車輛控制技術(shù)總論課件

1CarsCanBeRelaxing2車輛控制技術(shù)主講：龔建偉車輛實(shí)驗(yàn)樓301課程QQ群：372489158QQ/郵箱：1550218331車輛控制技術(shù)總論課程安排當(dāng)前車輛技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)新能源車輛－電動(dòng)車輛、混合動(dòng)力等新能源智能車輛控制－智能輔助駕駛－無(wú)人駕駛技術(shù)－IT行業(yè)、移動(dòng)通信、地圖561.1車輛控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)②多媒體、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展：未來(lái)車輛網(wǎng)絡(luò)同時(shí)將是一個(gè)多媒體、高寬帶的網(wǎng)絡(luò)，它使車內(nèi)生活更輕松，并在某種程度上將辦公室移入車內(nèi)。ITS：智能交通系統(tǒng)，包括汽車的智能化、公路的自動(dòng)化、衛(wèi)星導(dǎo)航等。1.2.2車輛控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（5）汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：

③網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速普及幾年前，汽車網(wǎng)絡(luò)控制的應(yīng)用還局限在高檔車上，而短短幾年內(nèi)，汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展速度之快，已經(jīng)使其在中低檔汽車中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。7GlobalOfficeHome1.1車輛控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)AutoPersonalLocalAreaNetworksCableNetworksInternetCellularNetworksSatelliteNetworksTheAutomobileisapartoftheconnectedsociety.81.1車輛控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)81.2車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（1）自動(dòng)控制系統(tǒng)控制是按照預(yù)先給定的目標(biāo)，改變系統(tǒng)行為或性能的方法學(xué)。自動(dòng)控制：在沒(méi)有人直接操作的情況下，通過(guò)控制器使被控對(duì)象或過(guò)程自動(dòng)地按要求的規(guī)律運(yùn)行。10121.1車輛控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，提高汽車性能，保證行駛安全性和舒適性，都取決于電子技術(shù)在汽車的應(yīng)用。汽車電子信息產(chǎn)品占汽車成本的1/3，汽車電子信息產(chǎn)品已占電子信息產(chǎn)品總量的1/3。目前電子技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到汽車所有的系統(tǒng)。

經(jīng)濟(jì)型轎車將達(dá)到3升／100公里；德國(guó)2005年生產(chǎn)百公里油耗一升的轎車；日本大發(fā)開發(fā)出百公里油耗1.5升的轎車。歐洲-2005年起執(zhí)行EUⅣ標(biāo)準(zhǔn)，并向EUV發(fā)展。安全氣囊、ABS、ASR、顯示、警告、音響、音像、通訊電控自動(dòng)變速器、電子轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)（2）發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1車輛控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀141.1車輛控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)（1）傳感器微型化、多功能化、集成化和智能化，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、免受機(jī)械特性的影響。1.2.2車輛控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)將傳感器本身和信號(hào)處理部分進(jìn)行集成，如ADC和微型計(jì)算機(jī)，直至成為一個(gè)完整的數(shù)字電路。智能傳感器傳感器的智能化151.1車輛控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)（2）微處理器微處理器已廣泛地應(yīng)用于安全、環(huán)保、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系、速度控制和故障診斷中。目前，車輛用8位、16位和32。

速度更快功能更加豐富1.1.2車輛控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)SystemonChipDesignTechnologyHC08/HCS08HC12/HCS12

HC05/11PowerPCColdFireARMCPU32/68KHC16M?COREDSP56800/EStarCoreInertialPressureSmokeSmartMOSE-SwitchMechatronicsmobileGTDigitalAudioDigitalRadioDSP56300

8/16-bitMCUDSP32-bitMCUSensorsAnalogDIS161.1車輛控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)1.1.2車輛控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

集成化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、環(huán)?；兔饩S護(hù)是汽車電子部件的發(fā)展方向16171.1車輛控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)（3）軟件技術(shù)隨著車輛電子技術(shù)應(yīng)用的增加，對(duì)有關(guān)控制軟件的需求也將會(huì)增加，并可能要求進(jìn)一步與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。因此，要求使用多種軟件，并開發(fā)出通用的高水平語(yǔ)言，以滿足多種硬件的要求。軟件總數(shù)的增加及其功能的提高，將使計(jì)算機(jī)能夠完成越來(lái)越復(fù)雜的任務(wù)。1.1.2車輛控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（4）集成化技術(shù)功能集成化，從而實(shí)現(xiàn)更經(jīng)濟(jì)、更有效以及可診斷的數(shù)據(jù)中心。如傳感器系統(tǒng)的集成化可減少布線，簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，并可使傳感器系統(tǒng)的體積減小60％至80％。181.1車輛控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)（5）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)隨著電控器件在車輛上越來(lái)越多的應(yīng)用，車載電子設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信變得越來(lái)越重要。由此，以分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造車載電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是很有必要的。大量數(shù)據(jù)的快速交換、高可靠性及價(jià)廉是對(duì)車輛電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求。1.1.2車輛控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)201.2車輛控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)Steer-by-WireElectricBrake(Brake-by-Wire)ElectricValveControlDirectFuelInjectionCrankshaft

Starter

GeneratorContinuouslyVariable

TransmissionElectricAssist

PowerSteering42Volt

ConverterElectric

WaterPumpActive

SuspensionElectricAC

Compressor線控技術(shù)在車輛上的應(yīng)用

1.2車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（1）自動(dòng)控制系統(tǒng)在控制系統(tǒng)中，若系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用沒(méi)有影響，則稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。舉例：步進(jìn)電機(jī)控制方向盤（無(wú)轉(zhuǎn)向角反饋）211.2車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（1）自動(dòng)控制系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng):反饋控制系統(tǒng)，誤差信號(hào)加到控制器上，通過(guò)控制調(diào)節(jié)以減小系統(tǒng)的誤差，使系統(tǒng)的輸出量趨于所期望的值。231.2車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（1）自動(dòng)控制系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)完成三個(gè)功能:測(cè)量被控制量；將測(cè)定的被控制量的值和給定的希望值進(jìn)行比較；根據(jù)比較的結(jié)果（偏差）對(duì)被控制量進(jìn)行修正。舉例：自適應(yīng)巡航系統(tǒng)ACC的定速控制241.1車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（1）自動(dòng)控制系統(tǒng)26271.2車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（1）自動(dòng)控制系統(tǒng)通常，控制系統(tǒng)由控制器、受控對(duì)象、反饋測(cè)量裝置等部分組成。按預(yù)定的控制規(guī)律調(diào)節(jié)能量輸入，以使系統(tǒng)產(chǎn)生所希望的輸出在一般情況下，包括功率放大器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等某種傳感器測(cè)量單元，它檢測(cè)輸出變量，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋到系統(tǒng)的輸入端27281.2車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（1）控制系統(tǒng)對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求(即控制系統(tǒng)所具備的基本性能)一般可歸納為穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性。要求控制系統(tǒng)中被控對(duì)象的行為(響應(yīng)、輸出動(dòng)態(tài)歷程)應(yīng)盡可能迅速而準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)它所應(yīng)遵循的變化規(guī)律。對(duì)給定的輸入量，輸出量的偏離應(yīng)該隨著時(shí)間增長(zhǎng)逐漸趨近于零當(dāng)系統(tǒng)的輸出量與給定的輸入量之間產(chǎn)生偏差時(shí)，消除這種偏差的快慢程度在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后的輸出量與給定的輸入量的偏差，又稱為靜態(tài)偏差或穩(wěn)態(tài)精度響應(yīng)速度快，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短，超調(diào)量小，振蕩次數(shù)少。在初始條件作用下的響應(yīng)是收斂的。系統(tǒng)的希望輸出與實(shí)際輸出之間的差別較小。301.1車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理圖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本功能是進(jìn)行信號(hào)的傳遞、分析和比較。這些功能是由來(lái)完成的?？刂葡到y(tǒng)的關(guān)鍵部分，決定了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制性能和應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成30311.2車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由兩個(gè)基本部分組成，即硬件和軟件。計(jì)算機(jī)本身及其外部設(shè)備。管理計(jì)算機(jī)的程序及控制過(guò)程應(yīng)用程序一般由廠家提供，用來(lái)管理計(jì)算機(jī)本身的資源,一般不需要用戶自己設(shè)計(jì)，只是作為開發(fā)應(yīng)用軟件的工具。面向控制過(guò)程的程序，大都由用戶自己根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行開發(fā)，優(yōu)劣對(duì)控制系統(tǒng)的功能、精度和效率有很大的影響。A／D、D／A轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)采樣，數(shù)字濾波，控制量計(jì)算程序等主要包括操作系統(tǒng)、各種編譯軟件和監(jiān)控管理軟件等。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件部分軟件部分控制計(jì)算機(jī)傳感器及變送器系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成311.2車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)根據(jù)控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，然后將結(jié)果經(jīng)過(guò)過(guò)程輸出通道，作用到被控對(duì)象，從而使被控變量符合要求的性能指標(biāo)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用類型321.2車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)只進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理工作，不直接參與控制。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用類型33341.2車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制過(guò)程:實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)控制決策、實(shí)時(shí)控制輸出、信息管理。

上述過(guò)程不斷重復(fù)，使整個(gè)系統(tǒng)按照一定的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行工作，并對(duì)控制量和設(shè)備本身的異常現(xiàn)象及時(shí)作出處理。對(duì)來(lái)自測(cè)量變送裝置的被控量的瞬時(shí)值進(jìn)行檢測(cè)并輸入對(duì)采集到的被控量進(jìn)行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律決定將要采取的控制行為根據(jù)控制決策適時(shí)地對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，完成控制任務(wù)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制策略的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)必須完成信息共享和管理“實(shí)時(shí)”是指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都在一定的時(shí)間范圍內(nèi)完成，即計(jì)算機(jī)對(duì)輸入的信息以足夠快的速度進(jìn)行處理，并在一定的時(shí)間內(nèi)作出反應(yīng)或控制。351.2車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（2）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，要求實(shí)時(shí)時(shí)間較短，一般為ms級(jí)。由上述過(guò)程所構(gòu)成的循環(huán)周期就是實(shí)時(shí)時(shí)間，也稱為采樣周期Ts。361.2車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（3）車輛控制技術(shù)以車為本電子微控制器（MCU）軟件系統(tǒng)車輛控制的概念將控制技術(shù)引進(jìn)車輛，用電腦代替人腦以精確判斷車輛及路面狀況，用電控系統(tǒng)取代繁重的機(jī)械控制元件。車輛控制技術(shù)是控制技術(shù)在車輛上的具體應(yīng)用。車輛控制技術(shù)是機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制等技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一門復(fù)合技術(shù)。371.2車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（3）車輛控制技術(shù)按照計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成，車輛控制系統(tǒng)硬件部分可以分為三個(gè)部分：信號(hào)采集部分控制單元執(zhí)行器傳感器：輸入信號(hào)的測(cè)量裝置，主要作用是將所測(cè)量物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

控制器：能夠?qū)鞲衅鞯母鞣N輸入信號(hào)進(jìn)行分析處理，并按照預(yù)先設(shè)定的程序，對(duì)執(zhí)行器輸出控制信號(hào)。執(zhí)行器：根據(jù)ECU的輸出信號(hào)，具體完成對(duì)控制對(duì)象的操作。它能夠?qū)⑤敵龅碾娦盘?hào)重新轉(zhuǎn)換成所需的物理量。

收集信息的傳感器

信息處理器(ECU)控制部件的執(zhí)行器輸入輸出381.1車輛控制技術(shù)內(nèi)容及其發(fā)展背景（3）車輛控制技術(shù)傳感器Ⅱ（機(jī)械機(jī)構(gòu)狀態(tài)）傳感器Ⅰ（周邊環(huán)境狀態(tài)）傳感器Ⅲ（由人指令操作）ECU輸入處理（運(yùn)算處理輸出處理）執(zhí)行器被控機(jī)械機(jī)構(gòu)車輛控制系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖391.3車輛控制技術(shù)車輛工程及其他機(jī)械工程相關(guān)專業(yè)

（1）適用專業(yè)：

汽車構(gòu)造，汽車?yán)碚摚姽W(xué)，單片機(jī)原理（微機(jī)原理）（2）先修課程：

401.3車輛控制技術(shù)車輛控制技術(shù)總論；（3）內(nèi)容概要：車輛控制硬件設(shè)計(jì)技術(shù)；車用總線及協(xié)議；車輛電控系統(tǒng)控制理論及軟件設(shè)計(jì)；專題講座(發(fā)動(dòng)機(jī)控制、新能源控制、制動(dòng)、傳動(dòng)、智能）；車輛控制技術(shù)發(fā)展討論或其他大作業(yè)總結(jié)與復(fù)習(xí)411.3車輛控制技術(shù)（4）參考文獻(xiàn)：李建秋，汽車電子學(xué)教程[M]，清華大學(xué)出版社：2006高義軍，現(xiàn)代汽車電機(jī)技術(shù)[