簡(jiǎn)要介紹汽車(chē)控制系統

隨著(zhù)汽車(chē)技術(shù)和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，現代汽車(chē)為提高汽車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟性、安全性、舒適性，以及減少尾氣排放污染而廣泛采用了汽車(chē)控制技術(shù).汽車(chē)性控制系統，包括汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(ABS)、汽車(chē)驅動(dòng)防滑轉系統(ASR)、汽車(chē)電子穩定程序(ESP)、電子感應制動(dòng)控制系統(SBC)、電子制動(dòng)力分配(EBD)、輔助制動(dòng)系統(BAS)、安全氣囊(SRS)和汽車(chē)雷達防碰撞系統;汽車(chē)變速系統的電子控制，包括電控自動(dòng)變速器(EAT)和無(wú)級變速器(CVT);電控自動(dòng)空調(A/C);巡航控制系統(CCS);電子控制懸架(ECS);電控動(dòng)力轉向系統(EPS);中央門(mén)鎖與防盜報警系統;車(chē)載網(wǎng)絡(luò )技術(shù);其他電子控制裝置，包括汽車(chē)電子儀表、汽車(chē)導航系統、汽車(chē)音響系統、汽車(chē)行駛記錄儀和輪胎壓力監測系統的組成、控制原理，以及汽車(chē)電控系統的故障診斷與檢修等內容。

下面我們來(lái)詳細介紹一下汽車(chē)控制技術(shù)中的汽車(chē)自動(dòng)控制技術(shù)。

為了使汽車(chē)控制系統達到車(chē)速控制的要求，在單片機實(shí)時(shí)控制系統總體方案確定后，控制方案的選擇非常關(guān)鍵，目前用于汽車(chē)巡航控制的控制方案主要有PID控制、模糊控制、迭代學(xué)習控制、自適應控制等，它們都有各自的特點(diǎn)。

1.PID控制

PID控制，即比例一積分一微分控制，根據實(shí)際車(chē)速與設定車(chē)速的偏差，實(shí)現汽車(chē)不變參數的巡航控制。

在汽車(chē)行駛過(guò)程中，駕駛員設定一個(gè)車(chē)速給汽車(chē)控制系統，同時(shí)車(chē)速傳感器測得的實(shí)際車(chē)速也輸入控制器，產(chǎn)生實(shí)際車(chē)速和設定車(chē)速的偏差(設為△v)，控制器的比例部分根據偏差的大小輸出相應的控制量，以控制節氣門(mén)的開(kāi)度，使車(chē)速迅速趨近設定車(chē)速?？紤]到偏差一直存在，控制器的積分部分就把偏差積累起來(lái)加大控制量，以消滅偏差，使車(chē)速保持恒定，而微分部分則起預估作用。當△v>0時(shí)，表示偏差在加大，就及時(shí)增加控制量，使△v減小;當△v0 時(shí)，表示偏差在減小，則減小控制量，以避免△v趨近于零時(shí)，又向反方向發(fā)展而引起振蕩。

PID控制具有結構簡(jiǎn)單、參數整定方便的優(yōu)點(diǎn)，在許多場(chǎng)合下都能獲得令人滿(mǎn)意的控制效果。但是由于被控對象的特性比較復雜，具有非線(xiàn)性或時(shí)變的過(guò)程，應用常規PID控制，若參數調整不當，會(huì )使系統不停地振蕩，控制效果不甚理想。有關(guān)PID的算法將在后續章節中詳細介紹。

2.模糊控制

模糊控制是一種模仿人工控制活動(dòng)中人腦的控制策略，運用模糊數學(xué)把人工控制策略用計算機實(shí)現，它是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型的汽車(chē)控制技術(shù)。司機對汽車(chē)的控制，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是一個(gè)模糊控制的過(guò)程。駕駛員駕駛汽車(chē)時(shí)，根據目標車(chē)速與實(shí)際車(chē)速之間的偏差及路面情況，利用自己的經(jīng)驗，決定加速踏板的變化量，從而使汽車(chē)趨近于目標車(chē)速。模仿這一過(guò)程的模糊控制原理框圖如圖2所示。用于汽車(chē)巡航控制的模糊控制器的輸入量一般可選擇設定車(chē)速與實(shí)際車(chē)速的偏差以及偏差的變化率。

模糊控制不依賴(lài)系統的精確數學(xué)模型，因而對系統的參數變化不敏感，其不足之處是模糊控制規則的獲取和模糊隸屬函數形狀的確定是一項費力的工作，而且系統一旦確定，其規則和隸屬函數就確定而不能隨外界和車(chē)輛參數變化進(jìn)行調整。

3.迭代學(xué)習控制

因為汽車(chē)巡航行駛中存在著(zhù)嚴重的非線(xiàn)性和不確定性，特別是巡航控制參數在不同車(chē)速下其值是不確定的，并且運動(dòng)載體對控制的實(shí)時(shí)性要求較高，所以有人將迭代學(xué)習算法應用到了汽車(chē)控制系統中?；诘鷮W(xué)習技術(shù)的汽車(chē)巡航控制原理如圖3所示。利用實(shí)際車(chē)速與設定車(chē)速的偏差，通過(guò)多次的迭代計算得出一個(gè)修正量，進(jìn)一步修正控制器輸出的控制量，從而使實(shí)際車(chē)速更趨近于設定車(chē)速。

迭代學(xué)習控制可以對參數是未知的但是變化的或不變的系統實(shí)施有效控制。相對于其他控制技術(shù)，迭代學(xué)習控制的適應性更廣，實(shí)時(shí)性更強。但其算法復雜，計算機編程困難。

4.自適應控制

由于汽車(chē)自動(dòng)控制系統是一個(gè)本質(zhì)非線(xiàn)性系統，并且汽車(chē)在行駛過(guò)程中受到路面坡度、空氣阻力等外界干擾，因而基于時(shí)不變系統得到的控制方法就難以在各種工況下取得良好的效果，解決的辦法是加入自適應環(huán)節，其控制方法能隨各種因素的變化而實(shí)時(shí)地加以調整，以適應復雜多變的行駛工況。

自適應控制是針對具有一定不確定性的系統而設計的。自適應控制方法可以自動(dòng)監測系統的參數變化，從而時(shí)刻保持系統的性能指標為最優(yōu)。目前用于汽車(chē)巡航控制的自適應控制主要為模型參考自適應控制?；谧赃m應控制的汽車(chē)巡航控制原理如圖4所示。設定車(chē)速同時(shí)加到控制器和參考模型上，由于參考模型的理想車(chē)速和實(shí)際車(chē)速不一致，產(chǎn)生偏差，自適應機構檢測到這一偏差后，經(jīng)過(guò)一定的運算產(chǎn)生適當的調整信號改變控制器參數，從而使實(shí)際車(chē)速迅速趨近于理想車(chē)速，當偏差趨于零時(shí)，自適應調整過(guò)程就停止，控制參數也就調整完畢。當汽車(chē)在行駛過(guò)程中遇到上下坡或是由于風(fēng)力而使車(chē)速發(fā)生變化時(shí)，系統也如上述過(guò)程一樣，對控制器參數進(jìn)行調整。

鑒于自適應控制的上述特點(diǎn)，自適應控制非常適合像汽車(chē)這樣的一類(lèi)非線(xiàn)性系統的控制。在控制過(guò)程中，系統能夠自動(dòng)調整控制參數，使得控制效果更好。