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1、本科生毕业设计摘 要汽车后视镜是与汽车行驶安全相关的主要部件，良好的后视镜视野能保证驾驶员的行车安全。驾驶员座椅是与驾驶员身体健康相关的部件，良好的座椅位置和角度能防止驾驶员长时间驾车后出现过度疲劳而引发其他病症。汽车后视镜和座椅仅仅使用手动调整甚至是电动控制是不够的，还需要在电动的基础上增加位置存储和恢复功能，以使驾驶员操作更为方便，提高后视镜和座椅的可用性。本文设计了一种位置记忆功能后视镜与汽车座椅控制系统。该系统能电动调节后视镜上下转动、左右转动两个角度和座椅前后滑动、前椅面高度、后椅面高度和椅背角度四个位置或角度，并能在调整后记忆存储位置信息，并且可以在需要时调用位置信息。本文在探讨了
2、汽车电子控制系统的基本组成的基础上分析了本设计的位置记忆存储式控制器的工作原理，详细阐述了该控制器的ECU选择和使用、硬件电路设计和软件程序流程，并设计了相应的系统。 关键字：记忆存储；可用性；后视镜控制；座椅控制；汽车电子控制系统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 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1课题背景及研究意义11.1.1汽车后视镜11.1.2汽车座椅11.1.3课题研究的背景21.1.4课题研究的意义31.2国内外汽车后视镜和座椅的发展与研究现状41.2.1国内外汽车后视镜的发展与研究现状41.2.2国内外汽车座椅的发展与应用现状51.2.3记忆存储式后视镜和座椅控制系统61.3课题研究的内容6第2章 控制系统及控制方式的选择72.1汽车电子控制系统72.1.1汽车电子控制系统概述72.1.2传感器82.1.3 ECU82.1.4执行器122.2记忆存储式控制器的功能122.3控制方式的选择
8、132.3.1控制方式及其发展132.3.2基于CAN总线的分布式控制系统142.3.3线束问题142.3.4控制方式的对比选择152.4基本工作原理152.5控制器的操作和使用182.6本章小结19第3章 汽车电子控制单元（ECU）的选择与使用203.1ECU选择指标与原则203.1.1ECU的环境指标203.1.2ECU选择的基本技术指标203.1.3ECU的选择213.2ECU主要特性213.3ECU结构模块223.4ECU引脚功能与使用263.5本章小结28第4章 硬件电路设计304.1硬件电路设计概述304.2记忆存储电路314.2.1记忆存储电路概述314.2.2 EEPROM的选
9、择和特性314.2.3 AT93C46的引脚314.2.4 AT93C46的指令324.2.5记忆存储电路334.3后视镜调节电路344.3.1后视镜调节电路概述344.3.2 3-8译码器的选择与使用344.3.3 电机驱动电路设计354.4座椅调节电路354.4.1座椅调节电路概述354.4.2 3-8译码器的选择与使用364.4.3电机驱动电路的设计364.5键盘控制电路374.5.1键盘控制电路概述374.5.2 8-3优先编码器的选择与使用384.6信号采集电路394.6.1后视镜采样电路394.6.2座椅采样电路概述394.7其他电路404.7.1晶振电路404.7.2电源稳压电路
10、404.7.3电源滤波电路414.8系统电路工作过程414.9本章小结43第5章 软件程序流程445.1编程语言介绍445.2软件程序流程简述455.3本章小结46结 论47参考文献48致 谢50附 录51 第1章 绪 论1.1 课题背景及研究意义1.1.1 汽车后视镜汽车后视镜俗称倒车镜，是汽车的必配件，通常分为车外后视镜和车内后视镜两种。后视镜是用来反映汽车后方、侧方和下方的情况的主要部件，使驾驶员能间接观察到其他位置的情况。为了驾驶员操作方便，防止行车安全事故的发生，保障人身安全，各国均规定了汽车上必须安装后视镜，且所有后视镜都必须能调整方向。轿车和其他轻型乘用车一般装配有外后视镜和内后
11、视镜；大型商用汽车（大客车和大货车）一般装配有外后视镜、下后视镜和内后视镜。汽车后视镜是与汽车行驶安全相关的主要部件，后视镜的良好位置是保证汽车行驶安全的必要条件。美国有统计表明，30的普通公路汽车事故，70的高速公路汽车事故都是与汽车后视镜的视野不理想有关。1.1.2 汽车座椅驾驶员座椅的主要功能是为驾驶员提供便于操作、舒适又安全、不易疲劳的驾驶座位，是与驾驶员的身体健康息息相关的。2003年6月，一家叫做“背部健康行动”的德国组织对德国的车主做了一个调查，40的德国人每天在车内的驾车时间超过一个半小时，而大多数人有不同程度的背部疾病，汽车座椅是主要因素。同时他们对德国市场上的座椅以一套健康
12、标准考察的结果是97的项目不合乎标准。如果驾车时间过长，而背部得不到有效的支撑，长此以往，脊椎容易产生疾病。按照人体工学的要求，驾驶员必须具有良好的静态与动态的舒适性，从而提高了驾驶员驾驶之余乘坐的舒适性，减少驾驶员长时间驾驶的疲劳。后视镜和座椅是汽车上并不显眼的部件，但是与驾驶员身体健康和行车安全紧密相关。同一款车型不一定适合每个驾驶者，所以对座椅和后视镜的位置、角度的调整是必要的。现在一般轿车上都装配有电动后视镜和手动调整的座椅，驾驶员可以通过电动或者手动的方式调节后视镜和座椅的位置和角度。但是在实际的使用中，驾驶员操作不够方便，调整时间长。而且同一部车新的驾驶员使用时也需要重新调整。由于
13、使用的不便，我们可以通过汽车电子控制技术进行后视镜和座椅的改进，以开发一种 新型的汽车后视镜和驾驶员座椅。1.1.3 课题研究的背景德国工程师Carl Benz在1886年1月29日发明汽车以来，汽车在人类的发展中起到了极为重要的作用。早期的汽车基本上是纯机械产品，当时除汽油机和煤气机使用了磁电机或蓄电池点火器外，没有其他的车用电器。随着汽车的逐步发展，特别是1901年使用铅蓄电池后，汽车电器便不断发展。近40年来的汽车发展的事实证明，提高汽车性能、节约能源和保护环境主要取决于电子控制技术1。由于传统的机械控制相比于电子控制无论是在控制精度还是反应速度上，都存在明显的弱势，汽车电子化已成为汽车
14、行业发展的趋势。据统计，从19892000年，平均每辆车上的电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例由16增至23以上。发达国家生产的汽车上，每辆车上的电子元器件的成本占整车的成本超过了30，而一些豪华轿车上这个比例更是高达50。据欧洲汽车业联盟的调查，每辆汽车电子产品的消耗价值1991年为825美元，1995 年增至1125美元，2000年已超过2000美元2。国外平均每一部高档轿车上使用的微处理器数量达到了50个，而宝马（BMW）公司在2004年推出的BMW 7系列轿车上更是装备了70多个微处理器，使用了8种车载局域网来连接各个微处理器和微处理器控制的外围电路1,3。汽车电子化程度的高低甚至
15、已经称为了衡量当今世界汽车水平先进与否的标志。汽车制造厂商普遍认为：增加汽车电子装置的数量，促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的有效手段。汽车设计人员普遍认为：电子技术在汽车上的使用已经成为了汽车设计研究部门考虑汽车结构革新的重要手段。我国作为一个汽车发展后起的国家，但是我国的汽车制造水平与世界先进水平之间的差距极为明显。1985年，我国国产汽车上的电子产品总价值为169元/辆，而1990年也不过200元/辆，同一时期美国所产汽车的电子产品总价值为我国的25倍以上，约占整车成本的15。国内中高端的轿车装备的微处理器一般为7个左右，而国外的高档车上的数量则达到了50个甚至更多。我国电子技术的发展中
16、最为突出的问题是整体技术实力不足，科研与产业的结合不紧密。本土的汽车企业的研发投入相比国外汽车制造企业差距过大，资金瓶颈严重，在主要汽车电子技术集中的如发动机集中控制、自动变速控制、防抱死系统控制等领域无法进行相关产品的开发4。我国电子技术的发展中最为突出的问题是整体技术实力不足，科研与产业的结合不紧密。本土的汽车企业的研发投入相比国外汽车制造企业差距过大，资金瓶颈严重，在主要汽车电子技术集中的如发动机集中控制、自动变速控制、防抱死系统控制等领域无法进行相关产品的开发4。随着我国汽车市场的快速发展，汽车电子产业将形成巨大经济规模效应，汽车电子产品占汽车的成本将进一步提高。目前，中国消费者对车辆
17、需求的增加、网络在车辆中的高速发展、安全与防盗需求的增加、机械系统与电子系统之间的转换以及动力总成方面性能的提高，都进一步推动了中国汽车电子产品市场的发展。为了加快我国汽车电子技术的发展，国家主管部门提出了发展汽车电子产品的设想，指出为了国产汽车现代化和打进国际市场，需要向轻型汽车和轿车工业提供先进的汽车电子产品，进行汽车工业的电子化改造。国家“八五”规划中对汽车电子产品指出的发展重点中工列举了38中汽车电子产品，包括高能无触点点火装置、计算机点火装置、制动防抱装置、汽车空调、电子门锁、报警器、电子化油器等。“汽车工业九五科技发展规划要点”中指出，汽车电子控制技术仍然是汽车工业“九五”计划中的
18、重点科技攻关方向，主要内容为制动防抱死系统（ABS）、柴油机电子控制、安全气囊、电动助力转向、电控悬驾系统等4,5。从国外发展经验和现在国内外的汽车电子发展水平来看，未来的汽车电子产品中，围绕安全、节能、环保、舒适和娱乐等方面的元器件及其周边产品将发展最快6。在汽车满足了安全、节能和环保方向的要求之后，舒适化成为了重点。由于汽车发展到现在已经不是纯粹的交通工具，而是一个娱乐、休闲和生活的空间，纯粹满足驾驶需求的汽车可能不是发展的重点。能满足人们在驾驶之余的舒适性和操作便利性要求的汽车电子技术是我国研究开发的重点，也就是一般所说的车身电子控制系统。1.1.4 课题研究的意义一般中高档的轿车都配备
19、有电动调整的后视镜和座椅。海湾合作委成员国把电动调整的后视镜作为了汽车的标准装备件，也把带调整系统的座椅作为汽车的标准装备件，一般国家作为选装件9,10,11。驾驶员可以通过电动控制系统调节后视镜的位置，以获得最佳的后视镜视野和座椅的最佳的舒适性。然而一部车往往有若干个驾驶者，这种情况在我国尤为明显。一般的家庭用车都有至少两个驾驶者，每次新的驾驶员在开车之前都需要重新调整后视镜和座椅的位置。而且倒车时需要单独调整右侧后视镜的位置，倒车完毕后又需要调整回位。这都为驾驶员的操作带来极大的不便。所以，仅仅使用电动控制的后视镜和座椅是不能达到要求的，还需要在电动的基础上增加位置存储和恢复功能。位置存储
20、和恢复功能使得驾驶员能够方便的设定、存储和调用位置信息，以使驾驶员操作更为简便。良好的后视镜视野在客观上能保证驾驶员获得良好的视野以提高汽车的行车中的安全性能，舒适的座椅位置和角度在配合驾驶员获得良好的后视镜视野的同时也能对驾驶员的身体健康进行适当的保护。带记忆存储功能的后视镜和座椅能够改善现在后视镜和座椅使用不便的现状，从操作的简便性上极大的提高了汽车后视镜和座椅的可用性。就国内的后视镜和座椅的发展现状和国内市场将来的需求而言，将来轿车普遍需要配备记忆存储式后视镜和座椅。由于进口的记忆存储式控制器的成本相当高，进行自主研发显得尤为重要。本文开展的研究是在先进汽车电子技术在世界上迅速发展的背景
21、下，结合我国鼓励大力进行汽车电子技术研究的环境，为提高后视镜和座椅的可用性，研究开发了一种可以实现记忆存储和调用后视镜和座椅位置的控制器。该类控制器在国外的一些高档车型上已经有了一些使用。但是在国内由于成本问题和重视程度不够，除了一些进口的高端车型，记忆存储式后视镜和座椅控制器还没有得到应用。本文所研究开发的记忆存储式后视镜和座椅控制器能有效的调整后视镜和座椅的位置，并能记忆存储位置信息以便需要的时候调用。能够保证驾驶员能获得良好的后视镜视野以保证行车安全，也能保证驾驶员的驾驶姿势以保证驾驶员的身体健康。汽车电子技术在我国发展迅速，提高驾驶员驾驶方便性、舒适性，提高汽车可用性的汽车电子技术有相
22、当大的应用前景。该控制器对改进国内后视镜和座椅控制系统的研究开发具有积极意义，有一定的工业应用价值。1.2 国内外汽车后视镜和座椅的发展与研究现状1.2.1 国内外汽车后视镜的发展与研究现状国内外后视镜的发展过程可以分为三个阶段。第一阶段是无调整或简单调整阶段。早期的汽车后视镜如同早期的汽车，只是一个纯粹的机械产品，最早的后视镜是固定的，而后发展出现的机械调整也只是由驾驶员进行的手动的转动，经常出现的问题是驾驶员右侧的后视镜无法调整到最佳的视野位置。这种调节方式费时费力，基本上不可能一次调节到位，但是现在一些汽车如大型汽车、载货车等为了节省成本，仍然采用这样的调节方式12。这种简单的手动调节方
23、式后来发展为拉索调整，即在车内驾驶员能通过一个拉索可以旋转的外后视镜。但是由于拉索的长度问题，拉索后视镜的调整按钮一般设计在该侧后视镜的车门内侧或者近车门的位置，驾驶员调整右侧后视镜同样存在相当的不便。拉索调整使用范围很小，并未得到推广。第二阶段是电动调整阶段。驾驶员手动调整或者拉索调整存在的极大的不便促使研究人员研究开发了电动调整的后视镜。电动调整的后视镜是现在中高档轿车的标准配备。驾驶员在车内可以通过调整按钮或者摇杆调整后视镜的角度。国内基本上大部分轿车都装配了电动后视镜。这些不同的电动后视镜的控制机理基本上相仿，都是通过开关、驱动器、电源等组成回路，由驱动器驱动后视镜内的调整装置（一般是
24、电机）工作以调整后视镜的角度。驾驶员调整后视镜相对手动调整来说比较方便。电动调整后视镜也是现在使用最为广泛的轿车车用后视镜，现在国内使用的较多，进口高级车如丰田大霸王PREVIA、中级车如广州本田雅阁、中低级车如上海通用别克凯越等都使用了电动控制的后视镜。国内外对于电动调整后视镜的研究已经比较成熟了，现在电动后视镜已经作为一个比较常见的标准配置安装在轿车上使用了。第三个阶段是记忆存储式调整阶段。驾驶员对于后视镜调整的不便性并未通过电动调整得到根本的解决，一部车如果新的驾驶员使用势必需要重新调整后视镜的位置。家用轿车一般都有若干个驾驶者，时时调整的不便性体现的比较明显。国外的一些汽车公司已经研究
25、开发了记忆存储式后视镜以提高后视镜的可用性，而国外高档轿车车型已经开始配备这种后视镜，如凌志LS40025。国外对于记忆存储式后视镜的研究开发始于80年代末，一些汽车公司开发了记忆存储式的后视镜控制系统，并装配在一些高端车型上，但是国外对于记忆存储式后视镜的研究开发是基于高档车的附加配置开发的，由于成本的问题一般的车型都不使用。因为记忆存储式后视镜是一种产品，国外对其研究的结果基本上都是以专利的形式出现的。Robert J. Fisher于1987年提出的关于后视镜的远程控制和存储系统的专利中就有了现代记忆存储式后视镜控制系统的雏形，只是其设计的是一个原型系统，能够实现后视镜的控制和存储恢复。
26、其基本原理也是通过微控制器集中控制，通过电位传感器检测后视镜角度，最终实现记忆存储和调用的。Randall F. Hansen在1990年在此基础上提出了另外的发明，是关于车用的记忆式后视镜控制系统的设计，这个系统是通过电机实现后视镜调整，通过设置障碍物来控制后视镜最终的角度以实现位置的存储。国内配备记忆存储式后视镜的车型只有进口的高档车型，记忆存储式后视镜在国内还没有得到应用。记忆存储式后视镜能够记忆存储后视镜的位置以便需要的时候调用位置信息，方便驾驶员使用。国内的汽车企业基本上没有展开记忆存储式后视镜的研究与开发，国内使用该类后视镜的车型的都是合资企业的车型或者进口车型，如宝来、奥迪等。1
27、.2.2 国内外汽车座椅的发展与应用现状座椅的发展与后视镜的发展过程相似，也经历了三个阶段。第一个阶段是无调整或简单调整阶段。最早期的汽车座椅是固定的，其位置和角度是不可调整的。由于各驾驶员的自身特点不一样，这样的座椅完全不能够满足市场要求。但是由于成本低，现在的很多汽车如大客车、载重汽车等还是使用这样的座椅。最早的手动调节座椅在1921年面世。手动调节方式需要驾驶员先通过手柄放松座椅的锁止机构，之后通过改变身体的座姿和位置来带动座椅移动，最后将锁止机构的手柄放松，将座椅固定在所选择的位置上。现在很多大型汽车和中低档的轿车都使用手动调整的座椅，应用仍然比较广泛。第二个阶段是电动调整阶段。电动座
28、椅与电动后视镜的调节原理一样，都是通过简单的电路控制电机工作进而控制驱动器件调节各个位置和角度。一般比较常见的座椅调节分为六个方向，为六向调节，为座椅椅面高度、座椅前后滑动和椅背角度三个位置信息六个方向的调节13。电动座椅现在在中高档的轿车上使用的比较普遍，如别克凯越、大众宝来、本田雅阁等。第三个阶段是记忆存储式调整阶段。手动调整座椅和电动调整座椅都存在使用烦琐的问题，其可用性比较差。所以为了方便驾驶员操作，国外一些汽车企业研究开发了带记忆存储功能的座椅控制系统，并安装在一些高端的车型上，如东风日产蓝鸟智尊、VOLVO XC90、宝马730i、奥迪TT等都有该类座椅。国内的汽车企业由于起步比较
29、晚，基本上没有进行记忆存储式座椅的开发，国内只有一些进口车型和一些合资企业的车型使用的记忆存储式座椅控制系统。1.2.3 记忆存储式后视镜和座椅控制系统由于座椅位置和后视镜位置之间存在联动关系，座椅位置决定了后视镜的位置，调整了一个位置另外一个一般也需要作相应的调整。但是国外有一些汽车企业对于记忆存储式后视镜和座椅的研发工作并不是同时进行的，而是先开发了单独的记忆存储式的后视镜控制系统，然后在此基础上开发了座椅控制系统，如凌志LS400的后视镜和座椅控制系统，实际上两个控制系统是通过不同的ECU控制的。国外开发记忆存储式座椅控制系统早期只是为了满足驾驶员能够记忆存储和恢复驾驶位置的系统，称为驾
30、驶位置储存与返回系统。而后是由于驾驶位置和后视镜位置的关联所以进行了后视镜控制系统的扩展开发，增加了座椅控制功能。在我国由于后视镜和座椅的控制系统是同时进行开发，由于现在的汽车电子技术和传感器技术的发展，可以进行联合开发，进行后视镜和座椅的联合位置存储和调用。1.3 课题研究的内容本文讨论的记忆存储式后视镜和座椅控制器是针对轿车的外后视镜和驾驶员座椅设计的。本设计的记忆存储式控制器通过集中的控制系统，可以完成后视镜的上下和左右方向的角度调整，座椅的前后滑动、座位椅面前升降、座位椅面后升降和椅背角度调整。驾驶员可以根据个人自身特点和驾驶习惯来调整后视镜和座椅的位置，然后进行记忆存储，在位置改变后
31、，驾驶员可以使用恢复功能进行方便的位置复原。第2章 控制系统及控制方式的选择2.1 汽车电子控制系统2.1.1 汽车电子控制系统概述位置记忆功能后视镜与汽车座椅控制系统是典型的汽车电子控制系统。汽车电子控制系统（ECS，Electronic Control System）是以单片机为中心组成的计算机控制系统，也可以称作汽车微机控制系统，是由电子控制单元（ECU）、传感器和执行器组合而成14,15。汽车电子控制系统的作用是提高汽车的整体性能，包括动力性、安全性、经济性、舒适性、操作性等。汽车整体电子控制系统包括若干个电子控制系统。每个电子控制系统的控制功能、控制参数和控制精度都不尽相同，甚至不同
32、的汽车公司研制的电子控制系统也千差万别，但是其组成和基本功能都一样16,17。汽车电子控制系统结构如图2.1所示。传感器ECU执行器被控对象模拟/数字信号执行命令状态反馈控制操作图2.1 汽车电子控制系统结构上图清楚的显示了汽车电子控制系统的组成及工作流程。传感器检测得到信号后传递至ECU进行处理，然后ECU发出执行命令给执行器，执行器获得命令对被控制的对象后执行相应的操作，操作完成后被控对象将其状态反馈给传感器。这就是一个典型的汽车电子控制系统的工作循环。2.1.2 传感器传感器是能测量各种物理量并把它转换成电信号的装置和器件。传感器的作用是将各种非电量信号转换成为可以输入电子控制单元中进行
33、处理的电信号。在汽车电子控制系统中，需要传感器实时正确的检测所有条件下所需的各种物理量，并把它输入到控制器中。实际使用中，传感器是信息采集的主要部件，主要用来检测和采集汽车的状态信息或者各种物理、化学或者电信息。由传感器采集的信号分为模拟信号和数字信号，模拟信号需要经过A/D转换器转换成数字信号再传递至ECU处理18。在汽车电子控制系统中，传感器担负着检测和提供状态等信息的任务。有的汽车上装配的传感器超过了50个。常见的车用传感器按其检测项目的不同可以分为：位置传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器、爆震传感器、流量传感器等。电子技术和材料技术的发展为汽车传感器的发展创造了极为有利的条件。
34、从传感器的发展方向来看，有多功能化和智能化的特点。多功能化是指传感器由以前的单一功能的传感器发展为具有多种参数检测功能的传感器。如汽车上采用的压阻效应式压力传感器，同时有静压、温度两个传感器。智能传感器是指带有微型计算机的传感器。这种传感器具有检测信息和处理信息的功能。职能传感器通常将信号检测、处理和驱动贿赂等外围电路全部集成在一块基片上，使得传感器具有自诊断、远距离通信、自动调整零点和量程等功能。汽车电子控制系统不仅仅靠传感器来提供信号，还采用了开关控制信号来提供控制系统必须的其他控制信号。开关控制信号是将汽车的状态信息通过一个高或者低电平直接输入ECU，以使得ECU确认后进行处理的信号。一
35、般常用的汽车开关控制信号有点火开关信号（IGN，Ignition Switch）、启动开关信号（STA，Start Switch）、空档安全开关信号（NSW，Neutral Security Switch）、蓄电池电压信号等。开关控制信号与传感器配合使用能够使汽车电子控制系统完全检测控制汽车状态的各种信息，以进行较为完善的汽车电子控制中必不可少的信号检测。2.1.3 ECU汽车电子控制单元ECU是以单片机为核心所组成的电子控制装置，具有强大的数学运算，逻辑判断、数据处理与数据管理等功能。ECU是汽车电子控制系统的核心部件，能对传感器传递的信息进行加工处理，通过预先编制的控制程序来对信号做出响应
36、，并发出各种控制指令，指挥执行机构工作。ECU是以CPU为核心，由输入输出缓冲元件和程序及数据存储元件等构成的。虽然各种汽车电子控制系统使用的ECU各不相同，但是一般而言，ECU主要是由硬件、软件、壳体和线束插座四部分组成。ECU的软件主要包括监控程序和应用程序两部分；硬件作为实体，为各种电子控制系统正常工作提供基础条件。ECU的硬件中的核心是硬件电路。硬件电路是相当复杂的，而且各个ECU生产公司的产品各有不同，但是硬件电路的组成基本相同，都是由输入回路、输出回路和单片微型计算机三部分组成。其组成框图如下图2.2。输入回路输入回路输出回路模拟信号执行器数字信号存储器（ROM/RAM）CPUI/
37、O微 机ECU图2.2 ECU组成框图ECU的各个组成部分的功能和概述如下。1、输入回路输入回路又称为输入接口，是将传感器输出的信号接收，并转换成计算机能处理的信号的电路。根据传感器返回的信号不同，输入回路的接口有A/D转换器和数字输入缓冲器两种。A/D转换器的作用是将模拟信号转换为数字信号或者将数字信号转换为模拟信号。传感器采集的信号可分为模拟信号和数字信号两大类。信号电压（或电流）随时间变化而连续变化的信号称为模拟信号。在汽车电子控制系统中，如空气流量传感器信号、爆震传感器信号、压力传感器信号等都是模拟信号。由于数字计算机不能识别模拟信号，所以如果传感器输出的信号是模拟信号时，必须通过A/
38、D转换器转换成数字信号，再传递给数字计算机处理。信号电压（或电流）随时间变化而不是连续变化的信号称为数字信号。在汽车电子控制系统中，空气流量传感器信号、霍尔式与磁感式传感器信号、触点式节气门位置传感器信号、氧传感器信号等都是数字信号。数字信号一般都是以脉冲信号或者高、低电平信号存在，因此需要通过输入回路的数字输入缓冲器进行限幅、整形等处理，才能传输到数字计算机进行数字处理。数字输入缓冲器主要是由整形电路、波形变换电路、限幅电路和滤波电路等组成。数字输入缓冲器的作用式对数字计算机不能接受的数字信号进行预处理后再输入计算机进行处理。输入回路实际上是将传感器输入的信号，在除去杂波和正弦波转变为矩形波
39、后，再转换成输入电平输入计算机。2、单片微型计算机单片微型计算机一般也称为微型计算机、微机或者单片机。单片机是可以进行算数运算和逻辑运算的数据处理装置，包括中央处理器CPU、存储器和输入/输出装置。其组成结构框图如图2.3所示。RAMROMI/OCPU总线内存图2.3 单片机组成框图中央处理器（CPU, Central Processing Unit）是ECU的核心，是具有译码指令和数据处理能力的电子部件。其作用是读出命令并执行数据处理任务。CPU是由运算器（CLU，Calculator）、寄存器（Register）、控制器（Controller）组成，其结构组成框图如图2.4所示。控制器运算
40、器寄存器CLUCPU控制信号数据总线图2.4 CPU组成框图运算器是计算机的运算部件，用于实现数学运算和逻辑运算。汽车电子控制系统中所有的数据运算和逻辑判断都在运算器内进行。寄存器是用于暂时存储数据或程序指令。控制器是计算机的指挥控制部件，其作用是按照监控程序或应用程序的命令进行计算机内部各个部件的自动协调工作，能够按照程序进行各装置之间信号的传送及控制任务。存储器是用来存储程序指令和数据的部件。存储器包括只读存储器（ROM，Read Only Memory）和随即存取存储器（RAM, Random Access Memory）。只读存储器是一种不可更改写入信息的存储器，其存入的信息只支持读取
41、。随机存取存储器中保存的信息可以随时写入和读出，改写时也不需要擦除原有，但是信息断电时会丢失。实际上，RAM 起的作用类似与寄存器。输入/输出（I/O）接口是CPU与传感器或执行器之间进行数据交换或者输出控制指令的通道。由于传感器和执行器的多样化，所输入的信号和所需提供的指令也必须多样化，而CPU能够接受的信号和输出的指令是一定的，所以需要I/O接口来进行协调和控制。总线（BUS）是微型计算机内部传递信息的连线电路。在单片机内部，CPU、存储器和I/O接口之间的信息交换都是通过总线来实现。按照传递信息的不同，总线可分为数据总线、地址总线和控制总线三种。数据总线主要用于传送数据和指令，其导线数必
42、须与数据的位数对应。地址总线用来传递地址码，其导线数与地址码的位数和传送方式相关。控制总线是用来连接微型计算机内的各个元器件。总线技术是用来提高计算机速度的关键技术，为了实现车载各个电子控制系统的高速通信，现在中高档车大多已采用了控制器局域网络通讯总线（CAN 总线）技术。一般而言，用于汽车上的CPU是8位的。而有些控制系统需要处理大容量的数据时，可能会使用16位甚至时32位的高速大容量计算机。3、输出回路输出回路是单片机与执行器的连接部件，其功能是根据单片机发出的指令，控制执行器的工作。由单片机输出的电压是较低的电信号（如脉冲），一般为5V，这样的信号一般是不能直接驱动执行元件工作的，因此必
43、须通过输出回路对控制指令进行功率放大、译码或者D/A转换，编程可以驱动执行元件的强电信号。2.1.4 执行器执行器是能将电信号转换成机械运动的机构或装置。执行器的作用是按照ECU的指示进行动作，主要是完成ECU发出的各种指令。ECU的指令以电信号的形式存在，执行器将电信号转换成力或位移等物理量21。汽车电子控制系统中常用的执行器有以下几种：1、各种微型电机，如步进电机、直流电机等；2、各种电磁阀，如自动变速系统的换挡电磁阀、锁止电磁阀，防抱死制动系统（ABS）的两位两通电磁阀、三位三通阀等；3、电动燃油泵，用于提供发动机电子控制系统规定压力的燃油；4、电磁燃油器：用于接收ECU发出的喷油脉冲信
44、号，计量燃油喷射量；5、怠速控制阀（ISC,Idle Speed Control Valve）：用于调节发动机的怠速控制；2.2 记忆存储式控制器的功能总体而言，本文所研究的记忆存储式后视镜和座椅控制器需要实现的基本功能是能实现对后视镜的上下和左右方向的转动调节，对座椅的前后滑动、作为前升降、后升降、椅背角度的调节，对后视镜和座椅位置的记忆存储和调用。其基本功能的具体细节描述如下：1、工作电压在915V时均能正常工作；2、能够调节左、右后视镜上下转动和左右转动各两个位置；3、能够调节座椅前升降、后升降、前后滑动以及椅背角度四个位置；4、能够同时存储驾驶员调整后的后视镜和座椅位置；5、能够调用驾
45、驶员存储的后视镜和座椅的位置；6、一共可以记录3组位置信息；7、键盘调整操作采用点动式；8、同一时间，只接受一个调节信号，即只允许进行一个电机一个方向调节；9、断电时，储存的位置状态信息不会丢失；10、防止因误操作更改存储器中存储的镜面和座椅位置状态；11、对键盘控制键操作成功时有显示；12、在车门未关的情况下，屏蔽所有功能键；13、在汽车行驶时，同样也屏蔽所以调节功能键。2.3 控制方式的选择2.3.1 控制方式及其发展在汽车电子控制系统发展的过程中可以发现，汽车电子控制系统按发展的顺序出现过单一控制系统、集中控制系统和网络控制系统三种22。单一控制系统是汽车电子控制早期采用的的电子控制方式
46、，是由ECU控制汽车上某个部件以实现某种单一功能的系统。当时的汽车电子控制系统受限于车用ECU的性能等客观因素，无法达到比较高的性能。例如当时出现的电控汽油喷射系统，电子控制防抱死制动装置（ABS）和发动机集成电路调节器等。集中控制系统是由一个ECU集中控制汽车上一个或者若干个部件以实现多种功能的控制系统。集中控制系统的出现是由于计算机技术的迅速发展以致计算机运算速度和精度得到了极大的提高。这一时期的电子控制系统发展首先是集中在发动机控制部分，由点火系统开始，逐步扩展到控制排气再循环、控燃比、怠速转速等部分，后来称之为发动机集中控制系统。网络控制系统也叫做分布式控制系统，是由不同的ECU控制汽
47、车上不同的部件实现不同的功能，而各个ECU之间通过汽车总线连接23。网络总线一般也叫做现场总线（Fieldbus），是使得微机化测量设备之间实现双向串行多节点数字通行的系统。实际上现场总线就是使ECU之间有了数字通信能力，而将ECU连接在一起实现数据信息共享。常用的现场总线有控制器局域网络（CAN）总线、局部操作网络（Lon Works）总线、过程现场总线（Profibus）、本地互联网络（LIN）等24。使用最为广泛的是CAN总线。2.3.2 基于CAN总线的分布式控制系统现在汽车的电子控制系统中应用最广的是基于CAN总线的分布式控制系统。CAN总线是现场总线的一种，是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络24。CAN总线作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接成网络系统，实现分布式管理网络，属于局域网、总线型的结构，简单而且能满足汽车控制的需要。国外对于CAN总线的研究已经趋于成熟化，形成了国际标准，广泛应用于欧美轿车。国内的一汽大众BORA、上海大众PASSAT、南京菲亚特的SIENA和PALIO、北京现代SONATA等都在车身的控制中使用了CAN总线技术，但是这些技术都是
