汽车换档辅助决策系统的设计.doc

学院毕 业 论 文汽车换档辅助决策系统的设计系 别：专业名称：学生姓名：学 号：指导教师姓名、职称：完成日期200 年 5 月 8 日学院本科毕业论文（设计）开题报告选 题汽车换档智能辅助决策系统的设计院 系专 业学生姓名指导教师本选题的意义及国内外发展状况： 当今世界提倡节能减排，在不降低汽车动力性的条件下改善燃料经济性是汽车研究的一个主要方面。我根据发动机工作特性及汽车换档特性，利用单片机和传感器技术设计了汽车换档智能决策辅助系统，该系统能够根据实时获得的车辆运行状态帮助驾驶员正确地换档，从而使车辆以最佳状态运行，更好地发挥汽车的经济性和动力性，从而达到节约燃料的效果。国内外目前对汽车换档辅助决策系统的研究仍处于初级阶段，仍没有成功地将汽车换档辅助决策系统运用到轿车当中及投放到市场中。国内外发展状况：国内外目前仍没有成功的将汽车换档辅助决策系统运用到轿车当中及投放到市场中。研究内容：在不降低汽车动力性的条件下改善燃料经济性是汽车研究的一个主要方面。根据发动机工作特性及汽车换档特性，利用单片机技术设计了汽车换档智能决策辅助系统，该系统能够根据实时获得的车辆运行状态帮助驾驶员正确地换档，从而使车辆以最佳状态运行，更好地发挥汽车的经济性和动力性。自动变速器使驾驶者易于操控汽车，但是耗油却高于手动变速器。我国目前使用的汽车绝大多数仍为手动变速，不同的换挡时机会对车辆的燃料经济性、动力性、乘坐舒适性造成极大差异。因此，研究最佳换挡规律是当前节能减排形势下的必然要求。研究方法、手段及步骤：根据汽车发动机特性和换档特性，利用单片机实现汽车换档智能辅助决策系统的设计。程序初始化模块包括硬件的驱动和数据的输入。硬件驱动指直接驱动各种硬件资源，主要包括单片机资源和液晶显示器。数据的输入主要有汽车相关参数以及发动机的实验数据。初始数据的处理模块主要功能是根据初始数据计算汽车的发动机最佳工作线和最佳换档规律。信息的采集和处理模块主要功能是从传感器采集数据并对数据进行处理，然后计算发动机的工作点、当前档位并判断换档情况。图所示为判断车辆换档子程序的流程图。显示模块的功能是将上面计算得到的车辆数据实时地显示在上。步骤： 系统设计原理 发动机最佳工作线计算 汽车最佳换档规律的计算 系统设计 系统的硬件设计 系统的软件设计参考文献：1 葛安林，车辆自动变速理论与设计，北京：机械工业出版社，19932 Ge An-lin,cheng Xiu-sheng.Electronically Controlled Au-tomatic Transmission,SAE Paper NO.8522923 何立民，,MCS-51单片计算机， 北京： 北京航空航天大学出版社，19994 电子技术应用 2003年第11期5汽车构造吉林大学陈家瑞 主编 机械工业出版社 20066汽车电器与电子技术孙仁云 付百学 主编 2006汽车换档智能辅助决策系统的设计摘 要当今世界提倡节能减排，在不降低汽车动力性的条件下改善燃料经济性是汽车研究的一个主要方面。我根据发动机工作特性及汽车换档特性，利用单片机和传感器技术设计了汽车换档智能决策辅助系统，该系统能够根据实时获得的车辆运行状态帮助驾驶员正确地换档，从而使车辆以最佳状态运行，更好地发挥汽车的经济性和动力性，从而达到节约燃料的效果。国内外目前对汽车换档辅助决策系统的研究仍处于初级阶段，仍没有成功地将汽车换档辅助决策系统运用到轿车当中及投放到市场中。最佳经济性换档规律能够保证发动机工作在最佳经济性工作区，减少汽车的燃油消耗量，提高整车的燃油经济性，从而达到节能环保的目的。对于手动换档的汽车，如果在其行驶过程中实时地将发动机的最佳工作线和换档时的发动机工作点清晰地显示出来，同时根据该车的最佳换档规律给出换档提示，就可以使驾驶员了解车辆行驶中发动机的工作状况从而进行正确操作，也有利于驾驶员改正不良的操作习惯并纠正错误操作，以充分发挥汽车的经济性和动力性。本文根据汽车的发动机特性、换档特性及车载电子设备的设计要求，利用单片机和传感器实现了嵌入式汽车智能换档辅助决策系统。汽车换档辅助决策的设计早已提出，由于各种因素的影响，国内外目前仍没有成功的将汽车换档辅助决策系统运用到轿车当中及投放到市场中。由于本人对专业课程及单片机学习功底不够深，所以此论文仍有很多纰漏。望指导老师及各位答辩老师多多指正。关键词：换档规律；燃料经济性；单片机；智能决策23The automobile shifts gears the intelligence auxiliary decision systems designAbstractIn todays world to promote energy-saving emission reduction ,in does not reduce under the automobile kinetic condition to improve the fuel economy is an automobile research principal aspect, shift gears the characteristic according to the engine operational factor and the automobile, shifted gears the intelligent decision-making servo system using the monolithic integrated circuit technical design automobile, this system can act according to the vehicles running status which real-time obtains to help the pilot to shift gears correctly, thus causes the vehicles by the optimum condition movement, displays automobiles efficiency and the power well. Domestic and foreign present shifted gears to the automobile to be auxiliary the decision system the research still to be at the initial stage, still did not have to shift gears the automobile to be auxiliary successfully the decision system to utilize the passenger vehicle and puts in the market.In does not reduce under the automobile kinetic condition to improve the fuel economy is an automobile research principal aspect, the best efficiency shifts gears the rule to be able to guarantee that the engine work in the best efficient work area, reduces automobiles fuel oil consumption, enhances complete bikes fuel oil efficiency 12. Regarding automobile which manual shifts gears, if real-time and shifts gears the time engine operating point in its travel process engines best work line to demonstrate clearly, simultaneously acts according to this vehicle to shift gears the rule to give best shifts gears to prompt, may make the pilot to understand in the vehicles travel engines working condition, thus carries on the proper operation, is also advantageous in the pilot corrects the bad operation custom and corrects the wrong operation, by displays automobiles efficiency and the power fully. This article according to the automobile the engine performance, to shift gears the characteristic and the vehicle carries electronic installations design requirements, realized the embedded automobile intelligence using the monolithic integrated circuit to shift gears the auxiliary decision system.Domestic and foreign still did not have the success to shift gears at present the automobile to be auxiliary the decision system to utilize the passenger vehicle and puts in the market. Because myself am not very deep to the special course and the monolithic integrated circuit study foundation of basic skills, therefore this paper still had many careless mistakes. Looks instructs teacher and each position replied that teacher very much points out mistakes.Key words: Shifts gears the rule；fuel economy； monolithic integrated circuit；intelligence decision-makin目 录摘 要IAbstractII1 系统设计方案11.1 变速器概述11.1.1 变速器的作用11.1.2 变速器的形式11.1.3 汽车变速器的一般结构11.1.4 自动变速器的简介21.1.5 自动变速器的工作过程41.1.6 自动变速器的优缺点512 发动机最佳工作线计算61.2.1 发动机工作原理61.2.2 发动机最佳动力性工作线的计算81.2.3 发动机最佳经济性工作线的计算813 汽车最佳换档规律的计算81.3.1 汽车最佳动力性换档规律的计算91.3.2 汽车最佳经济性换档规律的计算92 系统的硬件设计112.1 硬件设计概述及流程图112.2 单片机80C51122.3 ADC转换器132.4 电源电路143 系统的软件设计143. 1 系统的软件设计的概述及流程图143. 2 辅助提示装置电路173. 3 程序部分(见附录A)174 使用方法18附录119附录221参考文献22致 谢231 系统设计方案1.1 变速器概述1.1.1 变速器的作用发动机的输出转速非常高，最大功率及最大扭矩在一定的转速区出现。为了发挥发动机的最佳性能，就必须有一套变速装置，来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度。变速器可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比，通过换挡可以使发动机工作在其最佳的动力性能状态下。1.1.2 变速器的形式1、按传动比的变化方式划分可分为有级式、无级式、综合式。a、有级式变速器：有几个可选择的固定传动比，采用齿轮传动。又可分为齿轮轴线固定的普通齿轮变速器和部分齿轮（行星齿轮）轴线旋转的行星齿轮变速器两种。b、无级式变速器:传动比可在一定范围内连续变化,常见的有液力式,机械式和电力式等。c、综合式变速器：由有级式变速器和无级式变速器共同组成的，其传动比可以在最大值,与最小值之间几个分段的范围内作无级变化。2、按操纵方式划分为强制操纵式、自动操纵式、半自动操纵式。a、强制操纵式变速器：靠驾驶员直接操纵变速杆换档。b、自动操纵式变速器：传动比的选择和换档是自动进行的。驾驶员只需操纵加速踏板，变速器就可以根据发动机的负荷信号和车速信号来控制执行元件，实现档位的变换。c、半自动操纵式变速器：可分为两类，一类是部分档位自动换档，部分档位手动换档；另一类是预先用按钮选定档位，在采下离合器踏板或松开加速踏板时，由执行机构自行换档。1.1.3 汽车变速器的一般结构1.简单式变速器的基本结构：由壳体、传动部分和操纵部分组成。(1)壳体：壳体是基础件，用以安装支承变速器全部零件及存放润滑油。其上有安装轴承的精确镗孔。变速器承受变载荷，所以壳体应有足够的刚度，内壁有加强，形状复杂，多为铸件(材料为灰铸铁，常用HT200)。为便于安装，传动部分和操纵部分常做成剖分式，箱盖与壳体用螺栓联接并可靠定位。壳体上有加油、放油口，油面检查尺口，还应考虑散热。(2)传动部分：是指齿轮、轴、轴承等传动件。轴的几何尺寸通过强度、刚度计算确定。因主要决定于刚度，而碳钢与合金钢弹性模量近乎相等，所以一般用碳钢(常用45钢)。只有齿轮与轴制成一体或轴载荷严重才用合金钢。轴与齿轮多为花键联接(对中性好，能可靠传递动力，挤压应力小等)。轴的花键部分和放轴承处经表面淬火处理。轴多用滚动轴承支承，润滑简单，效率高、径向间隙小，轴向定位应可靠。润滑方式多用飞溅(25ms，只要粘度适宜可甩到壁上)。(3)操纵部分：主要零件位于变速器盖内。2.组成式变速器结构特点：简单式变速器有效率高、构造简单使用方便钧优点矿但档数少，i变化范围小(牵引力、速度范围小)，只宜在档数不多的某些车工采用。若增加i的范围，则使变速器尺寸加大，轴跨度增加，为了既增加档数又不使轴跨度过大，可采用组成式变速器。所谓组成式变速器，通常由两个简单式变速器组合而成，其中档数较多的称为主变速器，较少的称为副变速器。组成式变速器的优点：(1)可以减少齿轮个数，而且档数越多减少齿轮个数的优点愈明显。同简单式变速器相比，它可缩短轴的长度，减少整个变速器的外部尺寸和重量，并且能方便地得到不止一个倒档。所以当前进档数超过六个档时，几乎都用组成式变速器。(2)传动：比变化率大：若主变速器传动比变化率zu=3，副变速器fu=4则=12；若使简单式变速器=12，结构往往很难合理。组成式变速器的缺点：（1）档组间传动比有对应关系，不易使每档的2，(速度及牵引力)都很理想。（2）换档操纵麻烦，有时要操纵两个变速部分，若为插花换档还不便记忆。为了减少操纵动作，最好能顺序换档。为此要求重视档次编排十使第灭档组传动比全部大于第11档组，达到多数相领排档的变换只需操纵主变速的目的，这样才最为方便。1.1.4 自动变速器的简介汽车自动变速器早在1940年已经应用在美国通用的奥兹莫比尔汽车上，这是一台串联式行星齿轮结构的液控变速器。时距60多年的今天，汽车自动变速器已经发生了重大的变化。自动变速器根据汽车速度、发动机转速、动力负荷等因素自动进行升降档位，不需由驾驶者操作离合器换档，使用很方便。特别在交通比较拥挤的城区马路行驶，自动变速器体现出很好的便利性。自动变速器比手动变速器复杂得多，有很多方面不相同，但最大的区别在于控制方面。手动变速器由驾驶员操纵档位，加档或减档由人工操作，而自动变速器是由机器自动控制档位，变换档位是由液压控制装置进行的。 在汽车驾驶中，驾驶员踏下加速踏板（油门踏板），控制节气门开度和汽车的行驶速度（变速器输出轴转速），就能自动控制变速器内的液压控制装置，液压控制装置会利用液力去控制行星齿轮系统的离合器和制动器，以改变行星齿轮的传动状态。 自动变速器的核心控制装置是液压控制装置，液压控制装置由油泵、阀体、离合器、制动器以及连接所有这些部件的液体通路所组成。关键部件是阀体，因此它是自动变速器的控制中心。阀体的作用是根据发动机和底盘传动系的负载状况（节气门开度和输出轴转速），对油泵输出到各执行机构的油压加以控制，以控制液力变矩器，控制各离合器和制动器的结合与分离实现自动换档。 以上是自动变速器的基本控制形式，如果是电子控制自动变速器，就要在上述基础上增加电磁阀，ECU（电控单元）借助电磁阀控制自动变速器工作过程。ECU输入电路接受传感器和其它装置输入的信号，对信号进行过滤处理和放大，然后转换成电信号驱动被控的电磁阀工作。因此，电子控制自动变速器就要增加节气门位置传感器、车速传感器、水温传感器、液压温度传感器、发动机转速传感器、档位开关、刹车灯开关等数字信号汇入ECU，从而使得ECU精确控制电磁阀，使换档和锁止时间准确，令汽车运行更加平稳和节省燃油自动变速器的挡位 一般来说，自动变速器的挡位分为P、R、N、D、2、1或L等。 P(Parking)：用作停车之用，它是利用机械装置去锁紧汽车的转动部分，使汽车不能移动。当汽车需要在一固定位置上停留一段较长时间，或在停*之后离开车辆前，应该拉好手制动及将拨杆推进“P”的位置上。要注意的是：车辆一定要在完全停止时才可使用P挡，要不然自动变速器机械部分会受到损坏。另外，自动变速轿车装置空挡启动开关，使得汽车只能在“P”或“N”挡才能启动发动机，以避免在其他挡位上误启动时使汽车突然前窜。R(Reverse)：倒挡，车辆倒后之用。通常要按下拨杆上的保险按钮，才可将拨杆移至“r”挡。要注意的是：当车辆尚未完全停定时，绝对不可以强行转至“r”挡，否则变速器会受到严重损坏。 N(Neutral)：空挡。将拨杆置于“N”挡上，发动机与变速器之间的动力已经切断分离。如短暂停留可将拨杆置于此挡并拉出手制动杆，右脚可移离刹车踏板稍作休息。 D(Drive)：前进挡，用在一般道路行驶。由于各国车型有不同的设计，所以“D”挡一般包括从1挡至高挡或者2挡至高挡，并会因车速及负荷的变化而自动换挡。将拨杆放置在“D”挡上，驾车者控制车速快慢只要控制好油门踏板就可以了。1.1.5 自动变速器的工作过程自动变速器之所以能够实现自动换挡是因为工作中驾驶员踏下油门的位置或发动机进气歧管的真空度和汽车的行驶速度能指挥自动换挡系统工作，自动换挡系统中各控制阀不同的工作状态将控制变速齿轮机构中离合器的分离与结合和制动器的制动与释放，并改变变速齿轮机构的动力传递路线，实现变速器挡位的变换。传统的液力自动变速器根据汽车的行驶速度和节气门开度的变化，自动变速挡位。其换挡控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号转换成控制油压，并将该油压加到换挡阀的两端，以控制换挡阀的位置，从而改变换挡执行元件（离合器和制动器）的油路。这样，工作液压油进入相应的执行元件，使离合器结合或分离，制动器制动或松开，控制行星齿轮变速器的升挡或降挡，从而实现自动变速。电控液力自动变速器是在液力自动变速器基础上增设电子控制系统而形成的。它通过传感器和开关监测汽车和发动机的运行状态，接受驾驶员的指令，并将所获得的信息转换成电信号输入到电控单元。电控单元根据这些信号，通过电磁阀控制液压控制装置的换挡阀，使其打开或关闭通往换挡离合器和制动器的油路，从而控制换挡时刻和挡位的变换，以实现自动变速。其工作过程如图1-1所示。 图1 电控液力自动变速器的工作过程示意图1-节气门位置传感器 2-液力变矩器 3-行星齿轮变速器 4-车速传感器 5-液压控制装置 6-换挡阀 7-电磁阀1.1.6 自动变速器的优缺点机械齿轮变速器具有效率高，工作可靠，结构比较简单等优点。故被广泛地应用在各种汽车上。但是对于诸如高级小客车、超重型自卸汽车，要求高通过性的军用越野汽车以及城市的大型公共汽车等车型，由于特殊的使用条件和要求，单纯采用机械变速器，虽能适应汽车的一些需要，但还存在不足之处。为适应汽车行驶条件的变化，必须经常换挡。换挡时，被啮合的主动齿轮与被动齿轮转速不一样，使齿轮受到冲击，甚至有时挂不上挡。于是换挡前需要对转速加以调整。例如从高挡换至低挡，先要松油门和离合器，摘掉高挡、结合主离合器、加大油门，再分离主离合器、挂上低挡，使换挡时将要相互啮合的齿轮转速相接近，便于挂挡。这样换挡过程过于复杂，要求司机能够掌握时机，有一定的熟练操作技术。同时，驾驶员踩主离合器踏板时，要消耗很大的体力，容易疲劳。由于换挡时的冲击现象，传动系要受到很大的附加作用力。若汽车在行驶过程中，突然碰到大右块，阻力突增，车速下降。此时发动机工况并未改变，传动系就要“别劲”，使零部件容易损坏或缩短使用寿命。采用液力自动变速器，可弥补机械变速器的某些不足。使用液力自动变速器的汽车具有下列显著的优点：1、大大提高发动机和传动系的使用寿命采取液力自动变速器的汽车与采用机械变速器的汽车对比试验表明：前者发动机的寿命可提高85%，变速器的寿命提高12倍，传动轴和驱动半轴的寿命可提高75%100%。液力传动汽车的发动机与传动系，由液体工作介质“软”性连接。液力传动起一定的吸收、衰减和缓冲的作用，大大减少冲击和动载荷。例如，当负荷突然增大时，可防止发动机过载和突然熄火。汽车在起步、换挡或制动时，能减少发动机和传动系所承受的冲击及动载荷，因而提高了有关零部件的使用寿命。2、提高汽车通过性采用液力自动变速器的汽车，在起步时，驱动轮上的驱动扭矩是逐渐增加的，防止很大的振动，减少车轮的打滑，使起步容易，且更换平稳。它的稳定车速可以降低到低。举例来说：当行驶阻力很大时（如爬陡坡），发动机也不至于熄火，使汽车仍能以极低速度行驶。在特别困难面行驶时，因换挡时没有功率间断，不会出现汽车停车的现象。因此，液力机械变速器对于提高汽车的通过性具有良好的效果。3、具有良好的自适应性目前，液力传动的汽车都采用液力变矩器，它能自动适应汽车驱动轮负荷的变化。当行驶阻力增大时，汽车自动降低速度，使驱动轮动力矩增加；当行驶阻力减小时，减小驱动力矩，增加车速。这说明，变矩器能在一定范围内实现无级变速器，大大减少行驶过程中的换挡次数，有利于提高汽车的动力性和平均车速。4、操纵轻便装备液力自动变速器的汽车，采用液压操纵或电子控制，使换挡实现自动化。在变换变速杆位置时，只需操纵液压控制的滑阀，这比普通机械变速器用拨叉拨动滑动齿轮实现换挡要简单轻松得多。而且，它的换挡齿轮组一般都采用行星齿轮组，是常啮合齿轮组，这就降低或消除了换挡时的齿轮冲击，可以不要主离合器，大大减轻了驾驶员的劳动强度 。综上所述，液力自动变速器不仅能与汽车行驶要求相适应，而且具有单纯机械变速器所不具备的一些显著优点，这是液力自动变速器的主要方面，也是汽车采用液力自动变速器的理由。不过，与单纯机械变速器相比，它也存在某些缺点，如结构复杂，制造成本较高，传动效率较低等。对液力变矩器而言，最高效率一般只有（8286）%左右，而机械传动的效率可达（9597）%。由于传动效率低，使汽车的燃油经济性有所降低；由于自动变速器的结构复杂，相应的维修技术也较复杂，要求有专门的维修人员，具有较高的修理水平和故障检查分析的能力。但这些缺点是相对的，由于大大延长了发动机和传动系统的使用寿命，提高了出车率和生产率，减少了维修费用，自动的无级变速提高了发动机功率的平均利用率，提高平均车速，虽然燃油经济性有所降低，却提高了汽车整体使用经济性。此外，目前还采用一种带锁定离合器的液力变矩器，在一定行驶条件下，通过采用与发动机的最佳匹配，遵循最佳换挡规律，采用变矩器的锁止，可使用传动效率大为提高。当锁定离合器分离时，仍与一般液力变矩器相同；当锁定离合器结合时，使液力变矩器失去作用，输入轴与输出轴是直接传动的，传动效率接近百分之百。 虽然自动变速器使驾驶者易于操控汽车，但是耗油却高于手动变速器。我国目前使用的汽车绝大多数仍为手动变速，不同的换挡时机会对车辆的燃料经济性、动力性、乘坐舒适性造成极大差异。因此，研究最佳换挡规律是当前节能减排形势下的必然要求。12 发动机最佳工作线计算发动机最佳工作线包括发动机最佳动力性工作线和最佳经济性工作线。1.2.1 发动机工作原理发动机是将化学能转化为机械能的机器，它的转化过程实际上就是工作循环的过程，简单来说就是是通过燃烧气缸内的燃料，产生动能，驱动发动机气缸内的活塞往复的运动，由此带动连在活塞上的连杆和与连杆相连的曲柄，围绕曲轴中心作往复的圆周运动，而输出动力的。现在，我们分析一下这个过程： 一个工作循环包括有四个活塞行程（所谓活塞行程就是指活塞由上止点到下止点之间的距离的过程）：进气行程、压缩行程、膨胀行程（作功行程）和排气行程。进气行程在这个过程中，发动机的进气门开启，排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的气缸容积增大，从而使气缸内的压力将到大气压力以下，即在气缸内造成真空吸力，这样空气便经由进气管道和进气门被吸入气缸，同时喷油嘴喷出雾化的汽油与空气充分混合。在进气终了时，气缸内的气体压力约为0.0750.09MPa。而此时气缸内的可燃混合气的温度已经升高到370-400K。 压缩行程为使吸入气缸的可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高，即需要有压缩过程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程，即压缩行程。此时混合气压力会增加到0.6-1.2MPa，温度可达600-700K。在这个行程中有个很重要的概念，就是压缩比。所谓压缩比，就是压缩前气缸中气体的最大容积与压缩后的最小容积之比。一般压缩比越大，在压缩终了时混合气的压力和温度便愈高，燃烧速度也愈快，因而发动机发出的功率愈大，经济性愈好。一般轿车的压缩比在8-10之间，不过现在最新上市的Polo就达到了10.5。暴燃是由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常燃烧。暴燃时火焰以极高的速率向外传播，甚至在气体来不及膨胀的情况下，温度和压力急剧升高，形成压力波，以声速向前推进。当这种压力波撞击燃烧室壁是就发出尖锐的敲缸声。同时，还会引起发动机过热，功率下降，燃油消耗量增加等一系列不良后果。严重暴燃是甚至会造成气门烧毁、轴瓦破裂、火花塞绝缘体被击穿等机件损坏现象。除了暴燃，过高压缩比的发动机还可能要面对另一个问题：表面点火。这是由于缸内炽热表面与炽热处（如排气门头，火花塞电极，积炭处）点燃混合气产生的另一种不正常燃烧（也称作炽热点火或早燃）。表面点火发生时，也伴有强烈的敲缸声（较沉闷），产生的高压会使发动机负荷增加，降低寿命。膨胀行程（作功行程）在这个过程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，火花塞发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气被燃烧后，放出大量的热能，此时燃气的压力和温度迅速增加。其所能达到的最大压力可达3-5MPa,相应的温度则高达2200-2800K。高温高压的燃气推动活塞由上止点向下止点运动，通过连杆使曲柄旋转并输出机械能，除了维持发动机本身继续运转外，其余即用于对外做功。在活塞的运动过程中，气缸内容积增加，气体压力和温度都迅速下降，在此行程终了时，压力降至0.3-0.5MPa，温度则为1300-1600K。排气行程当膨胀行程（作功行程）接近终了时，排球门开启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点移动时，强制降废气强制排到大气中，这就是排气行程。在此行程中，气缸内压力稍微高于大气压力，约为0.105-0.115MPa。当活塞到达上止点附近时，排气行程结束，此时的废气温度约为900-1200K。由此，我们已经介绍完了发动机的一个工作循环，这期间活塞在上、下止点间往复移动了四个行程，相应地曲轴旋转了两周。1.2.2 发动机最佳动力性工作线的计算发动机最佳动力性工作点为发动机的等功率曲线与发动机扭矩曲线的切点，也就是扭矩曲线上功率最大的点。发动机功率为：发动机扭矩为：，其中系数、可以由实验数据拟合得到。根据发动机最佳动力性工作点的定义，构造目标函数：发动机转速范围为： 此为条件极值问题，即在给定的发动机转速范围内求目标函数的极大值点，然后根据发动机功率公式计算出发动机扭矩，这样就可以求出发动机最佳动力性工作点（，）。依次可以求出一系列油门开度下发动机最佳动力性工作点，将这些最佳工作点用曲线连接起来即得到发动机最佳动力性工作线。123 发动机最佳经济性工作线的计算发动机的扭矩曲线为（）发动机的油耗曲线为（）根据发动机的扭矩曲线和油耗曲线可以得到发动机负荷特性曲线。由发动机的负荷特性曲线可以得到发动机的等油耗曲线。发动机最佳经济性工作点即为等油耗曲线与等功率曲线的切点。用求解发动机最佳动力性工作点的方法可以求得发动机最佳经济性工作点，从而得到发动机最佳经济性工作线。13 汽车最佳换档规律的计算汽车换档规律分为最佳动力性换档规律和最佳经济性换档规律。131 汽车最佳动力性换档规律的计算在汽车驱动力图上，动力性换档点为同一油门开度下相邻两档的驱动力曲线的交点。图2所示为相邻两档的动力性换档点。求出这些换档点后，将其转换到油门开度和车速坐标图上，并把这些点连成曲线，就得到该相邻两档的动力性换档规律升档曲线。给出一定的降档速差，就可求出动力性换档规律的降档曲线，这样就求出了动力性换档规律。 图2 所示为相邻两档的动力性换档点132 汽车最佳经济性换档规律的计算在相邻两档不同节气门开度下的牵引力特性图上，按等牵引力条件，设定克服道路阻力的牵引力为某一常数，根据其和相邻两档不同节气门开度下的牵引力特性曲线的交点，可求出对应节气门开度下的车速；根据相应档位下的汽车燃油消耗和车速之间的关系（如图3所示）可求出相应车速下该档位与节气门开度下的油耗；再根据不同牵引力曲线的交点可求出相邻两档的不同油耗点，其连线为相邻两档的油耗线，其油耗线的交点为下的相邻两档最低油耗换档点，如图所示。同理可以求出不同牵引力常数下的相邻两档的最低油耗换档点，其换档点的连线为相邻两档的经济性换档线。用此方法可得到其它相邻两档的经济性换档线。图3油耗特性曲线 Fcon1下的经济性换档点2 系统的硬件设计2. 1 硬件设计概述及流程图 系统的硬件设计如图所示。采用 单机它具有0的和的。传感器有节气门传感器、车速传感器、发动机转速传感器等。节气门位置传感器安装在节气门轴的尾端，采用滑线变阻器的型式，节气门完全关闭时，传感器输出电压为；节气门完全打开时，输出电压为；当节气门不断开大时，其输出电压随之线性增加。对发动机转速和车速的测量采用霍尔传感器，传感器输出的脉冲信号经处理后作为外部中断信号输入到单片机，同时配合定时器的中断服务，就可以由软件计算出发动机转速和车速。 图 系统的硬件设计由于该系统需要存储车辆的各相关参数、发动机特性等数据，因此需要大量的存储空间。为了满足这一要求，同时使该系统适合在其它车型上扩展，采用了静态数据存储器 。它具有的存储空间，可以存储车辆的基本参数以及发动机特性等数据，完全可以满足要求。（液晶显示器）采用的是公司的型号为的显示仪。其分辨率是，制式为，支持色，自带控制器。它的特点是接口简单、编程控制容易。转换器采用，为十位模数转换器。当的脚为低电平时读低位，当其为高电平时读高两位。2. 2 单片机80C51选用内部时钟信号，振荡器和复位电路可由图示7图7 单片机80C5180C51系列单片机采用双列直插式（DIP），QFP44（quad flat pack）和LCC（Leaded chip carrier）形式封装。总线型DIP40 引脚封装（1）电源及时钟引脚（4个）VCC：电源接入引脚；VSS：接地引脚；XTAL1：晶体振荡器接入的一个引脚（采用外部振荡器时，此时引脚接地）；XTAL2：晶体振荡器接入的另一个引脚（采用外部振荡器时，此引脚作为外部振荡信号的输入端）。（2）控制线引脚（4个）RST/VPD：复位信号输入引脚/备用电源输入引脚；ALE/PROG：地址锁存允许信号输入引脚/编程脉冲输入引脚；EA/Vpp:内外存储器选择引脚/片内EPROM（或FlashROM）编程电压输入引脚；PSEN：外部程序存储器选通信号输出引脚。（3）并行I/O引脚（32个，分成4个8位口）P0.0P0.7：一般I/O口引脚或数据/低位地址总线复用引脚；P1.0P1.7：一般I/O口引脚；P2.0P2.7：一般I/O口引脚或高位地址总线引脚；P3.0P3.7：一般I/O口引脚或第二功能引脚。2. 3 ADC转换器图8 ADC转换器A/D转换电路采用了常用的8位8通道数模转换专用芯片ADC0809，电路如图8所示。转速传感器的输出分别接到ADC0809的IN0和IN1。ADC0809的通道选择地址A，B，C分别由89C51的P00P02经地址锁存器74LS373输出提供。当P2.7=0时，与写信号WR共同选通ADC0809。图中ALE信号与ST信号连在一起，在WR信 号的前沿写入地址信号，在其后沿启动转换。例如，输出地址7FF8H可选通通道IN0，实现对转速感器输出的模拟量进行转换；输出地址7FF9H可选通通道IN1，实现对转速传感器输出的模拟量进行转换。图中ADC0809的转换结束状态信号EOC接到89C51的INT1引脚，当A/D转换完成后，EOC变为高电平，表示转换结束，产生中断。在中断服务程序中，将转换好的数据送到指定的存储单元。2.4 电源电路电源电路在本系统中各个芯片与传感器均采用5V直流供电，外部的电源采用一般车载的12直流电3 系统的软件设计3. 1 系统的软件设计的概述及流程图系统软件根据功能可分为：程序初始化模块、初始数据的处理模块、信息采集和处理模块、显示模块，这四个模块的功能是相互独立的，但模块之间又有数据传输的部分，具体传输的数据可以由系统软件主程序流程看出。图所示为系统的主程序流程图。图 所示为系统的主程序流程图程序初始化模块包括硬件的驱动和数据的输入。硬件驱动指直接驱动各种硬件资源，主要包括单片机资源和液晶显示器。数据的输入主要有汽车相关参数以及发动机的实验数据。初始数据的处理模块主要功能是根据初始数据计算汽车的发动机最佳工作线和最佳换档规律。信息的采集和处理模块主要功能是从传感器采集数据并对数据进行处理，然后计算发动机的工作点、当前档位并判断换档情况。图所示为判断车辆换档子程序的流程图。显示模块的功能是将上面计算得到的