组的模式进行监控,如果需要将同一区域中车辆划分到同一组,将方向一致的车辆划分到另外一组来进行有效的调度监控,就可以实现监控的效果与质量,这样的方式就能够满足汽车有效调度管理控制的要求。对于车辆GPS调度管理监控,如下图2所示。

4.2科学运用实时显示功能

在GPS汽车调度管理系统运用中,需要充分利用系统之中的地图显示功能,并以此为基础对地图漫游的实时情况进行监控,以便掌握路况的基本信息,及时的控制车辆。如果路况信息有所不同,需要合理的利用GOS技术,确保信息显示的及时性与动态性。如果目标与现行的位置有所差异,可以借用GPS的切换功能,掌握实际情况,并且在显示屏的右下角合理的显示地图比例,便于操作。另外就地图的操作而言,GPS汽车调度管理系统能够实现地图的自由放大与缩小,将特性的目标放大、缩小,通过直接输入确定比例尺的方式,自动的定位显示。在GPS系统中,可以设置放大镜功能,利用这一功能,监控人员就可以将实时的效果放大,同时做好大小的调整,确保其能够达到最佳化的效果。在监控系统中设置图层管理器,也有利于图层的控制,以便快速找出图层,方便后续的搜索。一般来说,这一系统都有利于查询效率的提升。工作人员只需要输入相应的关键词,就可以找到相关的位置信息,了解及时的路况[4]。如在实际的行驶过程中,为了缩短行驶路线,就可以利用位置与目的地的输入,来确定最短的行驶路线,确定汽车的调度。这样的方式对于汽车调度管理控制也有着极大的帮助作用。

5结语

总而言之,在现代化的汽车运行管理当中,可以通过创新措施和改进车队管理的方式做好车辆调度管理模式的优化,再配合上GPS系统技术,就能够提升车队的运行效率,确保车辆安全行驶,满足单位对车辆的使用要求。

参考文献

[1]李红启,吕潭.汽车列车调度问题研究综述[J].大连海事大学学报(社会科学版),2015(06):1-10.

[2]王夕平.浅析加强车队管理优化汽车调度[J].黑龙江科技信息,2014(09):279.

[3]许兆华.GPS汽车调度管理系统的研究[J].黑龙江科技信息,2015(03):28.