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          數字信號控制器在汽車設計中的應用
          2022-08-22 328

          汽車設計從過去單純的機械式系統,到如今常常包含多達100個微處理器的現代汽車,已經走過了很長的歷程。傳統汽車上用到電子器件的部分僅僅是那些娛樂設施,常見的是汽車收音機。直到有關諸如廢氣排放量和節油性等汽車各方面性能的政府規定出臺以后,對汽車功能的電子控制才開始變得越來越普遍。初時,某些功能是依靠分立式硬件元件或數字邏輯執行的。隨著單片機(MCU)等嵌入式處理器解決方案的出現,使用MCU來代替固定硬件的好處正逐步顯現,這是因為設計者可以對MCU進行編程以執行模塊所要求的特定任務。汽車設計中大量采用了各種MCU,從用在轉動擋風玻璃雨刮器和開門等功能的簡單的8位MCU到控制引擎的復雜32位MCU。這個范圍的中間是大量的16位MCU,它們本身在計算能力、存儲容量、功耗和外設特性方面也呈現出相當大的多樣性。為每個獨立的汽車子系統選擇合適的處理器,并在不同的子系統間合理地分配處理能力,對汽車產品的性能、可靠性和增強功能起著至關重要的作用。

          數字信號控制器:單片機和數字信號處理器領域的佼佼者

          大多數汽車控制和監視操作都需要大量的數學運算。例如,在引擎預熱階段,空氣流量(MAF)傳感器和引擎轉速計(以每分鐘轉數(RPM)表示)的輸出數據會被MCU采樣,然后需要根據測得的數值,計算出要求噴射到每個汽缸的燃油量,公式如下:F=MAF/(K*N*RPM/120)

          其中,K是給定潤滑劑溫度下的理想(常數)空氣-燃油比,N是汽缸的數量。

          上面的計算不僅涉及準確的乘法和除法,還須對要射入的燃油量進行重復計算以適應快速變化的引擎工作條件。因此,當廢氣含氧量(EGO)傳感器已預熱充分,能夠測量廢氣的質量時,須持續監視EGO傳感器的輸出數據,以調節燃油噴射速率,從而獲得較佳的引擎性能并減少廢氣的排放量。

          計算密集型操作的其他實例還有:

          a)對來自各種傳感器的數據進行有限沖激響應(FIR)或無限沖激響應(IIR)濾波,以**噪聲。應用實例:引擎爆震檢測、熄火檢測或在持續監視燃油液位時**油料晃動的影響。

          b)進行快速傅立葉變換(FFT)對數據進行分析,以在后續的處理階段使用頻譜。應用實例:主動振動控制或排氣噪聲**。

          c)根據傳感器輸入數據的數量級,對其進行定標,以及歸一化和線性化處理。

          d)比例-積分(PI)或比例-積分-微分(PID)控制算法。應用實例:導航控制。


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