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MC9S12XE系列單片機(jī)于2009年9月推向市場(chǎng),經(jīng)過幾年的市場(chǎng)考驗(yàn),其應(yīng)用已日趨成熟化。飛思卡爾公司為確保此系列單片機(jī)產(chǎn)品供貨的長(zhǎng)期性和穩(wěn)定性,提供了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的長(zhǎng)期市場(chǎng)供貨計(jì)劃,保證最短15年的供貨期和一流的技術(shù)支持,并在國(guó)內(nèi)設(shè)有生產(chǎn)廠,目前市場(chǎng)售價(jià)60元左右。MC9S12XE系列單片機(jī)主要有五大特點(diǎn)。
1)單片機(jī)內(nèi)部采用了增強(qiáng)型XGATE協(xié)處理器模塊,允許高速數(shù)據(jù)自主地在單片機(jī)外設(shè)和內(nèi)部RAM、I/O端口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與處理。XGATE內(nèi)置有一個(gè)16位的精簡(jiǎn)指令集內(nèi)核,可以對(duì)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并執(zhí)行復(fù)雜的通信協(xié)議,易于用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。XGATE可以顯著降低CPU的負(fù)荷,使CPU能夠集中資源運(yùn)行關(guān)鍵的系統(tǒng)活動(dòng),從而提高了單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力。
2)S12XE系列包括一個(gè)存儲(chǔ)器保護(hù)單元(MPU),用于防止軟件中的系統(tǒng)錯(cuò)誤。這個(gè)MPU解決了不同模塊之間的錯(cuò)誤交互導(dǎo)致的潛在問題,這項(xiàng)特性在汽車設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵,因?yàn)樗兄谧畲蟪潭鹊乜刂破囍邢到y(tǒng)故障的擴(kuò)散。
3)單片機(jī)片內(nèi)集成了可達(dá)1024KB的閃速存儲(chǔ)器Flash。近年來,隨著Flash在單片機(jī)片內(nèi)的應(yīng)用走向成熟,單片機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用又迎來了一次新的飛躍。Flash是一種非易失性存儲(chǔ)介質(zhì),讀取它的內(nèi)容同RAM的讀取一樣方便,而對(duì)它的寫操作卻比EEPROM還要快。在系統(tǒng)掉電后,F(xiàn)lash中的內(nèi)容仍能可靠保持不變。Flash的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成密度大、成本低。由于Flash可以局部擦除,且寫入、擦除次數(shù)可達(dá)數(shù)萬(wàn)次以上,從而使開發(fā)微控制器不再需要昂貴的仿真器。
4)簡(jiǎn)單的背景開發(fā)模式(BDM):PC主機(jī)BDM調(diào)試器目標(biāo)板,使得開發(fā)成本進(jìn)一步降低,也使得現(xiàn)場(chǎng)開發(fā)和系統(tǒng)升級(jí)變得比較方便。
5)應(yīng)用鎖相環(huán)技術(shù)提高了系統(tǒng)的電磁兼容性。在以往不使用鎖相環(huán)的微控制器應(yīng)用系統(tǒng)中,晶振電路由于其工作頻率比較高(通常為幾兆赫茲至幾十兆赫茲)而成為一個(gè)很大的干擾源,這一問題給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、線路板布局帶來了很多不便。MC9S12XE系列單片機(jī)在時(shí)鐘發(fā)生系統(tǒng)中巧妙地使用了鎖相環(huán)技術(shù),因而可在幾兆赫茲的外部晶振情況下,通過軟件編程產(chǎn)生上百兆的系統(tǒng)時(shí)鐘,從而降低了對(duì)外輻射干擾,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2在汽車電子中的應(yīng)用
現(xiàn)以一個(gè)典型的后處理系統(tǒng)電控單元的設(shè)計(jì)開發(fā)為例,說明XEP100在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用,該系統(tǒng)基于模塊化的設(shè)計(jì)思想,主要從電源模塊、信號(hào)輸入調(diào)理模塊、中央處理模塊、通信模塊、尿素泵的驅(qū)動(dòng)模塊、尿素噴嘴的驅(qū)動(dòng)模塊、尿素泵管箱加熱的驅(qū)動(dòng)模塊、故障診斷模塊而設(shè)計(jì)。中央處理模塊采用了飛思卡爾16位單片機(jī)XEP100作為核心處理器,主要功能是根據(jù)從CAN總線上獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)工況、數(shù)字信號(hào)(包括鑰匙開關(guān)、蓄電池的電源開關(guān)等)和模擬信號(hào)(包括尿素溫度、尿素液位、尿素壓力、催化器前溫等)由單片機(jī)XEP100進(jìn)行精確的邏輯運(yùn)算,來控制尿素溶液的噴射時(shí)刻和噴射量,尿素溶液被噴射到排氣管中與發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),從而起到凈化尾氣的作用。電源模塊需要把蓄電池電壓24V轉(zhuǎn)換為5V的直流電壓,為單片機(jī)等集成芯片及傳感器提供5V電源。中央處理模塊是由中央處理器、晶振電路、復(fù)位電路、程序刷寫電路和接口電路組成,它是整個(gè)控制器DCU的核心,也是單片機(jī)XEP100工作必不可少的最小模塊單元。CAN通信模塊實(shí)現(xiàn)與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器ECU、儀表控制器信息的交互,通過CAN總線實(shí)現(xiàn)參數(shù)的在線標(biāo)定調(diào)試、程序的刷寫。信號(hào)調(diào)理模塊主要用于處理模擬信號(hào)和鑰匙開關(guān)等數(shù)字信號(hào),模擬信號(hào)需要經(jīng)過一系列的調(diào)理電路處理成0~5V的電壓信號(hào)給單片機(jī)的AD端口,再由單片機(jī)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換,數(shù)字信號(hào)經(jīng)過一系列的調(diào)理電路給單片機(jī)的IO口。尿素泵的驅(qū)動(dòng)模塊中采用了infineon公司的電機(jī)控制芯片,它內(nèi)部集成了H橋電路,用來驅(qū)動(dòng)泵內(nèi)的電機(jī),實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn);對(duì)噴嘴、尿素箱加熱、尿素泵加熱、尿素管加熱的驅(qū)動(dòng)采用了安森美公司的MOSFET功率驅(qū)動(dòng)芯片,對(duì)執(zhí)行器的診斷可通過SPI接口與單片機(jī)通信,實(shí)時(shí)讀取故障信息。該后處理系統(tǒng)的電控單元被應(yīng)用在重汽國(guó)Ⅳ重型柴油車輛上,主要包括A7車型和HOWO車型,以滿足重型柴油機(jī)國(guó)Ⅳ排放法規(guī)的需要。經(jīng)過長(zhǎng)期的試驗(yàn)驗(yàn)證,證明以單片機(jī)XEP100為主控芯片的電控單元具有非常好的穩(wěn)定性和可靠性,并贏得了良好的市場(chǎng)反映。
3結(jié)束語(yǔ)
(一)外商的汽車技術(shù)
對(duì)我國(guó)汽車電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了巨大的威脅同發(fā)達(dá)國(guó)際相比,我國(guó)的汽車電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展則滯后了知識(shí)10年的時(shí)間,尤其是在電子控制單元、系統(tǒng)控制精度等發(fā)面存在著極為明顯的劣勢(shì)。這就導(dǎo)致了我國(guó)生產(chǎn)的汽車電子產(chǎn)品技術(shù)含量較低,難以開拓市場(chǎng),企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不堪一擊。在我國(guó)加入WTO以來,國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)指導(dǎo)下的汽車電子零部件紛紛涌入我國(guó)市場(chǎng),他們?cè)诩夹g(shù)和資金上具有明顯的優(yōu)勢(shì),這就給我國(guó)的汽車電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成了巨大的壓力,尤其是一些規(guī)模較小的企業(yè)根本很難與之抗衡,并最終導(dǎo)致國(guó)內(nèi)汽車電子企業(yè)的市場(chǎng)占有率微乎其微。
(二)汽車電子產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)偏好大大限制了汽車電子產(chǎn)業(yè)技術(shù)的提高研究
我國(guó)汽車電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過程來看,我國(guó)在汽車電子產(chǎn)業(yè)的國(guó)家政策方面一直保持著明顯的國(guó)產(chǎn)化趨勢(shì)。也就是說,我國(guó)在汽車電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中,比較注重通過引進(jìn)先進(jìn)技術(shù),然后在實(shí)踐過程中通過具體操作和日常積累的方式,掌握這種技術(shù),最終實(shí)現(xiàn)自主開發(fā)??偟膩碚f,這一古城忽視了汽車產(chǎn)業(yè)的自主研發(fā)技術(shù)能力的條,并且縮小了自主研發(fā)產(chǎn)品的范圍,在一定程度上制約了產(chǎn)品的開發(fā)能力和汽車電子產(chǎn)業(yè)的專業(yè)技術(shù)能力。
(三)規(guī)模效應(yīng)削弱了企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力
我國(guó)大部分的汽車電子零部件企業(yè)規(guī)模小,沒有形成規(guī)模效益,因此產(chǎn)品生產(chǎn)成本高,效益低,所占市場(chǎng)份額小,不具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。若想提高競(jìng)爭(zhēng)力,企業(yè)必須擴(kuò)大規(guī)模,加大生產(chǎn)量,提升自主研發(fā)能力。汽車電子產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展不僅需要投入大量的技術(shù)和資金,而且產(chǎn)品的回收期很長(zhǎng),這在無形中就增加了技術(shù)開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)和難度,從而很大程度上制約了我國(guó)中小規(guī)模汽車電子企業(yè)的發(fā)展和提高。
(四)汽車產(chǎn)業(yè)的合資發(fā)展模式
限制了企業(yè)研發(fā)能力在我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期,實(shí)行的是合資發(fā)展方式,這樣便于彌補(bǔ)我國(guó)在技術(shù)和資金方面的劣勢(shì)。但是正是這一發(fā)展方式導(dǎo)致大量的核心技術(shù)掌握在跨國(guó)公司中,我國(guó)僅僅是停留在加工層面上,在技術(shù)方面難以實(shí)現(xiàn)本質(zhì)上的突破。在世界汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈上,受限于技術(shù)資源的匱乏,我國(guó)長(zhǎng)期處于世界工廠的地位,我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的也僅僅是制造能力,企業(yè)研發(fā)能力的提升十分緩慢。
二、我國(guó)汽車電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)策
(一)突破汽車電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展
為了實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的突破性發(fā)展,我們可以以新能源汽車為契機(jī),大力發(fā)展新能源汽車的動(dòng)力電池、系統(tǒng)控制技術(shù)、整車匹配技術(shù)、電空調(diào)技術(shù)以及電轉(zhuǎn)向技術(shù)等。同時(shí)我們可以借助國(guó)家在車載信息系統(tǒng)的普及應(yīng)用項(xiàng)目平臺(tái),大力推廣處理器系統(tǒng)、圖像顯示體統(tǒng)、大容量信息存儲(chǔ)系統(tǒng)等,實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)能力的突破,快速占領(lǐng)這一市場(chǎng)。
(二)加強(qiáng)企業(yè)的人才管理和建設(shè)結(jié)合
國(guó)際汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來看,他們之所以能夠取得巨大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),一方面在于他們先進(jìn)的技術(shù),另一方面則是由于他們科學(xué)有效的人才管理體系。為了留住高精尖人才,吸引業(yè)界精英,汽車電子企業(yè)不經(jīng)應(yīng)該提高員工的薪資待遇,更應(yīng)該優(yōu)化員工的工作環(huán)境,提升企業(yè)文化。另一方面,汽車電子企業(yè)也可以利用校企平臺(tái),加強(qiáng)企業(yè)和高效的合作。企業(yè)可以為高效的教材編寫、實(shí)訓(xùn)課程提供豐富的實(shí)踐案例。企業(yè)可以在高校設(shè)立相應(yīng)的獎(jiǎng)學(xué)金,開設(shè)一些定向課程等方式,擴(kuò)大企業(yè)的社會(huì)影響力,同時(shí)社會(huì)員工對(duì)于企業(yè)的情感,培養(yǎng)一支專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、實(shí)踐動(dòng)手能力較強(qiáng)同時(shí)具備創(chuàng)新能力的人才隊(duì)伍,為企業(yè)發(fā)展培養(yǎng)后備力量。"
(三)大力培養(yǎng)汽車電子產(chǎn)業(yè)專業(yè)人才
在汽車電子產(chǎn)品發(fā)展方面,不在于高端技術(shù)的攻關(guān)突破,而是需要保持產(chǎn)品的高可靠性、高一致性,把握產(chǎn)品的品質(zhì),在技術(shù)和管理上不斷提升。當(dāng)國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品跟國(guó)際有沖突的時(shí)候,應(yīng)該花時(shí)間努力提高產(chǎn)品技術(shù)及質(zhì)量,使國(guó)內(nèi)的技術(shù)實(shí)力和質(zhì)量比國(guó)外強(qiáng)。技術(shù)創(chuàng)新方面,我們可以從單個(gè)系統(tǒng)或單項(xiàng)技術(shù)重點(diǎn)突破,逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,形成國(guó)際化的競(jìng)爭(zhēng)力和供給能力。
(四)借助國(guó)際品牌,拉動(dòng)國(guó)內(nèi)企業(yè)發(fā)展
1.線控技術(shù)DBW
汽車的各種操縱系統(tǒng)正向電子化、自動(dòng)化方向發(fā)展,在未來的5~10年里,傳統(tǒng)的汽車機(jī)械操縱系統(tǒng)將變成通過高速容錯(cuò)通信總線與高性能CPU相連的電氣系統(tǒng)。如汽車將采用電氣馬達(dá)和電控信號(hào)來實(shí)現(xiàn)線控駕駛、線控制動(dòng)、線控油門和線控懸架等,采用這些線控系統(tǒng)將完全取代現(xiàn)有系統(tǒng)中的液壓和機(jī)械控制。在新一代雅閣V6轎車上采用的DBW就是新技術(shù)之一。DBW是線控油門的英文縮寫,也可稱之為電控油門,即發(fā)動(dòng)機(jī)的油門是通過電子控制的。傳統(tǒng)的油門控制方式是駕駛員通過踩油門踏板,由油門拉索直接控制發(fā)動(dòng)機(jī)油門的開合程度,從而決定加速或減速,駕駛員的動(dòng)作與油門動(dòng)作之間是通過拉索的機(jī)械作用聯(lián)系的。而DBW將這種機(jī)械聯(lián)系改為電子聯(lián)系。駕駛員仍然通過踩油門踏板控制拉索。但拉索并不是直接連接到油門,而是連著一個(gè)油門踏板位置傳感器,傳感器將拉索的位置變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳送至汽車的大腦ECU(電子控制器),ECU將收集到的相關(guān)傳感器信號(hào)經(jīng)過處理后發(fā)送命令至油門作動(dòng)器控制模塊,油門作動(dòng)器控制模塊再發(fā)送信號(hào)給油門作動(dòng)器,從而控制油門的開合程度。也就是說駕駛員的動(dòng)作與油門的動(dòng)作之間是通過電子元件的電信號(hào)聯(lián)系的。雖然從構(gòu)造上來看,DBW比傳統(tǒng)油門控制方式復(fù)雜,但油門的控制卻比傳統(tǒng)方式精確,發(fā)動(dòng)機(jī)能夠根據(jù)汽車的各種行駛信息,精確調(diào)節(jié)進(jìn)入汽缸的燃油空氣混合氣,改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒狀況,從而大大提高了汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。使用線控技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多,比如使用線控制動(dòng)無需制動(dòng)液,保護(hù)生態(tài),減少維護(hù);質(zhì)量輕;性能高(制動(dòng)響應(yīng)快);制動(dòng)磨最小(向輪胎施力更均勻);安裝測(cè)試更簡(jiǎn)單快捷(模塊結(jié)構(gòu));更穩(wěn)固的電子接口;隔板間無機(jī)械聯(lián)系;簡(jiǎn)單布置就能增加電子控制功能;踏板特性一致;比液壓系統(tǒng)的元件更少等。
2.CAN總線網(wǎng)絡(luò)
隨著電控單元在汽車中的應(yīng)用越來越多,車載電子設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信變得越來越重要,以分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造汽車車載電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是很有必要的。大量數(shù)據(jù)的快速交換、高可靠性及廉價(jià)性是對(duì)汽車電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求。在該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,各處理機(jī)獨(dú)立運(yùn)行,控制改善汽車某一方面的性能,同時(shí)在其它處理機(jī)需要時(shí)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成主要依靠總線傳輸技術(shù)。汽車總線傳輸是通過某種通訊協(xié)議將汽車中各種電控單元、智能傳感器、智能儀表等聯(lián)接起來,從而構(gòu)成的汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。其優(yōu)點(diǎn)有:減少了線束的數(shù)量和線束的容積,提高了電子系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性;采用通用傳感器,達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的;改善了系統(tǒng)的靈活性,即通過系統(tǒng)的軟件可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的變化。CAN總線是德國(guó)博世公司在20世紀(jì)80年代初開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。它的短幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、非破壞性總線仲裁技術(shù)以及靈活的通訊方式,使CAN總線具有很高的可靠性和抗干擾性,滿足了汽車對(duì)總線的實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。目前,國(guó)外的汽車總線技術(shù)已經(jīng)十分成熟,并已在汽車上推廣應(yīng)用。國(guó)內(nèi)引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的奧迪A6車型已于2000年起采用總線替代原有線束,帕薩特B5、寶來、波羅、菲亞特的派立奧、西耶那、哈飛賽馬等車型都不同程度地使用了CAN總線技術(shù)。此外,部分高檔客車、工程機(jī)械也都開始應(yīng)用總線技術(shù)。預(yù)計(jì)到2005年CAN將會(huì)占據(jù)整個(gè)汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議市場(chǎng)的63。在歐洲,基于CAN的網(wǎng)絡(luò)也占有了大約88的市場(chǎng)。目前使用CAN總線網(wǎng)絡(luò)的汽車大多具有兩條或兩條以上總線,一條是動(dòng)力CAN總線,主要包括發(fā)動(dòng)機(jī)、ABS和自動(dòng)變速器三個(gè)節(jié)點(diǎn),通信速率一般為500kbps;另一條是舒適CAN總線,主要包括中央控制器和四個(gè)門模塊,通信速率一般為62.55kbps或100kbps。
3.汽車巡航控制系統(tǒng)CCS
汽車巡航控制系統(tǒng)是汽車在運(yùn)行中不踩加速踏板便可按照駕駛員的要求,自動(dòng)地保持一定的行車速度,減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高汽車舒適性的自動(dòng)行駛裝置。汽車巡航控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為CCS。根據(jù)其特點(diǎn)又稱“汽車巡航控制系統(tǒng)”、“恒速控制系統(tǒng)”、“車速控制系統(tǒng)”、或“巡航控制系統(tǒng)”等。目前,不少車輛特別是高級(jí)轎車已把巡航控制系統(tǒng)作為配屬設(shè)備或選配設(shè)備。例如日本的皇冠、凌志、佳美,美國(guó)的別克、凱迪拉克、德國(guó)的奔馳、寶馬等車均裝有巡航控制系統(tǒng)。轎車裝上巡航控制系統(tǒng)后,當(dāng)車速在40min/h以上時(shí),該裝置可自動(dòng)按照駕駛員所要求的速度保持行駛,并保持這一恒定速度,駕駛員不用踩加速踏板。采用這種裝置后,當(dāng)在高速公路上長(zhǎng)時(shí)間行車時(shí),就可使駕駛員踩加速踏板的腳得以休息,不致因長(zhǎng)時(shí)間駕車控制加速踏板穩(wěn)定車速而產(chǎn)生疲勞,減輕了駕駛員的操作負(fù)擔(dān)。由于電子系統(tǒng)能準(zhǔn)確地控制車輛的工況,從而使高速行駛的車輛更加安全、平穩(wěn)、耗油量減少,提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛的舒適性。此功能特別適用于在高速公路上行駛的車輛。巡航控制系統(tǒng)如果在安裝有自動(dòng)變速器的汽車上使用,更能發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)。汽車巡航控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是:(1)保持車速穩(wěn)定,無論由于風(fēng)力和道路坡度引起汽車的行駛阻力怎樣變化,只要在發(fā)動(dòng)機(jī)功率允許范圍內(nèi),汽車的行駛速度便可保持不變。(2)提高汽車行駛時(shí)的舒適性,尤其是汽車在郊外或高速公路上行駛,舒適性體現(xiàn)得更為明顯。駕駛員不需頻繁地用腳踏踩加速踏板,故疲勞強(qiáng)度大大減輕。(3)提高經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性,在同樣的行駛條件下,對(duì)一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員來說,可節(jié)省燃油15。在巡行控制系統(tǒng)中使用速度穩(wěn)定器后,可使發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的供給與功率之間處于最佳的配合,降低了燃油消耗率,大大減少了排氣中有害氣體成分。(4)延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命,可使汽車工作在發(fā)動(dòng)機(jī)有利轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),使汽車的供油與發(fā)動(dòng)機(jī)功率間處于最佳配合狀態(tài)。汽車巡航控制系統(tǒng)發(fā)展至今已有30多年的歷史,經(jīng)歷了機(jī)械控制、晶體管控制、模擬式微機(jī)控制和數(shù)字式微機(jī)控制4個(gè)階段。日本豐田公司從1965年起就開始在車上裝用機(jī)械控制的巡航系統(tǒng),之后德國(guó)VDO公司也研制出氣動(dòng)機(jī)械式巡航控制系統(tǒng)。1968年德國(guó)奔馳公司開發(fā)了晶體管控制的巡航系統(tǒng),并在莫克利汽車上裝用。
4.汽車導(dǎo)航系統(tǒng)GPS
GPS為全球定位系統(tǒng),是美國(guó)繼阿波羅飛船和航天飛機(jī)之后的第三航天工程。開始它只用于軍事方面,但隨著電子技術(shù)的發(fā)展,GPS也逐漸應(yīng)用于汽車導(dǎo)航。裝有導(dǎo)航系統(tǒng)的汽車,在駕駛室內(nèi)有一顯示屏。上面顯示著某個(gè)城市的交通圖(稱為電子地圖),以及當(dāng)時(shí)汽車在圖上所處的位置。如果駕駛員輸入目的地的地名、在圖上的位置,那么圖上就會(huì)顯示一條從汽車所處位置到目的地的最佳路線和行駛方向,引導(dǎo)汽車行駛,起到導(dǎo)航作用。這樣,駕駛員可以安心地駕車到達(dá)陌生地區(qū)以及在夜間安全行車。此外,GPS還能夠隨時(shí)告訴駕駛員當(dāng)時(shí)的交通狀況,指出什么地方交通擁擠,什么地方車流暢通,以及什么地方有空缺位置可以停車。使駕駛員能繞過擁擠路段,較快到達(dá)目的地,避免交通阻塞,提高綜合行車效率。整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)由GPS導(dǎo)航、自律導(dǎo)航、地圖匹配器、信號(hào)處理單元、存貯器、顯示器、傳感器等幾部分組成。GPS導(dǎo)航由GPS天線和GPS接收機(jī)組成。GPS衛(wèi)星發(fā)射出電波發(fā)射時(shí)刻信息,而接收機(jī)可根據(jù)電波到達(dá)的時(shí)刻,算出電波行走的時(shí)間。將這時(shí)間乘以電波傳播速度就可以知道衛(wèi)星與接收機(jī)的距離,即衛(wèi)星與裝有該接收機(jī)的汽車的距離。同時(shí),各GPS衛(wèi)星的軌道位置也被發(fā)射出去。因此,接收點(diǎn)位置可由以三個(gè)衛(wèi)星為中心的三個(gè)球面交點(diǎn)求出,即可確定該車在電子地圖上的位置。當(dāng)汽車行駛在地下隧道、密集森林、高層建筑群等接收不到GPS信號(hào)時(shí),汽車會(huì)進(jìn)行自律導(dǎo)航。行駛開始前先由駕駛員對(duì)車輛位置設(shè)置一個(gè)初始值。在行駛中,檢測(cè)每經(jīng)過一定時(shí)間的行駛距離和行駛方向,從而確定車輛的位置。其中行駛距離由車速傳感器得出,而方向信號(hào)由光導(dǎo)纖維傳感器測(cè)出。GPS導(dǎo)航和自律導(dǎo)航得到的汽車狀態(tài)及位置的一些信號(hào)要經(jīng)過地圖匹配器處理后才能準(zhǔn)確無誤地在電子地圖上顯示出來。電子地圖是這樣制成的:首先利用城市航空測(cè)量拍到的全貌照片,經(jīng)過實(shí)際調(diào)查、標(biāo)記、補(bǔ)充形成一張精確的地形圖,它包括各城市道路交通圖、公路網(wǎng)及沿線地名。然后將地形圖通過數(shù)字化儀、掃描儀,送入PC機(jī)中,并用專門軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和編輯處理,生成數(shù)字地形模型。再經(jīng)疊加、分類、標(biāo)記形成一張電子地圖并制成只讀光盤。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展非常迅速,目前已有一些系統(tǒng)上采用32位的CPU嵌入實(shí)時(shí)操作的微處理單元,便于高速行駛的汽車進(jìn)行快速處理數(shù)據(jù)。激光技術(shù)的應(yīng)用,產(chǎn)生大容量數(shù)字化視盤可以存貯更多的信息。使用薄膜晶體管有源液晶顯示器可使圖像更加清晰。汽車導(dǎo)航系統(tǒng)能實(shí)時(shí)提供自身位置和目的位置坐標(biāo)、全部行駛的直線距離、時(shí)間、速度、前進(jìn)方向等。當(dāng)遇到道路阻塞、路段施工或走錯(cuò)路等情況,GPS能夠及時(shí)進(jìn)行檢索,提供新路線。此外,為了讓駕駛員事先了解行駛中路面情況,GPS還能進(jìn)行語(yǔ)音提示。若將汽車導(dǎo)航系統(tǒng)與其它部門進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),駕駛員能夠隨時(shí)獲得交通狀況的最新信息,從而使汽車避開阻塞和擁擠路段,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)道路選擇和無阻擋行駛。汽車導(dǎo)航的普及使用,將會(huì)給21世紀(jì)的城市交通帶來新的面貌。
5.汽車電控制動(dòng)系統(tǒng)EBS
汽車電控制動(dòng)系統(tǒng)EBS是在ABS的基礎(chǔ)上,用電子控制取代傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)來控制制動(dòng)系統(tǒng),以達(dá)到良好的制動(dòng)效果,增加汽車制動(dòng)安全性。汽車制動(dòng)時(shí),車輪的制動(dòng)力與地面附著系數(shù)有關(guān),當(dāng)車輪處于半滑動(dòng)半滾動(dòng)狀態(tài)時(shí),地面附著系數(shù)可以達(dá)到最大,即制動(dòng)力可以達(dá)到較大,此時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定性也較好。當(dāng)車輪完全抱死無滾動(dòng)時(shí),地面附著力有所下降,而側(cè)向穩(wěn)定性為零。極易出現(xiàn)側(cè)滑和甩尾現(xiàn)象,容易造成事故。ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)就是在汽車制動(dòng)時(shí),使車輪始終處于即將抱死又未能完全抱死的狀態(tài)。即保證汽車獲得最大的附著力,同時(shí)又能保持相應(yīng)的側(cè)向穩(wěn)定性,徹底解決常規(guī)系統(tǒng)中,要么車輪未抱死制動(dòng)力不夠,要么完全抱死,使汽車失去橫向穩(wěn)定性的問題。汽車制動(dòng)時(shí),ABS系統(tǒng)不斷檢測(cè)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。當(dāng)車輪將要抱死時(shí),ABS系統(tǒng)發(fā)一信號(hào)給壓力調(diào)節(jié)器,以控制制動(dòng)器的制動(dòng)力,使制動(dòng)力停止增加。這時(shí)制動(dòng)器中的制動(dòng)液少量回流減壓,然后又增壓,制動(dòng)力增長(zhǎng),如此連續(xù)幾次達(dá)到最佳的制動(dòng)效果,可以達(dá)到10~20次/秒。EBS系統(tǒng)比ABS系統(tǒng)增加了各種傳感器,包括三維力傳感器、制動(dòng)器摩擦片磨損傳感器等。制動(dòng)時(shí),制動(dòng)踏板位置信號(hào)傳給電控單元,同時(shí)各力傳感器把載荷、地面附著力和制動(dòng)氣壓信號(hào)傳給電控單元,由電控單元自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)壓力,形成閉環(huán)控制。該系統(tǒng)用電子控制取代機(jī)械傳動(dòng),減少制動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)的滯后時(shí),縮短制動(dòng)距離,在低強(qiáng)度時(shí),使摩擦片磨損最小;中等強(qiáng)度時(shí),利用ABS達(dá)到最佳的道路附著系數(shù)利用率;高強(qiáng)度時(shí),施加最大的制動(dòng)壓力,從而獲得最佳的控制制動(dòng)力。摩擦磨損傳感器可以監(jiān)測(cè)得各制動(dòng)片的摩擦情況,控制各制動(dòng)器壓力分配延長(zhǎng)使用壽命。EBS系統(tǒng)可以與其它電子控制系統(tǒng)一起由一個(gè)電控單元進(jìn)行集中統(tǒng)一控制。實(shí)現(xiàn)各種不同要求的控制功能。
6.乘員感知系統(tǒng)OPDS
本田第7代雅閣V6轎車裝備了前排側(cè)氣囊,因此在前排乘客座相應(yīng)地配備了乘員感知系統(tǒng)。乘員感知系統(tǒng)的作用是,當(dāng)前排座椅上坐著小孩或者小孩側(cè)著頭打瞌睡時(shí),乘客座椅側(cè)氣囊將自動(dòng)關(guān)閉,從而減小側(cè)撞事故發(fā)生時(shí)安全氣囊對(duì)兒童的傷害。那么安全氣囊是怎么知道這一切的呢?原來在看似跟普通座椅一樣的乘客座椅內(nèi)暗藏了7個(gè)傳感器,座椅靠背內(nèi)的6個(gè)傳感器負(fù)責(zé)觀察乘員的坐姿高度,來判斷坐著的是兒童還是大人,或者飲料瓶等其它東西;靠背側(cè)邊的一個(gè)傳感器則專門檢查兒童是不是側(cè)著頭打瞌睡,判斷兒童的頭部是不是處于側(cè)氣囊展開的范圍內(nèi)。OPDS傳感器是根據(jù)乘員的導(dǎo)電體量來做出這些判斷的,座椅在出廠之前已經(jīng)設(shè)定了一個(gè)座椅自身的導(dǎo)電體量,座椅安裝到車上并坐了人后,OPDS系統(tǒng)檢測(cè)出一個(gè)總體的導(dǎo)電體量,總導(dǎo)電體量減去座椅的導(dǎo)電體量就是乘員的導(dǎo)電體量,如果乘員導(dǎo)電體量低于系統(tǒng)初始設(shè)定的判斷臨界值,則OPDS系統(tǒng)認(rèn)為坐著的是兒童或兒童的頭部處于側(cè)氣囊引爆的范圍中,從而自動(dòng)關(guān)閉安全氣囊,同時(shí)儀表板上的“SIDEAIRBAGOFF”黃色指示燈亮起,告訴駕駛員側(cè)安全氣囊已經(jīng)關(guān)閉。有了OPDS這樣一個(gè)關(guān)懷備至的“看護(hù)人”,兒童就可以在旅途中盡情地享受自己的夢(mèng)鄉(xiāng)了。
7.移動(dòng)多媒體系統(tǒng)
運(yùn)用移動(dòng)多媒體技術(shù)可開發(fā)出汽車娛樂系統(tǒng),這種音響--圖像技術(shù)包括全彩屏幕、游戲設(shè)備、DVD機(jī)、錄像機(jī)、DVD機(jī)和放唱機(jī)等。移動(dòng)多媒體技術(shù)還體現(xiàn)在智能無線產(chǎn)品、遠(yuǎn)程通訊設(shè)備和信息處理產(chǎn)品等方面,其中包括提供語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng),支持多種語(yǔ)言,使駕駛者不用于動(dòng)操作娛樂系統(tǒng),從而騰出雙手控制轉(zhuǎn)向盤。它還能將Internet的功能集成到車輛中,使人在車上就可以上網(wǎng)測(cè)覽、收發(fā)郵件、進(jìn)行股票交易,同時(shí)采用“即插即用”的方式使汽車消費(fèi)者可以方便快捷地更新他們的多媒體產(chǎn)品,享受更豐富的全新服務(wù)。數(shù)碼影音娛樂媒體方面的配備實(shí)際上已開始普遍化,車上的卡拉OK、VCD視聽功能都屬于此種設(shè)計(jì)。甚至還能將車室營(yíng)造成影、音、聲、光效果俱佳的DVD劇院。數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步,給汽車AV世界帶來了巨大變革,全新概念的汽車多媒體已經(jīng)開始出現(xiàn)。歌樂公司與微軟公司合作,利用windows操作系統(tǒng),綜合運(yùn)用汽車音響、計(jì)算機(jī)技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)及自動(dòng)語(yǔ)言識(shí)別技術(shù),開發(fā)出了世界上第一臺(tái)擁有車載計(jì)算機(jī)系統(tǒng),將車載多媒體技術(shù)推向了一個(gè)新的階段。預(yù)計(jì),將聲音、圖像、辦公通訊融為一體的汽車多媒體不久將成為現(xiàn)實(shí)。那時(shí),坐在汽車?yán)?除了可享受高品質(zhì)音響及導(dǎo)航外,還可預(yù)定飯店、餐館、機(jī)票等,輔助駕駛也成為可能。
8.電氣系統(tǒng)電壓升級(jí)
目前全球汽車制造商將共同為未來電子系統(tǒng)電壓制定一項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn),即36V/12V雙電壓系統(tǒng)將和42V電壓系統(tǒng)一起使用。預(yù)計(jì)第一個(gè)運(yùn)用42V電壓系統(tǒng)的汽車將在幾年后出現(xiàn),而且在隨后的十年里國(guó)際汽車業(yè)將會(huì)發(fā)生一個(gè)長(zhǎng)久、徹底的變化。幾年前在底特律召開的SAE年會(huì)上,也有很多關(guān)于這方面的討論,即如何去發(fā)展42V電壓系統(tǒng):目前面臨的困難是什么:如何解決等等。
汽車電子設(shè)計(jì)已成為汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。傳統(tǒng)方式下的汽車設(shè)計(jì)者不得不借助各種機(jī)械的、液壓的、電子的汽車零部件以驗(yàn)證汽車各子系統(tǒng)的功能,開發(fā)周期長(zhǎng),成本居高不下。為了縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本,人們引入了SABER仿真技術(shù)進(jìn)行汽車系統(tǒng)技術(shù)的驗(yàn)證和開發(fā)。SABER仿真技術(shù)通過對(duì)整個(gè)汽車系統(tǒng)進(jìn)行有效的建模和分析,能夠節(jié)約大量的試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)時(shí)間。國(guó)際上幾大跨國(guó)汽車公司都已使用SABER仿真技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),如美國(guó)通用、大眾、克萊斯勒等。目前,國(guó)內(nèi)有泛亞技術(shù)中心能夠運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)與通用(北美)進(jìn)行同步開發(fā)。
1SABER軟件仿真技術(shù)
SABER軟件是一個(gè)在數(shù)學(xué)模擬及硬件設(shè)計(jì)方面功能卓著的仿真工具。對(duì)于復(fù)雜的混合信號(hào)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證問題,SABER軟件為設(shè)計(jì)工程師提供了一種功能強(qiáng)大的混合信號(hào)行為仿真器。由于混合信號(hào)硬件描述語(yǔ)言——MAST的支持,SABER軟件實(shí)現(xiàn)了單一內(nèi)核混合信號(hào)及混合技術(shù)的仿真,完全改變了模擬電路仿真的現(xiàn)狀。SABER軟件在混合技術(shù)領(lǐng)域具有多個(gè)仿真引擎,可以分別處理不同領(lǐng)域的設(shè)計(jì)單元,且遵循相應(yīng)的守恒定律,支持電力系統(tǒng)、機(jī)電一體化、機(jī)械系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、光電控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等系統(tǒng)單元?,F(xiàn)在,SABER軟件在汽車和飛機(jī)制造領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。尤其是在汽車制造領(lǐng)域,許多歐美公司已將它定為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),并投資SABER軟件的發(fā)展以不斷滿足新的設(shè)計(jì)需要。
SABER軟件具有明顯的優(yōu)勢(shì):分析從SOC到大型系統(tǒng)之間的設(shè)計(jì),包括模擬電路、數(shù)字電路及混合電路;通過單一的混合信號(hào)仿真內(nèi)核就可以提供精確有效的仿真結(jié)果;通過對(duì)穩(wěn)態(tài)、時(shí)域、頻域、統(tǒng)計(jì)、可靠性及控制等方面的分析來檢驗(yàn)系統(tǒng)性能。
SABER仿真器能夠讓設(shè)計(jì)人員對(duì)從汽車的最初設(shè)計(jì)方案(方框圖)到由實(shí)際電路和機(jī)械實(shí)現(xiàn)的完整系統(tǒng)進(jìn)行仿真。這種能力對(duì)于復(fù)雜運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(如ABS系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)等)尤為重要。
2汽車電子仿真技術(shù)的應(yīng)用
汽車在投產(chǎn)之前要經(jīng)過大量的測(cè)試試驗(yàn),對(duì)原設(shè)計(jì)不斷地進(jìn)行修正往往會(huì)耗費(fèi)大量的物力和時(shí)間。在設(shè)計(jì)階段,對(duì)各種狀況進(jìn)行模擬仿真、修正、完善設(shè)計(jì),能夠提高效率、縮短開發(fā)周期。使用SABER軟件進(jìn)行仿真,主要分為3個(gè)階段:建立數(shù)學(xué)模型、對(duì)系統(tǒng)原理進(jìn)行仿真和對(duì)仿真模型進(jìn)行修改檢驗(yàn)。
2.1建立數(shù)學(xué)模型
所謂計(jì)算機(jī)仿真就是將實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律用數(shù)學(xué)形式表達(dá)出來,它們通常是一組微分方程或差分方程,然后通過計(jì)算機(jī)采用數(shù)值求解法求解這些方程。
在仿真之前,首先對(duì)系統(tǒng)原理圖中的所有零部件進(jìn)行抽象化,建立數(shù)學(xué)模型,繪制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。為了對(duì)電路或系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真,經(jīng)常需要開發(fā)一個(gè)或一組模型。要研究電路的詳細(xì)特性,可能要求對(duì)物理器件建模,有時(shí)還需要對(duì)大型電路或系統(tǒng)建模。系統(tǒng)模型可能無需和器件模型一樣詳盡,但作為大系統(tǒng)仿真的一部分,系統(tǒng)模型仍然非常有用。零部件數(shù)學(xué)模型的質(zhì)量直接關(guān)系到仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過對(duì)數(shù)學(xué)模型各種參數(shù)屬性的設(shè)置來模擬零部件的功能,同時(shí),經(jīng)過大量計(jì)算和試驗(yàn),不斷修正、完善數(shù)模。對(duì)于同一類零部件可以共用一個(gè)(或一類)模型,通過調(diào)整數(shù)模參數(shù)值來實(shí)現(xiàn)零部件的更迭。這對(duì)于縮短開發(fā)周期、節(jié)省開發(fā)成本,起著至關(guān)重要的作用。
在一定外界條件(即輸人或激勵(lì),包括外加控制與外加干擾)的作用下,從系統(tǒng)的一定初始狀態(tài)出發(fā),所經(jīng)歷的由其內(nèi)部的固有特性(即由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的特性)決定了整個(gè)動(dòng)態(tài)過程。研究系統(tǒng)及其輸人、輸出三者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系,即可確定其性能的屬性。圖1是汽車音響系統(tǒng)中揚(yáng)聲器的物理模型,其中In_pfUIn_m作為輸人信號(hào)、由電磁學(xué)可知,可以進(jìn)一步將其簡(jiǎn)化為力f(t)輸人。
于是可將其進(jìn)一步簡(jiǎn)化為質(zhì)量-阻尼-彈簧系統(tǒng),如圖2所示,圖2中m、c、k分別表示質(zhì)量、粘性阻尼系數(shù)、彈簧剛度。對(duì)系統(tǒng)而言,質(zhì)量受外力f(t)的作用,質(zhì)量位移為y(t)(實(shí)際揚(yáng)聲器銜鐵的振幅),系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程為my"(t)cy''''''''(t)ky(t)=f(t),y(o)=yo,y''''''''(o)=y''''''''。
其中,y(0)與y''''''''(0)分別為質(zhì)量的初位移與初速度,這就是在輸人作用于系統(tǒng)之前系統(tǒng)的初始狀態(tài)。顯然,此系統(tǒng)在任何瞬間的狀態(tài)完全可以由質(zhì)量的,y(t)與y''''''''(t)這兩個(gè)變動(dòng)著的狀態(tài)(即狀態(tài)變量)在此瞬間的取值來刻畫。因?yàn)閥(t)在此瞬間的取值代表了位移的情況,y''''''''(t)在此瞬間的取值代表了y(t)在此瞬間的變化趨勢(shì)(速度)的情況。
還有一種更直接的建立數(shù)學(xué)模型的方法,就是模擬硬件描述語(yǔ)言(AHDL)的含義。MAST就是一種AHDL,Saber仿真器可以仿真用MASTAHDL描述的網(wǎng)表。
零部件的模型是建立在大量計(jì)算和試驗(yàn)基礎(chǔ)上的,SABER軟件提供了大量的零部件庫(kù)文件,對(duì)于類似的零件只需修改其屬性參數(shù)值即可。
2.2對(duì)系統(tǒng)原理進(jìn)行仿真
在仿真過程中,將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)變成為計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的仿真模型,是由SABER軟件系統(tǒng)來完成的,并同時(shí)根據(jù)仿真模型編制出仿真程序。通過對(duì)系統(tǒng)的仿真,可以隨時(shí)得出各個(gè)子系統(tǒng)或零部件的瞬時(shí)工作狀態(tài)及性能參數(shù)變化,如電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)矩等各參數(shù)的波形。通過對(duì)這些波形與實(shí)際試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,找出兩者的差別,從而修正原設(shè)計(jì)。
如先前所提及的,安全性和舒適性的需求導(dǎo)致了新的、高能耗的負(fù)載。這些負(fù)載可能隨著汽車產(chǎn)品的進(jìn)一步電子化,汽車電子控制裝置得到更多的應(yīng)用,所消耗的電能也將大幅度地增加?,F(xiàn)有的12V動(dòng)力電源已滿足不了汽車上所有電氣系統(tǒng)的需要,今后將采用集成的42V起動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng),發(fā)電機(jī)最大輸出功率將由目前的1.4kW提高到8kw左右,發(fā)電效率將會(huì)達(dá)到80以上。伺時(shí),電壓等級(jí)的提升還將同時(shí)帶來許多新的問題。12V/42V汽車雙電壓系統(tǒng)原理圖如圖3所示。
在雙電壓系統(tǒng)中,把用電設(shè)備分成兩部分:中小功率負(fù)載由14V電壓供電,如室內(nèi)燈、中控鎖、收音機(jī)、儀表、車載導(dǎo)航系統(tǒng)等主要為車身電子設(shè)備;大功率負(fù)載,如電控機(jī)械制動(dòng)裝置、電控機(jī)械氣門正時(shí)裝置、三元催化轉(zhuǎn)換加熱器、電控懸架等,主要為發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤系統(tǒng)電子設(shè)備,由42V電壓供電。此雙電壓供電系統(tǒng)有兩個(gè)關(guān)鍵器件,一個(gè)是DC/DC變換器,它能把交流發(fā)電機(jī)輸出的42V高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?4V的電壓。另一個(gè),是裝在發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器之間的起動(dòng)-發(fā)電機(jī),借助一個(gè)半導(dǎo)體整流-逆變功率變換器,它不僅充當(dāng)交流發(fā)電機(jī),發(fā)出42V的高電壓,而且在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)還作為起動(dòng)機(jī)用。由于它是直接起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),起動(dòng)時(shí)間僅為0.5s,所以噪聲很小。
2.2.2起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)
大功率起動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)(IntegratedStarter/Alternator,ISA)的轉(zhuǎn)矩特性一致,因此,集成兩種設(shè)備于一體在技術(shù)上是可行的,在經(jīng)濟(jì)上的效益也顯而易見。如圖4所示的輸出功率與內(nèi)燃機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線,ISA讓內(nèi)燃機(jī)的速度達(dá)到600v/min的起動(dòng)速度,然后切換到發(fā)電模式。由于42V系統(tǒng)能夠提供足夠的電能,發(fā)動(dòng)機(jī)在極短的時(shí)間內(nèi)起動(dòng)且在點(diǎn)火前達(dá)到更高的轉(zhuǎn)速,這樣可以降低低轉(zhuǎn)速下的排放,換句話說,使得汽車重起動(dòng)變得更加容易。
2.2.3雙電壓系統(tǒng)中42V供電系統(tǒng)
在運(yùn)行中,雙電壓系統(tǒng)的電壓隨著轉(zhuǎn)速變化而變化,電壓峰值對(duì)電器元件的影響是非常明顯的。圖5所示的是雙電莊系統(tǒng)中42V供電系統(tǒng)的變化曲線,非常清晰地顯示了在轉(zhuǎn)速急劇變化時(shí)電壓的瞬時(shí)值,此脈沖電壓峰值在電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選擇電子電器元件時(shí)有著非常重要的參考價(jià)值。
在仿真過程中,主要分兩種類型進(jìn)行。為了描述簡(jiǎn)單,這里將42V與14V分開進(jìn)行討論。第一種方法,全部打開所有的電子設(shè)備,可以觀察到整個(gè)系統(tǒng)及各個(gè)電子器件的電壓、電流波形,以及各個(gè)電子電器設(shè)備互相切換或同時(shí)打開時(shí)的電壓、電流波形。同時(shí),很方便地觀察到在拋載狀況時(shí)的峰值電壓波形,局部拋載或全部拋載對(duì)系統(tǒng)的影響。
2.2.414V供電系統(tǒng)
14V電壓系統(tǒng)主要用于各控制單元,對(duì)波形要求甚高。若峰值電壓及電流產(chǎn)生嚴(yán)重的脈動(dòng),使蓄電池兩端電壓產(chǎn)生脈動(dòng)干擾,控制單元搭鐵(蓄電池負(fù)極)電位也將隨之產(chǎn)生脈動(dòng)干擾。如果這個(gè)干擾脈沖幅值過大,就會(huì)造成原有信號(hào)的丟失,引起控制失靈。觀察峰值電壓的波形,判定是否符合系統(tǒng)要求。14V線路上的電壓波形如圖6所示。
2.3對(duì)仿真模型進(jìn)行修改、檢驗(yàn)
通過對(duì)系統(tǒng)的仿真,得出的初步結(jié)果往往不能與理想的目標(biāo)相一致,還需要通過分析研究,以及與試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比,對(duì)系統(tǒng)原理或數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修改。SABER提供多種仿真分析,如:直流工作點(diǎn)分析、交流小信號(hào)分析、順態(tài)分析、蒙特卡羅分析(在模型參數(shù)值浮動(dòng)范圍內(nèi)隨機(jī)取樣,對(duì)所取的參數(shù)進(jìn)行分析,檢驗(yàn)器件參數(shù)在一定范圍內(nèi)浮動(dòng)對(duì)輸出的影響)、零極點(diǎn)分析等。結(jié)合多種分析,加以對(duì)仿真模型的完善。
1)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)基本原理和構(gòu)造
當(dāng)今世界上的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程基本上都由四個(gè)沖程組成,即進(jìn)氣、壓縮、膨脹和排氣。利用燃料和空氣的混合氣在氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體的膨脹,發(fā)動(dòng)機(jī)借助于曲柄連桿機(jī)構(gòu)通過曲軸對(duì)外輸出扭矩而作功。發(fā)動(dòng)機(jī)按照所用燃料可分成汽油機(jī)、柴油機(jī)和燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī);按照點(diǎn)火方式可分成點(diǎn)燃式和壓燃式;汽油機(jī)按照空氣和燃油的比例可分成理論當(dāng)量燃燒和稀薄燃燒;按照汽油噴射地點(diǎn)可分成中央噴射、進(jìn)氣口噴射和缸內(nèi)噴射。
發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部分按其功能可分成燃油供應(yīng)系統(tǒng)、進(jìn)氣排氣系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、曲柄連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)如發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)和各種泵等。
發(fā)動(dòng)機(jī)工況可分成冷起動(dòng)、起動(dòng)后、暖機(jī)、怠速、部分負(fù)荷、全負(fù)荷、加速、減速和倒拖滑行等。這些工況主要根據(jù)負(fù)荷與轉(zhuǎn)速,結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)溫度(即冷卻液溫度)來區(qū)分。
2)電子控制在發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要意義
汽車電子控制始于發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制。電子控制之于1957年引入發(fā)動(dòng)機(jī)以及于1967年商品化,其初衷是為了滿足越來越嚴(yán)格的排放法規(guī)要求,同時(shí)提高汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和舒適性?,F(xiàn)代汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)離開了電子控制是不可思議的。電子產(chǎn)品的產(chǎn)值在整個(gè)汽車中所占的比例隨著汽車級(jí)別的提升而升高,可達(dá)30以上。
3)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制的核心問題
汽油機(jī)電子控制的核心問題是燃油定量和點(diǎn)火定時(shí)。柴油機(jī)電子控制的核心問題是燃油定量和噴油定時(shí)。
2.汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的組成
汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)跟其它電子控制系統(tǒng)一樣,也是由傳感器、電子控制單元(ECU)和執(zhí)行器組成。
1)傳感器
(1)目前汽油機(jī)電子控制系統(tǒng)常用的傳感器有:
l進(jìn)氣岐管絕對(duì)壓力傳感器(提供進(jìn)氣岐管絕對(duì)壓力信息供計(jì)算負(fù)荷等)
l燃油壓力傳感器(提供油軌燃油壓力信息)
l燃油箱壓力傳感器(提供燃油箱壓力信息)
l機(jī)油壓力傳感器(提供機(jī)油壓力信息)
l冷卻液溫度傳感器提供(提供發(fā)動(dòng)機(jī)溫度信息)
l進(jìn)氣溫度傳感器(提供進(jìn)氣溫度信息供計(jì)算空氣密度等)
l空調(diào)蒸發(fā)器溫度傳感器(提供空調(diào)蒸發(fā)器溫度信息)
l空調(diào)冷凝器溫度傳感器(提供空調(diào)冷凝器溫度信息)
l空氣流量傳感器(提供空氣流量信息供計(jì)算負(fù)荷等)
l節(jié)氣門位置傳感器(提供負(fù)荷信息、負(fù)荷范圍信息、加速減速信息)
l油門踏板位置傳感器(提供負(fù)荷信息、負(fù)荷范圍信息、加速減速信息等)
l霍爾傳感器(提供轉(zhuǎn)速信息、曲軸位置和相位信息)
l感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器(提供轉(zhuǎn)速信息和曲軸位置信息)
l燃油箱液面位置傳感器(提供燃油箱液面位置信息)
l爆震傳感器(提供發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體接收到的振動(dòng)信息)
l排氣再循環(huán)閥閥桿位移傳感器(提供排氣再循環(huán)閥開度信息)
l氧傳感器(提供過量空氣系數(shù)l是大于1還是小于1的信息)
(2)目前柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)常用的傳感器有:
l增壓壓力傳感器(提供增壓壓力信息)
l燃油壓力傳感器(提供共軌燃油壓力信息)
l機(jī)油壓力傳感器(提供機(jī)油壓力信息)
l冷卻液溫度傳感器(提供發(fā)動(dòng)機(jī)溫度信息)
l燃油溫度傳感器(提供燃油溫度信息)
l進(jìn)氣溫度傳感器(提供進(jìn)氣溫度信息)
l排氣溫度傳感器(提供排氣口和排氣管的溫度信息)
l空調(diào)蒸發(fā)器溫度傳感器(提供空調(diào)蒸發(fā)器溫度信息)
l空調(diào)冷凝器溫度傳感器(提供空調(diào)冷凝器溫度信息)
l空氣流量傳感器(提供空氣流量信息)
l節(jié)氣門位置傳感器(提供節(jié)氣門位置信息用于排氣再循環(huán)控制)
l轉(zhuǎn)角傳感器(提供分配泵軸轉(zhuǎn)角信息)
l油門踏板位置傳感器(提供負(fù)荷信息、負(fù)荷范圍信息、加速減速信息)
l霍爾傳感器(提供轉(zhuǎn)速和曲軸相位信息)
l海拔高度傳感器(提供海拔高度信息)
l車速傳感器(提供車速信息)
l感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器(提供轉(zhuǎn)速信息和曲軸位置信息)
l燃油箱液面位置傳感器(提供燃油箱液面位置信息)
l排氣再循環(huán)閥閥桿位移傳感器(提供排氣再循環(huán)閥開度信息)
l氧傳感器(提供過量空氣系數(shù)l的具體數(shù)值)
l壓差傳感器(提供微粒物捕集器的壓差信息)
lNOX傳感器(提供排氣后處理系統(tǒng)的NOX濃度信息)
2)電子控制單元
電子控制單元(ECU)接受傳感器提供的各種信息并加以處理,根據(jù)處理向執(zhí)行器發(fā)出指令給,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施控制。電子控制單元由微型計(jì)算機(jī)和模擬電路組成。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,電子控制單元的信息處理量越來越大,現(xiàn)在所用的芯片已經(jīng)達(dá)到32位,晶體管數(shù)量可超過700萬(wàn)個(gè),匹配參數(shù)可超過6000個(gè),針腳數(shù)目可超過150個(gè)。
3)執(zhí)行器
(1)目前汽油機(jī)電子控制系統(tǒng)常用的執(zhí)行器有:
l電動(dòng)燃油泵
l電磁噴油器
l點(diǎn)火線圈
l各種怠速執(zhí)行器
l炭罐控制閥
l排氣再循環(huán)控制閥
l電動(dòng)節(jié)氣門(又稱電子油門)
l液壓回路電磁閥(用于可變氣門定時(shí)控制等)
l氣動(dòng)回路電磁閥(用于可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度控制等)
l全可變氣門電子控制執(zhí)行器
l渦輪增壓廢氣放空控制閥
l電動(dòng)二次空氣泵
l三效催化轉(zhuǎn)化器加熱執(zhí)行元件
l冷卻風(fēng)扇
l空調(diào)壓縮機(jī)電磁離合器
l發(fā)動(dòng)機(jī)上的其他輔助設(shè)備
(2)目前柴油機(jī)電子控制系統(tǒng)常用的執(zhí)行器有:
l電動(dòng)輸油泵
l各種燃油噴射泵
l噴油量執(zhí)行器(集成于燃油噴射泵內(nèi))
l噴油提前角執(zhí)行器(集成于燃油噴射泵內(nèi))
l燃油切斷閥(集成于燃油噴射泵內(nèi))
l共軌高壓泵
l共軌壓力控制閥
l各種共軌噴油器
l單元噴嘴系統(tǒng)和單元泵系統(tǒng)的高壓燃油電磁閥
l熾熱塞
l排氣再循環(huán)控制閥
l電動(dòng)節(jié)氣門(又稱電子油門)
l可變氣門控制執(zhí)行器
l可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度執(zhí)行器
l渦輪增壓廢氣放空控制閥
l冷卻風(fēng)扇
l空調(diào)壓縮機(jī)電磁離合器
l發(fā)動(dòng)機(jī)上的其他輔助設(shè)備
一部分柴油機(jī)傳感器和執(zhí)行器集成于燃油噴射設(shè)備之內(nèi),因所用的柴油噴射設(shè)備而異。
3.汽油機(jī)基本的電子控制項(xiàng)目
1)燃油定量。這是汽油機(jī)最重要的電子控制項(xiàng)目??刂茖?duì)象是進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣與燃油的質(zhì)量比例,由ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速和冷卻液溫度等參數(shù)決定。負(fù)荷就是駕車人對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩要求,通過吸入空氣量或油門踏板位置傳遞給ECU。執(zhí)行器是電動(dòng)燃油泵和電磁噴油器。燃油定量影響汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、舒適性、排放和零部件的安全。
2)點(diǎn)火定時(shí)。點(diǎn)火定時(shí)通常用點(diǎn)火發(fā)生時(shí)活塞在壓縮沖程上止點(diǎn)之前多少度曲軸轉(zhuǎn)角,即點(diǎn)火提前角來表征,也要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速和冷卻液溫度等工況參數(shù)決定。執(zhí)行器是點(diǎn)火線圈。點(diǎn)火定時(shí)同樣影響汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、舒適性、排放和零部件的安全。
3)爆震控制。汽油機(jī)爆震會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī),惡化排放和燃油經(jīng)濟(jì)性。通過電子控制避免爆震的主要途徑是減小點(diǎn)火提前角。所以爆震控制通過點(diǎn)火定時(shí)控制實(shí)施。但是過小的點(diǎn)火提前角會(huì)影響燃油經(jīng)濟(jì)性。爆震控制的目的就是使點(diǎn)火提前角保持在恰好不發(fā)生爆震的臨界點(diǎn)。
4)油箱蒸發(fā)排放物控制。油箱蒸發(fā)排放物都是碳?xì)浠衔?,是有害物質(zhì),必須利用活性炭罐加以吸附,并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候用新鮮空氣清洗活性炭罐。清洗氣流通過進(jìn)氣管送入氣缸燃燒。并不是任何工況下都可以進(jìn)行清洗,所以要利用炭罐控制閥對(duì)清洗氣流加以控制。
4.柴油機(jī)基本的電子控制項(xiàng)目
柴油機(jī)基本的電子控制項(xiàng)目就是燃油定量和噴油定時(shí)。這兩者都由噴射設(shè)備根據(jù)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷和冷卻液溫度等信息控制。這里,負(fù)荷信息由油門踏板傳感器提供。如果說汽油機(jī)可以采用,也可以不采用油門踏板位置傳感器的話,那么柴油機(jī)必須采用。
5.?dāng)U展的發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制項(xiàng)目
1)擴(kuò)展的汽油機(jī)電子控制項(xiàng)目
l可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度電子控制。用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性。
l可變氣門電子控制。用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性,降低有害物質(zhì)排放。
l增壓壓力電子控制。用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性,降低有害物質(zhì)排放。
l排氣再循環(huán)電子控制。用于降低發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物排放。
l二次空氣電子控制。用于滿足歐4以上法規(guī)對(duì)碳?xì)浠衔锖鸵谎趸寂欧诺囊蟆?/p>
l三效催化轉(zhuǎn)化器燃油加熱或電加熱電子控制。用于滿足歐4以上法規(guī)對(duì)排放的要求。
l停車-起動(dòng)運(yùn)行電子控制。用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和滿足歐4以上法規(guī)對(duì)排放的要求。
l氣缸封閉和氣門封閉電子控制。用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性,降低有害物質(zhì)排放。
l噴油壓力和噴油定時(shí)控制。用于汽油直噴,提高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性,降低有害物質(zhì)排放。
2)擴(kuò)展的柴油機(jī)電子控制項(xiàng)目
l噴油壓力電子控制。用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性,降低有害物質(zhì)排放。
l噴油規(guī)律電子控制。用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性,降低有害物質(zhì)和噪聲排放。
l多次噴油電子控制。用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性,降低有害物質(zhì)和噪聲排放。
l可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度電子控制。用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性。
l可變氣門電子控制。用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性,降低有害物質(zhì)排放。
l增壓壓力電子控制。用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性,降低有害物質(zhì)排放。
l排氣再循環(huán)電子控制。用于降低發(fā)動(dòng)機(jī)氮氧化物排放。
l停車-起動(dòng)運(yùn)行電子控制。用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和滿足歐4以上法規(guī)對(duì)排放的要求。
l氣缸封閉和氣門封閉電子控制。用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性,降低有害物質(zhì)排放。
l微粒物捕集器再生電子控制。用于降低發(fā)動(dòng)機(jī)微粒物排放。
6.展望和結(jié)語(yǔ)
1)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)是一個(gè)非常有潛力的市場(chǎng)。隨著排放法規(guī)的逐步趨嚴(yán)和燃油經(jīng)濟(jì)性要求的逐步提高,發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)正在飛速發(fā)展,新的電子控制技術(shù)還在不斷涌現(xiàn)。
2)都說世界制造業(yè)的重心正在向中國(guó)轉(zhuǎn)移。汽車行業(yè),包括汽車電子行業(yè),也在一定程度上出現(xiàn)了這種趨勢(shì)。但是,目前中國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)的原配套產(chǎn)品基本上都出自外資企業(yè)。這些企業(yè)組裝產(chǎn)品用的元件幾乎都不是在中國(guó)生產(chǎn)的。由此我國(guó)喪失了許多GDP和就業(yè)崗位。國(guó)營(yíng)和民營(yíng)企業(yè)技術(shù)水平低下,只能仿造外資企業(yè)的產(chǎn)品,跟在外資企業(yè)后面從維修備件市場(chǎng)分一點(diǎn)殘羹冷飯。有的甚至還偷偷摸摸地打著外資企業(yè)的招牌,干著生產(chǎn)假冒偽劣產(chǎn)品的勾當(dāng)。這種局面應(yīng)當(dāng)扭轉(zhuǎn)。政府應(yīng)當(dāng)看到,這個(gè)行業(yè)的發(fā)展將會(huì)帶來巨大的GDP增長(zhǎng),并創(chuàng)造大量的就業(yè)機(jī)會(huì)。所以政府應(yīng)當(dāng)做出規(guī)劃,對(duì)這一行業(yè)加以扶植和整頓。
這其中最重要,也是最關(guān)鍵的挑戰(zhàn),就是面對(duì)在汽車上用了好幾十年的12V電壓,已經(jīng)沒有辦法滿足高度電子化對(duì)于電壓的急迫需求。因此,除了必須要因應(yīng)42V電壓取代12V電壓的技術(shù)問題之外,還有當(dāng)汽車電源主體架構(gòu)改變之后,可能要面臨到的高成本問題。由此可見,未來車用電子必須要尋求電源管理最佳化解決方案,甚至是以模擬、分離、電源MOSFET晶體管…等元件,解決車內(nèi)應(yīng)用與整合性的技術(shù)問題。
車用電力系統(tǒng)日漸短缺迫切需要新元件及新設(shè)計(jì)
越來越多的汽車電子設(shè)備,或電子系統(tǒng)導(dǎo)入車內(nèi)應(yīng)用之后,車用電力供應(yīng)逐漸呈現(xiàn)不足的現(xiàn)象,使得汽車制造廠必須開始面對(duì)功率的控制,以及功率轉(zhuǎn)換技術(shù)提出更高的要求,借以推動(dòng)車用功率半導(dǎo)體、相關(guān)封裝技術(shù),能夠更進(jìn)一步的往前發(fā)展,這當(dāng)中所包含的領(lǐng)域,也不再只是功率大小,還是MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransister;MOSFET)晶體管、絕緣閘極晶體管(InsulatedGateBipolarTransistor;IGBT)及控制與保護(hù)回路整合模塊(IntelligentPowerModule;IPM)等問題。
歸納其主原因,是因?yàn)檐嚿纤褂玫墓β拾雽?dǎo)體元件與一般較常用的功率半導(dǎo)體元件比較起來,不論是對(duì)電壓或電流、開關(guān)頻率、功率損失、動(dòng)態(tài)特性,甚至對(duì)于元件保護(hù)程度,都是相當(dāng)嚴(yán)苛的;再加上汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)于「用電的規(guī)范,已經(jīng)開始從12V提升到42V,所以對(duì)于汽車用電的要求也就更高了。另一方面,必須具備也可進(jìn)行高頻切換動(dòng)作及電能處理,才能使車上的電子產(chǎn)品,更能夠發(fā)揮輕薄短小的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),甚至是具有車上所需的高效率、信賴度與可靠性等要求。
汽車對(duì)于用電控制管理的概念成熟之后,其應(yīng)用層面也越來越多;比方說,利用電力來作為汽車的制動(dòng)及轉(zhuǎn)向等運(yùn)用,使得汽車電力、電子技術(shù)領(lǐng)域開始進(jìn)行革新動(dòng)作,而在這場(chǎng)汽車電力變革的過程中,將以電子轉(zhuǎn)向或集成式啟動(dòng)器交流發(fā)動(dòng)機(jī)(IntegratedStarterAlternator;ISA)作為主要架構(gòu)。因?yàn)檫@是一種完全可逆的電機(jī)系統(tǒng),又可稱為交流伺服電動(dòng)機(jī),它是一種具有自動(dòng)平衡式顯示設(shè)備,藉由隨動(dòng)系統(tǒng)來確實(shí)執(zhí)行元件,將放大器的輸出電壓(控制電壓)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)觸點(diǎn),除了能夠讓系統(tǒng)持續(xù)保持在平衡狀態(tài),還可以在高效率的狀態(tài)下,實(shí)現(xiàn)許多需要很大峰值功率的電子功能。
以實(shí)際例子來說明:比方說,當(dāng)駕駛者在紅燈要轉(zhuǎn)為綠燈可前進(jìn)時(shí),在第一時(shí)間將發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉,主要是因?yàn)楫?dāng)駕駛者踩下油門時(shí),交流發(fā)電機(jī)促使汽車能夠很快地加速前進(jìn),如此一來,汽車不但能夠降低排放有害氣體,同時(shí)還能減少油料的用量。在這一方面,還能使用多余的電力來進(jìn)行的各項(xiàng)控制,包括:電子動(dòng)力轉(zhuǎn)向(EPS)、主動(dòng)式懸掛系統(tǒng)、電子透平機(jī)輔助設(shè)備、電子閥門控制、變速空調(diào)等,因此,這對(duì)集成式啟動(dòng)器交流發(fā)動(dòng)機(jī)是非常重要的。
從技術(shù)門檻的角度來看,汽車集成式啟動(dòng)器交流發(fā)動(dòng)機(jī)主要的技術(shù)困難在于,大功率的電子控制系統(tǒng)是采取部分設(shè)計(jì)方式,在執(zhí)行上有它的困難。換句話說,由于汽車集成式啟動(dòng)器交流發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)三相逆變器/整流器,除了負(fù)責(zé)對(duì)42V負(fù)載進(jìn)行供電作用,或者當(dāng)整流器在進(jìn)行工作時(shí),也能為36V電池進(jìn)行充電之外,還必須在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),能以逆變器方式為起動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電的動(dòng)作。從這邊就能看得出來,為了讓汽車電子系統(tǒng)能具有穩(wěn)定的供電設(shè)計(jì),就必須先厘清大功率電子元件,在不同應(yīng)用階段應(yīng)該要有不同的工作訴求。
MOSFET晶體管改造汽車電源供應(yīng)系統(tǒng)
再來,談?wù)劰β市徒饘傺趸瘜訄?chǎng)效晶體管(簡(jiǎn)稱為功率MOSFET晶體管),這是一種屬于多載式導(dǎo)電的單極型電壓控制元件,其特性就是:開關(guān)速度快、高頻率性能好,輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小、熱穩(wěn)定性優(yōu)良、無二次擊穿…等優(yōu)點(diǎn),可以提供給設(shè)計(jì)者一種高速度、高功率、高電壓,以及高增益的元件,因此在各類型小功率開關(guān)電路的應(yīng)用非常廣泛。
圖說:PowerMOSFET是一種功率集成元件,它是由成千上萬(wàn)個(gè)小型MOSFET并聯(lián)而成,圖中所示為N通道的MOSFET單元結(jié)構(gòu)剖面示意圖。(資料來源:交通大學(xué)電子電力芯片設(shè)計(jì)與DPS控制實(shí)驗(yàn)室)
這對(duì)汽車用電系統(tǒng)來說,由于功率MOSFET晶體管具有很強(qiáng)的電流管理能力,才能夠滿足集成式啟動(dòng)器交流發(fā)動(dòng)機(jī)必須兼具最大負(fù)載的效果及要求。換句話說,就是讓汽車能在低溫度的環(huán)境下,使內(nèi)燃機(jī)具有較強(qiáng)的冷起動(dòng)功能。不過,大部分汽車制造廠普遍認(rèn)為,車用交流發(fā)動(dòng)機(jī)大概只需要10kW就已經(jīng)足夠,過去也許是如此;不過,這對(duì)使用42V功率系統(tǒng)的10kW系統(tǒng),這樣肯定是不夠的,這是因?yàn)槟孀兤髟谧詈螽a(chǎn)生適當(dāng)?shù)妮敵鲭妷号c馬達(dá)相聯(lián)之后,一方面要調(diào)節(jié)馬達(dá)的頻率,另一方面還要調(diào)節(jié)馬達(dá)電壓,所以每個(gè)開關(guān)接口至少要超過400A來通過峰值電流的能力,才能因應(yīng)越來越強(qiáng)大的車用電力系統(tǒng)。
圖說:MOSFET晶體管提供了一個(gè)非常穩(wěn)定安全操作區(qū)域(SafeOperatingArea;SOA),因?yàn)镸OSFET再順向偏壓時(shí),不需苦于二次崩潰所產(chǎn)生的效應(yīng),此直流與脈波的SOA優(yōu)于BJT。(資料來源:交通大學(xué)電子電力芯片設(shè)計(jì)與DPS控制實(shí)驗(yàn)室)
借以降低電壓功耗設(shè)計(jì)提升汽車發(fā)電機(jī)工作效率
要如何提高汽車發(fā)電機(jī)工作效率?若從降低正向電壓來思考,這或許不失為一個(gè)方法,可以藉由降低寄生電感來減少切換時(shí)產(chǎn)生的電壓尖脈沖。由于元件對(duì)于封裝電流感度很靈敏,因此很多人都認(rèn)為模塊設(shè)計(jì)是最好的方式。不過,因?yàn)橐话愕哪K封裝設(shè)計(jì)方式,將影響到通過電流的能力。值得注意的一點(diǎn)是,雖然汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在「熱車階段,不需要很大的電流支持,但是功率MOSFET晶體管的限定電流會(huì)因?yàn)闇囟壬仙兴陆?,因此交流發(fā)動(dòng)機(jī)的功率電路部分溫度,必須保持在比較低溫的狀態(tài),才能維持穩(wěn)定的電壓。另外,為了盡量提高額定電流,必須使用RDS(ON)較低的MOSFET晶體管,才得以滿足車用電力需求。
改進(jìn)的方式則能夠以先進(jìn)的封裝技術(shù),借以提高通過電流的能力,或者是使用分離元件等技術(shù)來達(dá)成,同時(shí)還能夠盡量降低寄生電感(ParasiticInductance),良好值約為10uH20uH之間。除此之外,在電流切換過程還有更進(jìn)一步的要求;簡(jiǎn)單說,就是要針對(duì)所使用的開關(guān)頻率(一般為數(shù)千Hertz)進(jìn)行最佳化動(dòng)作,使逆變器或整流器能夠在很高頻率或環(huán)境溫度高達(dá)150℃的情況下,還能提供全部的功率。
如何以特殊設(shè)計(jì)方式解決車上電流需求
在多種類型的汽車中,包括:汽車、大客車、卡車…等,最主要的動(dòng)力來源大都是來自于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)來供應(yīng),它的模塊設(shè)計(jì)大都是由半橋電路所組成,讓車上的元件能夠控制或驅(qū)動(dòng)半橋電路中的高/低階開關(guān)設(shè)備。另外,還能控制該橋次級(jí)端上的同步整流器MOSFET,使具有兩個(gè)功率MOSFET晶體管芯片(每個(gè)為150mm),其電源母線不會(huì)受到任何電源裝置發(fā)展故障的時(shí)候而受到影響,還能在42V的電源母在線,對(duì)600A的電流進(jìn)行切換動(dòng)作,藉此完成匹配性的設(shè)計(jì)。
其次,則因?yàn)槠噧?nèi)部的溫度或者是電壓、電流過大容易造成溫差的問題,易使車內(nèi)電子設(shè)備中的材料受到影響,導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生壓應(yīng)力或張應(yīng)力。因此,為了減少汽車電子設(shè)備的熱應(yīng)力問題,通常會(huì)將MOSFET晶體管芯片安置在陶瓷基片上,這是因?yàn)樘沾苫臏囟认禂?shù)與矽的溫度系數(shù)能夠完全匹配,若采用較為先進(jìn)的導(dǎo)線壓焊技術(shù),特殊的架構(gòu)不但能改善熱源分布,進(jìn)而加強(qiáng)整個(gè)模塊系統(tǒng)的低熱組性能,使模塊能承受汽車所處的多變環(huán)境與電壓功率起伏。
再來,就是如何降低雜散電感,使雜散電感低于8nH,這對(duì)消除尖峰電壓是非常重要的。在一般設(shè)計(jì)上,為了降低電磁干擾(EMI)帶來的影響,包括:柵極驅(qū)動(dòng)電路、感測(cè)電路或保護(hù)電路,都裝在一塊很小的印刷電路板(PCB)上,而后將印刷電路板蓋在模塊上,使驅(qū)動(dòng)電路能夠以20kHz頻率之下,驅(qū)動(dòng)這些MOSFETT晶體管,其中涉及的參數(shù)感測(cè)和轉(zhuǎn)換,都是在這塊電路板上進(jìn)行。因此,除了可以降低基板及散熱器之間的抗熱阻效能之外,在與傳統(tǒng)模塊相比,還能夠使內(nèi)部雜散電感降低60%以上,使設(shè)計(jì)及安裝過程更為簡(jiǎn)單。
大功率MOSFET晶體管體現(xiàn)汽車電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)
針對(duì)汽車采用大功率逆變器/整流器等元件技術(shù),雖然說這是最理想電路設(shè)計(jì)和實(shí)施。不過,截至目前各界還沒能夠有個(gè)最后的定論,主要的問題還持續(xù)存在著。不過,42V的集成式交流發(fā)動(dòng)機(jī)將是未來電動(dòng)轉(zhuǎn)向(EPS)汽車系統(tǒng)的關(guān)鍵所在,相信這點(diǎn)是不容質(zhì)疑。不過,由于電流能力又會(huì)因?yàn)槭艿椒蛛x式的MOSFET晶體管塑料封裝技術(shù),而有所限制。這些限制對(duì)已經(jīng)在汽車市場(chǎng)逐漸成熟的電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來說,將促使設(shè)計(jì)人員,將不同分離元件并聯(lián)起來一同使用,或者采取模塊的方式,才能提高分離封裝通過電流的能力,借以降低中檔及低檔電動(dòng)轉(zhuǎn)向的系統(tǒng)成本。
大多數(shù)汽車系統(tǒng)中所使用的模塊,目前大部分都都是采用絕緣金屬基片(IMST)的設(shè)計(jì)方式。而在陶瓷基片方面,則是采用直接覆銅(DBC)的方式,并在厚膜基片及電流較小的情況下,才會(huì)改印刷電路板的模塊設(shè)計(jì)方式。最后,在功率逆變器封裝方面,對(duì)于中等功率和低功率,一個(gè)新的構(gòu)想是將芯片封裝在引在線,這時(shí)沒有單獨(dú)的基片,MOSFET晶體管可直接安裝在同一個(gè)模塑引在線,用引線架構(gòu)形成連接端子,進(jìn)行外部連接到模塊的外殼上,便能達(dá)到較佳的電源管理。
圖說:因應(yīng)汽車上的電源朝向低損耗化、小型化和超薄化需求,實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于傳統(tǒng)系列的超低導(dǎo)通電阻特性和高耐擊穿性依靠低導(dǎo)通電阻特性,并可以降低功耗,因而最適合用作電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、點(diǎn)滴器、DC/DC變換器等的開關(guān)元件。(資料來源:東芝半導(dǎo)體)
結(jié)論
1通訊系統(tǒng)
通訊系統(tǒng)可以說是汽車電子信息系統(tǒng)的核心和中樞,同時(shí)也是車輛內(nèi)部系統(tǒng)和外部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交互和重要橋梁,對(duì)于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能而言有著不可替代的作用。從目前來看,在汽車電子信息系統(tǒng)中,最為常用的是GPRS無限數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),按照相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,利用傳統(tǒng)GSM網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)資源,進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸工作,可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量。不僅如此,在不斷的發(fā)展過程中,全球的運(yùn)營(yíng)商都針對(duì)商用GPRS系統(tǒng)進(jìn)行了研發(fā),為車載通訊系統(tǒng)提供了必要的網(wǎng)絡(luò)支持,也使得汽車電子信息系統(tǒng)有了一個(gè)接入時(shí)間短、傳輸速率高、安全可靠的信息交互平臺(tái)。
2車載嵌入系統(tǒng)
在科技發(fā)展的帶動(dòng)下,車載系統(tǒng)的嵌入技術(shù)愈發(fā)成熟,逐漸成為汽車信息網(wǎng)絡(luò)的控制中心。車載嵌入系統(tǒng)可以對(duì)車輛內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè),一旦發(fā)現(xiàn)異常,可以立即向駕駛?cè)藛T發(fā)送相應(yīng)的警報(bào)信息,如語(yǔ)音提示或燈光信號(hào)等,同時(shí)針對(duì)故障進(jìn)行前面細(xì)致的分析,向駕駛員提出合理化建議,如停車檢修或者調(diào)整路線前往維修點(diǎn)等,對(duì)安全事故進(jìn)行規(guī)避,保證行車安全。在車載嵌入系統(tǒng)中,利用相應(yīng)的處理器、GPS接收機(jī)、GPRS模塊以及人機(jī)交互接口等,可以構(gòu)建出一個(gè)具備強(qiáng)大通信能力和信息處理能力的平臺(tái),利用無線通訊、藍(lán)牙數(shù)據(jù)交互等網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),實(shí)現(xiàn)信息的交互和共享。系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)不僅便于系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和維護(hù),也使得其具備良好的拓展性,可以實(shí)現(xiàn)車輛定位、動(dòng)態(tài)導(dǎo)航等功能。
3外部系統(tǒng)
從目前的發(fā)展情況看,外部系統(tǒng)包括一個(gè)專業(yè)的門戶網(wǎng)站,可以為每一位用戶提供個(gè)性化的服務(wù),滿足用戶不同的使用需求,同時(shí)還可以根據(jù)相應(yīng)的情況,進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新,為用戶提供完整、合理、準(zhǔn)確、可靠的信息。需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新的情況包括:汽車自身的地理位置,或者用戶指定的道路路況圖;用戶的具體需求;與汽車服務(wù)供應(yīng)商服務(wù)協(xié)議的相關(guān)內(nèi)容;汽車在行駛過程中遇到的特殊狀況。
汽車電子信息系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn),不僅需要相應(yīng)的硬件資源,還需要良好的軟件支持,因此,做好系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)工作是非常重要的,應(yīng)該重視以下兩個(gè)方面的內(nèi)容:
(1)軟件的結(jié)構(gòu)模式。汽車電子信息系統(tǒng)的軟件架構(gòu),可以利用UML的Component框圖進(jìn)行描述。用戶可以通過因特網(wǎng),連接到門戶網(wǎng)站,對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查詢,也可以對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)行擴(kuò)展。之前也提到,門戶網(wǎng)站可以為用戶提供良好的個(gè)性化服務(wù),結(jié)合用戶的位置信息,在比較特殊的情況下,可以對(duì)用戶需要的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新。不僅如此,用戶可以通過移動(dòng)通訊設(shè)備,利用Web搜索服務(wù),查詢自己需要的信息,如旅店和車票、機(jī)票等的預(yù)定,必要的車輛維修信息等。同時(shí),系統(tǒng)中的個(gè)性化管理模塊可以根據(jù)每一個(gè)用戶的基本情況,為門戶網(wǎng)站的動(dòng)態(tài)更新提供必要的數(shù)據(jù)信息;事物管理模塊可以對(duì)數(shù)據(jù)的流通、交易等進(jìn)行監(jiān)控,對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)故障以及數(shù)據(jù)沖突進(jìn)行處理和恢復(fù),保證數(shù)據(jù)的訪問和使用安全。另外,在系統(tǒng)中,信息數(shù)據(jù)庫(kù)的功能是非常重要的,不僅可以對(duì)地理信息進(jìn)行存儲(chǔ),也可以為用戶提供必要的地址信息,確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和合理性是極其關(guān)鍵的,必須得到軟件設(shè)計(jì)人員的充分重視。
關(guān)鍵詞:電子汽車衡;稱重;維護(hù)
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展,電子汽車衡這種快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)稱量可靠性高的計(jì)量器具,越來越多地廣泛應(yīng)用于企業(yè)、商貿(mào)港口、倉(cāng)儲(chǔ)等領(lǐng)域,在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中的貿(mào)易結(jié)算,物料管理等方面起到了重要的作用。電子汽車衡多數(shù)安裝于戶外,為露天使用,因電子汽車衡所用的稱重傳感器、匹配器等電子元器件都安裝于秤體基礎(chǔ)內(nèi),容易受到灰塵、潮氣、雷擊和不法分子作弊等的影響,引起稱重誤差,嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞傳感器和電子元器件,甚至造成電子汽車衡癱瘓。筆者結(jié)合工作實(shí)踐,從做好電子汽車衡的日常防護(hù)的角度,就提高電子汽車衡的工作效率進(jìn)行了一些探討。
1電子汽車衡的構(gòu)成和工作原理
電子汽車衡系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配置由秤臺(tái)、稱重傳感器和稱重顯示部分,包括稱重顯示儀表,接線盒和信號(hào)電纜三大基本單元組成,根據(jù)用戶不同需要可選購(gòu)其它外接設(shè)備以組成各種配置,包括計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、大屏幕顯示器、電源浪涌保護(hù)器、穩(wěn)定電源及多功能電源插座。
承載貨車進(jìn)入秤臺(tái),在物體重力作用下,使稱重傳感器彈性體產(chǎn)生變形,粘貼于彈性體上后應(yīng)變計(jì)橋路阻抗失去平衡,輸出與重量數(shù)值成比例的信號(hào),經(jīng)傳感器內(nèi)部的放大器,A/D轉(zhuǎn)換器,微處理等電子原件進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
2電子汽車衡維護(hù)的基本方法和要求
電子汽車衡出現(xiàn)故障,需要進(jìn)行分析、檢查,調(diào)修最后報(bào)請(qǐng)檢定部門,檢定合格后才能投入使用。這是一項(xiàng)較復(fù)雜細(xì)致的工作,既要有理論知識(shí),又要有實(shí)踐技能。一是在弄通原理基礎(chǔ)上,可以通過看、聞、聽、觸的直觀檢查法、分割法、置換法、電阻電壓測(cè)量法等行之有效的方法來逐段檢查分析判斷,在這里分析的思路是最重要的,因?yàn)楣收蠈?shí)例是多種多樣的。但是只要檢修思路對(duì)頭,就可觸類旁通、舉一反三。二是記住電路中各主要測(cè)試點(diǎn)的電阻值、電壓值,對(duì)重要的元件開路或短路會(huì)產(chǎn)生什么后果做到心中有數(shù)。三是要熟練掌握常用測(cè)試儀表的使用以及元件好壞的判別方法,目前電子汽車衡的稱重顯示儀表基本上采用中規(guī)模集成電路,在弄通整個(gè)原理的基礎(chǔ)上,要對(duì)各集成塊的性能,技術(shù)參數(shù)和引腳定義有足夠的了解,這樣有助于提高排除故障的能力。四是處理故障也要進(jìn)行小結(jié)和反思,積累經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),提高維修數(shù)率。
3電子汽車衡維護(hù)的重點(diǎn)及措施
3.1防稱重誤差,提高設(shè)備的精確度
造成電子汽車衡稱重誤差的因素很多,諸如:電子汽車衡秤體水平限位器脫落卡住、傳感器鋼球偏離中心位置、承重臺(tái)與底座或地基之間有異物頂住、秤臺(tái)與秤邊護(hù)坡相靠和傳感器、接線盒元器件損壞等故障。避免誤差主要做好三個(gè)方面的工作。首先,電子汽車衡安裝完畢后,要先用接近該汽車衡最大稱量的車輛往返多次在秤臺(tái)上通過,并在秤臺(tái)上采用急剎車的方式,使秤臺(tái)各部位的殘余應(yīng)力釋放出來,確保稱重傳感器的鋼球位于鋼球碗及承重臺(tái)鋼球碗之間,使傳感器與承重臺(tái)垂直受力,避免了側(cè)向受力,影響稱重?cái)?shù)值的準(zhǔn)確性,再鎖緊傳感器底座固定螺栓,傳感器固定螺栓要用黃油涂抹并包裹嚴(yán)密,以防螺栓銹蝕后難以拆卸更換傳感器。其次,電子汽車衡在使用一段時(shí)間后,要用撬棍檢查一下秤臺(tái)是否晃動(dòng)靈活,秤體與護(hù)坡之間(或秤坑之間)的縫隙里有無石子等異物頂住承重臺(tái),導(dǎo)致重量未能完全加在傳感器上產(chǎn)生偏差,以及避免秤臺(tái)與坡道(或秤坑)相靠,產(chǎn)生稱重?cái)?shù)值誤差。第三,加強(qiáng)衡器的防塵、防水處理,可采取在秤臺(tái)面的兩節(jié)秤體連接處,在鋼質(zhì)秤面板(或水泥秤面板)加專用高強(qiáng)度、抗老化橡膠密封條,在密封條與秤體之間施密封膠的方案,以達(dá)到長(zhǎng)期防塵、防水的效果。另外,安裝在秤體里的接線盒也易受雨水和潮氣的侵蝕,接線盒里的線路板元器件遇到潮氣容易造成短路,元器件損壞。對(duì)此,一方面可以選用一個(gè)密封性好的盒體,另一方面還可以與電子汽車衡廠家專業(yè)人員一同設(shè)計(jì),在不影響秤體的情況下,加長(zhǎng)各傳輸線(各傳輸線之間要做好屏蔽保護(hù)),把傳輸線通過鍍鋅鋼管埋在地下引入室內(nèi),這種把接線盒移入室內(nèi)的辦法,可徹底的防止因接線盒氣密性不好帶來的器件間的短路故障的發(fā)生。對(duì)于有基礎(chǔ)坑的電子汽車衡來說,要加強(qiáng)防積水的措施,基礎(chǔ)坑內(nèi)鑿排水溝槽,要備置抽水機(jī),在連續(xù)降雨時(shí)要立即拔掉電源,避免信號(hào)線、電源線和傳感器浸水后短路,及時(shí)抽掉基坑積水,疏通排水溝,以保證基坑干燥后儀表通電正常使用。3.2防雷雨損壞,提高設(shè)備的安全性
在春天梅雨季節(jié)以及夏季雷雨多的時(shí)候,露天使用的電子汽車衡和放在室內(nèi)的稱重儀表都深受其害,每年都有電子汽車衡遭雷擊的報(bào)修事件發(fā)生,雷電的破壞有直擊雷和感應(yīng)雷之分。電子汽車衡安裝在露天的秤體易遭直擊雷破壞,而安裝在室內(nèi)的稱重儀表多數(shù)遭感應(yīng)雷破壞,當(dāng)雷電直接擊在秤體上,造成稱重傳感器和接線盒內(nèi)元器件均被擊毀,感應(yīng)雷通過導(dǎo)線、電源線以及信號(hào)侵入磅房?jī)?nèi),致使稱重儀表?yè)p壞。雷雨天氣拔掉電子汽車衡的電源插頭不失為一種應(yīng)急措施,但是會(huì)影響到正常工作運(yùn)作很不方便。采取有效防雷措施可以極大的提高工作效率,可采取最直接的方式在秤體附近安裝避雷針、接閃器等避雷設(shè)置;電子汽車衡秤體部分要求每個(gè)稱重傳感器都要設(shè)接地(接地線一端與該稱重傳感器附近秤體相連,另一端與該秤重傳感器下地樁相連),對(duì)于安裝在基礎(chǔ)內(nèi)的接線盒,其接地線也必須與秤體有效連通,整個(gè)秤體接地線與秤體附近的接地樁相連形成一個(gè)接地網(wǎng);安裝于室內(nèi)的稱重儀表則要求對(duì)引入磅房?jī)?nèi)的電源線和信號(hào)線要有屏蔽層保護(hù),并且屏蔽層也要有效接地,磅房?jī)?nèi)電源線路應(yīng)加裝電源浪涌保護(hù)器、空氣開關(guān)等保護(hù)措施,稱重儀表的接地線應(yīng)與磅房的接地樁相連,達(dá)到抗干擾防雷擊的雙重作用。防雷措施完成后,應(yīng)定期檢查秤體和磅房各地線連接點(diǎn)是否接觸完好,防止各連接點(diǎn)經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間后,產(chǎn)生氧化、松動(dòng)、銹蝕等情況的發(fā)生,防患于未然。
3.3防不法作弊,提高設(shè)備的可靠性
電子汽車衡由于其結(jié)構(gòu)因素和用戶在防范管理方面存在漏洞,容易被不法分子在電子汽車衡上采取一些技術(shù)措施進(jìn)行作弊,使企業(yè)蒙受經(jīng)濟(jì)損失。防止作弊行為,應(yīng)重點(diǎn)采取四點(diǎn)防護(hù)措施:一是對(duì)于無基坑的電子汽車衡,應(yīng)在離秤臺(tái)兩側(cè)約2cm處分別加設(shè)防護(hù)墻,防護(hù)墻高度與秤臺(tái)面相平,其目的既消除人為作弊空間,又可以防止大風(fēng)卷入汽車衡基礎(chǔ)內(nèi)對(duì)準(zhǔn)確計(jì)量的影響;二是對(duì)有基坑及淺基坑的電子汽車衡,在基坑處傳感器操作監(jiān)視孔上應(yīng)加蓋固定鐵板并加鎖;三是制定司磅員崗位職責(zé),對(duì)稱重系統(tǒng)軟件設(shè)置權(quán)限控制,司磅員經(jīng)培訓(xùn)后持證上崗操作,配備保衛(wèi)人員加強(qiáng)夜間巡視檢查工作;四是要嚴(yán)格按照計(jì)量器具檢定周期申請(qǐng)檢定,在使用過程中發(fā)現(xiàn)稱重偏差太大或儀表顯示異常時(shí),要提高警惕,及時(shí)通知計(jì)量檢定部門進(jìn)行檢查測(cè)試,防止不法分子有可乘之機(jī)。
參考文獻(xiàn)
[1]荊大永.全電子汽車衡的故障分析和處理[J].計(jì)量技術(shù),2004,(2).
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