淺談計算機控制在汽車行業(yè)的發(fā)展應用

【摘要】隨著電子技術和計算機領域的飛速發(fā)展，計算機控制在汽車行業(yè)占據(jù)著舉足輕重的作用。本文簡要介紹了計算機控制技術和汽車行業(yè)的發(fā)展，指出了兩者相結合的具體應用，并圍繞發(fā)展現(xiàn)狀，對其未來進行展望。

【關鍵詞】計算機控制；汽車；智能控制；無人駕駛車

引言

隨著現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展和不斷融入，以計算機應用為核心的信息處理、控制與管理相結合的系統(tǒng)成為主流。計算機控制因其高可靠性、高性能價格比、高效率等優(yōu)點，在工業(yè)控制、航空航天、農(nóng)業(yè)發(fā)展等占據(jù)一席之地，并已走進家庭、企業(yè)，融入到日常生活的各個角落。本文將圍繞計算機控制在汽車行業(yè)的應用展開。

1、計算機控制技術概述

從1954年到1962年，計算機控制系統(tǒng)從無到有，并得到迅猛發(fā)展。所謂計算機控制技術，簡單來說，就是由計算機代替常規(guī)控制設備對動態(tài)系統(tǒng)進行控制的技術。其控制過程主要包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、實時控制三個部分[1]。首先，系統(tǒng)對被控對象進行實時監(jiān)測，并采集相應的數(shù)據(jù)傳送到計算機系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進行處理，并按照已經(jīng)設計的控制規(guī)律計算出空置量，實時發(fā)出控制信號，以保證被控對象安全、穩(wěn)定地運行。

伴隨著現(xiàn)代微電子技術的提高，依托先進的計算機技術、強大的自動化控制、精密的電子電氣元件，計算機控制技術在向著復雜系統(tǒng)工程的智能化自動處理和控制自動化并行處理的進程邁進。

2、汽車行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

從19實際后半葉開始，圍繞汽車技術的改進和發(fā)明層出不窮。在這一階段，無論從動力到結構、從外形的氣動設計到內(nèi)部的功能配置、還是從安全性到舒適性，汽車技術都有了很大的進步[2]。

從20世紀60年代開始，隨著半導體電子技術的發(fā)展，電子技術與汽車技術的融合已成為一種必然的發(fā)展趨勢，而汽車實現(xiàn)智能化是汽車工業(yè)發(fā)展的必然結果。經(jīng)過長期的發(fā)展和不斷完善，機械結構幾乎已達完美，于是工程師們都轉(zhuǎn)向了汽車電子技術，將其作為開發(fā)新車型、改善和提高汽車性能、提高汽車自動化和智能化的最重要措施[3]。就當前的世界科技水平而言，有些智能化技術已經(jīng)在汽車上實現(xiàn)，有的將要實現(xiàn)，有的則還是一些概念性技術，尚需科學理論的進一步發(fā)展，但前景是相當可觀的。

3、計算機控制技術與汽車行業(yè)的結合

3.1安全保障

安全性是汽車駕駛中考慮的最首要因素和汽車技術發(fā)展的關注熱點，計算機的發(fā)展在汽車安全技術的研發(fā)中產(chǎn)生著至關重要的影響。

汽車的安全性分為主動安全性和被動安全性兩類，主動安全性是通過優(yōu)化車輛駕駛操縱系統(tǒng)的人際環(huán)境，主動防御事故的發(fā)生；被動安全性是將事故發(fā)生所帶來的傷害降到最低[4]。

目前主動安全控制系統(tǒng)主要包括：汽車防抱制動系統(tǒng)（ABS）、汽車驅(qū)動防滑系統(tǒng)（TCS/ASR）、汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)（ESP）、汽車主動車身控制（ABC）、汽車四輪轉(zhuǎn)向（4WS）以及先進汽車控制與安全系統(tǒng)（AVCSS）等等。其基本原理可簡單描述為：傳感器感知汽車狀態(tài)，由ECU根據(jù)采集到的信息做出控制決策，隨后控制執(zhí)行季后采取相應措施，以影響車輪滑轉(zhuǎn)率、側偏角和垂向運動以提高汽車的機動性、安全性和舒適性。比如ESP，穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，它由控制單元及轉(zhuǎn)向傳感器（檢測方向盤）、車輪傳感器（檢測車輪速度傳動）、側滑傳感器（檢測車體狀態(tài)）、橫向加速度傳感器（檢測離心力）等組成，傳感器信號將車輛運行狀態(tài)傳給控制單元，如汽車在路滑時左轉(zhuǎn)過度，產(chǎn)生右側甩尾，傳感器感覺到滑動，控制器件迅速制動右前輪，產(chǎn)生一種相反的轉(zhuǎn)矩，使汽車保持在原來的車道。ESP系統(tǒng)包含ABS和ASR，可以說是當前汽車防滑裝置中的高級技術。

被動安全控制系統(tǒng)的典范是安全氣囊防護系統(tǒng)（ARS），其工作原理可用下圖1表述：

除此之外，伴隨更先進的技術，現(xiàn)今對汽車駕駛的安全檢控系統(tǒng)更趨向于智能化，比如：監(jiān)控雙手脫離方向盤駕車的智能技術、疲勞駕駛智能識別技術、急剎車誤踩識別技術、車道偏離預警等。

3.2傳動控制

傳動控制無疑是整個汽車系統(tǒng)的核心。計算機控制在此突出表現(xiàn)為發(fā)動機和傳動系統(tǒng)的智能控制，比如，通過檢測汽車的工作狀態(tài)，控制燃油和空氣比例，將能夠很好地節(jié)約能源，提高汽車的經(jīng)濟性；更為突出的是采用模糊控制器控制汽車的變速和防抱死制動系統(tǒng)的壓力調(diào)制技術，以及現(xiàn)今的動力與傳動系統(tǒng)監(jiān)控的智能異常識別。

3.3智能導航

智能導航是近年來的熱門話題，也是近幾年迅猛發(fā)展的一項課題。在此可將其分為兩部分，一是基于圖像信息的智能識別，如對前方障礙物和深坑的識別，對交通標志的智能識別，安全車距的穩(wěn)定監(jiān)控以及智能后視等。此項在很大程度上提高了駕駛的安全性和自動化，不再是機械傳統(tǒng)地依靠駕駛員的直觀反應，更加精準，更加有效。二是基于GPS來定位汽車當前位置，提供合適的行駛路線，實現(xiàn)導航，解決了眾多用戶身處陌生城市面臨的棘手問題。

3.4輔助控制[5]

除上述計算機控制在汽車上的主要應用之外，還有一些滿足用戶舒適度和便捷性的輔助控制，比如車門的智能開關，智能雨刷等等。

4、前景展望

給汽車裝上“大腦”，讓汽車學會“思考”，這是汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也面臨著很大的發(fā)展空間。繼2004年美國國防高級研究計劃局（DARPA）舉辦無人車大獎賽之后，無人駕駛車持續(xù)升溫，吸引了眾多研究者的眼球，2007年，美國首屆無人車城市挑戰(zhàn)賽（Urban Challenge）中，6所高校改裝的無人駕駛、無人遙控的智能汽車，完全依靠計算機控制系統(tǒng)，在遵守了交通法規(guī)的前提下，征服了障礙重重的城市交通，展示了無人車廣闊的應用前景。但由于復雜的道路人為因素，我們對無人駕駛車的安全性依舊心有余悸，現(xiàn)如今，無人駕駛車已在技術上有了進一步的突破，有些在國外已允許上路。因此，伴隨著技術和人為問題的進一步解決，無人駕駛車有望成為未來的汽車風向。

參考文獻

[1]許勇.《計算機控制技術》[M].機械工業(yè)出版社，2008.（1）：45-47.

[2]張秀彬，應俊豪.《汽車智能化技術原理》[M].上海交通大學出版社，2011（3）：56-78

[3]中國科學技術協(xié)會，中國汽車工程學會.《車輛工程學科發(fā)展報告》[M].中國科學技術出版社，2008（2）：18-21

[4]劉峰，富鋼，牟曉東.計算機控制技術在汽車安全方面的應用[J].技術經(jīng)濟，2007（9）.

[5]中國汽車工程學會.《2009世界汽車技術發(fā)展跟蹤研究》[M].北京理工大學出版社，2010，（1）：3-10.