汽车自动化控制的相关设计

王连桂

(烟台汽车工程职业学院 汽车工程系， 烟台 265500)

0 引言

自动化技术同计算机技术、自动控制等联系紧密，自动化技术在日常生产、生活中的应用范围逐渐扩大，其在汽车机械控制系统中的应用使系统安全、稳定的运行得以保障，降低汽车能耗，提升运行效率，使汽车机械控制系统进一步向自动化、智能化发展，合理应用自动化技术，对汽车制造业的发展和完善意义重大。为满足汽车行业的发展需求，本文主要研究了自动化技术在汽车机械控制系统中的应用，介绍了汽车机械控制系统的核心模块。

1 自动化技术应用现状

随着汽车行业的快速发展，自动化技术相比于传统控制技术更能满足现代汽车系统的发展需求，在汽车机械控制系统中得以广泛用，在降低成本的基础上，使机械控制效能得以显著提高，汽车操控进入自动化时代后，为汽车性能及出行安全提供更多保障，但自动化技术在汽车机械控制系统中的应用仍需逐渐完善和改进，采用恰当的自动化控制模式逐渐提高汽车的综合效能，促使控制系统向智能化、多功能方向发展，结合使用单片机技术及各种软件开发语言(C语言等)，使汽车自动化操控要求得以有效满足。在汽车机械控制系统中，为确保存储信息的完整性，对计算机端发出信息完成接收后，再通过前置机进行相应处理后完成在服务器内的保存，并将信息传送至局域网中(通过Web服务器系统资源)，满足信息自动化采集及系统调节的需求[1]。

2 机械控制系统核心模块

(1)传感器模块

根据汽车机械控制系统运行特点，对车辆运行情况的监控主要由该模块负责，同时对各项信息进行自动记录，实现相应信息报告的生成，运行时间点的信息传输通过使用传感器实现，并且把采集的信息传送至存储端，在保证控制系统安全稳定的基础上，完成汽车运行状态的控制。

(2)电源管理模块

控制系统整体安全可靠运行的基础在于电源，充足而稳定的电源才能保证系统各部分稳定工作的进行，由于构成汽车机械控制系统的模块较多，大部分元器件(包括单片机、测速元件等)则使用5 V电压，各模块所需电压、电流不同，汽车控制电路中进行不同电压(5 V、12 V、6 V 等)的配置，因此需对各模块的供电需求认真分析，提供相应的有针对性的供电方案，在车载电源不稳定的情况下，先通过稳压处理(具体可使用线性稳压芯片L7805)车内12 V电源实施，将其转为5 V电压，对于使用电压为3.3 V或1.8 V的微控制器LPC2292，同样需通过稳压器将5 V转换为对应所需电压。

(3)优化配电设计

在满足汽车可靠性、负荷容量需求的基础上应用自动化技术能发挥出更好的效果，配电过程需对汽车机械控制标准进行规范，提升汽车机械的灵活和稳定等性能。以线路的负荷情况为依据进行配电设计，针对符合的不同采用配电线路设计方法(负荷较采用静态补偿法完成配电线路的设计，负荷较大采用动态补偿法完成配电线路的设计)，对于负荷较大的线路(如电动机等)使用动态补偿设备在满足功能需求的基础上还能实现较好的节能效果，对线路补偿进一步优化过程中，需降低导线中的阻值从而降低电能在线路中传输的消耗量，导线电阻随着导线截面积(由S表示)的增大而减小(呈反比)，随导线长度(由L表示)、导线的电阻率(由ρ表示)的增大而增大[2]。电阻公式为:R=ρL/S

3 自动化技术在汽车机械控制系统中的应用

3.1 实时监测汽车运行状况

对汽车日常运行情况的监控，通过采用自动化技术能够更好的实现汽车控制系统的功能，自动化技术应用于汽车机械控制系统中可显著降低控制成本，弥补传统检测技术的不足，简化各项检测过程，并依据实际情况执行应急对策，以汽车运行试验情况为依据，相关技术人员实现对汽车参数标准的合理设计，汽车行驶过程中通过计算机实现实时监控各系统运行情况，及时将采集到的信息反馈给控制系统，机械控制系统通过将收集的各项反馈信息数据同标准数据进行对比，系统对于超过规定值的误差结果能够实现报警设施的自动触发，为汽车各系统的安全稳定运行提供有力保障[3]。

3.2 汽车机械控制安全系统的设计

作为高度集成技术之一，自动化技术用于汽车机械控制系统中监控汽车的实际运行情况(以计算机技术为依托)，使用者极为重视汽车使用过程中的安全问题，在汽车自动控制系统中，完善的安全保障系统的建立才能使汽车的安全程度得以有效提升，自动化技术在日常运行中机械控制系统出现故障的情况下，能够进行故障检测及自动判断，并依据预先设置处理方案完成对应处理，从而最大程度降低不必要的损失，使系统工作效率得以提升。为满足系统对所接收数据质量的高需求，通过使用信息技术完成安全保障系统的创建，使接收及传输的信息真实、准确，从而确保系统安全，信息处理和编程人员在进行编程时，需掌握相关知识，在多次试验调整的基础上，实现汽车系统的准确检测，可将多个安全控制系统根据实际需要设置到汽车自动控制系统中，采取针对不同危险情况的处理方法，以车辆防撞预警效果为例如图1所示[4]。

图1 车辆防撞预警效果

4 汽车机械式自动微机控制算法

4.1 离合器的分离结合及控制指标

(1)离合器的分离结合

作为动力传动系统的重要构成，离合器的分离过程用时短且比较简单，但结合过程较为复杂，负载及坡道会对起步换挡过程产生影响，在相同行驶速度情况下会受驾驶员意图的影响，对自动控制的要求较高，创建自动变速系统成为控制过程实现的关键所在。

为了对本校职业技术教育学硕士研究生课程设置的合理性进行研究，笔者采用问卷调查及访谈的方法，随机抽取了2015级、2016级和2017级研究生40名，其中32名为跨专业、无教育学学科学习背景。本次调查共发出40份问卷，回收40份，有效回收率100%。虽然本研究的样本数量较少，但是天津职业技术师范大学作为中国第一所培养职教师资的高等师范院校有典型的代表性，加之职业技术教育学学科是本校的重点培育学科，在职业技术教育学硕士生培养方面具有别具一格的培养方式，因此该被试研究生在这种环境下学习，对判断课程设置的合理性具有一定的发言权。

(2)离合器的控制指标

离合器性能需满足：离合器需柔和且平顺的完成结合过程，避免较大的瞬时加速的产生，以防止乘客受到冲击及抖动导致的安全问题及舒适度降低；离合器需具备耐用性，其耐用性主要由摩擦片受损引起，对汽车行驶的稳定性进行评价，需通过采用纵向冲击度完成(以车辆在纵向加速度中变化情况为主)，车辆在行驶过程中a加表示加速度，|a加|冲击度为，r表示行驶时间，则车辆的行驶速度(由v表示)如下[5]。

v=(wc/igi0)r

车辆的冲击度表示为:j=(da加/dt)=kwc

主动盘和从动盘在离合器结合时，均需完成从不同的转速到相同的转速过程，所产生的摩擦会生成一定的热量，进而不断提升压盘及分轮的温度，加剧摩擦片的磨损程度，离合器在汽车刚起步时的滑摩功为：

离合器在主动盘和从动盘同步旋转时的滑摩功为:

离合器结合时需降低滑摩功及冲击度，车辆在结合时间较长的情况下能够保证较为平稳的起步过程，降低冲击度，但会增加滑摩功；车辆在结合的时间较短的情况下则起步较快，降低滑摩功，但会增加产生的冲击，需对两者做出适当的平衡[5]。

4.2 控制系统的算法研究

(1)偏差控制算法的使用

作为线性控制器的一种，PID控制器主要基于偏差控制算法，比较其定值和实际输出值，两者间的控制偏差表示如下:

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

(2) 滑摩变算法应用

采用滑摩变算法作为控制算法(具有良好鲁棒性)，以降低离合器的外界干扰、时变等的影响，需先完成偏差方程的创建，离合器系统的状态方程表示如下[6]。

偏差状态方程表示:

接下来对切换函数进行设计，选用线性切换函数，假设s(e)=c1e1+c2e2+e3，则c1e1+c2e2+e3=0

控制系统的特性多项式表示如下:

s2+13s+80.965=0

切换函数表达式为:

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

最后完成滑动模态控制律的设计，滑动模态控制在理想状态下s=0，离合器系统等效的控制通过切换函数获取，表示如下:

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

f+a2xd+a1xd+xd]

适当调整控制器的参数，系统的抖动会随控制器的变大而变大，滑动模态控制律的设计以离合器的特点为依据，具体表示如下:

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

(k+c2+a1)·e3-f-a2xd-a1xd+xd]

5 总结

为满足汽车行业的发展需求，自动化技术逐渐在汽车制造中广泛应用，显著提高了汽车产品的质量及工作效率，本文主要研究了自动化技术在汽车机械控制系统中的应用，介绍了汽车机械控制系统的核心模块，并且研究和分析了汽车机械式自动变速微机控制系统算法，为自动化技术在汽车机械控制系统中的应用提供依据。