峰论文--尹伦海老师--汽车巡航电子控制系 - 图文

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摘 要

驾驶汽车长途行驶的机会较多，在高速公路上长时间行驶时，打开该系统的自动操纵开关后，巡航控制系统将根据行车阻力自动增减节气门开度，使汽车行驶速度保持一定的。并且可以避免驾驶员频繁踩油门踏板，而保证汽车以预先设定的速度行驶。汽车在一定条件下恒速行驶，大大地减轻了驾驶员的疲劳强度。由于巡航控制系统能自动地维持车速，避免了不必要的油门踏板的人为变动，进而改善了汽车的燃料经济性和发动机的排放性。

汽车电子化程度也越来越高，特别是微处理器进入汽车控制领域后，给汽车发展带来了划时代的变化。汽车自动巡航控制系统（CRUISE CONTROL SYSTEM）就是其中一个改变原始驾驶理念的新技术。汽车巡航控制系统的出现能为驾驶员提供更加舒适的驾驶环境。巡航控制系统不仅在长时间行车时能够减轻驾驶员的疲劳程度，同时减少了不必要的车速变化，提高了乘坐的舒适性，还可以节省燃料和减少废气排放，提高经济性。提高汽车行驶时的舒适性，特别使在郊外或高速公路上行驶，这种优越性更为显著。另外，当汽车以一定速度行驶时，减少了驾驶员的负担，使其可以轻松地驾驶。

保持汽车车速的稳定，汽车无论是在上坡、下破、平路上行驶，或是在风速变化的情况下行驶，只要在发动机功率允许的范围内，汽车的行驶速度保持不变。

总的来说，汽车巡航控制系统主要功能有巡航定速、巡航加速、巡航减速等功能。

关键字： 巡航控制系统；保持恒速； 巡航减速； 恢复原速

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Automobile cruise electronic control system

Abstract

As the auto industy and toad transport sector development ,the automation of vehicles driving cars has become one of the major trends in development .people need to be more comfortable,convenient and safe means of transport to meet the fast pace of life.So the request of intelligent become more urgent.

With the development of electronic,our life changing so fast.In order to meet peole’s needs,automotive electronics become more and more high-lieve.In particular the microprocessor enter the field of automotive control,the car has bought to the epoch-making change. Automobile cruise electronic control system can provide a comfortable citcumstance for dirvers.In one hand ,it lenlify the job when driving but improve comfort.When the car in the long-distance highway driving,automobile cruise control system can automatically fixed at a specific rate ,from motorists to foot pedal long bitterness.At the same time,it can cruise in the state scheduled for the speed acceleration and deceleration of the regulation..In assition ,the cruise control system also save fuel and resuce disuse.

In the 1960s of the USA,the cruise control system has been used in cars widely. Nowday many cars fix the cruise control system. Japanese and European cars are equipped with the production of cruise control system. Because of our the late of development of automible in our country.The cruise control system only applies to the high-level car.Some of the current domesticproduction of luxury cars such as the Passat , Accore and Audi A6 are equipped with cruise control systems.

General

speaking,the

cruise

control

system

can

cruise

constant

speed,cruise

deceleration ,renew constant speed and other functions .

Keywords：The cruise control system；The cruise accelerates；The cruise decelerate；The constant speed to restor

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专科生毕业设计（论文） 目 录

第一章 汽车巡航控制系统的概述 .................................................................................................. １

1.1 汽车巡航控制系统的功用...................................................................................................... １ 1.2 汽车巡航控制系统优点 .......................................................................................................... ２ 1.3 汽车巡航控制系统的发展现状与趋势 .................................................................................... ３

第2章 汽车巡航控制系统的工作原理与基本构成 ...................................................................... ７

2.1 汽车巡航控制系统的工作原理............................................................................................... ７ 2.2 汽车巡航控制系统的基本构成............................................................................................... ８

第3章 巡航控制系统的硬件设计 .............................................................................................. １５

3.1 硬件设计概述 .................................................................................................................... １５ 3.2 开关量的处理 .................................................................................................................... １７ 3.3 车速信号处理 .................................................................................................................... １７ 3.4 电动机的驱动 .................................................................................................................... １８ 3.5 PWM控制 ............................................................................................................................ １８ 3.6 离合器的驱动 .................................................................................................................... ２０ 3.7 硬件可靠性的设计 ............................................................................................................. ２０ 3.7.1 影响硬件可靠性的因素 ............................................................................................... ２０ 3.7.2 硬件设计采用的抗干扰措施 ........................................................................................ ２１

第4章 巡航控制系统的软件设计 .............................................................................................. ２３

4.1 汽车巡航控制系统程序设计的要求..................................................................................... ２３ 4.2 巡航控制下的程序流程 ...................................................................................................... ２３ 4.3 软件可靠性措施................................................................................................................. ２４ 4.3.1 合理封锁 .................................................................................................................... ２４ 4.3.2 程序时空防护措施 ...................................................................................................... ２５

结论 ................................................................................................................................................ ２８ 参考文献 ........................................................................................................................................ ２９ 致谢 ................................................................................................................................................ ３０

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第一章 汽车巡航控制系统的概述

汽车巡航控制系统英文为CRUISE CONTROL SYSTEM,缩写为CCS。巡航控制系统是现代高级轿车普遍配备的一种辅助驾驶系统。该系统能够在车速到达一定范围后（如40-200km/h），将车速保持在驾驶员所设定的值，自动执行上坡加油，下坡收油等必要的操作，实现恒速行驶。

在大陆型的国家，驾驶汽车长途行驶的机会较大，在高速公路上长时间行驶时，打开该系统的自动操纵开关后，巡航控制系统将根据行车阻力自动增减节气门开度，是汽车行驶速度保持一定。并且可以避免驾驶员频繁踩油门踏板，而保证汽车以预先设定的速度行驶。汽车站一定条件下恒速行驶，大大减轻了驾驶员的疲劳强度。由于巡航控制系统能自动的维持车速，避免了不必要的油门踏板的人为变动，进而改善了汽车的燃料经济性和发动机的排放性能。

驱车巡航控制系统自1961年在美国首次应用以来，已经广泛普及。在美国大多睡觉车上均装用了巡航控制系统。日本和欧洲生产的轿车装用汽车巡航控制系统的比例也越来越高。我国一汽大众生产的奥迪A6轿车也装有汽车巡航控制系统。

1.1 汽车巡航控制系统的功用

汽车巡航控制系统（CCS）就是可使汽车工作在发动机有利转速范围内，减轻驾驶员的驾驶操作劳动强度，提高行驶舒适性的汽车自动行驶装置。巡航系统可以自动调节汽车发动机的动力，适应路面状况以及其他阻力的变化，以恒速方式运行。当一旦出现人为干预的情况（例如踩踏制动踏板、踩踏离合器踏板、变速器挂入空挡、拉近驻车制动等），巡航系统确保驾驶人员的操作优先，截取巡航工作状态；当车辆的速度超出人为设定的范围以及其他情况时，巡航系统也能自动停止工作，以确保车辆的安全。

综上所述，汽车巡航控制系统具有以下功能： （一）基本功能

（1）车速设定。当按下车速设置开关后，就能存储该时间的行驶速度，并能保持这一速度行驶。

（2）消除功能。当踩下制动踏板，上述功能立即消失。但是，上述设置速度继续存储。

（3）恢复功能。当按恢复开关则能恢复原来存储的车速。 除了以上3种基本功能，如果需要可增加以下功能：

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（1）滑行。持续按下开关进行减速，以离开开关时的速度作巡航行驶。 （2）加速。持续按下开关进行加速，以不操纵开关时的车速进入巡航行驶。 （3）速度微调升高。在巡航速度行驶中，当操纵开关以ON~OFF方式变换时使车速稍稍上升。

（4）恒速行驶功能，汽车自动巡航行驶即指汽车在行驶时，驾驶人员即使不踏加速踏板，汽车仍然可以按驾驶员所希望的车速自动保持行驶的功能，这是巡航控制系统最基本的功能。

（5）汽车处于巡航行驶的状态时，若按下加速开关，则设定速度增加，此为加速功能。同样，若按下减速开关，则设定速度减少，此为减速功能。

（6）如果踏下制动踏板或槽中控制的解除开关，则可以自动解除巡航功能。如果从新按下设定开关，汽车进入巡航状态。

（7）自动选、换挡功能，在巡航控制期间，随着道路坡度的变化以及汽车行驶可能遇到的阻力，车辆自动变换节气门开度或自动进行档次转换，以按存储在ECU内的最佳燃油经济性瑰、规律或动力性规律稳定行驶。

（8）防止误操作及报警功能，在不具备巡航条件的情况下，例如车辆在起步阶段，驾驶员启动了巡航开关，巡航控制系统会防止类似的误操作，并有报警的功能。

（二）故障保险功能

1.低速自动消除功能。当车速小于40km/h时，存储的车速消失，并不能再恢复此速度。 2.制动踏板消除功能。在制动踏板上装有两种开关，一个用于对ECU的信号消除；另一个是直接使执行元件工作停止。

3.各种消除开关。除了利用制动踏板消除功能外，还有驻车制动、离合器（M/T）、调速杆 （A/T）等操作开关的消除功能。

1.2 汽车巡航控制系统优点

（1）提高汽车行驶舒适性

特别是在郊外或高速公路上行驶，这种优越性更为显著。另外，当汽车以一定的速度行驶时，减少了驾驶员的负担，使其可以轻松地驾驶。

（2）节省燃料，具有一定的经济性和环保性

在同样的行驶条件下，对一个有经验的驾驶员来说，使用巡航控制系统可节省燃料15%。这是因为在使用该系统以后，可使汽车的燃料供给与发动机功率之间处于最佳配合状态，并减少了废气的排放。

（3）保持汽车车速的稳定

汽车无论是在上坡、下坡或平路上行驶，或是在风速变化的情况下行驶，只要在发动机功率允许的范围内，汽车的行驶速度就能保持不变。

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节气门与电动机动力链接或分离迅速可靠。另外，还能通过断开电磁离合器电源的方法，迅速可靠地退出巡航状态，在特定的情况下实现保护。在电动式执行器中还装有位置传感器，它是一个由滑变电阻器构成的电位计，用于检测执行器控制臂的转动位置，并将信号输入巡航控制ECU中。

电动式执行器还可采用步进电动机，因为他能将控制装置输出的数字信号转变为一定量的角位移。每输入一个脉冲，电动机就带动节气门转过一个小角度，这就保证了节气门开闭动作的准确。步进电动机转过的角度即节气门转过的角度，该角度与输入的脉冲数城正比。节气门的转动方向即低昂冬季的转动方向，由分配脉冲的相序确定。

直流电动机通电时连续转动，它的运转速度与电控单元供给的电压平均值有关；他的运转或停止，有电控单元输出的电压有或无来决定；它的运转方向，由电控单元输出的电压方向决定。步进电机的工作，是对其通电一次，电动机轴就转过一定的角度。

气动式执行器也称真空式执行器，气动式执行器多为发动机进气歧管的真空度为空气的动力源。气动式执行器的结构形式有活塞式核膜片式。气动活塞式执行器的工作示意图如图2.6所示，气动式巡航控制系统的结构原理如图2.7所示。

气动式执行器如图2.7所示，密封圆筒内装有膜片、麽片弹簧、两个空气电磁阀和一个真空电磁阀。真空电磁阀和空气电磁阀的搭铁线分别接到巡航控制ECU的端子上，在ECU内部搭铁时，电磁阀即刻起作用。真空电磁阀内有一个真空管接头，通过一根橡皮关于进气歧管相连。在膜片的中间装有拉动节气门的拉索。真空执行器是利用发动机进气歧管的真空度吸引膜片，通过节气门的拉索，是节气门开度增大，并可保持固定不动位置。如果空气电磁阀打开，则由于膜片弹簧的弹力，使节气门拉索放松，节气门开度减小。

图2.6 真空式执行器结构

在巡航控制系统未工作使，真空电磁阀保持关闭，空气电磁阀打开，密封圆筒与大气相通。执行器活塞连杆与节气门拉杆相连，当活塞连杆对节气门拉杆无作用时，弹簧力使节气门趋向关闭。当汽车加速时执行器的输入信号对该电池阀线圈通电时，电磁力控制阀

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芯克服阀弹簧力下移，执行器活塞汽缸与进气歧管连通。这空电磁阀和2隔空气电磁阀的电磁线圈电路均通过ECU内部搭铁而构成回路，真空电磁阀打开，与进气歧管相通，而2个空气电磁阀则关闭，密封圆筒内真空度增大，由于进气管歧管内为真空，于是执行器汽缸压力下降，执行器活塞带动节气门拉杆向左运动从而使节气门瞬间进地打开。当汽车减速时，空气电磁阀电磁线圈电路断电，又恢复为打开状态，此时空气进入密封圆筒，膜片弹簧把膜片压回原位，节气门开度小小，汽车便减速。

图2.7 真空式巡航器原理图

执行器活塞上的作用力随汽缸中平均压力的变化而变化，而汽缸中的平均压力则通过快速通断压力控制阀来控制。执行器的输入信号是一个脉冲信号，当电位高时，电磁铁通电，当电位低时，电磁铁断电。因此汽缸中的平均压力以及节气门开度与压力控制阀控制信号的占空比成正比。

执行器活塞上的作用力随汽缸中平均压力的变化而变化，而汽缸中的平均压力则通过快速通断压力控制阀来控制。执行器的输入信号是一个脉冲信号，当电位高时，电磁铁通电，当电位低时，电磁铁断电。因此汽缸中的平均压力以及节气门开度与压力控制阀控制信号的占空比成正比。

选择节气门执行器时，应使节气门执行器的频率响应与车速传感器的频率响应基本一致，以保证整个巡航控制的协调运行。

（6）辅助装置，其中主要包括巡航控制状态指示灯、诊断检测连接器、与发动机控制的通讯联络、工作电源和保护电路等。

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第3章 巡航控制系统的硬件设计

3.1 硬件设计概述

硬件设计方面，为使设计划尽可能合理，系统的电路设计考虑了一下原则： （1）尽可能选用标准化、模块的典型电路，提高设计的可靠性核结构的合理性。在条件允许的情况下，尽可能选用功能强、集成度高的电路或芯片。应为采用这种器件可能代替某一部分电路，不仅可以减少器件数量和相互联系，使系统可到性增加，而且在一定的情况下可以降低成本。

（2）在条件允许的情况下，尽可能选用功能强、集成度高的电路或芯片。因为采用这种器件可能代替某一部分电路，

不仅可以减少元器件数量和相互连线，使系统可靠性增加，而且在一定的情况下可以降低成本。

（3）悬着通用性强、市场货源充足的原器件，尤其对需求批量生产的场合，更应注意。其优点是：一旦某种器件无法获得，也能用其他元件直接替代或对电路稍作改动后，用其他元件代替。

（4）在对硬件系统总体结构进行考虑时，同样要注意通用性的问题，尽量将复杂的系统模块化，即对中央控制单元、输入接口、输出接口、人机接口等分块进行设计，然后采用一定得连接方式将其结合成一个完整的系统。

（5）系统的扩展几个功能模块的设计在满足应用系统功能要求的基础上，应适当留有余地，以备将来修改、扩展之需。实际上，电路设计一次成功而不做任何修改的情况是很少的，如果在设计支撑位留有任何余地，后期很可能因为一点小小的改动或扩展而被迫进行全面返工。

（6）设计时应尽可能的多做些调研，采用最新的技术，因为电子技术发展迅速，原件跟新换代快，市场上不断推出性能更优，功能更强的芯片，只有时刻注意这方面的发展动态，采用新技术、新工艺，才能使产品更优先的性能。

（7）在电路设计中，要充分考虑应用系统各部分的驱动能力。因为不同的电路有不同的驱动能力，对后及系统的输入阻抗要求也不一样，如果阻抗匹配不当，系统驱动能力不够，将导致系统工作不可靠甚至无法工作。值得注意的是，这种不可靠很难通过一般的测试手段来确定，而排出这种故障往往需要对系统做较大的调整，因此要注意增进系统的驱动能力并减少系统的功耗。

巡航控制系统的电子控制单元现采用PIC16F873单片机。执行器采用直流电动机。PIC16F873根据设定车速、实际车速以及其他输入信号按照一定的程序完成所有的数据处理后，产生一个输出信号来驱动直流电动机而改变节气门的开度。利用实际车速与设定车

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速的偏差，通过多次的迭代计算得出一个修正量，进一步修正控制器输出的控制量，从而使实际车速更趋近于设定车速。当一旦出现人为干预的情况（例如踩踏制动踏板、踩踏离合器踏板、变速器挂入空挡、拉近驻车制动等），巡航系统确保驾驶人员的操作优先，截取巡航工作状态；当车辆的速度超出人为设定的范围以及其他情况时，巡航系统也能自动停止工作，以确保车辆的安全。当系统要接通或断开大功率负荷时，暂停一切数据采集工作，带干扰过去后再恢复进行，这比单纯在硬件上采取抗干扰措施要好得多。为了安全，在设计上将制动开关u节气门执行器直接相连，这样弹踩下制动踏板时，在停止单片机恒速控制程序的同时，将巡航控制系统与节气门拉索断开。系统的硬件框图如图3.1所示。

它主要由微处理器、电源电路、离合器和直流电动机驱动电路、保护电路和输入信号处理电路等部分组成、PIC16F873微处理器使系统的核心，有关驱动电路、输入信号处理电路在后面讲座详细的讨论。车速传感器等也是巡航控制系统的重要组成部分，汽车巡航控制系统所需要的传感器主要包括车速传感器、节气门位置传感器、制动踏板传感器、离合器踏板传感器等。

图3.1 巡航控制系统的硬件框图

车速传感器速度信号是车辆巡航控制系统最重要的输入信息之一。车速传感器将产生的车速信号输送给巡航控制ECU，作为实际车速反馈信号，以实现定速行驶功能。因此，要求车速传感器通常与车速表驱动装置相连，如果车速表是电子式的，他所用的车速传感器给出的信号可直接用作巡航控制ECU的反馈信号，而不必为巡航控制系统另设定车速传感器，车速传感器有光电式、霍尔感应式、磁阻式等多种结构形式，这里采用霍尔感应式。

在汽车新航控制系统中，节气门位置传感器给出的节气门位置信号。节气门位置测量采用电位器式脚位移传感器，其输出电压经过A/D转换器转换为数字量，再送入微处理器进行处理。

制动踏板传感器安装在制动踏板下，取制动灯开关信号，用以获取制动踏板动作信号。

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离合线踏板传感器安装在离合器踏板下，用于获取离合器踏板动作信号，该信号位开关信号。

3.2 开关量的处理

制动开关有手制动和脚制动两种。其中，脚制动开关信号的电平转换电路如图3.2所示。脚制动开关是当开关接通时为低电平，开关断开时为高电平。

图3.2 脚制动开关信号的电平转换电路

手制动开关信号的电平转换电路如图3.3所示。手制动开关是在接通时为高电平，断开时为低电平。

图3.3 手制动开关信号的电平转换电路

硬件电路中，除脚制动开关和手制动开关外，空挡开关、设定键、加速键、减速键、取消键等均为开关量，电路结构如图3.2或3-3所示。

3.3 车速信号处理

熟读信号是巡航控制系统最重要的信号之一，如果速度信号失常，巡航控制系统就不能正常工作，甚至发生事故。该控制系统利用PIC16F973微处理器的16位定时/计算器TMR2和连接到这个定时器上的扑捉与比较寄存器来测得车速信号。

由于单片机能识别的信号电压范围是0 ~5V,而汽车上的电源是12V，所以需要在测车

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速之前，将这些速度信号转换电子信号。如果速度传感器输出信号为正弦波，还应对信号进行整型处理。

在测量车速时，如果信号齿一周有Z个齿，信号每转一周，则产生Z个脉冲。这里采用频率法来测量车速。在单位时间内，根据脉冲发生器脉冲的个数来计算脉冲的频率。用频率法时车速为：

车轮半径，T为脉冲的采样周期。

式中，N为每秒钟内传感器产生的脉冲数，Z为信号齿的齿数，Io为主传动比，R为

3.4 电动机的驱动

汽车自动巡航控制系统的执行器是直流电动机，直流电动机的驱动选用L298驱动芯片驱动，驱动电路如图3.4所示，图1.15中的二极管VD1-VD4应选用快恢复二极管。双串桥的驱动可以接受TTL电平，图中门电路具有驱动能力。

图3.4 执行机构的驱动电路

表1.1为图1.15的真值表，由真值表1.1可知，只有当EN-ABLE为高电平，IN1和IN2脚电平不同时执行机构才动作。图中的电阻 R1是用来检测电动机的工作电流的。

表1.1 真值表

3.5 PWM控制

PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通-关断把直流电压变成脉冲列，并通过控制电压脉冲欢度或周期以达到变压的目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变

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压变频的目的的一种控制技术。直流电动机的PWM控制技术可用不同的控制手段来实现，如使用专用集成PWM控制器，或者使用微处理器进行控制，也可以使用集成PWM控制器与微处理器相配合的方法等。

接口设计中最大的挑战是处理动态问题，最重要的是直通电流、二极管阶跃、地段反冲等。

（1）直通电流，该电流包括两种成分，最明显的使续流二极管的反向恢复电流。图1.16中，上桥臂左边管子VF导通，右边管子VF截止，下桥臂右边管子VF是脉宽调制的。当其导通时，电流从正级干线流过，然后通过的续流二极管返回干线。当再一次导通时，反向恢复电流将从的续流二极管拉出。这个电流明显是从电源正级流到地将电动机旁路的直通电流。当4个开关管中任何一个在桥电路中被脉宽调制与其续流二极管相反时，这种现象就会发生，并且这时PWM频率与电动机电感足够大，以至于电动机电流在关断期间不会随减到零。

除了反向恢复电流之外，另外还有一个电流称为PWM中断电流，它是通过开关交换时产生的。当桥电路中一个场效应晶体管导通时，其相对的场效应晶体管的漏极被快速拉到地，这样加在漏极上的di/dt会引起一个流过栅极到漏极电容的电流，对栅极来说，看上去是输入电流。这个电流通过栅极驱动的关断阻抗返回原极。通过驱动阻抗乘以du/dt电流而产生的电压可以讲栅极正偏。如果该电压超过了这个关断的场效应晶体管的导通门限，那么这个误导通就会产生直通电流。

如果低端的场效应晶体管是脉宽调制的，则du/dt就加到了有释放电阻的高端场效应晶体管上。如果释放电阻是有缘开关便且可以近似为零，那么高端场效应晶体管栅极保持为高端干线电压，这时不存在PWM中断电流。但如果释放电阻有几百欧，那么当此场效应晶体管导通时，其栅极会被下拉到足够低以允许误导痛的出现。当这种情况发生时，PWM中断电流会从电源流到地，使电动机短路。他有可能比二极管方向恢复电流以好几倍，并占总直通电流的较大部分。

（2）二极管阶跃，由无导通引起的直通电流也有利的一面，电流值过大是不需要的，但存在大于零的一个最佳点。原因是MOSFET的楼院二极管本质上的阶跃的，即其导通和截止使突变的。没有误导痛的作用，二极管阶跃会在直通电流中产生过大的di/dt。通过允许一小部分误导通电流流动，二极管的柔性度会增加，结果使EMI特征明显改善。

如果释放电阻为0欧姆，直通电流完全是反恢复电流。即使导通转换很慢，反向恢复的阶跌仍很厉害，释放电阻增加到470欧姆，电流和时间就会有和大的变化，很明显是由于误导通产生了大量的附加直通电流。同样，尽管误导通直流电流很大，它既具有柔和度并且是过阻尼的。这个柔和度表明了设计策略就是通过有意设计出足够大的误导通电流使反响介于恢复特征柔性化，以取得性能和功能的总体平衡。事实上，这个方法达到了良好的效果。

（3）低端反冲，即使有以上所描述的方法，在有20kHz或更高频率的PWM信号时，

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电动机驱动中di/dt仍会相当大，以致有可能产生寄生电压。任何由FET开关产生的di/dt都会在这此寄生电感上产生电压 。假设电动机电流通过二极管是任意的，那么当EFT导通时，流过寄生电感生的di/dt/是正向的。但当二极管恢复时，改变方向的di/dt会在寄生电感上产生负电压。它通过FET栅源电容可以耦合到集成电路上。由于电容两端的电压不回即可改变，所以负尖脉冲会很快的耦合到集成电路上。由于大多数集成电路采用了结隔离，所以任何值大于二极管压降负向尖脉冲都有可能使结隔离区正偏，这样会产生可知的后果。可行的解决办法是将集成电路输出钳位，限制寄生地电感的值或使di/dt最小。

3.6 离合器的驱动

离合器的驱动电路如图3.5所示，离合器的一段接下2V电源，另一端接离合器的驱动输出，9014晶体管是NPN的，IRF3205是N沟道MOSFET，高电平导通。因此用了两个晶体管。

图3.5 离合器的驱动电路

3.7 硬件可靠性的设计

3.7.1 影响硬件可靠性的因素

硬件可靠性设计的主要内容是抗干扰设计，巡航控制系统的主要干扰源有： （1）电源和接地干扰，电源干扰主要有过电压、欠电压、尖峰电压等，一般有电源引线、内阻和电感电动势引起，是危害最严重的干扰源之一。过电压、欠电压一般持续时间较长，将影响芯片的正常工作，引起测量精度的下降，甚至造成系统的毁坏，并对微处理器系统的正常运行危害很大，会使逻辑功能紊乱，产生误导动作，使程序不能正常运行。

接地干扰是由于导线在不同的接地点接地时，导线电阻使得两接地点的电位不同，存在电位差，这种干扰主要影响监测精度。

（2）发动机点火系统的干扰，火花塞有10kV左右高压放电，其中电流持续时间短，幅值大的部分叫做容性放电电流。容性放电电流通过火花塞高压线等传播，发射高频电磁

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波产生脉冲电压，这是产生干扰的主要来源之一。随着空性放电电流的增加，干扰也增大。

（3）I/O通道的干扰，I/O通道中长线传输，尤其是在系统的主振频率不断提高时，将成为通道干扰的主要因素。整个巡航系统控制但由于各传感器和执行机构的连线由机械位置决定，长线传输使用较多。脉冲在长线传输是会出现衰减等通道干扰。

（4）外部干扰，车外手法两用机之类的无线电设备、雷达和广播电台发射的强力电磁波，也会改让电子控制系统工作。

以上干扰源产生的干扰窜入电控系统主要渠道有：通过电磁辐射窜入系统，产生空间干扰；通过与微处理器项链的前向通道、后向通道和相互通道窜入系统，产生过程通道干扰；由电源窜入系统，产生供电系统干扰。

对于一个控制系统来说，抗干扰设计可以从两方面进行，可采取硬件措施抗干扰，也可采取软件措施抗干扰。绝大多数情况下，抗干扰设计应该同时用这两方面的措施来进行。

3.7.2 硬件设计采用的抗干扰措施

（1）电源和接地系统的抗干扰措施，汽车上采用蓄电池的内阻很小，是较理想的电源。大功率电路可能引起蓄电池的电压波动，抗干扰措施的一种反方是采用DC-DC就换系电源，给微处理器供电，即将12V的直流电逆为交流电，经变压器隔离，再经过整形、滤波和稳压，输出5V直流电压。由于变压器将前、后级电源和地隔离开，使得大功率信号英气的钱级电源电压波动不会影响到后级，从而保证微处理器系统的正常工作，但这种方法成本较高，现在采用高性能的专用三段稳压器设计的也很多。由于车用蓄电池还用于汽车点火，而且电动机和电磁阀驱动电路中感性负荷较多，可能引起电源电压的大幅度波动，因此可以再电源的输入端跨接较大电容量的无级性电容，在各蓄成电路芯片的电源和地线之间接入去耦电容。

对接地来所，各电路和接地线应尽可能短而粗，以使地电位不随电流变或而变化，从而抬高系统的抗干扰性能；电平低的电路应距离地面最近，以减少地点为的影响；数字地线和模拟地线分开；有高速逻辑电路，又有线性电路，应尽量使他们分开，两者地接地不要相混，应分别与电源地线相连接。

（2）抑制发动机点火系统干扰，点火系统高压部分干扰源的抑制是采用高压阻尼线，可取的良好的抗干扰效果。用高压导线做成带电阻，使整条高压导线有数千偶的电阻值，因此高压导线的点干预寄生电容不能引起高压波峰辐射，可以对干扰电平产生抑制作用。再点火线圈正级和接地端接入一金属电控器，以抑制一次点火回路的干扰。

（3）I/O通道的抗干扰措施，未来克服长线传输引起的信号失真，主要措施有光隔离、合理布线等。

采用光隔离技术可以将微处理器系统与前向同道合后弦通道的电路联系切断，有效防止干扰从通道进入控制系统。光哥离奇的主要优点是能有效的抑制尖峰脉冲及各种噪声的

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干扰，从而使通道信噪比大大提高。光隔离器在密封条件下实现输入回路与输出回路条耦合，不会受到外界光的干扰。输入回路与输出回路之间分布电容极小，而且绝缘电阻很大，因此回路一边的干扰很难通过光隔离器送到另一边。

利用光隔离器实现输出端的通道隔离时，还需要被隔离的通道两侧必须使用各自的独立电源，即用于驱动发光二极管的电源驱动与驱动光明晶体管的电源不应是共地电源。对于隔离后的输出必须单独供电。否则，如果使用同一电源就失去了隔离的意义。对驼航系统中的执行器的驱动电路就可以采用光耦合其害防止车上强电磁干扰。

合理布线也是I/O通道的抗干扰措施的一个重要方面。为防止线间窜扰，必须加强弱信号线分开；高、低压信号线分开；电源线与信号线分开；传输线应尽量短且远离大功率器件；采用双绞线，在双绞线传输的波阻抗高，能使各个小环路的电磁感应互相抵消。

（4）外部干扰的抗干扰措施。对外部干扰的抗干扰措施有静电屏蔽和电磁屏蔽。电磁屏蔽的具体措施有功率源远离主机、长地线套金属软管、信号线采用屏蔽传输线、采用金属壳体对外部强大电磁场进行屏蔽等。另外，还需对印制电路板实行板间隔离。

（5）地线设计是一个很重要的问题。在微处理器应用系统中，地线结构大致有系统地、机壳地、数字地、模拟地等。在设计时，数字地和模拟地要分开，分别与电源端地线相连。

（6）对系统中用到的器件要进行筛选，要选择标准化以及互换性好的器件和电路。 （7）单片机进行扩展时，不能超过其驱动能力，否则将使整个系统工作不正常。 （8）CMOS电路中不使用的输入端不允许浮空，否则会引起逻辑电平不正常，易接受外界干扰产生误动作。在设计时，根据实际情况，将多余的输入端与正电源或地相连接。

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