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摘 要：在以發(fā)動機(jī)為動力源的汽車中，起動系統(tǒng)承擔(dān)起使發(fā)動機(jī)由非工作狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)的重要作用，屬于發(fā)動機(jī)的附屬系統(tǒng)。在傳統(tǒng)汽車起動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提出將單片機(jī)與傳感器技術(shù)運(yùn)用到起動控制線路中，通過傳感器采集發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)信號，實現(xiàn)當(dāng)發(fā)動機(jī)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)時無法接通起動控制線路從而保護(hù)起動機(jī)，對車輛的起動安全穩(wěn)定性起到進(jìn)一步優(yōu)化的作用。
關(guān)鍵詞：起動控制；單片機(jī)；傳感器
隨著汽車制造技術(shù)不斷提升，現(xiàn)大部分中高端轎車的起動系統(tǒng)實現(xiàn)了無鑰匙起動，也是平時俗稱的一鍵起動，但無鑰匙起動系統(tǒng)制造成本較高，故現(xiàn)在仍有大部分營運(yùn)用車和一些低端小轎車依然采用傳統(tǒng)起動系統(tǒng)，也就是需要駕駛員旋轉(zhuǎn)鑰匙進(jìn)行起動發(fā)動機(jī)。傳統(tǒng)起動系統(tǒng)控制線路主要由點火開關(guān)、起動繼電器、起動機(jī)等部件組成。有結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低、工作性能好、維修成本低的優(yōu)點。雖然系統(tǒng)可以滿足日常的生產(chǎn)需求，但也存在安全隱患，第一，對于手動檔汽車來說，傳統(tǒng)起動系統(tǒng)無法識別變速器是否處于空擋的位置，當(dāng)車輛檔位不是空擋時，駕駛員也沒踩下離合器踏板就起動發(fā)動機(jī)，這時車輛會突然向前或向后快速移動，俗稱“竄車”，會發(fā)生不可預(yù)知的危險。第二，當(dāng)發(fā)動機(jī)正處于正常工作時，如果駕駛員再次轉(zhuǎn)動鑰匙至ST 檔，起動機(jī)電路被接通，起動機(jī)驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動并彈出與正在轉(zhuǎn)動的飛輪發(fā)生碰撞，由于此時飛輪轉(zhuǎn)速較快，可能會造成起動機(jī)的驅(qū)動齒輪、單向傳動離合器、直流電機(jī)等零件損壞，引起不必要的維修。對于上述的系統(tǒng)工作特點，本文提出”單片機(jī) +傳感器”的汽車起動線路設(shè)計，旨在進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。
1 傳統(tǒng)起動系統(tǒng)的工作過程
傳統(tǒng)起動系統(tǒng)現(xiàn)大多數(shù)用于營運(yùn)用車或低端轎車，系統(tǒng)構(gòu) 造簡單，使用便捷，是一鍵起動系統(tǒng)的雛形，沒有運(yùn)用電子控制 單元、傳感器等具有較高技術(shù)含量的電子元件。主要由控制線 路與起動機(jī)兩大部分組成，控制線路包括蓄電池、點火開關(guān)、常 開式起動繼電器，電磁開關(guān)，導(dǎo)線組成；起動機(jī)由直流電動機(jī)、動 力傳動機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)三部分組成。系統(tǒng)的工作過程如圖 1 所 示，當(dāng)點火開關(guān)旋轉(zhuǎn)至 ST 檔，接通起動繼電器的線圈電路使之 工作。電流便可以通過端子 50 流入起動機(jī)電磁開關(guān)，電磁開關(guān) 內(nèi)的線圈產(chǎn)生磁場力，吸引電磁開關(guān)內(nèi)的活動鐵芯移動，鐵芯端的接觸盤被推出與端子 30、端子 C 結(jié)合，便接通了直流電動機(jī) 的驅(qū)動電路，電動機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)?；顒予F芯同時也拉動撥叉把驅(qū)動齒輪撬出與飛輪嚙合，起動機(jī)便能順利帶動發(fā)動機(jī)。當(dāng)發(fā)動機(jī)開始自行運(yùn)轉(zhuǎn)后，駕駛員松開鑰匙，斷開 ST 檔，起動繼電器電路被斷開，端子 50 無電流輸入，電磁開關(guān)磁場消失，活動鐵芯在回位彈簧的作用下回到原來的位置，便斷開了直流電動機(jī)的電流，起動機(jī)停止工作，系統(tǒng)完成一次完整的工作過程。在系統(tǒng)工作過程中起動繼電器和起動電磁開關(guān)起到小電流控制大電流的作用，避免了在起動車輛瞬間因電流過大而燒毀系統(tǒng)導(dǎo)線與開關(guān)。另外，系統(tǒng)在動力傳遞路線上設(shè)置有單向傳動離合器，主要作用是：在發(fā)動機(jī)起動后防止發(fā)動機(jī)動力通過驅(qū)動齒輪反向傳遞給起動機(jī)，從而保護(hù)了起動機(jī)。但如果此時起動機(jī)控制電路遲遲沒有斷開，或斷開后又再次接通，起動機(jī)驅(qū)動齒輪還是會彈出與正在轉(zhuǎn)動的飛輪強(qiáng)行嚙合而導(dǎo)致起動機(jī)發(fā)生機(jī)械損壞。
2 傳統(tǒng)起動系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計
2.1 基于“單片機(jī) + 傳感器”的起動線路改進(jìn)設(shè)計
通過上述對傳統(tǒng)起動系統(tǒng)工作過程分析知道，對于“竄車” 的安全隱患與誤起動引起的系統(tǒng)損壞可以通過改進(jìn)來避免。對 于因駕駛員不按正常起動程序起動車輛引起的“竄車”事故，主 要是手動擋的車輛才會出現(xiàn)，原因是變速器檔位不為空檔，駕駛 員起動時也不踩下離合器踏板就起動車輛，發(fā)動機(jī)動力通過傳 動系統(tǒng)傳遞到車輪而引發(fā)“竄車”事故?？梢詫⒊ｉ_式開關(guān)串接 到起動控制線路中，串接位置如圖 2 所示。開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)閉通 過離合器踏板來控制，踩下踏板便導(dǎo)通，松開踏板就斷開，這樣 便可實現(xiàn)在起動車輛前必須踩下離合器踏板，防止了駕駛員不 按正常起動程序起動車輛引起的“竄車”事故。另外，為了防止因 駕駛員疏忽，在發(fā)動機(jī)處于正常工作狀態(tài)時再次起動發(fā)動機(jī)引起起動機(jī)的機(jī)械損毀，帶來不必要的維修，可通過將“單片機(jī) + 傳感器”技術(shù)串接到起動控制線路中，利用發(fā)動機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時進(jìn)氣歧管內(nèi)有負(fù)壓，停止工作時進(jìn)氣歧管內(nèi)負(fù)壓消失的特點，
可以將進(jìn)氣歧管的壓力參數(shù)通過傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號，作為 斷開或接通起動機(jī)電路的控制依據(jù)。改進(jìn)設(shè)計電路如圖 2 所示， 在起動機(jī)控制回路的點火開關(guān)與起動繼電器間串聯(lián)一個常閉 繼電器，在起動控制回路外附加“單片機(jī) + 傳感器”控制線路， 傳感器為半導(dǎo)體壓敏電阻式壓力傳感器，傳感器安裝在進(jìn)氣歧 管上，用于檢測發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力參數(shù)。繼電器的控制 回路接入到單片機(jī)中，單片機(jī)根據(jù)進(jìn)氣壓力傳感器的信號控制繼電器工作，進(jìn)氣壓力傳感器信號電壓隨著發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管內(nèi) 的壓力變化而變化。通過改進(jìn)過后的起動控制線路，發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力參數(shù)就成為了起動控制電路能否正常接通 的因素之一。當(dāng)發(fā)動機(jī)正常工作時，點火開關(guān)處于 ON 擋，單片機(jī)工作電路處于接通狀態(tài)，同時發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管內(nèi)存在負(fù)壓， 附加安裝在進(jìn)氣歧管上的進(jìn)氣壓力傳感器檢測到壓力后產(chǎn)生信號電壓，將信號電壓輸送給單片機(jī)，單片機(jī)接收傳感器的信號電壓后通過輸出端控制常閉式繼電器工作，常閉觸點在磁場力吸引下斷開，把起動機(jī)控制回路切斷，此時起動發(fā)動機(jī)，起動機(jī)的控制電路在常閉式繼電器處中斷，無法控制起動機(jī)工作。
當(dāng)發(fā)動機(jī)停止工作后，進(jìn)氣歧管內(nèi)的負(fù)壓消失，安裝在進(jìn)氣歧管上的壓力傳感器檢測不到負(fù)壓，傳感器的信號電壓消失，停止向單片機(jī)輸入信號電壓，單片機(jī)也停止向繼電器供電，常閉式繼電器停止工作，繼電器觸點恢復(fù)常閉合狀態(tài)，起動機(jī)控制電路恢復(fù)正常連接，在下一次起動發(fā)動機(jī)時，駕駛員踩下離合踏板，轉(zhuǎn)動鑰匙至 ST 檔便能夠順利接通控制電路使起動機(jī)工作。經(jīng)過使用“單片機(jī) + 傳感器”改進(jìn)過的起動控制線路，可以有效防止在發(fā)動機(jī)處于正常工作狀態(tài)時誤起動發(fā)動機(jī)所引起的機(jī)械損毀，降低了汽車的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。
2.2 起動系統(tǒng)改進(jìn)后優(yōu)勢分析
一個成熟的設(shè)計方案，需做到不用大范圍改變原有系統(tǒng)的 基礎(chǔ)上實現(xiàn)工作性能穩(wěn)定，安裝方便，改進(jìn)費(fèi)用合理等特點。 “單片機(jī) + 傳感器”起動控制線路主要優(yōu)點有以下幾個。優(yōu)點 一：單片機(jī)與傳感器控制線路屬于附加安裝，不改變原車系統(tǒng)， 且工作性能穩(wěn)定。附加安裝的單片機(jī)與傳感器有獨立的電源控 制線路，進(jìn)氣壓力傳感器并不是運(yùn)用原車上的進(jìn)氣壓力傳感 器，這一特點有效保護(hù)了發(fā)動機(jī)電路與控制參數(shù)。原發(fā)動機(jī)的 進(jìn)氣壓力傳感器信號作為發(fā)動機(jī) ECU 控制噴油量的重要依據(jù) 信號，如果信號電壓受到外加電路分壓，可能會引起發(fā)動機(jī)工 作不穩(wěn)定或無法起動等故障。為不改變發(fā)動機(jī)原控制線路，保 證發(fā)動機(jī)工作的穩(wěn)定，本改進(jìn)設(shè)計所用的壓力傳感器屬于另外 附加安裝在進(jìn)氣歧管中，控制線路也是單獨運(yùn)行，與發(fā)動機(jī)原 來的控制線路互不干擾。優(yōu)點二，附加的壓力傳感器安裝方便， 信號穩(wěn)定，通過一根三通管將進(jìn)氣歧管的負(fù)壓接通到壓力傳感 器感應(yīng)腔內(nèi)即可，這種安裝方法不需要大范圍改變汽車起動系 統(tǒng)與進(jìn)氣歧管原有的結(jié)構(gòu)，附加安裝的半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣 壓力傳感器，內(nèi)部用一硅膜片感應(yīng)壓力參數(shù)，能在發(fā)動機(jī)正常 運(yùn)轉(zhuǎn)時，持續(xù)檢測進(jìn)氣歧管內(nèi)的壓力并輸出信號電壓給到單片 機(jī)。優(yōu)點三，“單片機(jī) + 傳感器”的設(shè)計方案所用材料不多，改進(jìn) 費(fèi)用不貴，對傳統(tǒng)起動線路改造并不需要太高的成本，適用于 從事營運(yùn)類車輛使用。
3 結(jié)論
本文根據(jù)傳統(tǒng)起動機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)特性與結(jié)構(gòu)，提出了 基于單片機(jī)與傳感器技術(shù)的汽車起動線路改進(jìn)設(shè)計，對傳統(tǒng)起 動系起到進(jìn)一步優(yōu)化的作用，有效防止了起動時的意外“竄車” 現(xiàn)象與在發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時誤起動發(fā)動機(jī)所引起的機(jī)械損毀， 確保汽車起動系統(tǒng)使用的安全，提高了交通運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益。