计算机在汽车上的应用 烟台.docx
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计算机在汽车上的应用烟台
烟台工程职业技术学院
汽车工程系汽车检测与维修专业09级
毕业设计（论文）
题目：
计算机在汽车上的应用
姓名王绪仁学号2009110111
指导教师（签名）
二0一二年三月六日
烟台工程职业技术学院毕业设计（论文）
诚信承诺书
本人慎重承诺：
我所撰写的设计（论文）《计算机在汽车上的应用》是在老师的指导下自主完成，没有剽窃或抄袭他人的论文或成果。
如有剽窃、抄袭，本人愿意为由此引起的后果承担相应责任。
毕业论文（设计）的研究成果归属学校所有。
学生（签名）
年月日
目录
前言……………………………………………………………………………（3）
一、计算机控制系统在汽车性能方面的应用………………………………（4）
（一）PLC控制系统…………………………………………………………（4）
（二）面向对象控制系统……………………………………………………（8）
（三）DCS控制系统…………………………………………………………（9）
（四）模块化控制系统………………………………………………………（9）
二、计算机控制系统在汽车监控方面的应用………………………………（10）
（一）车载端计算机控制系统的职能归纳…………………………………（10）
（二）监控端计算机控制系统的职能归……………………………………（10）
三、计算机控制系统在汽车检测方面的应用…………………………………（11）
（一）计算机控制系统在汽车管理检测方面的应用……………………（11）
（二）计算机控制系统在汽车故障检测方面的应用……………………（11）
1计算机控制系统可以为汽车故障检测提供技术支持…………（11）
2计算机远程故障控制系统对汽车行业的现实意义………………（11）
结论……………………………………………………………………………（12）
致谢……………………………………………………………………………（13）
参考文献………………………………………………………………………（13）
计算机在汽车上的应用
王绪仁
（烟台工程职业技术学院汽车工程系汽车检测与维修技术）
[摘要]一直以来汽车工业都是国家经济发展的支柱产业之一。
随着社会的进步，经济的发展以及我国入世以后汽车行业的迅速发展，这就把汽车行业对科技水平需求提升到了一个新的高度。
文章就计算机控制系统在汽车行业中的一些重点应用问题进行了综合论述。
[关键词]计算机控制汽车行业汽车性能测试汽车监控汽车检测
前言
我国入世以后汽车行业得到了迅猛发展，汽车已逐渐成为人们生产和生活中不可或缺的工具。
在近十年里，随着人们对于汽车的舒适性的要求不断提高，各种计算机控制的设备越来越多的应用在汽车上。
例如：
计算机控制的自动变速系统、主动悬架系统、自动空气调节系统、驾驶员座椅自动调节系统、卫星导航系统、带换碟机的多碟CD音响系统、密码防盗系统等。
目前，我国是全世界机动车保有量增长最快的国家（2007年末统计超过2300万辆）。
这也就强烈的促进了汽车行业的发展。
与此同时，现代计算机控制技术已渗透到汽车的各个组成部分，汽车的结构变得越来越复杂，自动化程度也越来越高。
不过对于汽车行业来说，从宏观角度来看计算机控制系统表现最为突出的是在：
汽车出厂前的性能测试、汽车出厂后的监控及汽车检测三大方面。
下面我们首先来看一下：
一、计算机控制系统在汽车性能方面的应用
由于电子技术的飞速发展，测试技术日新月异。
应用先进、成熟的测试技术，是成功开发性能优良、经济实用的汽车性能测试系统的基本原则。
在汽车性能的测试方面，最常见的计算机控制系统包括：
（一）PLC控制系统
可编程序控制器PLC（ProgrammableLogiccontroller）控制系统:
PLC是重要的机电一体化产品，其主要功能是开关量控制。
起初主要用于替代继电器控制，目前已发展到具有模拟控制功能，因而应用范围也有所扩展，形成了以PLC为核心的控制系统模型。
可编程控制器（PLC）由于其运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高、抗干扰性强而广泛应用于各种工业控制部分［1］，在智能现场控制系统中，选用PLC作为控制器是十分有效的。
本文以汽车传动轴防尘罩的检测为背景，着重讨论一种基于PLC控制的模拟汽车传动轴防尘罩实际运行环境的高低温试验箱控制系统的研制。
汽车传动轴防尘罩的作用是防止灰尘、杂质等进入前轮传动轴的连接处，同时也防止高温润滑油从中溢出。
根据有关规定，本系统要求防尘罩在2500转/分下保持其优秀的断裂延展特性，在－60～150℃下，能通过1～6千万次循环试验。
在此情况下，我们受委托对汽车传动轴防尘罩高低温试验箱进行改造，以工控机为人机接口，采用PLC程序控制系统。
1 系统功能分析
传动轴防尘罩温度试验的基本要求是：
在规定的温度下，以一定的转速运行一定的时间。
交替设定温度、转速及时间（最多为4组）循环一定次数构成一个测试阶段。
测试过程最多可设4个阶段，每个测试阶段的循环次数由测试员现场设定。
实验中主要控制量有试验箱内温度（-60～150℃）、传动轴转速（0～1500rpm）、固定角及滑动角角度、测试时间（1～60000分）及阶段循环次数。
测试过程要求调整固定角及滑动角的角度、启动温度控制系统使温度逐步达到设定值、使传动轴在设定的转速下运行规定的时间。
现场设定不同的条件交替测试，循环一定周期。
根据测试要求，系统应具有手动，自动操作功能。
手动操作时，操作人员可以直接控制电机、压缩机、加热器等设备的启停，进行设备维修，调试和试验等；自动操作时，测试装置自动完成整个测试过程。
另外，控制系统还应具有完善的保护功能以保护人员及设备安全。
任何时候都可以强行停止测试。
若测试过程因故障原因终止，需要记录故障原因及测试进展状况。
2 控制系统的设计与实现
2.1 控制系统硬件结构设计
本系统人机界面部分采用台湾研华公司生产的奔腾机，软件部分采用Delphi编程，在系统中协调控制，打印输出，过程值显示，控制核心部件为OMROM的可编程控制器，它负责各控制系统所需要的各种逻辑控制和运算。
被控对象有变频调速系统和温度系统。
变频调速由日本安川公司生产的变频器驱动传动轴电机，使传动轴保持一定的转速。
温度控制系统是一个典型的闭环控制系统，温度测量元件为铂电阻，由PLC控制电加热器及压缩机，实现加热或制冷。
加热系统由三个电加热管组成，制冷系统由两级压缩机组成，其通断由PLC控制。
为实现检测控制要求，本系统采用日本立石（OMRON）公司CPM2A-40CDR-A的PLC作为主控单元。
其输入点数为24点，输出点数为16点。
该PLC具有体积小，重量轻，运行可靠，保护方便等特点。
系统除了基本的开关量的输入/输出外，还配有模拟量的输入/输出扩展单元。
模拟量输入单元用于接收Pt100热电阻温度信号，模拟量输出单元控制变频器输出频率，实时检测全部模拟信号，进行工程量转换，并与设定的上下值比较，开关量单元用于控制电机的启停，故障的报警等。
PLC的I/O分配和功能如图1所示。
2.2变频器控制系统
本系统的传动轴转速由变频器控制。
控制部分主要由PLC、变频器、光电接近开关组成。
传动轴旋转部分采用日本SANKEN公司IF－7.5K变频器驱动变频电机。
采用转速闭环矢量控制，调速范围0～2500r/min,调速精度<0.02%。
PLC通过模拟量输出单元将0～6000的数字量信号转换成4～20mA电流信号给变频器作为频率输出设定。
传动轴实际转速反馈信号由PG光电接近开关检测输出，其输出脉冲经PLC计算作为电机的速度负反馈信号。
根据生产工艺对系统运行时稳态精度及跟随能力的要求，变频器内部的PID调节器设定为比例积分调节方式，由PLC的速度给定值与由脉冲编码器检测的现场速度反馈值比较后，得到速度偏差，经比例积分控制器处理后，输出的二次电流信号作为频率输出，送矢量控制系统，控制电机运行。
恒功率的分界点以及它们的频率范围内的P.I值，由现场负荷调试确定，已达到最佳运行效果。
因为转角电机的频繁快速启停，制动时经常会产生很高的泵升电压，因所选变频器为交-直－交电压源时，泵开电压不能回馈电网，故采用制动单元并配以电阻加以吸收。
当变频器直流电路升高到一定值（660VDC）时，制动单元中的IGBT管被触发导通，接通制动电阻回路，将转角电机的回馈电能消耗在制动电阻上，以满足快速停止的要求。
2.3温度控制系统
试验箱内的温度调节范围为－60℃～150℃，具体值由操作员现场设定。
系统加热时采用三个晶闸管控制的电加热管，合上主回路的操作开关，整个加热装置开始运行，未达到设定温度时，固态继电器SSR1吸合，1号加管加热，系统逐级开启2号，3号加热管。
达到设定温度时，进入保温阶段，采用控制3号，2号加热器的输出通断来调功调温。
［2］使用控制箱风机来保证温度均匀变化。
如果箱内温度达到高温界限，系统将会报警。
单级蒸汽压缩制冷所能达到的蒸发主要取决于冷凝温度及压力比，对于氟利昂制冷剂，一般压力不超过10，这样采用单级蒸汽压缩制冷循环，一般只能制取-20～-40℃的低温因此采用单级蒸汽压缩制冷循环将无法满足本系统制取-60℃低温的要求，在此情况下，决定采用两台低温压缩机组成的复叠式制冷系统，两级复叠制冷系统将第一级蒸发器与第二级冷凝器复叠在一起，使第二级低温制冷剂在－35℃左右冷凝，在－80℃左右蒸发，以获得系统所需要的低温。
［3］
3 PLC控制系统的软件设计
为了方便调试和编程，整个软件系统采用模块化编程，主要由手动运行模块，自动运行模块和故障诊断和报警模块。
在软件编制时，采用了一些抗干扰措施，增强了整个系统的抗干扰能力，在计算机上可以实现实时操作，控制并观察现场各设备的运行情况。
当系统处于手动运行时，PLC接收各设备状态，由此判断各设备的运行状态，可单独运转变频电机、加热器、制冷系统的压缩机。
便于系统的调试和维修。
系统自动运行时，只须按照计算机屏幕提示，设置操作参数，，试验即完全自动进行下去，并在计算机屏幕上实时显示各设备参数。
试验过程中或试验结束后，均可按照提示选择打印方式打印。
以下重点介绍温度控制子程序。
由于系统采用三套晶闸管控制的电加热器。
常用的控制方式有两种：
一种是分段开关控制，根据温度的高低，逐级开启或关闭加热器。
这种方法温度偏差大，精度较低。
另一种是PWM脉宽调制，在PLC中实现PWM程序比较复杂。
回路中的电加热器为满足温度恒定的需要，经常切换工作状态，而常规的电磁继电器开关触电易磨损，寿命短。
所以对第一种方法进行改进［4］。
由于系统是二阶系统，在系统温度下降时，增加加热管，温度由于惯性的原因，温度继续下降一段时间后再上升，同样减少加热管，温度会上升一段时间后再下降。
我们将前后两次测量值进行比较，得到温度偏差e，系统根据e来控制加热器的状态转换。
当e较大时，此时通过逐级打开加热器来调整温度。
启停切换顺序为：
启动顺序：
1＃ 2＃ 3＃；停止顺序：
3＃ 2＃ 1＃；温度的变化值e:
e=Ti－Ti－1。
其中Ti ,Ti－1分别是本次温度采样值与前次温度采样值，并记试验箱温度允许上限为HSP，允许下线为LSP。
PV为温度测量值。
考虑到前后两个采样周期的变化温度e变化不大。
当当前温度值PV＋前一个周期变化温度值e﹥温度设定上限HSP时，就减少加热管。
反之，当PV+e﹤LSP时，就增加电加热管。
程序框图如图三所示。
电气系统已设计了各种保护，并直接作用至断电，其中包括：
缺相保护、过载保护、旁路保护。
其中变频器具有短路、过载等保护功能，当变频器所驱动的电机发生短路、过载等故障时，变频器将自动切断一次供电回路，进入保护状态并输出报警信号，系统把各故障点相应的接触器、短路器等元件的辅助触电接到PLC，PLC扫描输入这些触电的状态，并通过PLC程序将这些状态存放在数据存储区，再结合控制程序和设备预置状态进行逻辑分析，判断设备或元件是否出了问题。
（二）面向对象控制系统
面向对象的控制系统是利用典型基础控制产品，针对特定应用对象进行系统设计和二次开发，二次开发的重点是系统结构、专用系统或部件以及应用软件的开发。
这种系统由于其针对性强，因而能够做到系统紧凑、价格低廉，并能实现EIC（电控、仪控、计算机）一体化。
汽车主动防撞控制系统的研究主要集中在主动防撞预警和驾驶控制模型方面,对防撞控制系统的整体分析建模涉及较少。
因此在分析国内外汽车防撞系统研究的基础上,建立了汽车防撞控制系统整体模型,模型包括雷达传感器、车辆模糊控制器和车辆接口并探讨了车辆跟驰最小安全距离控制算法。
在遵循驾驶员优先的原则下,根据建立的防撞控制模型,利用面向对象方法对汽车防撞控制系统进行了深入的分析和设计,借助UML建模语言,从需求入手,逐步深入,对模糊控制器的模糊事实类、模糊规则类、模糊结果类进行详细的分析设计,建立了系统的静态视图和动态视图。
实践证明该系统模型为汽车主动防撞控制系统研究提供了合理、适用的仿真及结果。
（三）DCS控制系统
分布式控制系统DCS（Distributedcontrolofsystem），DCS是当今汽车过程工业自动化的主控系统，特点是控制分散、操作显示集中、系统具有很高的可靠性和很强的功能。
（四）模块化控制系统
近年来控制模块和模块化控制系统得到发展。
模块化控制系统是以模块为基础，组成高度可配置的、分布式采集控制系统，这种系统当I/O出现故障时，只需要调换故障的模块，而不需替换整个系统。
模块化控制系统的持点是：
结构简单、安装方便、组织灵活、可扩展性较好、可靠性高、维护方便。
二、计算机控制系统在汽车监控方面的应用
从上世纪末90年代，电子信息技术越来越多地进入交通运输部门，并逐渐形成一个崭新的工程领域，即智能交通系统ITS（IntelligentTransPortationSystem）。
所谓智能交通系统，就是通过采用先进的电子技术、信息技术、通信技术等高新技术，对传统的交通运输系统及管理体制进行改造，从而形成一种信息化、智能化、社会化的新型现代交通系统。
（一）车载端计算机控制系统的职能归纳
车载端计算机控制系统的职能可归纳为：
首先，精确定位:
车载监控终端全天候24小时连续不断的接收GPS卫星信号，从而为系统提供车辆的位置和速度，定位精度可达10米。
其次，记忆功能:
车载监控终端具有存储车辆位置/模拟量/异常信息的功能，而且可存储长达两个月的车辆位置/模拟量信息。
第三，控制功能:
车载监控终端接收到监控中心的控制命令后，对车辆执行控制动作。
第四，通信功能:
在GSM网络覆盖范围内，车载监控终端可与监控中心进行数据交换。
最后，防劫报警职能:
在车辆遭受抢劫时，驾驶员触动一个隐蔽报警按钮，即可在自保的同时等待援助。
（二）监控端计算机控制系统的职能归纳
监控端计算机控制系统的职能可以归纳为：
首先，数据预处理:
通信服务器从Internet上接收到车辆的信息之后对信息进行初始的验证、校验、数据日志处理。
并将待处理的信息分发给有处理能力的监控终端。
其次，数据跟踪:
将移动车辆的实时位置以列表的方式显示出来。
第三，跟踪监控功能:
服务器端可以实现对多终端的跟踪监控，系统实现采用TCP/IP协议，采用此协议是因为该协议可以保证信息传输的可靠性和实时性。
第四，报警功能:
终端设备报警分为预报警，实际报警，以及报警解除三级报警状态，这主要为了避免误报警情况发生，当服务器端收到终端设备预报警信息，则弹出报警对话框，并且在预报警车号列表框中列出发出预报警信息的车号，双击其车号可以使系统定位到该车上，预报警情况不会使系统自动定位该车号的终端。
三、计算机控制系统在汽车检测方面的应用
对于计算机控制系统在汽车检测方面的应用，我们需要从汽车管理检测和汽车故障检测两方面来进行分析。
（一）计算机控制系统在汽车管理检测方面的应用
其实也就是常说的“多站点汽车检测动态管理网络系统”主要是利用计算机信息技术实现道路运输管理部门对多个汽车检测站的检测数据进行实时传输与检测结果的自动判断，实现车辆二级维护备案，并实现对道路运输车辆技术状况的实时监控和道路运输车辆相关信息的自动化传输，该系统还可以对汽车维修企业的二级维护车辆的一次检验合格率进行监控，该系统可以应用于所有道路运输管理部门，以及其相应的检测站，利用网络技术实现车辆技术管理及信息传递的自动化，满足交通部4号令的要求。
该系统采用分级分布式星型网络结构，网络各工作站点通过集线器相互连接构成检测系统局域网络，完成数据通信和信息传输;通过调制解调器能方便地与电话网连接，加入Internet国际互联网，实现局域网与局域的远程通信，从而构成广域网。
其车辆检测、办理车辆技术等级评定和二级维护签章实行封闭式自动检测和流水作业办公。
（二）计算机控制系统在汽车故障检测方面的应用
经过多年的发展，目前国内的汽车故障检测维修行业已具相当规模。
大部分汽车综合性能检测站均采用了计算机控制系统，汽车维修企业也应用维修信息管理系统，一定程度上实现了检测自动化和管理科学化。
1计算机控制系统可以为汽车故障检测提供技术支持
通过计算机控制系统完善汽车行业整体信息化之后，维修企业就可以通过一个公共的专家数据库查询需要的维修技巧并将自身的工作经验与同行共享；一个维修企业的配件储存是有限的，但如果将每个维修企业甚至供应商的配件仓储量、型号和规格等登入信息网，可以较好地解决企业配件短缺但一时难以购置的问题；为车主提供周到迅速的服务，应是每个维修企业追求的目标之一，车辆检测不合格需要进厂维修时，维修企业可以通过网络查询到该车辆的原始检测数据和汽车性能曲线，极大地提高维修效率和准确性。
2计算机远程故障控制系统对汽车行业的现实意义
目前我国汽车维修行业已经从完全依靠检查者的感觉和实践经验进行诊断的阶段，发展到了利用专门设备进行综合检测诊断阶段。
计算机远程故障控制系统为传统汽车故障诊断技术进行了很好的补充。
首先，它增加了用于远程诊断的诊断服务器，并预期能与该技术领域力量较强的大型汽车维修企业、科研院所、高等院校或国内外汽车生产厂家建立的故障分析诊断中心互联，同时与相关专家建立一种协作关系，共同为系统提供高效、快捷的远程故障诊断服务。
其次，形成了丰富的诊断数据库和诊断知识库，提高了诊断智能，并通过多手段、多专家协同对故障进行会诊，提高了故障诊断的准确性和可靠性。
再次，远程故障诊断技术同时克服了地域障碍，使用户在行驶过程中也可以对汽车进行故障诊断和状态监测。
结论本文介绍了计算机技术在汽车上应用的基本原理，计算机系统在汽车上应用优点很多：
可以使得汽车设计中线束和接插件的数量大幅度减少，汽车设计时电线束和接插件的布置更加容易；在同样数量电线束的条件下（与传统的汽车电路系统设计相比）可以增加汽车的功能；可以管理的公用信息以及可以提供给驾驶人员的信息大幅度增加；而且可以提高汽车各种控制系统的可靠性等。
计算机系统在汽车上应用，对于汽车（特别是轿车）的设计无疑会带来一次汽车设计上的变革，使汽车的设计人员可以开发出功能更全、更加舒适，并且可靠性更高的令用户满意的汽车。
总的来说，这次毕业设计，使我在基本理论知识的综合运用以及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。
提高了独立思考问题、解决问题创新的能力，为以后的设计工作打下了良好的基础。
致谢
值此毕业设计顺利完成之际，谨向我的指导教师李勇表示衷心的感谢。
此外，还要感谢汽车工程系领导与老师的指导、检查。
这次毕业论文的完成，得到了同组成员同学的大力支持，在此表示最诚挚的谢意！
毕业设计能够顺利完成，是在各位老师的不断督促、严格要求和悉心指导下取得的，并得到了他们的辛勤指导和热情帮助，李勇老师一丝不苟、精益求精、孜孜不倦、开拓进取的精神和渊博的学识、严谨的治学态度将使我终身受益，将激励我在即将来临的工作生活中奋发向上。
在此，谨向诸位老师及同学的鼎力支持和关心表示衷心的感谢，并致以崇高的敬意！
最后，我还要再次对所有为本次毕业设计的完成提供帮助的单位、老师、朋友和同学表示衷心的感谢!
参考文献
[1]扬海泉.汽车故障诊断与检测技术[M].人民交通出版社，2004.
[2]王国军.自动控制理论发展综述[J].微型机与应用,2006.
[3]孙林.智能系统与汽车的智能化技术[J].汽车研究与发展，2007.
烟台工程职业技术学院
毕业（设计）成绩评定评分表
评价基元
评价内涵
满分
实评分
平时成绩
30％
能按时完成毕业设计（论文）各阶段所要求的工作
10
能综合运用所学知识分析与解决问题的能力、独立工作能力和实际动手能力
14
工作态度认真、端正、虚心、严谨，严格遵守纪律
6
小计
30
评阅成绩
30%
能按任务书要求出成果
3
论文结构完整、合理，条理清晰，对实验方案的论述正确
5
能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、整合信息，实验数据可靠,实验结果正确
5
设计用语、格式、图纸（图表）、数据、量和单位符合国家标准，各种资料引用规范
4
视角新颖，主题突出，论据充分，论证有力，分析透彻，计算和结论正确
5
论文中所表述的基本概念清楚，基础知识和专业知识的掌握牢固扎实
6
文字表达通顺无误，字数符合要求
2
小计
30
答辩成绩
40％
答辩时基本概念清楚,基础知识和专业知识的掌握牢固扎实
10
答辩过程中的自述简明无误，语言流畅
10
能正确回答问题,特别是本课题范围内的基本理论和基本技能问题
20
课题范围以外的提问仅作参考,不计分
小计
40
总成绩合计
100
说明：
评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90分（含90分）以上记为优秀,80分（含80分）以上为良好，70分（含70分）以上记为中等，60分（含60分）以上记为及格，60分以下记为不及格。
烟台工程职业技术学院
毕业设计（论文）成绩评定评审等级表
指导教师评审意见
评语：
评定等级：
指导教师（签名）：
答辩小组意见
评语：
评定等级：
负责人（签名）：
学院抽查意见
评语：
评定等级：
负责人（签名）：
升级会员 