车辆智能控制技术的研究与应用车辆1003沃健亚20104042智能控制技术概述控制技术是在上世纪２０年代建立了以频域法为主的经典控制理论后发展起来的，控制技术首先在工业生产中得到了广泛的应用。

在空间技术发展的推动下，５０年代又出现了以状态空间法为主的现代控制理论，使控制技术得到了广泛的发展，产生了更多的应用领域。

６０年代以来，随着计算机技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，显著加快了工业技术更新的步伐，这对自动控制技术提出了新的挑战，也为其发展提供了条件，促进了智能理论在控制技术中的应用，形成了智能控制技术。

智能控制技术主要用来解决那些用传统的方法难以解决的复杂系统的控制问题，如智能机器人系统、计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）、复杂的工业过程控制系统、航天航空控制系统、社会经济管理系统、交通运输系统、通信网络系统、环保与能源系统等。

这些复杂系统具有以下特点：①控制对象存在严重的不确定性，控制模型未知或模型的结构和参数在很大的范围内变化；②控制对象具有高度的非线性特征；③控制任务要求复杂。

例如，在智能机器人系统中，要求系统对一个复杂的任务具有自行规划和决策的能力，有自动躲避障碍达到目的地的能力。

智能控制技术通常通过智能控制系统发挥作用。

简单地说，智能控制系统是指具备一个智能行为的系统，它利用人工智能的方法能够解决难以用数学的方法精确描述的复杂的、随机的、模糊的、柔性的控制问题，具有自学习、自适应、自组织的能力。

它的主要目标是探索更加接近人类大脑处理事物的“思维”模式，也是研究一种数理逻辑，能使机器像人一样，根据少量模糊信息，依据一定的推理准则进行“思维”，就可以得出相当准确的或足够近似的结论和控制策略。

把智能控制技术应用在工程机械产品上，解决了传统控制方法无法很好的适应多变复杂对象的难题。

智能控制技术可以改变控制策略去适应对象的复杂性和不确定性。

它不是仅依靠数学模型，而且根据知识和经验进行在线推理，确定并优选最佳的控制策略，针对某种不确定性使系统保持预定的品质和期望的目标。

智能控制的特点智能控制是控制理论发展的高级阶段，它的建立和发展是对当代多种前沿学科、多种先进技术和多种科学方法加以高度综合和利用的结果。

智能控制的产生来源于被控系统的高度复杂性、高度不确定性及人们要求越来越高的控制性能。

被控系统的这种“三高三性”难以用精确的数学模型(徽分方程或差分方程)来描述，而传统控制是基于模型的控制。

为了控制必须建模，因为整个控制系统置于模型框架下.而利用传统方法建模的精确度有限.加之又是采用固定的控制算法，缺乏灵活性、应变性，因此在复杂对象的控制问题面前，传统控制显得有点力不从心。

为此，把人工智能的方法引入控制系统，将控制理论的分析和理论的洞察力与人工智能的灵活的框架结合起来，形成了智能控制。

智能控制的核心是控制决策，在作出决策时，具有拟人的智能或仿人的智能.这种智能不是智能控制系统中固有的，而是人工赋予的。

因此决策方式灵活机动，能实现对复杂不确定系统进行有效的控制。

从上面论述不难看出，传统控制和智能控制的智能控制技术在车辆控制方面的概述汽车动力传动系统是对发动机和变速器的统称.动力传动一体化控制系统是采用高性能微控制器对动力传动系统实施一体化控制的产物.随着汽车电子技术的发展和人们生活水平的提高,人们对汽车性能的要求也越来越高,依靠微控制器对汽车动力传动系统进行整体控制已成为国内外竞相发展的一项技术.同时智能控制技术在汽车控制领域被日益广泛应用,使得智能控制技术也成为汽车整体控制的重要发展方向之一.该文从这一方向出发,采用模糊控制的方法,对汽车动力传动系统的整体控制技术进行了研究,全文共分七章.概述了汽车动力传动系统一体化控制的概念,分析了一体化控制的必要性和可行性,总结了国内外关于车辆整体控制的研究现状和智能控制技术在车辆动力传动系统中的应用.该章最后,概括了该文研究的主要内容.阐述了动力传动一体化控制系统的基本功能和基本构成,分析了离合器接合的详细过程,对系统换档规律和换档类型进行了总结.最后提出了控制系统换档品质好坏的评价指标.对MCU进行了选型,介绍了该控制系统所需的传感器和执行元件,针对8位微控制器80C552,完成了信号调理电路和驱动控制电路的设计.针对动力传动一体化控制系统是一个嵌入式实时系统的特点,应用模块化程序设计的思想对软件结构进行了细化,完成了监控界面和控制软件子程序的设计、模糊规则的制定,并且设计了三级递阶智能控制器,实现了系统的综合智能控制.对控制系统综合实验进行了探索,并将智能控制结果与传统控制结果进行比较,证实了智能控制的优越性.利用matlab对控制系统连续升档和连续降档过程进行了仿真研究,并提出了仿真方法和建立了仿真模型,对仿真结果进行了分析说明.最后一章作为全文的总结,并提出了该课题进一步研究的意见和建议.随着科学术的发展，人们对汽车的要求也越来越高。

为了追求汽车的经济性、动力性、安全性和舒适性，世界各国不断运用先进的科技，开发先进装置，以使汽车的一些性能得到前所未有的V}善. 80年代中期，传统控制技术吸是经典控制和现代控制理论的统称)的应用，使汽车系统及其总成的性能有了较大的提高，相应地也暴露出一些不足。

人工智能的出现和发展，促进了传统控制向智能控制的发展.90年代初，许多专家学者已经开始重视智能控制技术在汽车领域巾的应用。

目前应用最为广泛的智能控制主要有模糊控制和神经网络控制。

主要区别就在于它们控制系统不确定性和复杂化的能力以及控制精度的高低等。

经过 20 年来的研究和发展，尤其是近10年来的研究成果表明，把人工智能的方法和反馈控制理论相结合，解决复杂系统的控制难题是行之有效的，并取得了新的认识和新的控制上的突破。

智能控制技术在汽车中的应用汽车是一个复杂的多自由度系统，在外界不确定因素的作用下，其动态特性会发生很大变化甚至失稳。

许多专家学者都在寻求一种有效方法控制汽车的动态特性，使之满足要求由于智能控制的性能优于传统控制，因而在汽车领域得到广泛的应用90 年代初，福特公司和宏达公司已就神经网络和模糊逻辑系统在汽车的动态特性与控制中的应用进行了许多研究;日产公司率先用模糊控制器控制汽车传动系的变速规律和防抱死制动系统的压力调制器;菲亚特公司成功地实现了发动机怠速的模糊控制;三菱公司也不甘落后，提出相关计划进行大胆尝试。

目前，智能控制技术已经渗透到汽车的各个方面:如汽车的运动控制、驾驶员模型、轮胎模型以及制动系统、悬架系统、转向系统、传动系统和发动机的控制等。

本文仅讨论智能控制方法在汽车动力传动系统部分。

智能控制方法在汽车动力传动系统的控制思想汽车动力传动系统一体化控制是指应用电子技术和自动变速理论，以电子控制单元(ECU)为核心，通过液压执行机构控制离合器的分离和接合、选换档操作，并通过电子装置控制发动机的供油实现起步、换档的自动操纵。

其基本的控制思想是：根据驾驶员的意图(加速踏板、制动踏板、操纵手柄等)和车辆的状态(发动机转速、输入轴转速、车速、档位)，依据适当的控制规律(换档规律、离合器接合规律等)，借助于相应的执行机构(离合器执行机构、选换档执行机构)和电子装置(发动机供油控制电子装置)对车辆的动力传动系(发动机、离合器、变速器)进行联合操纵。

如图l所示。

图l 汽车动力传动系统一体化控制思想智能控制方法在汽车动力传动系统的控制方式动力传动系统一体化控制方式一般分为3类：(1)采用两机或多机通讯的方式。

在发动机ECU和变速器ECU之间实现信息共享。

这种控制方式充分利用了成熟的发动机和变速器控制技术，对原系统改动较少，易于实现，开发成本较低，但由于布线较多，集成度不高。

(2)采用单一的Ecu对发动机和变速器实现整体控制。

其优点是集成度高，外围接线减少，可靠性提高，但对Ecu要求较高，开发成本高。

丰田雷克萨斯Ls400型轿车上的动力控制系统、四档带智能控制系统的自动变速器A34lE和发动机使用同一Ecu，装有微电脑的Ecu通过控制自动变速器的换档、闭锁时刻、行星齿轮系统中执行机构(离合器、制动器)的油压以及换档时发动机转矩，使换档品质达到最佳。

(3)采用CAN总线结构进行总体控制。

目前在汽车上采用较多的是CAN总线，发动机与变速器两个控制子系统通过CAN总线进行连接的结构如图2所示。

通过CAN 总线，两个系统之间不仅能传输命令、请求和汽车的一些基本状态(如发动机转速、车速、冷却水温度等)，还能对一些实时性要求强的数据如油量、转速信号等设定较高的优先级。

图2采用CAN总线的数据流动图研究应用部分汽车动力传动系统一体化控制系统的基本组成控制系统的功能是依据驾驶员的意图和车辆行驶环境的变化，自动调节基础传动部件的传动比和工作状态，以实现传动系效率的最佳和车辆整体性能的最优。

一般来说，车辆控制系统主要由车辆数据采集系统(传感器部分)、电子控制单元和执行机构三大部分组成。

(1)车辆数据采集系统(传感器部分)的组成。

在整个控制系统中，传感器的部分作用等于人工操作换档车辆情况下驾驶员的视觉、听觉和触觉系统，将各种换档所需的参数信号采集并传送到电子控制单元。

车辆按照驾驶员的意图行驶和工作，车辆控制系统必须能够正确识别和实现驾驶员的操纵。

驾驶员意图的识别通过传感器对车辆控制机构(例如加速踏板、制动踏板、方向盘转角等)的变化进行测试，并经过分析获得。

在汽车上使用的传感器主要有以下几种：磁电式传感器、磁阻式传感器、光电式传感器、霍尔式传感器、热敏式传感器、变阻式传感器、压电晶体式传感器等。

在动力传动系统中变速器部分使用的传感器主要有：发动机转速传感器、车速传感器、节气门开度传感器、离合器位移传感器等。

其中发动机转速传感器、车速传感器使用磁电式传感器和霍尔传感器等利用磁电信号原理的传感器，节气门开度传感器和离合器位移传感器均使用变阻式传感器。

除传感器以外，其他信号通过开关和控制器或其他方式进行信号传递。

常用的开关有多功能开关、强制低档开关等。

开关也是很重要的信号输人手段。

(2)电子控制单元。

电子控制单元(Ecu)是整个控制系统的核心。

其功能是依据驾驶员意图和车辆的运动状态参数检测与提供的信号，进行档位转换或工作状态改变。

电子控制单元的主要功能有：信号采集和预处理、驾驶员操纵意图识别、车辆状态识别、换档决策(换档规律)、换档品质控制、故障诊断功能、输出和显示等功能。

典型的电子控制单元新一代的控制器功能很全面，控制性能也非常好，使用了高性能的16位或32位微处理器，有些甚至使用了定制的微处理器，包含了控制需要的大部分功能，简化了控制电路而且增强了电路的功能和可靠性。

比如日本的JATC0公司的产品均使用NEC和摩托罗拉16位和32位微处理器；德国的zF公司使用摩托罗拉32位P0wERPc微处理器开发了5档自动变速器——5HPl9的换档控制器。