位置記憶功能后視鏡與汽車(chē)座椅控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要汽車(chē)后視鏡是與汽車(chē)行駛安全相關(guān)的主要部件，良好的后視鏡視野能保證駕駛員的行車(chē)安全。駕駛員座椅是與駕駛員身體健康相關(guān)的部件，良好的座椅位置和角度能防止駕駛員長(zhǎng)時(shí)間駕車(chē)后出現(xiàn)過(guò)度疲勞而引發(fā)其他病癥。汽車(chē)后視鏡和座椅僅僅使用手動(dòng)調(diào)整甚至是電動(dòng)控制是不夠的，還需要在電動(dòng)的基礎(chǔ)上增加位置存儲(chǔ)和恢復(fù)功能，以使駕駛員操作更為方便，提高后視鏡和座椅的可用性。本文設(shè)計(jì)了一種位置記憶功能后視鏡與汽車(chē)座椅控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能電動(dòng)調(diào)節(jié)后視鏡上下轉(zhuǎn)動(dòng)、左右轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)角度和座椅前后滑動(dòng)、前椅面高度、后椅面高度和椅背角度四個(gè)位置或角度，并能在調(diào)整后記憶存儲(chǔ)位置信息，并且可以在需要時(shí)調(diào)用位置信息。本文在探討了

2、汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的基本組成的基礎(chǔ)上分析了本設(shè)計(jì)的位置記憶存儲(chǔ)式控制器的工作原理，詳細(xì)闡述了該控制器的ECU選擇和使用、硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序流程，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的系統(tǒng)。 關(guān)鍵字：記憶存儲(chǔ)；可用性；后視鏡控制；座椅控制；汽車(chē)電子控制系統(tǒng)ABSTRACTAutomobile rearview mirror is the main part which is related to the safely driving. Good rearview mirror view can make driving safely. Drivers chair is the main part which is r

3、elated to the health of driver. Good chair position and angle can prevent driver from some diseases which come after long time driving. It is not enough to use hand adjust or electrical control for the rearview mirror and chair. We should add memorial function into the rearview mirror and chair in o

4、rder to make it easier for drivers to use and improve the usability of rearview mirror and chair.This paper develops a memorial control unit for rearview mirror and chair. This control unit can electrical adjust the up-down and left-right angles of rearview mirror, it also can adjust the forward-bac

5、k, forward height, back height and chair back angle of drivers chair. The control unit can memorize the positions of rearview mirror and chair after adjustment and we can renew the positions when we need. This paper discusses the working principle of the memorial rearview mirror and chair control un

6、it based on the basic buildup of automobile electrical control system. Then it detailed introduced the choose process and use of ECU, hardware circuit design and software program flow, designs relevant prototype system. Key Words:Memorial;Usability;Rearview Mirror Control;Chair Control;Car Electric

7、Control SystemII 目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒 論11.1課題背景及研究意義11.1.1汽車(chē)后視鏡11.1.2汽車(chē)座椅11.1.3課題研究的背景21.1.4課題研究的意義31.2國(guó)內(nèi)外汽車(chē)后視鏡和座椅的發(fā)展與研究現(xiàn)狀41.2.1國(guó)內(nèi)外汽車(chē)后視鏡的發(fā)展與研究現(xiàn)狀41.2.2國(guó)內(nèi)外汽車(chē)座椅的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀51.2.3記憶存儲(chǔ)式后視鏡和座椅控制系統(tǒng)61.3課題研究的內(nèi)容6第2章 控制系統(tǒng)及控制方式的選擇72.1汽車(chē)電子控制系統(tǒng)72.1.1汽車(chē)電子控制系統(tǒng)概述72.1.2傳感器82.1.3 ECU82.1.4執(zhí)行器122.2記憶存儲(chǔ)式控制器的功能122.3控制方式的選擇

8、132.3.1控制方式及其發(fā)展132.3.2基于CAN總線(xiàn)的分布式控制系統(tǒng)142.3.3線(xiàn)束問(wèn)題142.3.4控制方式的對(duì)比選擇152.4基本工作原理152.5控制器的操作和使用182.6本章小結(jié)19第3章 汽車(chē)電子控制單元（ECU）的選擇與使用203.1ECU選擇指標(biāo)與原則203.1.1ECU的環(huán)境指標(biāo)203.1.2ECU選擇的基本技術(shù)指標(biāo)203.1.3ECU的選擇213.2ECU主要特性213.3ECU結(jié)構(gòu)模塊223.4ECU引腳功能與使用263.5本章小結(jié)28第4章 硬件電路設(shè)計(jì)304.1硬件電路設(shè)計(jì)概述304.2記憶存儲(chǔ)電路314.2.1記憶存儲(chǔ)電路概述314.2.2 EEPROM的選

9、擇和特性314.2.3 AT93C46的引腳314.2.4 AT93C46的指令324.2.5記憶存儲(chǔ)電路334.3后視鏡調(diào)節(jié)電路344.3.1后視鏡調(diào)節(jié)電路概述344.3.2 3-8譯碼器的選擇與使用344.3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)354.4座椅調(diào)節(jié)電路354.4.1座椅調(diào)節(jié)電路概述354.4.2 3-8譯碼器的選擇與使用364.4.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)364.5鍵盤(pán)控制電路374.5.1鍵盤(pán)控制電路概述374.5.2 8-3優(yōu)先編碼器的選擇與使用384.6信號(hào)采集電路394.6.1后視鏡采樣電路394.6.2座椅采樣電路概述394.7其他電路404.7.1晶振電路404.7.2電源穩(wěn)壓電路

10、404.7.3電源濾波電路414.8系統(tǒng)電路工作過(guò)程414.9本章小結(jié)43第5章 軟件程序流程445.1編程語(yǔ)言介紹445.2軟件程序流程簡(jiǎn)述455.3本章小結(jié)46結(jié) 論47參考文獻(xiàn)48致 謝50附 錄51 第1章 緒 論1.1 課題背景及研究意義1.1.1 汽車(chē)后視鏡汽車(chē)后視鏡俗稱(chēng)倒車(chē)鏡，是汽車(chē)的必配件，通常分為車(chē)外后視鏡和車(chē)內(nèi)后視鏡兩種。后視鏡是用來(lái)反映汽車(chē)后方、側(cè)方和下方的情況的主要部件，使駕駛員能間接觀察到其他位置的情況。為了駕駛員操作方便，防止行車(chē)安全事故的發(fā)生，保障人身安全，各國(guó)均規(guī)定了汽車(chē)上必須安裝后視鏡，且所有后視鏡都必須能調(diào)整方向。轎車(chē)和其他輕型乘用車(chē)一般裝配有外后視鏡和內(nèi)后

11、視鏡；大型商用汽車(chē)（大客車(chē)和大貨車(chē)）一般裝配有外后視鏡、下后視鏡和內(nèi)后視鏡。汽車(chē)后視鏡是與汽車(chē)行駛安全相關(guān)的主要部件，后視鏡的良好位置是保證汽車(chē)行駛安全的必要條件。美國(guó)有統(tǒng)計(jì)表明，30的普通公路汽車(chē)事故，70的高速公路汽車(chē)事故都是與汽車(chē)后視鏡的視野不理想有關(guān)。1.1.2 汽車(chē)座椅駕駛員座椅的主要功能是為駕駛員提供便于操作、舒適又安全、不易疲勞的駕駛座位，是與駕駛員的身體健康息息相關(guān)的。2003年6月，一家叫做“背部健康行動(dòng)”的德國(guó)組織對(duì)德國(guó)的車(chē)主做了一個(gè)調(diào)查，40的德國(guó)人每天在車(chē)內(nèi)的駕車(chē)時(shí)間超過(guò)一個(gè)半小時(shí)，而大多數(shù)人有不同程度的背部疾病，汽車(chē)座椅是主要因素。同時(shí)他們對(duì)德國(guó)市場(chǎng)上的座椅以一套健康

12、標(biāo)準(zhǔn)考察的結(jié)果是97的項(xiàng)目不合乎標(biāo)準(zhǔn)。如果駕車(chē)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而背部得不到有效的支撐，長(zhǎng)此以往，脊椎容易產(chǎn)生疾病。按照人體工學(xué)的要求，駕駛員必須具有良好的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的舒適性，從而提高了駕駛員駕駛之余乘坐的舒適性，減少駕駛員長(zhǎng)時(shí)間駕駛的疲勞。后視鏡和座椅是汽車(chē)上并不顯眼的部件，但是與駕駛員身體健康和行車(chē)安全緊密相關(guān)。同一款車(chē)型不一定適合每個(gè)駕駛者，所以對(duì)座椅和后視鏡的位置、角度的調(diào)整是必要的?，F(xiàn)在一般轎車(chē)上都裝配有電動(dòng)后視鏡和手動(dòng)調(diào)整的座椅，駕駛員可以通過(guò)電動(dòng)或者手動(dòng)的方式調(diào)節(jié)后視鏡和座椅的位置和角度。但是在實(shí)際的使用中，駕駛員操作不夠方便，調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)。而且同一部車(chē)新的駕駛員使用時(shí)也需要重新調(diào)整。由于

13、使用的不便，我們可以通過(guò)汽車(chē)電子控制技術(shù)進(jìn)行后視鏡和座椅的改進(jìn)，以開(kāi)發(fā)一種 新型的汽車(chē)后視鏡和駕駛員座椅。1.1.3 課題研究的背景德國(guó)工程師Carl Benz在1886年1月29日發(fā)明汽車(chē)以來(lái)，汽車(chē)在人類(lèi)的發(fā)展中起到了極為重要的作用。早期的汽車(chē)基本上是純機(jī)械產(chǎn)品，當(dāng)時(shí)除汽油機(jī)和煤氣機(jī)使用了磁電機(jī)或蓄電池點(diǎn)火器外，沒(méi)有其他的車(chē)用電器。隨著汽車(chē)的逐步發(fā)展，特別是1901年使用鉛蓄電池后，汽車(chē)電器便不斷發(fā)展。近40年來(lái)的汽車(chē)發(fā)展的事實(shí)證明，提高汽車(chē)性能、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境主要取決于電子控制技術(shù)1。由于傳統(tǒng)的機(jī)械控制相比于電子控制無(wú)論是在控制精度還是反應(yīng)速度上，都存在明顯的弱勢(shì)，汽車(chē)電子化已成為汽車(chē)

14、行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從19892000年，平均每輛車(chē)上的電子裝置在整個(gè)汽車(chē)制造成本中所占的比例由16增至23以上。發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的汽車(chē)上，每輛車(chē)上的電子元器件的成本占整車(chē)的成本超過(guò)了30，而一些豪華轎車(chē)上這個(gè)比例更是高達(dá)50。據(jù)歐洲汽車(chē)業(yè)聯(lián)盟的調(diào)查，每輛汽車(chē)電子產(chǎn)品的消耗價(jià)值1991年為825美元，1995 年增至1125美元，2000年已超過(guò)2000美元2。國(guó)外平均每一部高檔轎車(chē)上使用的微處理器數(shù)量達(dá)到了50個(gè)，而寶馬（BMW）公司在2004年推出的BMW 7系列轎車(chē)上更是裝備了70多個(gè)微處理器，使用了8種車(chē)載局域網(wǎng)來(lái)連接各個(gè)微處理器和微處理器控制的外圍電路1,3。汽車(chē)電子化程度的高低甚至

15、已經(jīng)稱(chēng)為了衡量當(dāng)今世界汽車(chē)水平先進(jìn)與否的標(biāo)志。汽車(chē)制造廠商普遍認(rèn)為：增加汽車(chē)電子裝置的數(shù)量，促進(jìn)汽車(chē)電子化是奪取未來(lái)汽車(chē)市場(chǎng)的有效手段。汽車(chē)設(shè)計(jì)人員普遍認(rèn)為：電子技術(shù)在汽車(chē)上的使用已經(jīng)成為了汽車(chē)設(shè)計(jì)研究部門(mén)考慮汽車(chē)結(jié)構(gòu)革新的重要手段。我國(guó)作為一個(gè)汽車(chē)發(fā)展后起的國(guó)家，但是我國(guó)的汽車(chē)制造水平與世界先進(jìn)水平之間的差距極為明顯。1985年，我國(guó)國(guó)產(chǎn)汽車(chē)上的電子產(chǎn)品總價(jià)值為169元/輛，而1990年也不過(guò)200元/輛，同一時(shí)期美國(guó)所產(chǎn)汽車(chē)的電子產(chǎn)品總價(jià)值為我國(guó)的25倍以上，約占整車(chē)成本的15。國(guó)內(nèi)中高端的轎車(chē)裝備的微處理器一般為7個(gè)左右，而國(guó)外的高檔車(chē)上的數(shù)量則達(dá)到了50個(gè)甚至更多。我國(guó)電子技術(shù)的發(fā)展中

16、最為突出的問(wèn)題是整體技術(shù)實(shí)力不足，科研與產(chǎn)業(yè)的結(jié)合不緊密。本土的汽車(chē)企業(yè)的研發(fā)投入相比國(guó)外汽車(chē)制造企業(yè)差距過(guò)大，資金瓶頸嚴(yán)重，在主要汽車(chē)電子技術(shù)集中的如發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制、自動(dòng)變速控制、防抱死系統(tǒng)控制等領(lǐng)域無(wú)法進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)4。我國(guó)電子技術(shù)的發(fā)展中最為突出的問(wèn)題是整體技術(shù)實(shí)力不足，科研與產(chǎn)業(yè)的結(jié)合不緊密。本土的汽車(chē)企業(yè)的研發(fā)投入相比國(guó)外汽車(chē)制造企業(yè)差距過(guò)大，資金瓶頸嚴(yán)重，在主要汽車(chē)電子技術(shù)集中的如發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制、自動(dòng)變速控制、防抱死系統(tǒng)控制等領(lǐng)域無(wú)法進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)4。隨著我國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展，汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)將形成巨大經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)，汽車(chē)電子產(chǎn)品占汽車(chē)的成本將進(jìn)一步提高。目前，中國(guó)消費(fèi)者對(duì)車(chē)輛

17、需求的增加、網(wǎng)絡(luò)在車(chē)輛中的高速發(fā)展、安全與防盜需求的增加、機(jī)械系統(tǒng)與電子系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換以及動(dòng)力總成方面性能的提高，都進(jìn)一步推動(dòng)了中國(guó)汽車(chē)電子產(chǎn)品市場(chǎng)的發(fā)展。為了加快我國(guó)汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展，國(guó)家主管部門(mén)提出了發(fā)展汽車(chē)電子產(chǎn)品的設(shè)想，指出為了國(guó)產(chǎn)汽車(chē)現(xiàn)代化和打進(jìn)國(guó)際市場(chǎng)，需要向輕型汽車(chē)和轎車(chē)工業(yè)提供先進(jìn)的汽車(chē)電子產(chǎn)品，進(jìn)行汽車(chē)工業(yè)的電子化改造。國(guó)家“八五”規(guī)劃中對(duì)汽車(chē)電子產(chǎn)品指出的發(fā)展重點(diǎn)中工列舉了38中汽車(chē)電子產(chǎn)品，包括高能無(wú)觸點(diǎn)點(diǎn)火裝置、計(jì)算機(jī)點(diǎn)火裝置、制動(dòng)防抱裝置、汽車(chē)空調(diào)、電子門(mén)鎖、報(bào)警器、電子化油器等?！捌?chē)工業(yè)九五科技發(fā)展規(guī)劃要點(diǎn)”中指出，汽車(chē)電子控制技術(shù)仍然是汽車(chē)工業(yè)“九五”計(jì)劃中的

18、重點(diǎn)科技攻關(guān)方向，主要內(nèi)容為制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）、柴油機(jī)電子控制、安全氣囊、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、電控懸駕系統(tǒng)等4,5。從國(guó)外發(fā)展經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外的汽車(chē)電子發(fā)展水平來(lái)看，未來(lái)的汽車(chē)電子產(chǎn)品中，圍繞安全、節(jié)能、環(huán)保、舒適和娛樂(lè)等方面的元器件及其周邊產(chǎn)品將發(fā)展最快6。在汽車(chē)滿(mǎn)足了安全、節(jié)能和環(huán)保方向的要求之后，舒適化成為了重點(diǎn)。由于汽車(chē)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)不是純粹的交通工具，而是一個(gè)娛樂(lè)、休閑和生活的空間，純粹滿(mǎn)足駕駛需求的汽車(chē)可能不是發(fā)展的重點(diǎn)。能滿(mǎn)足人們?cè)隈{駛之余的舒適性和操作便利性要求的汽車(chē)電子技術(shù)是我國(guó)研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)，也就是一般所說(shuō)的車(chē)身電子控制系統(tǒng)。1.1.4 課題研究的意義一般中高檔的轎車(chē)都配備

19、有電動(dòng)調(diào)整的后視鏡和座椅。海灣合作委成員國(guó)把電動(dòng)調(diào)整的后視鏡作為了汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)裝備件，也把帶調(diào)整系統(tǒng)的座椅作為汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)裝備件，一般國(guó)家作為選裝件9,10,11。駕駛員可以通過(guò)電動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)后視鏡的位置，以獲得最佳的后視鏡視野和座椅的最佳的舒適性。然而一部車(chē)往往有若干個(gè)駕駛者，這種情況在我國(guó)尤為明顯。一般的家庭用車(chē)都有至少兩個(gè)駕駛者，每次新的駕駛員在開(kāi)車(chē)之前都需要重新調(diào)整后視鏡和座椅的位置。而且倒車(chē)時(shí)需要單獨(dú)調(diào)整右側(cè)后視鏡的位置，倒車(chē)完畢后又需要調(diào)整回位。這都為駕駛員的操作帶來(lái)極大的不便。所以，僅僅使用電動(dòng)控制的后視鏡和座椅是不能達(dá)到要求的，還需要在電動(dòng)的基礎(chǔ)上增加位置存儲(chǔ)和恢復(fù)功能。位置存儲(chǔ)

20、和恢復(fù)功能使得駕駛員能夠方便的設(shè)定、存儲(chǔ)和調(diào)用位置信息，以使駕駛員操作更為簡(jiǎn)便。良好的后視鏡視野在客觀上能保證駕駛員獲得良好的視野以提高汽車(chē)的行車(chē)中的安全性能，舒適的座椅位置和角度在配合駕駛員獲得良好的后視鏡視野的同時(shí)也能對(duì)駕駛員的身體健康進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。帶記憶存儲(chǔ)功能的后視鏡和座椅能夠改善現(xiàn)在后視鏡和座椅使用不便的現(xiàn)狀，從操作的簡(jiǎn)便性上極大的提高了汽車(chē)后視鏡和座椅的可用性。就國(guó)內(nèi)的后視鏡和座椅的發(fā)展現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將來(lái)的需求而言，將來(lái)轎車(chē)普遍需要配備記憶存儲(chǔ)式后視鏡和座椅。由于進(jìn)口的記憶存儲(chǔ)式控制器的成本相當(dāng)高，進(jìn)行自主研發(fā)顯得尤為重要。本文開(kāi)展的研究是在先進(jìn)汽車(chē)電子技術(shù)在世界上迅速發(fā)展的背景

21、下，結(jié)合我國(guó)鼓勵(lì)大力進(jìn)行汽車(chē)電子技術(shù)研究的環(huán)境，為提高后視鏡和座椅的可用性，研究開(kāi)發(fā)了一種可以實(shí)現(xiàn)記憶存儲(chǔ)和調(diào)用后視鏡和座椅位置的控制器。該類(lèi)控制器在國(guó)外的一些高檔車(chē)型上已經(jīng)有了一些使用。但是在國(guó)內(nèi)由于成本問(wèn)題和重視程度不夠，除了一些進(jìn)口的高端車(chē)型，記憶存儲(chǔ)式后視鏡和座椅控制器還沒(méi)有得到應(yīng)用。本文所研究開(kāi)發(fā)的記憶存儲(chǔ)式后視鏡和座椅控制器能有效的調(diào)整后視鏡和座椅的位置，并能記憶存儲(chǔ)位置信息以便需要的時(shí)候調(diào)用。能夠保證駕駛員能獲得良好的后視鏡視野以保證行車(chē)安全，也能保證駕駛員的駕駛姿勢(shì)以保證駕駛員的身體健康。汽車(chē)電子技術(shù)在我國(guó)發(fā)展迅速，提高駕駛員駕駛方便性、舒適性，提高汽車(chē)可用性的汽車(chē)電子技術(shù)有相

22、當(dāng)大的應(yīng)用前景。該控制器對(duì)改進(jìn)國(guó)內(nèi)后視鏡和座椅控制系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)具有積極意義，有一定的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。1.2 國(guó)內(nèi)外汽車(chē)后視鏡和座椅的發(fā)展與研究現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)內(nèi)外汽車(chē)后視鏡的發(fā)展與研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外后視鏡的發(fā)展過(guò)程可以分為三個(gè)階段。第一階段是無(wú)調(diào)整或簡(jiǎn)單調(diào)整階段。早期的汽車(chē)后視鏡如同早期的汽車(chē)，只是一個(gè)純粹的機(jī)械產(chǎn)品，最早的后視鏡是固定的，而后發(fā)展出現(xiàn)的機(jī)械調(diào)整也只是由駕駛員進(jìn)行的手動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題是駕駛員右側(cè)的后視鏡無(wú)法調(diào)整到最佳的視野位置。這種調(diào)節(jié)方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，基本上不可能一次調(diào)節(jié)到位，但是現(xiàn)在一些汽車(chē)如大型汽車(chē)、載貨車(chē)等為了節(jié)省成本，仍然采用這樣的調(diào)節(jié)方式12。這種簡(jiǎn)單的手動(dòng)調(diào)節(jié)方

23、式后來(lái)發(fā)展為拉索調(diào)整，即在車(chē)內(nèi)駕駛員能通過(guò)一個(gè)拉索可以旋轉(zhuǎn)的外后視鏡。但是由于拉索的長(zhǎng)度問(wèn)題，拉索后視鏡的調(diào)整按鈕一般設(shè)計(jì)在該側(cè)后視鏡的車(chē)門(mén)內(nèi)側(cè)或者近車(chē)門(mén)的位置，駕駛員調(diào)整右側(cè)后視鏡同樣存在相當(dāng)?shù)牟槐?。拉索調(diào)整使用范圍很小，并未得到推廣。第二階段是電動(dòng)調(diào)整階段。駕駛員手動(dòng)調(diào)整或者拉索調(diào)整存在的極大的不便促使研究人員研究開(kāi)發(fā)了電動(dòng)調(diào)整的后視鏡。電動(dòng)調(diào)整的后視鏡是現(xiàn)在中高檔轎車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配備。駕駛員在車(chē)內(nèi)可以通過(guò)調(diào)整按鈕或者搖桿調(diào)整后視鏡的角度。國(guó)內(nèi)基本上大部分轎車(chē)都裝配了電動(dòng)后視鏡。這些不同的電動(dòng)后視鏡的控制機(jī)理基本上相仿，都是通過(guò)開(kāi)關(guān)、驅(qū)動(dòng)器、電源等組成回路，由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后視鏡內(nèi)的調(diào)整裝置（一般是

24、電機(jī)）工作以調(diào)整后視鏡的角度。駕駛員調(diào)整后視鏡相對(duì)手動(dòng)調(diào)整來(lái)說(shuō)比較方便。電動(dòng)調(diào)整后視鏡也是現(xiàn)在使用最為廣泛的轎車(chē)車(chē)用后視鏡，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)使用的較多，進(jìn)口高級(jí)車(chē)如豐田大霸王PREVIA、中級(jí)車(chē)如廣州本田雅閣、中低級(jí)車(chē)如上海通用別克凱越等都使用了電動(dòng)控制的后視鏡。國(guó)內(nèi)外對(duì)于電動(dòng)調(diào)整后視鏡的研究已經(jīng)比較成熟了，現(xiàn)在電動(dòng)后視鏡已經(jīng)作為一個(gè)比較常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)配置安裝在轎車(chē)上使用了。第三個(gè)階段是記憶存儲(chǔ)式調(diào)整階段。駕駛員對(duì)于后視鏡調(diào)整的不便性并未通過(guò)電動(dòng)調(diào)整得到根本的解決，一部車(chē)如果新的駕駛員使用勢(shì)必需要重新調(diào)整后視鏡的位置。家用轎車(chē)一般都有若干個(gè)駕駛者，時(shí)時(shí)調(diào)整的不便性體現(xiàn)的比較明顯。國(guó)外的一些汽車(chē)公司已經(jīng)研究

25、開(kāi)發(fā)了記憶存儲(chǔ)式后視鏡以提高后視鏡的可用性，而國(guó)外高檔轎車(chē)車(chē)型已經(jīng)開(kāi)始配備這種后視鏡，如凌志LS40025。國(guó)外對(duì)于記憶存儲(chǔ)式后視鏡的研究開(kāi)發(fā)始于80年代末，一些汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)了記憶存儲(chǔ)式的后視鏡控制系統(tǒng)，并裝配在一些高端車(chē)型上，但是國(guó)外對(duì)于記憶存儲(chǔ)式后視鏡的研究開(kāi)發(fā)是基于高檔車(chē)的附加配置開(kāi)發(fā)的，由于成本的問(wèn)題一般的車(chē)型都不使用。因?yàn)橛洃洿鎯?chǔ)式后視鏡是一種產(chǎn)品，國(guó)外對(duì)其研究的結(jié)果基本上都是以專(zhuān)利的形式出現(xiàn)的。Robert J. Fisher于1987年提出的關(guān)于后視鏡的遠(yuǎn)程控制和存儲(chǔ)系統(tǒng)的專(zhuān)利中就有了現(xiàn)代記憶存儲(chǔ)式后視鏡控制系統(tǒng)的雛形，只是其設(shè)計(jì)的是一個(gè)原型系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)后視鏡的控制和存儲(chǔ)恢復(fù)。

26、其基本原理也是通過(guò)微控制器集中控制，通過(guò)電位傳感器檢測(cè)后視鏡角度，最終實(shí)現(xiàn)記憶存儲(chǔ)和調(diào)用的。Randall F. Hansen在1990年在此基礎(chǔ)上提出了另外的發(fā)明，是關(guān)于車(chē)用的記憶式后視鏡控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這個(gè)系統(tǒng)是通過(guò)電機(jī)實(shí)現(xiàn)后視鏡調(diào)整，通過(guò)設(shè)置障礙物來(lái)控制后視鏡最終的角度以實(shí)現(xiàn)位置的存儲(chǔ)。國(guó)內(nèi)配備記憶存儲(chǔ)式后視鏡的車(chē)型只有進(jìn)口的高檔車(chē)型，記憶存儲(chǔ)式后視鏡在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有得到應(yīng)用。記憶存儲(chǔ)式后視鏡能夠記憶存儲(chǔ)后視鏡的位置以便需要的時(shí)候調(diào)用位置信息，方便駕駛員使用。國(guó)內(nèi)的汽車(chē)企業(yè)基本上沒(méi)有展開(kāi)記憶存儲(chǔ)式后視鏡的研究與開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)使用該類(lèi)后視鏡的車(chē)型的都是合資企業(yè)的車(chē)型或者進(jìn)口車(chē)型，如寶來(lái)、奧迪等。1

27、.2.2 國(guó)內(nèi)外汽車(chē)座椅的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀座椅的發(fā)展與后視鏡的發(fā)展過(guò)程相似，也經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一個(gè)階段是無(wú)調(diào)整或簡(jiǎn)單調(diào)整階段。最早期的汽車(chē)座椅是固定的，其位置和角度是不可調(diào)整的。由于各駕駛員的自身特點(diǎn)不一樣，這樣的座椅完全不能夠滿(mǎn)足市場(chǎng)要求。但是由于成本低，現(xiàn)在的很多汽車(chē)如大客車(chē)、載重汽車(chē)等還是使用這樣的座椅。最早的手動(dòng)調(diào)節(jié)座椅在1921年面世。手動(dòng)調(diào)節(jié)方式需要駕駛員先通過(guò)手柄放松座椅的鎖止機(jī)構(gòu)，之后通過(guò)改變身體的座姿和位置來(lái)帶動(dòng)座椅移動(dòng)，最后將鎖止機(jī)構(gòu)的手柄放松，將座椅固定在所選擇的位置上?，F(xiàn)在很多大型汽車(chē)和中低檔的轎車(chē)都使用手動(dòng)調(diào)整的座椅，應(yīng)用仍然比較廣泛。第二個(gè)階段是電動(dòng)調(diào)整階段。電動(dòng)座

28、椅與電動(dòng)后視鏡的調(diào)節(jié)原理一樣，都是通過(guò)簡(jiǎn)單的電路控制電機(jī)工作進(jìn)而控制驅(qū)動(dòng)器件調(diào)節(jié)各個(gè)位置和角度。一般比較常見(jiàn)的座椅調(diào)節(jié)分為六個(gè)方向，為六向調(diào)節(jié)，為座椅椅面高度、座椅前后滑動(dòng)和椅背角度三個(gè)位置信息六個(gè)方向的調(diào)節(jié)13。電動(dòng)座椅現(xiàn)在在中高檔的轎車(chē)上使用的比較普遍，如別克凱越、大眾寶來(lái)、本田雅閣等。第三個(gè)階段是記憶存儲(chǔ)式調(diào)整階段。手動(dòng)調(diào)整座椅和電動(dòng)調(diào)整座椅都存在使用煩瑣的問(wèn)題，其可用性比較差。所以為了方便駕駛員操作，國(guó)外一些汽車(chē)企業(yè)研究開(kāi)發(fā)了帶記憶存儲(chǔ)功能的座椅控制系統(tǒng)，并安裝在一些高端的車(chē)型上，如東風(fēng)日產(chǎn)藍(lán)鳥(niǎo)智尊、VOLVO XC90、寶馬730i、奧迪TT等都有該類(lèi)座椅。國(guó)內(nèi)的汽車(chē)企業(yè)由于起步比較

29、晚，基本上沒(méi)有進(jìn)行記憶存儲(chǔ)式座椅的開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)只有一些進(jìn)口車(chē)型和一些合資企業(yè)的車(chē)型使用的記憶存儲(chǔ)式座椅控制系統(tǒng)。1.2.3 記憶存儲(chǔ)式后視鏡和座椅控制系統(tǒng)由于座椅位置和后視鏡位置之間存在聯(lián)動(dòng)關(guān)系，座椅位置決定了后視鏡的位置，調(diào)整了一個(gè)位置另外一個(gè)一般也需要作相應(yīng)的調(diào)整。但是國(guó)外有一些汽車(chē)企業(yè)對(duì)于記憶存儲(chǔ)式后視鏡和座椅的研發(fā)工作并不是同時(shí)進(jìn)行的，而是先開(kāi)發(fā)了單獨(dú)的記憶存儲(chǔ)式的后視鏡控制系統(tǒng)，然后在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了座椅控制系統(tǒng)，如凌志LS400的后視鏡和座椅控制系統(tǒng)，實(shí)際上兩個(gè)控制系統(tǒng)是通過(guò)不同的ECU控制的。國(guó)外開(kāi)發(fā)記憶存儲(chǔ)式座椅控制系統(tǒng)早期只是為了滿(mǎn)足駕駛員能夠記憶存儲(chǔ)和恢復(fù)駕駛位置的系統(tǒng)，稱(chēng)為駕

30、駛位置儲(chǔ)存與返回系統(tǒng)。而后是由于駕駛位置和后視鏡位置的關(guān)聯(lián)所以進(jìn)行了后視鏡控制系統(tǒng)的擴(kuò)展開(kāi)發(fā)，增加了座椅控制功能。在我國(guó)由于后視鏡和座椅的控制系統(tǒng)是同時(shí)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，由于現(xiàn)在的汽車(chē)電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，可以進(jìn)行聯(lián)合開(kāi)發(fā)，進(jìn)行后視鏡和座椅的聯(lián)合位置存儲(chǔ)和調(diào)用。1.3 課題研究的內(nèi)容本文討論的記憶存儲(chǔ)式后視鏡和座椅控制器是針對(duì)轎車(chē)的外后視鏡和駕駛員座椅設(shè)計(jì)的。本設(shè)計(jì)的記憶存儲(chǔ)式控制器通過(guò)集中的控制系統(tǒng)，可以完成后視鏡的上下和左右方向的角度調(diào)整，座椅的前后滑動(dòng)、座位椅面前升降、座位椅面后升降和椅背角度調(diào)整。駕駛員可以根據(jù)個(gè)人自身特點(diǎn)和駕駛習(xí)慣來(lái)調(diào)整后視鏡和座椅的位置，然后進(jìn)行記憶存儲(chǔ)，在位置改變后

31、，駕駛員可以使用恢復(fù)功能進(jìn)行方便的位置復(fù)原。第2章 控制系統(tǒng)及控制方式的選擇2.1 汽車(chē)電子控制系統(tǒng)2.1.1 汽車(chē)電子控制系統(tǒng)概述位置記憶功能后視鏡與汽車(chē)座椅控制系統(tǒng)是典型的汽車(chē)電子控制系統(tǒng)。汽車(chē)電子控制系統(tǒng)（ECS，Electronic Control System）是以單片機(jī)為中心組成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，也可以稱(chēng)作汽車(chē)微機(jī)控制系統(tǒng)，是由電子控制單元（ECU）、傳感器和執(zhí)行器組合而成14,15。汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的作用是提高汽車(chē)的整體性能，包括動(dòng)力性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性、操作性等。汽車(chē)整體電子控制系統(tǒng)包括若干個(gè)電子控制系統(tǒng)。每個(gè)電子控制系統(tǒng)的控制功能、控制參數(shù)和控制精度都不盡相同，甚至不同

32、的汽車(chē)公司研制的電子控制系統(tǒng)也千差萬(wàn)別，但是其組成和基本功能都一樣16,17。汽車(chē)電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。傳感器ECU執(zhí)行器被控對(duì)象模擬/數(shù)字信號(hào)執(zhí)行命令狀態(tài)反饋控制操作圖2.1 汽車(chē)電子控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上圖清楚的顯示了汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的組成及工作流程。傳感器檢測(cè)得到信號(hào)后傳遞至ECU進(jìn)行處理，然后ECU發(fā)出執(zhí)行命令給執(zhí)行器，執(zhí)行器獲得命令對(duì)被控制的對(duì)象后執(zhí)行相應(yīng)的操作，操作完成后被控對(duì)象將其狀態(tài)反饋給傳感器。這就是一個(gè)典型的汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的工作循環(huán)。2.1.2 傳感器傳感器是能測(cè)量各種物理量并把它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置和器件。傳感器的作用是將各種非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成為可以輸入電子控制單元中進(jìn)行

33、處理的電信號(hào)。在汽車(chē)電子控制系統(tǒng)中，需要傳感器實(shí)時(shí)正確的檢測(cè)所有條件下所需的各種物理量，并把它輸入到控制器中。實(shí)際使用中，傳感器是信息采集的主要部件，主要用來(lái)檢測(cè)和采集汽車(chē)的狀態(tài)信息或者各種物理、化學(xué)或者電信息。由傳感器采集的信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)需要經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再傳遞至ECU處理18。在汽車(chē)電子控制系統(tǒng)中，傳感器擔(dān)負(fù)著檢測(cè)和提供狀態(tài)等信息的任務(wù)。有的汽車(chē)上裝配的傳感器超過(guò)了50個(gè)。常見(jiàn)的車(chē)用傳感器按其檢測(cè)項(xiàng)目的不同可以分為：位置傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、爆震傳感器、流量傳感器等。電子技術(shù)和材料技術(shù)的發(fā)展為汽車(chē)傳感器的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的條件。

34、從傳感器的發(fā)展方向來(lái)看，有多功能化和智能化的特點(diǎn)。多功能化是指?jìng)鞲衅饔梢郧暗膯我还δ艿膫鞲衅靼l(fā)展為具有多種參數(shù)檢測(cè)功能的傳感器。如汽車(chē)上采用的壓阻效應(yīng)式壓力傳感器，同時(shí)有靜壓、溫度兩個(gè)傳感器。智能傳感器是指帶有微型計(jì)算機(jī)的傳感器。這種傳感器具有檢測(cè)信息和處理信息的功能。職能傳感器通常將信號(hào)檢測(cè)、處理和驅(qū)動(dòng)賄賂等外圍電路全部集成在一塊基片上，使得傳感器具有自診斷、遠(yuǎn)距離通信、自動(dòng)調(diào)整零點(diǎn)和量程等功能。汽車(chē)電子控制系統(tǒng)不僅僅靠傳感器來(lái)提供信號(hào)，還采用了開(kāi)關(guān)控制信號(hào)來(lái)提供控制系統(tǒng)必須的其他控制信號(hào)。開(kāi)關(guān)控制信號(hào)是將汽車(chē)的狀態(tài)信息通過(guò)一個(gè)高或者低電平直接輸入ECU，以使得ECU確認(rèn)后進(jìn)行處理的信號(hào)。一

35、般常用的汽車(chē)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)有點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號(hào)（IGN，Ignition Switch）、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)（STA，Start Switch）、空檔安全開(kāi)關(guān)信號(hào)（NSW，Neutral Security Switch）、蓄電池電壓信號(hào)等。開(kāi)關(guān)控制信號(hào)與傳感器配合使用能夠使汽車(chē)電子控制系統(tǒng)完全檢測(cè)控制汽車(chē)狀態(tài)的各種信息，以進(jìn)行較為完善的汽車(chē)電子控制中必不可少的信號(hào)檢測(cè)。2.1.3 ECU汽車(chē)電子控制單元ECU是以單片機(jī)為核心所組成的電子控制裝置，具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算，邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理等功能。ECU是汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的核心部件，能對(duì)傳感器傳遞的信息進(jìn)行加工處理，通過(guò)預(yù)先編制的控制程序來(lái)對(duì)信號(hào)做出響應(yīng)

36、，并發(fā)出各種控制指令，指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。ECU是以CPU為核心，由輸入輸出緩沖元件和程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)元件等構(gòu)成的。雖然各種汽車(chē)電子控制系統(tǒng)使用的ECU各不相同，但是一般而言，ECU主要是由硬件、軟件、殼體和線(xiàn)束插座四部分組成。ECU的軟件主要包括監(jiān)控程序和應(yīng)用程序兩部分；硬件作為實(shí)體，為各種電子控制系統(tǒng)正常工作提供基礎(chǔ)條件。ECU的硬件中的核心是硬件電路。硬件電路是相當(dāng)復(fù)雜的，而且各個(gè)ECU生產(chǎn)公司的產(chǎn)品各有不同，但是硬件電路的組成基本相同，都是由輸入回路、輸出回路和單片微型計(jì)算機(jī)三部分組成。其組成框圖如下圖2.2。輸入回路輸入回路輸出回路模擬信號(hào)執(zhí)行器數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)器（ROM/RAM）CPUI/

37、O微 機(jī)ECU圖2.2 ECU組成框圖ECU的各個(gè)組成部分的功能和概述如下。1、輸入回路輸入回路又稱(chēng)為輸入接口，是將傳感器輸出的信號(hào)接收，并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理的信號(hào)的電路。根據(jù)傳感器返回的信號(hào)不同，輸入回路的接口有A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)字輸入緩沖器兩種。A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)或者將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。傳感器采集的信號(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩大類(lèi)。信號(hào)電壓（或電流）隨時(shí)間變化而連續(xù)變化的信號(hào)稱(chēng)為模擬信號(hào)。在汽車(chē)電子控制系統(tǒng)中，如空氣流量傳感器信號(hào)、爆震傳感器信號(hào)、壓力傳感器信號(hào)等都是模擬信號(hào)。由于數(shù)字計(jì)算機(jī)不能識(shí)別模擬信號(hào)，所以如果傳感器輸出的信號(hào)是模擬信號(hào)時(shí)，必須通過(guò)A/

38、D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再傳遞給數(shù)字計(jì)算機(jī)處理。信號(hào)電壓（或電流）隨時(shí)間變化而不是連續(xù)變化的信號(hào)稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)。在汽車(chē)電子控制系統(tǒng)中，空氣流量傳感器信號(hào)、霍爾式與磁感式傳感器信號(hào)、觸點(diǎn)式節(jié)氣門(mén)位置傳感器信號(hào)、氧傳感器信號(hào)等都是數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)一般都是以脈沖信號(hào)或者高、低電平信號(hào)存在，因此需要通過(guò)輸入回路的數(shù)字輸入緩沖器進(jìn)行限幅、整形等處理，才能傳輸?shù)綌?shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字處理。數(shù)字輸入緩沖器主要是由整形電路、波形變換電路、限幅電路和濾波電路等組成。數(shù)字輸入緩沖器的作用式對(duì)數(shù)字計(jì)算機(jī)不能接受的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后再輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。輸入回路實(shí)際上是將傳感器輸入的信號(hào)，在除去雜波和正弦波轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦尾?/p>

39、后，再轉(zhuǎn)換成輸入電平輸入計(jì)算機(jī)。2、單片微型計(jì)算機(jī)單片微型計(jì)算機(jī)一般也稱(chēng)為微型計(jì)算機(jī)、微機(jī)或者單片機(jī)。單片機(jī)是可以進(jìn)行算數(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的數(shù)據(jù)處理裝置，包括中央處理器CPU、存儲(chǔ)器和輸入/輸出裝置。其組成結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3所示。RAMROMI/OCPU總線(xiàn)內(nèi)存圖2.3 單片機(jī)組成框圖中央處理器（CPU, Central Processing Unit）是ECU的核心，是具有譯碼指令和數(shù)據(jù)處理能力的電子部件。其作用是讀出命令并執(zhí)行數(shù)據(jù)處理任務(wù)。CPU是由運(yùn)算器（CLU，Calculator）、寄存器（Register）、控制器（Controller）組成，其結(jié)構(gòu)組成框圖如圖2.4所示?？刂破鬟\(yùn)算

40、器寄存器CLUCPU控制信號(hào)數(shù)據(jù)總線(xiàn)圖2.4 CPU組成框圖運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。汽車(chē)電子控制系統(tǒng)中所有的數(shù)據(jù)運(yùn)算和邏輯判斷都在運(yùn)算器內(nèi)進(jìn)行。寄存器是用于暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或程序指令。控制器是計(jì)算機(jī)的指揮控制部件，其作用是按照監(jiān)控程序或應(yīng)用程序的命令進(jìn)行計(jì)算機(jī)內(nèi)部各個(gè)部件的自動(dòng)協(xié)調(diào)工作，能夠按照程序進(jìn)行各裝置之間信號(hào)的傳送及控制任務(wù)。存儲(chǔ)器是用來(lái)存儲(chǔ)程序指令和數(shù)據(jù)的部件。存儲(chǔ)器包括只讀存儲(chǔ)器（ROM，Read Only Memory）和隨即存取存儲(chǔ)器（RAM, Random Access Memory）。只讀存儲(chǔ)器是一種不可更改寫(xiě)入信息的存儲(chǔ)器，其存入的信息只支持讀取

41、。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中保存的信息可以隨時(shí)寫(xiě)入和讀出，改寫(xiě)時(shí)也不需要擦除原有，但是信息斷電時(shí)會(huì)丟失。實(shí)際上，RAM 起的作用類(lèi)似與寄存器。輸入/輸出（I/O）接口是CPU與傳感器或執(zhí)行器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換或者輸出控制指令的通道。由于傳感器和執(zhí)行器的多樣化，所輸入的信號(hào)和所需提供的指令也必須多樣化，而CPU能夠接受的信號(hào)和輸出的指令是一定的，所以需要I/O接口來(lái)進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制?？偩€(xiàn)（BUS）是微型計(jì)算機(jī)內(nèi)部傳遞信息的連線(xiàn)電路。在單片機(jī)內(nèi)部，CPU、存儲(chǔ)器和I/O接口之間的信息交換都是通過(guò)總線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。按照傳遞信息的不同，總線(xiàn)可分為數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)三種。數(shù)據(jù)總線(xiàn)主要用于傳送數(shù)據(jù)和指令，其導(dǎo)線(xiàn)數(shù)必

42、須與數(shù)據(jù)的位數(shù)對(duì)應(yīng)。地址總線(xiàn)用來(lái)傳遞地址碼，其導(dǎo)線(xiàn)數(shù)與地址碼的位數(shù)和傳送方式相關(guān)?？刂瓶偩€(xiàn)是用來(lái)連接微型計(jì)算機(jī)內(nèi)的各個(gè)元器件?？偩€(xiàn)技術(shù)是用來(lái)提高計(jì)算機(jī)速度的關(guān)鍵技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)車(chē)載各個(gè)電子控制系統(tǒng)的高速通信，現(xiàn)在中高檔車(chē)大多已采用了控制器局域網(wǎng)絡(luò)通訊總線(xiàn)（CAN 總線(xiàn)）技術(shù)。一般而言，用于汽車(chē)上的CPU是8位的。而有些控制系統(tǒng)需要處理大容量的數(shù)據(jù)時(shí)，可能會(huì)使用16位甚至?xí)r32位的高速大容量計(jì)算機(jī)。3、輸出回路輸出回路是單片機(jī)與執(zhí)行器的連接部件，其功能是根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的指令，控制執(zhí)行器的工作。由單片機(jī)輸出的電壓是較低的電信號(hào)（如脈沖），一般為5V，這樣的信號(hào)一般是不能直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件工作的，因此必

43、須通過(guò)輸出回路對(duì)控制指令進(jìn)行功率放大、譯碼或者D/A轉(zhuǎn)換，編程可以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件的強(qiáng)電信號(hào)。2.1.4 執(zhí)行器執(zhí)行器是能將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)或裝置。執(zhí)行器的作用是按照ECU的指示進(jìn)行動(dòng)作，主要是完成ECU發(fā)出的各種指令。ECU的指令以電信號(hào)的形式存在，執(zhí)行器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成力或位移等物理量21。汽車(chē)電子控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行器有以下幾種：1、各種微型電機(jī)，如步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)等；2、各種電磁閥，如自動(dòng)變速系統(tǒng)的換擋電磁閥、鎖止電磁閥，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）的兩位兩通電磁閥、三位三通閥等；3、電動(dòng)燃油泵，用于提供發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)規(guī)定壓力的燃油；4、電磁燃油器：用于接收ECU發(fā)出的噴油脈沖信

44、號(hào)，計(jì)量燃油噴射量；5、怠速控制閥（ISC,Idle Speed Control Valve）：用于調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速控制；2.2 記憶存儲(chǔ)式控制器的功能總體而言，本文所研究的記憶存儲(chǔ)式后視鏡和座椅控制器需要實(shí)現(xiàn)的基本功能是能實(shí)現(xiàn)對(duì)后視鏡的上下和左右方向的轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)座椅的前后滑動(dòng)、作為前升降、后升降、椅背角度的調(diào)節(jié)，對(duì)后視鏡和座椅位置的記憶存儲(chǔ)和調(diào)用。其基本功能的具體細(xì)節(jié)描述如下：1、工作電壓在915V時(shí)均能正常工作；2、能夠調(diào)節(jié)左、右后視鏡上下轉(zhuǎn)動(dòng)和左右轉(zhuǎn)動(dòng)各兩個(gè)位置；3、能夠調(diào)節(jié)座椅前升降、后升降、前后滑動(dòng)以及椅背角度四個(gè)位置；4、能夠同時(shí)存儲(chǔ)駕駛員調(diào)整后的后視鏡和座椅位置；5、能夠調(diào)用駕

45、駛員存儲(chǔ)的后視鏡和座椅的位置；6、一共可以記錄3組位置信息；7、鍵盤(pán)調(diào)整操作采用點(diǎn)動(dòng)式；8、同一時(shí)間，只接受一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)，即只允許進(jìn)行一個(gè)電機(jī)一個(gè)方向調(diào)節(jié)；9、斷電時(shí)，儲(chǔ)存的位置狀態(tài)信息不會(huì)丟失；10、防止因誤操作更改存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的鏡面和座椅位置狀態(tài)；11、對(duì)鍵盤(pán)控制鍵操作成功時(shí)有顯示；12、在車(chē)門(mén)未關(guān)的情況下，屏蔽所有功能鍵；13、在汽車(chē)行駛時(shí)，同樣也屏蔽所以調(diào)節(jié)功能鍵。2.3 控制方式的選擇2.3.1 控制方式及其發(fā)展在汽車(chē)電子控制系統(tǒng)發(fā)展的過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，汽車(chē)電子控制系統(tǒng)按發(fā)展的順序出現(xiàn)過(guò)單一控制系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)三種22。單一控制系統(tǒng)是汽車(chē)電子控制早期采用的的電子控制方式

46、，是由ECU控制汽車(chē)上某個(gè)部件以實(shí)現(xiàn)某種單一功能的系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)的汽車(chē)電子控制系統(tǒng)受限于車(chē)用ECU的性能等客觀因素，無(wú)法達(dá)到比較高的性能。例如當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的電控汽油噴射系統(tǒng)，電子控制防抱死制動(dòng)裝置（ABS）和發(fā)動(dòng)機(jī)集成電路調(diào)節(jié)器等。集中控制系統(tǒng)是由一個(gè)ECU集中控制汽車(chē)上一個(gè)或者若干個(gè)部件以實(shí)現(xiàn)多種功能的控制系統(tǒng)。集中控制系統(tǒng)的出現(xiàn)是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展以致計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度和精度得到了極大的提高。這一時(shí)期的電子控制系統(tǒng)發(fā)展首先是集中在發(fā)動(dòng)機(jī)控制部分，由點(diǎn)火系統(tǒng)開(kāi)始，逐步擴(kuò)展到控制排氣再循環(huán)、控燃比、怠速轉(zhuǎn)速等部分，后來(lái)稱(chēng)之為發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)也叫做分布式控制系統(tǒng)，是由不同的ECU控制汽

47、車(chē)上不同的部件實(shí)現(xiàn)不同的功能，而各個(gè)ECU之間通過(guò)汽車(chē)總線(xiàn)連接23。網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)一般也叫做現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（Fieldbus），是使得微機(jī)化測(cè)量設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通行的系統(tǒng)。實(shí)際上現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)就是使ECU之間有了數(shù)字通信能力，而將ECU連接在一起實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享。常用的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)有控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）總線(xiàn)、局部操作網(wǎng)絡(luò)（Lon Works）總線(xiàn)、過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（Profibus）、本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN）等24。使用最為廣泛的是CAN總線(xiàn)。2.3.2 基于CAN總線(xiàn)的分布式控制系統(tǒng)現(xiàn)在汽車(chē)的電子控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣的是基于CAN總線(xiàn)的分布式控制系統(tǒng)。CAN總線(xiàn)是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的一種，是一種有效支持分布式控制

48、和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)24。CAN總線(xiàn)作為智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶，把掛接在總線(xiàn)上、作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分布式管理網(wǎng)絡(luò)，屬于局域網(wǎng)、總線(xiàn)型的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單而且能滿(mǎn)足汽車(chē)控制的需要。國(guó)外對(duì)于CAN總線(xiàn)的研究已經(jīng)趨于成熟化，形成了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于歐美轎車(chē)。國(guó)內(nèi)的一汽大眾BORA、上海大眾PASSAT、南京菲亞特的SIENA和PALIO、北京現(xiàn)代SONATA等都在車(chē)身的控制中使用了CAN總線(xiàn)技術(shù)，但是這些技術(shù)都是由對(duì)方合資公司提供，應(yīng)用于特定的車(chē)型。我國(guó)對(duì)于基于CAN總線(xiàn)的分布式控制系統(tǒng)的研究還是比較欠缺，現(xiàn)在有許多研究機(jī)構(gòu)和高校以及汽車(chē)企業(yè)如吉利汽車(chē)集團(tuán)為掌握自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，正在進(jìn)

49、行這方面的研究開(kāi)發(fā)工作。2.3.3 線(xiàn)束問(wèn)題汽車(chē)線(xiàn)束又稱(chēng)為汽車(chē)電纜，是汽車(chē)上用于連接各個(gè)部件的物理設(shè)備。實(shí)際上控制方式不斷改進(jìn)的一個(gè)主要原因就是線(xiàn)束問(wèn)題無(wú)法解決。單一控制系統(tǒng)中各個(gè)位置和信號(hào)都需要一根單獨(dú)的線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)連接，所以在ECU發(fā)展到能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)的集中控制時(shí)，以集中控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)相近連接部分的集中控制?？墒羌锌刂葡到y(tǒng)之間仍然不能交換信息，所以通過(guò)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息共享。雖然采用了分布式控制系統(tǒng)，通過(guò)汽車(chē)局域網(wǎng)絡(luò)來(lái)連接各個(gè)控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)信息和地址的共享，但是在實(shí)際的使用中，汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的主要瓶頸之一仍然是汽車(chē)線(xiàn)束。電子設(shè)備過(guò)多，控制系統(tǒng)過(guò)復(fù)雜，必然使得車(chē)內(nèi)的電氣布線(xiàn)越來(lái)越長(zhǎng)、越來(lái)

50、越復(fù)雜，導(dǎo)致整車(chē)成本大幅度提高，能量損耗增加，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性降低、故障維修難度增大。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，一輛高檔汽車(chē)的電纜使用長(zhǎng)度達(dá)到2000m，重量在20Kg左右，控制節(jié)點(diǎn)多達(dá)1500個(gè)。汽車(chē)每行駛100Km，50Kg的線(xiàn)束額外能耗為100W，相當(dāng)于燃燒0.2L的汽油。寶馬5系車(chē)型有的裝配的ECU單元多大50個(gè)，相應(yīng)的電子控制系統(tǒng)就多達(dá)50個(gè)，即使通過(guò)CAN總線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)連接各個(gè)電子控制系統(tǒng)，之間使用的電纜也是相當(dāng)驚人。而且汽車(chē)上規(guī)定使用銅線(xiàn)直徑不能低于0.5mm，實(shí)際應(yīng)用中傳送距離稍遠(yuǎn)的銅線(xiàn)都使用0.8mm 的甚至1.0mm以上的銅線(xiàn)，其制造成本比較高。而且汽車(chē)線(xiàn)束一般都是放置在汽車(chē)縱梁下等比較難以

51、檢測(cè)和維修的地方，通常的維修方法都是直接更換，這在一定程度上增加了汽車(chē)的維修和使用成本。所以在汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，汽車(chē)線(xiàn)束也是一個(gè)主要的考慮因素。由于現(xiàn)在普遍使用網(wǎng)絡(luò)化的分布式控制系統(tǒng)，各個(gè)零部件設(shè)計(jì)企業(yè)都選擇設(shè)計(jì)可以通過(guò)汽車(chē)總線(xiàn)連接的分布式控制系統(tǒng)。由于各個(gè)汽車(chē)電子控制系統(tǒng)之間的連接也是通過(guò)汽車(chē)線(xiàn)束實(shí)現(xiàn)，這樣的設(shè)計(jì)無(wú)形中增加了汽車(chē)線(xiàn)束。所以在汽車(chē)電子控制系統(tǒng)中，我們確定的主要設(shè)計(jì)原則是：為了減少汽車(chē)線(xiàn)束，能集中的控制系統(tǒng)一定集中控制，不能集中的控制系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)控制；為了方便維修，少數(shù)據(jù)共享的控制系統(tǒng)不連入汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)。2.3.4 控制方式的對(duì)比選擇記憶存儲(chǔ)式后視鏡和座椅控制系統(tǒng)可以采用分布

52、式控制系統(tǒng)。國(guó)外一些高端車(chē)型上使用的記憶存儲(chǔ)式后視鏡和座椅就是采用的分布式控制系統(tǒng)，如凌志LS400等25。其采用分布式控制系統(tǒng)的一個(gè)主要原因是國(guó)外汽車(chē)企業(yè)對(duì)于后視鏡和座椅的控制系統(tǒng)的研究是分開(kāi)進(jìn)行的，一般都是首先單獨(dú)研究開(kāi)發(fā)了記憶存儲(chǔ)式的后視鏡，然后開(kāi)發(fā)了記憶存儲(chǔ)式的座椅。這樣是開(kāi)發(fā)了兩個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，之間通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（一般都使用CAN總線(xiàn)）連接。本文研究開(kāi)發(fā)的后視鏡和座椅控制系統(tǒng)采用集中控制系統(tǒng)，以一個(gè)ECU進(jìn)行集中控制后視鏡和座椅，不選擇分布式控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的原因如下：1、汽車(chē)線(xiàn)束的減少。以一個(gè)ECU對(duì)后視鏡和座椅集中控制要比使用兩個(gè)ECU單獨(dú)的控制減少了汽車(chē)線(xiàn)束的使用。2、由于后視鏡和

53、座椅的位置是相關(guān)的，本設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行位置的聯(lián)合存儲(chǔ)以保證同時(shí)調(diào)整到座椅的最舒適位置和后視鏡最佳視野位置，所以以一個(gè)ECU集中控制，進(jìn)行位置的聯(lián)合存儲(chǔ)和恢復(fù)更為簡(jiǎn)便。3、反應(yīng)速度比分布式控制系統(tǒng)快。4、成本低。由于電路并不是非常復(fù)雜，選用2個(gè)20腳的ECU進(jìn)行分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選用1個(gè)40腳的ECU進(jìn)行集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，后者明顯更加適合低成本的商品化開(kāi)發(fā)。5、電路簡(jiǎn)單。有些信號(hào)如車(chē)門(mén)關(guān)閉信號(hào)等后視鏡和座椅控制系統(tǒng)都需要使用，集中控制系統(tǒng)不需要額外的接線(xiàn)進(jìn)行信號(hào)共享，簡(jiǎn)化了電路。2.4 基本工作原理記憶存儲(chǔ)式后視鏡和座椅控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的汽車(chē)電子控制系統(tǒng)，其硬件元件也是由ECU、傳感器和執(zhí)行器

54、組成的。本設(shè)計(jì)中的執(zhí)行器選用永磁式直流電動(dòng)機(jī)，考慮到車(chē)載電源，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓為12V。選用的后視鏡內(nèi)的電機(jī)的運(yùn)行電流和扭矩都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于座椅內(nèi)的電機(jī)。電機(jī)內(nèi)裝有過(guò)載電流保護(hù)器?；诤笠曠R和座椅的工作狀態(tài)和調(diào)節(jié)狀況，后視鏡的傳感器選用電位傳感器，座椅中靠背角度選用干簧管傳感器，前后移動(dòng)、座位前升降和后升降選用霍爾式傳感器。硬件系統(tǒng)如圖2.5所示?？刂葡到y(tǒng)以ECU為核心連接各個(gè)部件，控制后視鏡和座椅位置的調(diào)整。駕駛員可以調(diào)整左右后視鏡的上下轉(zhuǎn)動(dòng)和左右轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)位置，座椅的前升降、后升降、前后滑動(dòng)和椅背角度四個(gè)位置。所有的位置調(diào)整都通過(guò)電機(jī)的雙向轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)，所以的位置信息都通過(guò)相關(guān)位置的傳感器來(lái)采集。ECU

55、和電機(jī)等都通過(guò)車(chē)載的蓄電池（12V）來(lái)供電，用電元件的工作電壓都是5V或者12V。在圖2.5中車(chē)門(mén)車(chē)速信號(hào)由兩個(gè)開(kāi)關(guān)表示，在車(chē)門(mén)未關(guān)和車(chē)行駛時(shí)斷開(kāi)電源供電從而屏蔽調(diào)節(jié)電路，其細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的電路和信號(hào)在硬件電路設(shè)計(jì)章節(jié)中有介紹。蜂鳴器后視鏡控制恢復(fù)存儲(chǔ)M3M2M1上下轉(zhuǎn)左右轉(zhuǎn)左右選擇椅背角前后滑后升降前升降點(diǎn)火后視鏡控制電源MMMMMMMM*ECU*M前升降后升降前后滑椅背角左右轉(zhuǎn)上下轉(zhuǎn)左右轉(zhuǎn)上下轉(zhuǎn)左后視鏡右后視鏡座椅控制車(chē)門(mén)車(chē)速座椅控制傳感器電機(jī)圖2.5 硬件系統(tǒng)原理圖硬件系統(tǒng)總體上通過(guò)圖2-5示意，而其內(nèi)部的電路設(shè)計(jì)，ECU的選擇和引腳使用，其余電子元器件的選型和使用等部分在ECU的選擇和使用章

56、節(jié)，硬件電路設(shè)計(jì)章節(jié)中將進(jìn)行詳細(xì)的介紹。2.5 控制器的操作和使用本設(shè)計(jì)的控制器的操作和使用過(guò)程如下：如圖2.6、圖2.7，圖中M1、M2、M3分別代表三個(gè)存儲(chǔ)位置。各個(gè)箭頭按鍵分別用來(lái)控制電機(jī)向箭頭所指代的方向轉(zhuǎn)動(dòng)?！白蠛笠曠R”、“右后視鏡”鍵用來(lái)切換左右后視鏡。“存儲(chǔ)”鍵配合“M1”等鍵存儲(chǔ)位置信息。“恢復(fù)”鍵用來(lái)進(jìn)入恢復(fù)座椅和后視鏡記憶位置狀態(tài)。初始時(shí)，駕駛員通過(guò)控制面板操作，輸入控制信號(hào)，信號(hào)通過(guò)ECU輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，調(diào)整后視鏡和座椅，以獲得后視鏡的最佳視野和座椅的最舒適位置。調(diào)整完成后，駕駛員可以同時(shí)按下存儲(chǔ)鍵和任意位置鍵（M1、M2 或M3），保持3秒后ECU會(huì)獲得存儲(chǔ)

57、信號(hào)，即可通過(guò)預(yù)先編制的存儲(chǔ)程序，將該位置信息保存在存儲(chǔ)器中（本設(shè)計(jì)使用的是EEPROM）。在需要恢復(fù)時(shí)，駕駛員只需要同時(shí)按下恢復(fù)鍵和相應(yīng)的位置鍵并保持3秒，ECU獲得恢復(fù)信號(hào)從存儲(chǔ)器中獲得位置信息，然后即可通過(guò)預(yù)先編制的恢復(fù)程序，控制電機(jī)工作，恢復(fù)到該位置鍵所對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)的位置。圖2.6 座椅位置調(diào)節(jié)面板圖2.7 后視鏡位置調(diào)節(jié)面板2.6 本章小結(jié)本章首先對(duì)汽車(chē)電子控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，其基本組成部分為ECU、傳感器和執(zhí)行器。然后對(duì)本設(shè)計(jì)所需實(shí)現(xiàn)的控制器的功能進(jìn)行介紹，在功能介紹完成后對(duì)控制方式進(jìn)行對(duì)比和選擇。最后通過(guò)硬件系統(tǒng)的原理示意圖來(lái)說(shuō)明了記憶存儲(chǔ)式后視鏡和座椅控制器的基本工作原理和控制操作過(guò)程。第3章 汽車(chē)電子控制單元（ECU）的選擇與使用3.1 E