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汽车定速巡航控制探究

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《汽车与驾驶维修》2018年第4期

汽车巡航控制系统(CRUISECONTROLSYSTEM缩写为CCS)又称为“巡航控制系统”“车速控制系统”“恒速控制系统”等,是一种汽车辅助控制系统。在装有汽车巡航控制系统的车辆上,司机不用控制加速踏板就可以自动控制发动机的油门开度。

1定速巡航控制系统基本结构

当驾驶员松开加速踏板时,自动巡航控制系统会保持所设定的速度行驶,汽车定速巡航控制系统主要是控制汽车的速度按照驾驶员设定的速度行驶。根据图1可知,电子控制单元(ECU)有四个输入信号和一个输出信号。驾驶员通过人机交互界面(HMI)设定的期望巡航车速信号、车载速度传感器实时采集的汽车实时车速信号、发动机节气门传感器采集的节气门位置信号和其他测量状态传感器采集的车辆状态信号。输出信号为节气门电控执行机构的控制脉冲信号。

2定速航控制机理

当汽车驾驶员设定好巡航车速时,就可以不用踩加速踏板从而使汽车保持一定的车速。如果长时间驾驶车辆,采用这种装置,就可以减少不必要的车速变化,节约燃油消耗量。定速巡航控制系统主要通过接收车传感器所采集到的实时信号,与所设定的巡航车速进行对比分析,将结果输入到电机控制中,通过调节电机转矩从而改变速度,达到所设定的巡航车速。

3定速巡航系统控制器设计

汽车自动巡航系统应用最早的控制方法是PID控制,它的操作简单,不需要复杂的模型并且易于理解,因此成为使用最多的控制器。PID控制由三部分组成,分别为比例单元(P)、积分单元(I)、微分单元(D)。(1)比例系数P会影响系统的稳态误差、响应速度以及调节的精度。增大P,可以提高系统的调节精度和响应速度。但是P过大会出现超调情况,有的时候会导致系统失去稳定。同样的道理,减少P,系统的调节精度和响应速度将会降低,影响系统的控制效果,不能满足实际要求。(2)积分系数I会影响系统的稳态误差。增大I,能够短时间消除系统的静态误差,如果I太大会产生积分饱和的现象,系统会出现很大的超调现象。相反,如果I太小,就不容易消除误差,也就无法实现理想的控制效果。(3)微分系数D会影响系统的动态特性,增大D,系统超调量也会减小,但稳定性会提高。如果D过大,会使控制强度提前降低,增加调节的时间,抗干扰能力也会降低;相反,如果D较小,则会降低控制效果。

4模糊控制基本原理

如图2所示,将速度差值和加速度作为输入量,变成控制器能够识别的语言。该模糊语言经过模糊控制规则,得到输出量,对该输出量进行去模糊化处理,就可以得到比例参数调整系数Kp’,积分参数调整系数Ki’和微分参数调整系数Kd’。然后将它们传给PID控制器,通过控制系统分析,作用在被控对象上,从而调整汽车的速度。模糊控制大致分为五个步骤:(1)定义变量电机控制过程中,速度误差和加速度以及这两个变量得出的U都叫做模糊变量。(2)模糊化模糊化就是将变量转换到论域,然后根据一定的方法得出隶属度[5]。(3)知识库知识库包括两个部分,一个是规则库,主要功能是描述控制策略和控制目标,另一个是数据库,它的主要功能是处理一些模糊数据。(4)逻辑判断根据从知识库得到的信息,通过模糊逻辑以及推论的方法进行分析从而得到模糊控制信号。(5)反模糊化通过反顺序进行推理,将推论值反向推理得到控制信号,即为模糊系统的输出值,也可以作为后面一个系统的输入值信号。

参考文

[1]田雷.汽车自适应巡航系统的模糊自校正控制算法研究[D].吉林大学,2006.

[2]梁媛媛.开关磁阻电机直接转矩模糊PI控制系统研究[D].西安:西安科技大学,2008.

作者:任建立;闫江川 单位:河北省科技工程学校

汽车零部件杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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