汽車控制的研究現(xiàn)狀與展望

周璇　倪飛

摘 要：汽車是典型機(jī)械電子集成類產(chǎn)品，控制系統(tǒng)好比汽車的神經(jīng)是實(shí)現(xiàn)汽車正常駕駛使用的重要支撐。汽車要實(shí)現(xiàn)更好的駕駛性能，必須對(duì)汽車控制系統(tǒng)進(jìn)行不斷升級(jí)優(yōu)化。本文從汽車控制系統(tǒng)的組成和作用入手，對(duì)目前國內(nèi)汽車控制系統(tǒng)的研究情況進(jìn)行分析，結(jié)合新時(shí)代汽車發(fā)展方向，探討了未來汽車控制系統(tǒng)的成長(zhǎng)方向和發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞：汽車控制 研究現(xiàn)狀 展望

Research Status and Prospects of Automobile Control

Zhou Xuan Ni Fei

Abstract：The automobile is a typical mechatronics product， and the control system is like the nerves of the automobile， which is an important support for the normal driving and use of the automobile. To achieve better driving performance， automobile control systems must be continuously upgraded and optimized. This article starts with the composition and function of automobile control system， analyzes the current domestic automobile control system research situation， and discusses the growth direction and development space of automobile control system in the future， combined with the development direction of automobile in the new era.

Key words：automobile control， research status， prospect

在國家社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下，國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)迎來一波黃金發(fā)展時(shí)期，國內(nèi)汽車制造業(yè)的整體水平已經(jīng)獲得了很大進(jìn)步，國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的汽車產(chǎn)量和銷量都已經(jīng)在國內(nèi)占據(jù)了較大的市場(chǎng)份額，改變了合資車、外資車獨(dú)大的情況。汽車不再是國民消費(fèi)奢侈品，而是成為生活必需品，作為提高生活質(zhì)量的標(biāo)志走進(jìn)了千家萬戶。在汽車市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大情況下，國家以綠色發(fā)展為目標(biāo)，對(duì)汽車節(jié)能減排提出了新的要求，而汽車控制技術(shù)也積極適應(yīng)行業(yè)發(fā)展新要求，通過電子信息技術(shù)和汽車控制技術(shù)深度融合，改善汽車行駛中產(chǎn)生的污染，提升駕乘人員安全、舒適的乘車體驗(yàn)。本文對(duì)目前國內(nèi)汽車控制系統(tǒng)的研究情況進(jìn)行分析，結(jié)合新時(shí)代汽車發(fā)展方向，探討了未來汽車控制系統(tǒng)的成長(zhǎng)方向和發(fā)展空間。

1 汽車控制系統(tǒng)概述

汽車控制系統(tǒng)是利用電子元件來實(shí)現(xiàn)控制功能，通過事先按照需要的功能，把指令設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)在電子控制單元（ECU）程序存儲(chǔ)器里。之后利用電子控制單元的輸入信號(hào)，對(duì)控制器組成的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。控制原理是程序存儲(chǔ)器會(huì)接收遍布汽車全身的多個(gè)傳感器發(fā)送的信號(hào)，并把這些信號(hào)對(duì)比存儲(chǔ)器中制造好的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，按照對(duì)比結(jié)果來指揮控制器采取對(duì)應(yīng)的操作動(dòng)作。從上面的功能可以看到，汽車控制系統(tǒng)是由電子控制單元、傳感器和執(zhí)行器組成。如圖1所示。其中ECU就好比是汽車電子控制系統(tǒng)的智慧大腦。

核心是單片機(jī)的微處理，能利用預(yù)先開發(fā)的軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入、輸出模塊的控制。傳感器好比人類的眼和耳的功能，是采集汽車的運(yùn)行狀態(tài)、工況等物理參數(shù)后，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸送給ECU。汽車使用了脈沖式、電位計(jì)類、熱敏電阻等多種傳感器。執(zhí)行器就好比人類的手和腳的功能，是ECU實(shí)行對(duì)汽車運(yùn)行控制的具體表現(xiàn)，執(zhí)行器會(huì)按照ECU的指令進(jìn)行反應(yīng)，從而保證汽車是在處于安全可靠的運(yùn)行狀態(tài)。

2 國內(nèi)汽車控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀分析

汽車控制系統(tǒng)從汽車結(jié)構(gòu)功能上分為對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、主動(dòng)安全控制等三個(gè)控制系統(tǒng)組成。目前國內(nèi)對(duì)這三個(gè)組成部分的研究情況如下。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)作為汽車動(dòng)力的提供者，直接影響駕乘者對(duì)汽車的操控感受。在當(dāng)今環(huán)保理念下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的燃油利用率、節(jié)能降耗等方面的研究比較熱門。該系統(tǒng)是由多個(gè)內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成，可以說一臺(tái)車的質(zhì)量高低，就來自于該系統(tǒng)的優(yōu)劣水平。發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)十年的研究，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的類型基本變化不大。對(duì)該系統(tǒng)的電子節(jié)氣門研究是促進(jìn)系統(tǒng)提高功效的主要方向，如圖2所示。通過電子節(jié)氣門的敞開大小來實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的精準(zhǔn)控制，促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)處于良好的使用狀態(tài)。

傳動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用電子控制之后，能更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)方面的性能平衡。汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)是由變速箱、離合器、傳動(dòng)軸、差速器等組成。目前對(duì)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的研究，主要集中在如何實(shí)現(xiàn)汽車更為平穩(wěn)順暢的起步控制。汽車在啟動(dòng)過程中，是讓汽車從靜止進(jìn)入到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的過程，所以是用起步速度和汽車起步的穩(wěn)定性判斷控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。當(dāng)今是從AT、CVT、DCT等方式進(jìn)行汽車動(dòng)力系統(tǒng)起步優(yōu)化研究。如圖3所示。研究發(fā)現(xiàn)，在汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中采用的電子控制系統(tǒng)越先進(jìn)、越精準(zhǔn)，就越能保障汽車在短時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)起步運(yùn)行，而且具有良好的動(dòng)力性能。

車輛主動(dòng)安全控制系統(tǒng)。汽車的安全性能是消費(fèi)者最為關(guān)心的指標(biāo)。當(dāng)前是從主動(dòng)安全和被動(dòng)安全兩個(gè)方向?qū)ζ嚢踩刂葡到y(tǒng)進(jìn)行研究。被動(dòng)控制系統(tǒng)是保護(hù)乘坐者在發(fā)生事故后不受到傷害。主動(dòng)控制系統(tǒng)是指采用各種安全措施來實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的安全操控駕駛，這也是車輛安全控制系統(tǒng)研究的主要方向。當(dāng)今研究重點(diǎn)是，汽車在加速、直線或者轉(zhuǎn)彎打方向的過程都能沿著操作者既定的路線行進(jìn)，而且駕駛員的操作感受比較舒適，操作視野不被遮擋。