汽車自動化控制的相關設計

王連桂

(煙臺汽車工程職業學院 汽車工程系， 煙臺 265500)

0 引言

自動化技術同計算機技術、自動控制等聯系緊密，自動化技術在日常生產、生活中的應用范圍逐漸擴大，其在汽車機械控制系統中的應用使系統安全、穩定的運行得以保障，降低汽車能耗，提升運行效率，使汽車機械控制系統進一步向自動化、智能化發展，合理應用自動化技術，對汽車制造業的發展和完善意義重大。為滿足汽車行業的發展需求，本文主要研究了自動化技術在汽車機械控制系統中的應用，介紹了汽車機械控制系統的核心模塊。

1 自動化技術應用現狀

隨著汽車行業的快速發展，自動化技術相比于傳統控制技術更能滿足現代汽車系統的發展需求，在汽車機械控制系統中得以廣泛用，在降低成本的基礎上，使機械控制效能得以顯著提高，汽車操控進入自動化時代后，為汽車性能及出行安全提供更多保障，但自動化技術在汽車機械控制系統中的應用仍需逐漸完善和改進，采用恰當的自動化控制模式逐漸提高汽車的綜合效能，促使控制系統向智能化、多功能方向發展，結合使用單片機技術及各種軟件開發語言(C語言等)，使汽車自動化操控要求得以有效滿足。在汽車機械控制系統中，為確保存儲信息的完整性，對計算機端發出信息完成接收后，再通過前置機進行相應處理后完成在服務器內的保存，并將信息傳送至局域網中(通過Web服務器系統資源)，滿足信息自動化采集及系統調節的需求[1]。

2 機械控制系統核心模塊

(1)傳感器模塊

根據汽車機械控制系統運行特點，對車輛運行情況的監控主要由該模塊負責，同時對各項信息進行自動記錄，實現相應信息報告的生成，運行時間點的信息傳輸通過使用傳感器實現，并且把采集的信息傳送至存儲端，在保證控制系統安全穩定的基礎上，完成汽車運行狀態的控制。

(2)電源管理模塊

控制系統整體安全可靠運行的基礎在于電源，充足而穩定的電源才能保證系統各部分穩定工作的進行，由于構成汽車機械控制系統的模塊較多，大部分元器件(包括單片機、測速元件等)則使用5 V電壓，各模塊所需電壓、電流不同，汽車控制電路中進行不同電壓(5 V、12 V、6 V 等)的配置，因此需對各模塊的供電需求認真分析，提供相應的有針對性的供電方案，在車載電源不穩定的情況下，先通過穩壓處理(具體可使用線性穩壓芯片L7805)車內12 V電源實施，將其轉為5 V電壓，對于使用電壓為3.3 V或1.8 V的微控制器LPC2292，同樣需通過穩壓器將5 V轉換為對應所需電壓。

(3)優化配電設計

在滿足汽車可靠性、負荷容量需求的基礎上應用自動化技術能發揮出更好的效果，配電過程需對汽車機械控制標準進行規范，提升汽車機械的靈活和穩定等性能。以線路的負荷情況為依據進行配電設計，針對符合的不同采用配電線路設計方法(負荷較采用靜態補償法完成配電線路的設計，負荷較大采用動態補償法完成配電線路的設計)，對于負荷較大的線路(如電動機等)使用動態補償設備在滿足功能需求的基礎上還能實現較好的節能效果，對線路補償進一步優化過程中，需降低導線中的阻值從而降低電能在線路中傳輸的消耗量，導線電阻隨著導線截面積(由S表示)的增大而減小(呈反比)，隨導線長度(由L表示)、導線的電阻率(由ρ表示)的增大而增大[2]。電阻公式為:R=ρL/S

3 自動化技術在汽車機械控制系統中的應用

3.1 實時監測汽車運行狀況

對汽車日常運行情況的監控，通過采用自動化技術能夠更好的實現汽車控制系統的功能，自動化技術應用于汽車機械控制系統中可顯著降低控制成本，彌補傳統檢測技術的不足，簡化各項檢測過程，并依據實際情況執行應急對策，以汽車運行試驗情況為依據，相關技術人員實現對汽車參數標準的合理設計，汽車行駛過程中通過計算機實現實時監控各系統運行情況，及時將采集到的信息反饋給控制系統，機械控制系統通過將收集的各項反饋信息數據同標準數據進行對比，系統對于超過規定值的誤差結果能夠實現報警設施的自動觸發，為汽車各系統的安全穩定運行提供有力保障[3]。

3.2 汽車機械控制安全系統的設計

作為高度集成技術之一，自動化技術用于汽車機械控制系統中監控汽車的實際運行情況(以計算機技術為依托)，使用者極為重視汽車使用過程中的安全問題，在汽車自動控制系統中，完善的安全保障系統的建立才能使汽車的安全程度得以有效提升，自動化技術在日常運行中機械控制系統出現故障的情況下，能夠進行故障檢測及自動判斷，并依據預先設置處理方案完成對應處理，從而最大程度降低不必要的損失，使系統工作效率得以提升。為滿足系統對所接收數據質量的高需求，通過使用信息技術完成安全保障系統的創建，使接收及傳輸的信息真實、準確，從而確保系統安全，信息處理和編程人員在進行編程時，需掌握相關知識，在多次試驗調整的基礎上，實現汽車系統的準確檢測，可將多個安全控制系統根據實際需要設置到汽車自動控制系統中，采取針對不同危險情況的處理方法，以車輛防撞預警效果為例如圖1所示[4]。

圖1 車輛防撞預警效果

4 汽車機械式自動微機控制算法

4.1 離合器的分離結合及控制指標

(1)離合器的分離結合

作為動力傳動系統的重要構成，離合器的分離過程用時短且比較簡單，但結合過程較為復雜，負載及坡道會對起步換擋過程產生影響，在相同行駛速度情況下會受駕駛員意圖的影響，對自動控制的要求較高，創建自動變速系統成為控制過程實現的關鍵所在。

為了對本校職業技術教育學碩士研究生課程設置的合理性進行研究，筆者采用問卷調查及訪談的方法，隨機抽取了2015級、2016級和2017級研究生40名，其中32名為跨專業、無教育學學科學習背景。本次調查共發出40份問卷，回收40份，有效回收率100%。雖然本研究的樣本數量較少，但是天津職業技術師范大學作為中國第一所培養職教師資的高等師范院校有典型的代表性，加之職業技術教育學學科是本校的重點培育學科，在職業技術教育學碩士生培養方面具有別具一格的培養方式，因此該被試研究生在這種環境下學習，對判斷課程設置的合理性具有一定的發言權。

(2)離合器的控制指標

離合器性能需滿足：離合器需柔和且平順的完成結合過程，避免較大的瞬時加速的產生，以防止乘客受到沖擊及抖動導致的安全問題及舒適度降低；離合器需具備耐用性，其耐用性主要由摩擦片受損引起，對汽車行駛的穩定性進行評價，需通過采用縱向沖擊度完成(以車輛在縱向加速度中變化情況為主)，車輛在行駛過程中a加表示加速度，|a加|沖擊度為，r表示行駛時間，則車輛的行駛速度(由v表示)如下[5]。

v=(wc/igi0)r

車輛的沖擊度表示為:j=(da加/dt)=kwc

主動盤和從動盤在離合器結合時，均需完成從不同的轉速到相同的轉速過程，所產生的摩擦會生成一定的熱量，進而不斷提升壓盤及分輪的溫度，加劇摩擦片的磨損程度，離合器在汽車剛起步時的滑摩功為：

離合器在主動盤和從動盤同步旋轉時的滑摩功為:

離合器結合時需降低滑摩功及沖擊度，車輛在結合時間較長的情況下能夠保證較為平穩的起步過程，降低沖擊度，但會增加滑摩功；車輛在結合的時間較短的情況下則起步較快，降低滑摩功，但會增加產生的沖擊，需對兩者做出適當的平衡[5]。

4.2 控制系統的算法研究

(1)偏差控制算法的使用

作為線性控制器的一種，PID控制器主要基于偏差控制算法，比較其定值和實際輸出值，兩者間的控制偏差表示如下:

e(t)=r(t)-c(t)

(2) 滑摩變算法應用

采用滑摩變算法作為控制算法(具有良好魯棒性)，以降低離合器的外界干擾、時變等的影響，需先完成偏差方程的創建，離合器系統的狀態方程表示如下[6]。

偏差狀態方程表示:

接下來對切換函數進行設計，選用線性切換函數，假設s(e)=c1e1+c2e2+e3，則c1e1+c2e2+e3=0

控制系統的特性多項式表示如下:

s2+13s+80.965=0

切換函數表達式為:

s(e)=13e1+80.965e2+33

最后完成滑動模態控制律的設計，滑動模態控制在理想狀態下s=0，離合器系統等效的控制通過切換函數獲取，表示如下:

Ueq=(1/a3)[(a2+c1)e2+(a1+c2)e3+

f+a2xd+a1xd+xd]

適當調整控制器的參數，系統的抖動會隨控制器的變大而變大，滑動模態控制律的設計以離合器的特點為依據，具體表示如下:

t=(1/a3)[sign(s)-kc1e1-(kc2+c1+a1)·e2-

(k+c2+a1)·e3-f-a2xd-a1xd+xd]

5 總結

為滿足汽車行業的發展需求，自動化技術逐漸在汽車制造中廣泛應用，顯著提高了汽車產品的質量及工作效率，本文主要研究了自動化技術在汽車機械控制系統中的應用，介紹了汽車機械控制系統的核心模塊，并且研究和分析了汽車機械式自動變速微機控制系統算法，為自動化技術在汽車機械控制系統中的應用提供依據。