簡要介紹汽車控制系統(tǒng)

隨著汽車技術(shù)和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代汽車為提高汽車動力性、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控制技術(shù).汽車性控制系統(tǒng)，包括汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)、汽車驅(qū)動防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)(ASR)、汽車電子穩(wěn)定程序(ESP)、電子感應(yīng)制動控制系統(tǒng)(SBC)、電子制動力分配(EBD)、輔助制動系統(tǒng)(BAS)、安全氣囊(SRS)和汽車雷達防碰撞系統(tǒng);汽車變速系統(tǒng)的電子控制，包括電控自動變速器(EAT)和無級變速器(CVT);電控自動空調(diào)(A/C);巡航控制系統(tǒng)(CCS);電子控制懸架(ECS);電控動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS);中央門鎖與防盜報警系統(tǒng);車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù);其他電子控制裝置，包括汽車電子儀表、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、汽車音響系統(tǒng)、汽車行駛記錄儀和輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的組成、控制原理，以及汽車電控系統(tǒng)的故障診斷與檢修等內(nèi)容。

下面我們來詳細介紹一下汽車控制技術(shù)中的汽車自動控制技術(shù)。

為了使汽車控制系統(tǒng)達到車速控制的要求，在單片機實時控制系統(tǒng)總體方案確定后，控制方案的選擇非常關(guān)鍵，目前用于汽車巡航控制的控制方案主要有PID控制、模糊控制、迭代學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制等，它們都有各自的特點。

1.PID控制

PID控制，即比例一積分一微分控制，根據(jù)實際車速與設(shè)定車速的偏差，實現(xiàn)汽車不變參數(shù)的巡航控制。

在汽車行駛過程中，駕駛員設(shè)定一個車速給汽車控制系統(tǒng)，同時車速傳感器測得的實際車速也輸入控制器，產(chǎn)生實際車速和設(shè)定車速的偏差(設(shè)為△v)，控制器的比例部分根據(jù)偏差的大小輸出相應(yīng)的控制量，以控制節(jié)氣門的開度，使車速迅速趨近設(shè)定車速?？紤]到偏差一直存在，控制器的積分部分就把偏差積累起來加大控制量，以消滅偏差，使車速保持恒定，而微分部分則起預(yù)估作用。當(dāng)△v>0時，表示偏差在加大，就及時增加控制量，使△v減小;當(dāng)△v0 時，表示偏差在減小，則減小控制量，以避免△v趨近于零時，又向反方向發(fā)展而引起振蕩。

PID控制具有結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)整定方便的優(yōu)點，在許多場合下都能獲得令人滿意的控制效果。但是由于被控對象的特性比較復(fù)雜，具有非線性或時變的過程，應(yīng)用常規(guī)PID控制，若參數(shù)調(diào)整不當(dāng)，會使系統(tǒng)不停地振蕩，控制效果不甚理想。有關(guān)PID的算法將在后續(xù)章節(jié)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中人腦的控制策略，運用模糊數(shù)學(xué)把人工控制策略用計算機實現(xiàn)，它是近幾年發(fā)展起來的一種新型的汽車控制技術(shù)。司機對汽車的控制，從本質(zhì)上來說是一個模糊控制的過程。駕駛員駕駛汽車時，根據(jù)目標(biāo)車速與實際車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，從而使汽車趨近于目標(biāo)車速。模仿這一過程的模糊控制原理框圖如圖2所示。用于汽車巡航控制的模糊控制器的輸入量一般可選擇設(shè)定車速與實際車速的偏差以及偏差的變化率。

模糊控制不依賴系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，因而對系統(tǒng)的參數(shù)變化不敏感，其不足之處是模糊控制規(guī)則的獲取和模糊隸屬函數(shù)形狀的確定是一項費力的工作，而且系統(tǒng)一旦確定，其規(guī)則和隸屬函數(shù)就確定而不能隨外界和車輛參數(shù)變化進行調(diào)整。

3.迭代學(xué)習(xí)控制

因為汽車巡航行駛中存在著嚴重的非線性和不確定性，特別是巡航控制參數(shù)在不同車速下其值是不確定的，并且運動載體對控制的實時性要求較高，所以有人將迭代學(xué)習(xí)算法應(yīng)用到了汽車控制系統(tǒng)中。基于迭代學(xué)習(xí)技術(shù)的汽車巡航控制原理如圖3所示。利用實際車速與設(shè)定車速的偏差，通過多次的迭代計算得出一個修正量，進一步修正控制器輸出的控制量，從而使實際車速更趨近于設(shè)定車速。

迭代學(xué)習(xí)控制可以對參數(shù)是未知的但是變化的或不變的系統(tǒng)實施有效控制。相對于其他控制技術(shù)，迭代學(xué)習(xí)控制的適應(yīng)性更廣，實時性更強。但其算法復(fù)雜，計算機編程困難。

4.自適應(yīng)控制

由于汽車自動控制系統(tǒng)是一個本質(zhì)非線性系統(tǒng)，并且汽車在行駛過程中受到路面坡度、空氣阻力等外界干擾，因而基于時不變系統(tǒng)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(yīng)環(huán)節(jié)，其控制方法能隨各種因素的變化而實時地加以調(diào)整，以適應(yīng)復(fù)雜多變的行駛工況。

自適應(yīng)控制是針對具有一定不確定性的系統(tǒng)而設(shè)計的。自適應(yīng)控制方法可以自動監(jiān)測系統(tǒng)的參數(shù)變化，從而時刻保持系統(tǒng)的性能指標(biāo)為最優(yōu)。目前用于汽車巡航控制的自適應(yīng)控制主要為模型參考自適應(yīng)控制。基于自適應(yīng)控制的汽車巡航控制原理如圖4所示。設(shè)定車速同時加到控制器和參考模型上，由于參考模型的理想車速和實際車速不一致，產(chǎn)生偏差，自適應(yīng)機構(gòu)檢測到這一偏差后，經(jīng)過一定的運算產(chǎn)生適當(dāng)?shù)恼{(diào)整信號改變控制器參數(shù)，從而使實際車速迅速趨近于理想車速，當(dāng)偏差趨于零時，自適應(yīng)調(diào)整過程就停止，控制參數(shù)也就調(diào)整完畢。當(dāng)汽車在行駛過程中遇到上下坡或是由于風(fēng)力而使車速發(fā)生變化時，系統(tǒng)也如上述過程一樣，對控制器參數(shù)進行調(diào)整。

鑒于自適應(yīng)控制的上述特點，自適應(yīng)控制非常適合像汽車這樣的一類非線性系統(tǒng)的控制。在控制過程中，系統(tǒng)能夠自動調(diào)整控制參數(shù)，使得控制效果更好。