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防汽車(chē)誤起動(dòng)齒輪碰撞線路的設(shè)計(jì)

2019-01-10 06:57麥冬玲黃國(guó)光蒙輝
科技視界 2019年36期
關(guān)鍵詞:起動(dòng)機(jī)單片機(jī)線路

麥冬玲 黃國(guó)光 蒙輝

【摘 要】人們?cè)隈{駛汽車(chē)的過(guò)程中,誤打起動(dòng)機(jī),當(dāng)起動(dòng)機(jī)小齒輪將要接觸飛輪齒圈時(shí),傳感器感應(yīng)將信號(hào)傳給控制元件,控制元件又把信號(hào)傳給執(zhí)行元件,執(zhí)行元件產(chǎn)生動(dòng)作,將電磁開(kāi)關(guān)電源線斷開(kāi),就可以切斷起動(dòng)機(jī)小齒輪與飛輪齒圈的嚙合??梢苑乐蛊?chē)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪和起動(dòng)機(jī)小齒輪不正常嚙合,保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪和起動(dòng)機(jī),保證汽車(chē)的安全。所以研究“防汽車(chē)誤起動(dòng)齒輪碰撞線路的設(shè)計(jì)”切斷起動(dòng)機(jī)小齒輪與動(dòng)態(tài)飛輪齒圈的嚙合,起到保護(hù)齒輪的作用,延長(zhǎng)零件使用壽命具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】起動(dòng)機(jī);線路;單片機(jī);設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào): U462.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 2095-2457(2019)36-0012-003

DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.36.005

0 引言

從世界上第一汽車(chē)的誕生到現(xiàn)在,汽車(chē)的發(fā)展僅有133年,在城市、鄉(xiāng)村、大街小巷,無(wú)處不看到汽車(chē)的身影。人們生活水平的提高、汽車(chē)擁有量在不斷增加和汽車(chē)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大,如今我們的出行都離不開(kāi)汽車(chē),根據(jù)中國(guó)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展研究的報(bào)告顯示,進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),我國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)量和保有量均呈高速增長(zhǎng)趨勢(shì),2018年中國(guó)汽車(chē)保有量已突破2億數(shù)量,隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展、電子技術(shù)在汽車(chē)上的應(yīng)用比比皆是,傳感器的應(yīng)用更加廣泛,如氧傳感器、曲軸位置傳感器、水溫傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、進(jìn)氣溫度壓力傳感器、爆震傳感器等,期待起動(dòng)機(jī)傳感器的誕生拭目以待。單片機(jī)的研制也是熱門(mén)的話題,汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、ABS控制單元等都有單片機(jī),因此研究汽車(chē)“傳感器+單片機(jī)+繼電器”應(yīng)用領(lǐng)域,用于汽車(chē)起動(dòng)線路顯得尤為重要。

1 起動(dòng)線路分析

1.1 傳統(tǒng)起動(dòng)線路

1.1.1 起動(dòng)方式類(lèi)型

傳統(tǒng)的汽車(chē)起動(dòng)方式很多,歸納如下:

(1)手動(dòng)變速器,置空檔,拉駐車(chē)制動(dòng)器桿,起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī);

(2)手動(dòng)變速器,置空檔,踩離合器踏板,起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī);

(3)自動(dòng)變速器,置N檔,起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī);

(4)自動(dòng)變速器,置N檔,踩制動(dòng)踏板,起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

1.1.2 起動(dòng)線路簡(jiǎn)圖

不帶起動(dòng)繼電器的起動(dòng)電路。

圖1

1.1.3 起動(dòng)線路工作原理

目前,現(xiàn)有的起動(dòng)控制線路和工作原理如下:

回路一:蓄電池+→點(diǎn)火開(kāi)關(guān)→起動(dòng)機(jī)電磁開(kāi)關(guān)S→電磁開(kāi)關(guān)中的保持線圈和吸引線圈→直流電動(dòng)機(jī)M→蓄電池-。

此時(shí),電磁開(kāi)關(guān)中的鐵芯在通電的狀態(tài)下產(chǎn)生吸力,T型接觸盤(pán)往右移動(dòng),接觸盤(pán)分別與主觸頭1、2接觸。T型接觸盤(pán)往右移動(dòng)的同時(shí),通過(guò)撥叉將起動(dòng)機(jī)小齒輪往外推,使小齒輪與飛輪齒圈嚙合。

回路二:蓄電池+→觸頭1→觸頭2→直流電動(dòng)機(jī)M→蓄電池-。

此時(shí),蓄電池放電,產(chǎn)生200-400A的電流,電流通過(guò)轉(zhuǎn)子線圈,受磁場(chǎng)力的作用,使獲得很大的轉(zhuǎn)矩,帶動(dòng)起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),使起動(dòng)機(jī)小齒輪有足夠的轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)飛輪齒圈轉(zhuǎn)動(dòng),飛輪慢速旋轉(zhuǎn),發(fā)動(dòng)機(jī)工作,松開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān),回到點(diǎn)火開(kāi)關(guān)一檔,起動(dòng)檔斷開(kāi),起動(dòng)機(jī)電磁開(kāi)關(guān)無(wú)電,起動(dòng)機(jī)小齒輪在彈簧力的作用自動(dòng)回位,起動(dòng)機(jī)齒與飛輪齒圈分離。

可見(jiàn)以上起動(dòng)線路都沒(méi)有考慮發(fā)動(dòng)機(jī)在工作狀態(tài)下,人為地誤打起動(dòng)機(jī)的情況。從而使起動(dòng)機(jī)小齒輪與飛輪齒圈不同步嚙合,產(chǎn)生撞擊聲,使得齒輪易崩齒。

1.2 新型起動(dòng)線路

為解決上述問(wèn)題,下面提供一種汽車(chē)新型起動(dòng)線路,可以防止汽車(chē)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪和起動(dòng)機(jī)不正常嚙合,保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪和起動(dòng)機(jī),保證汽車(chē)的安全。

為實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型起動(dòng)線路采取的技術(shù)方案為:

1.2.1 新型起動(dòng)線路的機(jī)理

圖2

新型起動(dòng)線路,包括傳感器、控制元件和執(zhí)行元件。傳感器為發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的氧傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器,安裝在汽車(chē)飛輪上,用于進(jìn)行馬達(dá)齒與飛輪之間距離的檢測(cè),并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制元件;控制元件為單片機(jī),采用51系列的AT89S51或者STC89C52單片機(jī),控制元件負(fù)責(zé)接收傳感信號(hào),并將信號(hào)傳遞給執(zhí)行元件;執(zhí)行元件為特制的繼電器,安裝在起動(dòng)機(jī)電磁開(kāi)關(guān)之前,執(zhí)行元件產(chǎn)生動(dòng)作,將電磁開(kāi)關(guān)電源線斷開(kāi),從而切斷起動(dòng)機(jī)小齒輪與飛輪齒圈的嚙合。

1.2.2 傳感器分析

(1)發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器。

氧傳感器主要是檢測(cè)汽車(chē)尾氣排放含氧氣量的多少,將這一數(shù)據(jù)反饋給ECU,氧氣多說(shuō)明可燃混合氣體稀,氧氣少說(shuō)明可燃混合氣體濃,控制單元根據(jù)氧傳感器的信號(hào)合理調(diào)整噴油的大小,使混合氣體達(dá)到最佳的空燃比,使燃料完全燃燒,發(fā)動(dòng)機(jī)功率增大,節(jié)能。通過(guò)試驗(yàn),根據(jù)汽車(chē)傳感器功能分析,該傳感器不適合運(yùn)用于本項(xiàng)目設(shè)計(jì),由于該傳感器檢測(cè)的是尾氣,汽車(chē)尾氣的濃與稀程度存在不確定因素,不能明確的表達(dá)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)是否正常轉(zhuǎn)動(dòng)。

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器。

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器即曲軸或凸輪軸位置傳感器,它是將曲軸或凸輪軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電量輸出的一種儀器。按信號(hào)形式的不同可分為模擬式和數(shù)字式兩種。曲軸或凸輪軸位置傳感器用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和活塞上止點(diǎn)位置。只有活塞在不同的位置,曲軸才旋轉(zhuǎn),發(fā)動(dòng)機(jī)就工作。該傳感器適合運(yùn)用于本項(xiàng)目的設(shè)計(jì),不論是模擬式或數(shù)字式信號(hào),經(jīng)過(guò)整流濾波后,都變成一個(gè)穩(wěn)定的直流信號(hào)。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作后,該傳感器會(huì)返回一個(gè)3V以上的直流電壓信號(hào)。

1.2.3 控制電路的設(shè)計(jì)

1)電路的組成框圖

圖3

(1)最小系統(tǒng)由復(fù)位電路和晶振電路組成,主要是穩(wěn)定和控制起動(dòng)的時(shí)間,起動(dòng)3-5秒后指示燈亮,發(fā)動(dòng)機(jī)工作后誤鈕點(diǎn)火開(kāi)關(guān)起動(dòng)擋,指示燈滅。

(2)電源由汽車(chē)蓄電池提供,它的作用是使起動(dòng)機(jī)有足夠的轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng),另提供傳感器信號(hào)及單片機(jī)、限時(shí)器電源的電壓。

(3)傳感器信號(hào)采集由曲軸位置傳感器或凸輪軸位置傳感器完成,它的作用是獲取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸或凸輪軸準(zhǔn)確角度位置,提供給主控MCU輸入系統(tǒng),MCU通過(guò)數(shù)據(jù)處理,控制噴油器最佳噴油時(shí)間。

(4)信號(hào)處理可由整流橋、穩(wěn)壓管等元件組成,它的作用是把記錄在汽車(chē)傳感器上的信號(hào)進(jìn)行處理,以便抽取出3V以上的高平直流電壓的過(guò)程。

(5)控制電路由單片機(jī)組成,它的作用是負(fù)責(zé)接收傳感信號(hào),并將信號(hào)傳遞給繼電器。

2)電路原理圖

圖4

總體電路工作原理:首先構(gòu)成單片機(jī)的最小系統(tǒng),使單片機(jī)能正常工作,在程序中一直對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器信號(hào)進(jìn)行判斷,曲軸位置傳感器返回一個(gè)低電平信號(hào),說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)還沒(méi)起動(dòng),則繼電器打開(kāi)(閉合),允許起動(dòng)機(jī)通電,從而帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng);如果曲軸位置傳感器返回一個(gè)大于3V的高電平信號(hào),則表明發(fā)動(dòng)機(jī)已正常起動(dòng),控制繼電器關(guān)閉(斷開(kāi)),起動(dòng)機(jī)不通電,起動(dòng)機(jī)小齒輪和飛輪齒圈不能進(jìn)入嚙合狀態(tài),起動(dòng)機(jī)小齒輪就不會(huì)跟發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪碰撞而造成熄火。

1.2.4 元器選擇

圖5

反復(fù)實(shí)驗(yàn),元件選擇10uF電解電容2個(gè);30pF瓷片電容2個(gè);0.1uF電解電容2個(gè);33uF電解電容1個(gè);220uF/16V電解電容1個(gè);104瓷片電容2個(gè);47uF/16V電解電容1個(gè);電源轉(zhuǎn)換器1個(gè);Head 4H觸發(fā)器1個(gè);小功率LED 3個(gè);10千歐電阻2個(gè);120歐電阻1個(gè);延時(shí)速短開(kāi)關(guān)1個(gè);普通開(kāi)關(guān)1個(gè);AT89C52單片機(jī)1個(gè);KBP310整流橋1個(gè);LM317T可調(diào)穩(wěn)壓管1個(gè);7805穩(wěn)壓管1個(gè);IN4007整流二極管3個(gè);11.0592MHZ晶振管1個(gè)等元件。

1.2.5 AT89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目通過(guò)AT89C52單片機(jī)不斷檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器是否返回電壓信號(hào),來(lái)控制繼電器,從而間接控制汽車(chē)起動(dòng)機(jī),防止駕駛員誤點(diǎn)火,導(dǎo)致汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火事件。

(1)主程序

圖6

(2)單片機(jī)

設(shè)計(jì)的電路,默認(rèn)狀態(tài)下,繼電器是打開(kāi)的,由單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)到霍爾傳感器的信號(hào),判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否起動(dòng),使繼電器執(zhí)行動(dòng)作。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器檢測(cè)有1信號(hào),說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸已轉(zhuǎn)動(dòng),關(guān)閉繼電器;當(dāng)曲軸位置傳感器檢測(cè)為0信號(hào),說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸未轉(zhuǎn)動(dòng),打開(kāi)繼電器。另外,還可以控制起動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)短,發(fā)動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)3-5秒,發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后扭動(dòng)的鑰匙還不回位,繼電器也可延遲3秒鐘斷開(kāi)與起動(dòng)機(jī)電磁開(kāi)關(guān)連接的電路,從而使得駕駛?cè)思词乖倥?dòng)鑰匙到起動(dòng)位置也不會(huì)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),從而很好地避免了人為誤打起動(dòng)機(jī)或打起動(dòng)機(jī)時(shí)間過(guò)久情況的發(fā)生。

2 結(jié)論

通過(guò)利用“傳感器+單片機(jī)+繼電器”對(duì)汽車(chē)起動(dòng)線路的改進(jìn),不僅能控制打起動(dòng)機(jī)時(shí)間長(zhǎng)的缺陷,而且能控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)誤打起動(dòng)機(jī)引起的不良后果,防止汽車(chē)起動(dòng)齒輪長(zhǎng)期嚙合導(dǎo)致不必要的磨損,提高汽車(chē)零件的使用壽命。在不同汽車(chē)上加裝改進(jìn)后的起動(dòng)控制線路,起動(dòng)駕駛將隨心所欲。

【參考文獻(xiàn)】

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