簡(jiǎn)要介紹汽車(chē)控制系統(tǒng)

隨著汽車(chē)技術(shù)和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代汽車(chē)為提高汽車(chē)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)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(tǒng)，包括汽車(chē)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)、汽車(chē)驅(qū)動(dòng)防滑轉(zhuǎn)系統(tǒng)(ASR)、汽車(chē)電子穩(wěn)定程序(ESP)、電子感應(yīng)制動(dòng)控制系統(tǒng)(SBC)、電子制動(dòng)力分配(EBD)、輔助制動(dòng)系統(tǒng)(BAS)、安全氣囊(SRS)和汽車(chē)?yán)走_(dá)防碰撞系統(tǒng);汽車(chē)變速系統(tǒng)的電子控制，包括電控自動(dòng)變速器(EAT)和無(wú)級(jí)變速器(CVT);電控自動(dòng)空調(diào)(A/C);巡航控制系統(tǒng)(CCS);電子控制懸架(ECS);電控動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS);中央門(mén)鎖與防盜報(bào)警系統(tǒng);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(dǎo)航系統(tǒng)、汽車(chē)音響系統(tǒng)、汽車(chē)行駛記錄儀和輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成、控制原理，以及汽車(chē)電控系統(tǒng)的故障診斷與檢修等內(nèi)容。

下面我們來(lái)詳細(xì)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(tǒng)達(dá)到車(chē)速控制的要求，在單片機(jī)實(shí)時(shí)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(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(xí)控制、自適應(yīng)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(jù)實(shí)際車(chē)速與設(shè)定車(chē)速的偏差，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)不變參數(shù)的巡航控制。

在汽車(chē)行駛過(guò)程中，駕駛員設(shè)定一個(gè)車(chē)速給汽車(chē)控制系統(tǒng)，同時(shí)車(chē)速傳感器測(cè)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(shè)定車(chē)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(mén)的開(kāi)度，使車(chē)速迅速趨近設(shè)定車(chē)速。考慮到偏差一直存在，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(yù)估作用。當(dāng)△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(dāng)△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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)整定方便的優(yōu)點(diǎn)，在許多場(chǎng)合下都能獲得令人滿意的控制效果。但是由于被控對(duì)象的特性比較復(fù)雜，具有非線性或時(shí)變的過(guò)程，應(yīng)用常規(guī)PID控制，若參數(shù)調(diào)整不當(dāng)，會(huì)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(xì)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(yùn)用模糊數(shù)學(xué)把人工控制策略用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，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(jī)對(duì)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(jù)目標(biāo)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(yàn)，決定加速踏板的變化量，從而使汽車(chē)趨近于目標(biāo)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(shè)定車(chē)速與實(shí)際車(chē)速的偏差以及偏差的變化率。

模糊控制不依賴系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，因而對(duì)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(xiàng)費(fèi)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(chē)輛參數(shù)變化進(jìn)行調(diào)整。

3.迭代學(xué)習(xí)控制

因?yàn)槠?chē)巡航行駛中存在著嚴(yán)重的非線性和不確定性，特別是巡航控制參數(shù)在不同車(chē)速下其值是不確定的，并且運(yùn)動(dòng)載體對(duì)控制的實(shí)時(shí)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(chē)控制系統(tǒng)中?；诘鷮W(xué)習(xí)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(shè)定車(chē)速的偏差，通過(guò)多次的迭代計(jì)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(shè)定車(chē)速。

迭代學(xué)習(xí)控制可以對(duì)參數(shù)是未知的但是變化的或不變的系統(tǒng)實(shí)施有效控制。相對(duì)于其他控制技術(shù)，迭代學(xué)習(xí)控制的適應(yīng)性更廣，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)。但其算法復(fù)雜，計(jì)算機(jī)編程困難。

4.自適應(yīng)控制

由于汽車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)本質(zhì)非線性系統(tǒng)，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(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(shí)時(shí)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(duì)具有一定不確定性的系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。自適應(yīng)控制方法可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的參數(shù)變化，從而時(shí)刻保持系統(tǒng)的性能指標(biāo)為最優(yōu)。目前用于汽車(chē)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(chē)巡航控制原理如圖4所示。設(shè)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(yīng)機(jī)構(gòu)檢測(cè)到這一偏差后，經(jīng)過(guò)一定的運(yùn)算產(chǎn)生適當(dāng)?shù)恼{(diào)整信號(hào)改變控制器參數(shù)，從而使實(shí)際車(chē)速迅速趨近于理想車(chē)速，當(dāng)偏差趨于零時(shí)，自適應(yīng)調(diào)整過(guò)程就停止，控制參數(shù)也就調(diào)整完畢。當(dāng)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(tǒng)也如上述過(guò)程一樣，對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

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