關(guān)于數(shù)字信號(hào)控制器在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　　汽車設(shè)計(jì)從過去單純的機(jī)械式系統(tǒng)，到如今常常包含多達(dá)100個(gè)微處理器的現(xiàn)代汽車，已經(jīng)走過了很長的歷程。傳統(tǒng)汽車上用到電子器件的部分僅僅是那些娛樂設(shè)施，最常見的是汽車收音機(jī)。直到有關(guān)諸如廢氣排放量和節(jié)油性等汽車各方面性能的政府規(guī)定出臺(tái)以后，對(duì)汽車功能的電子控制才開始變得越來越普遍。最初，某些功能是依靠分立式硬件元件或數(shù)字邏輯執(zhí)行的。隨著單片機(jī)(MCU)等嵌入式處理器解決方案的出現(xiàn)，使用MCU來代替固定硬件的好處正逐步顯現(xiàn)，這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)者可以對(duì)MCU進(jìn)行編程以執(zhí)行模塊所要求的特定任務(wù)。汽車設(shè)計(jì)中大量采用了各種MCU，從用在轉(zhuǎn)動(dòng)擋風(fēng)玻璃雨刮器和開門等功能的最簡單的8位MCU到控制引擎的復(fù)雜32位MCU。這個(gè)范圍的中間是大量的16位MCU，它們本身在計(jì)算能力、存儲(chǔ)容量、功耗和外設(shè)特性方面也呈現(xiàn)出相當(dāng)大的多樣性。為每個(gè)獨(dú)立的汽車子系統(tǒng)選擇合適的處理器，并在不同的子系統(tǒng)間合理地分配處理能力，對(duì)汽車產(chǎn)品的性能、可靠性和增強(qiáng)功能起著至關(guān)重要的作用。

　　數(shù)字信號(hào)控制器：單片機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理器領(lǐng)域的佼佼者

　　大多數(shù)汽車控制和監(jiān)視操作都需要大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算。例如，在引擎預(yù)熱階段，空氣流量(MAF)傳感器和引擎轉(zhuǎn)速計(jì)(以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)表示)的輸出數(shù)據(jù)會(huì)被MCU采樣，然后需要根據(jù)測得的數(shù)值，計(jì)算出要求噴射到每個(gè)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(shù))空氣-燃油比，N是汽缸的數(shù)量。

　　上面的計(jì)算不僅涉及精確的乘法和除法，還必須對(duì)要射入的燃油量進(jìn)行重復(fù)計(jì)算以適應(yīng)快速變化的引擎工作條件。因此，當(dāng)廢氣含氧量(EGO)傳感器已預(yù)熱充分，能夠測量廢氣的質(zhì)量時(shí)，必須持續(xù)監(jiān)視EGO傳感器的輸出數(shù)據(jù)，以調(diào)節(jié)燃油噴射速率，從而獲得最佳的引擎性能并減少廢氣的排放量。

　　計(jì)算密集型操作的其他實(shí)例還有：

　　a)對(duì)來自各種傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行有限沖激響應(yīng)(FIR)或無限沖激響應(yīng)(IIR)濾波，以消除噪聲。應(yīng)用實(shí)例：引擎爆震檢測、熄火檢測或在持續(xù)監(jiān)視燃油液位時(shí)消除油料晃動(dòng)的影響。

　　b)進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以在后續(xù)的處理階段使用頻譜。應(yīng)用實(shí)例：主動(dòng)振動(dòng)控制或排氣噪聲消除。

　　c)根據(jù)傳感器輸入數(shù)據(jù)的數(shù)量級(jí)，對(duì)其進(jìn)行定標(biāo)，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(yīng)用實(shí)例：導(dǎo)航控制。

　　圖1描繪了一個(gè)簡化的引擎控制系統(tǒng)，它本身就是汽車中各種處理器所執(zhí)行任務(wù)的一部分。