【《自主车辆油门控制系统分析的国内外文献综述》4300字】

自主车辆油门控制系统研究的国内外文献综述1.1国外发展现状西方发达国家在自主车辆技术方面研究较早,20世纪60年代,美国Ohio大学的一些研究人员就开始进行了汽车侧向跟踪控制和纵向跟踪控制研究[4-5]。美国国防部下属的联合机器人项目(JointRoboticsProjects)从1990至今统一协调和管理各军种的无人地面车辆项目和计划。在自主车方面最具代表性的是DemoIII系统，该系统直接针对越野环境，在感知、智能控制与决策、人机接口、建模、仿真和试验等方面取得了一定进展。但由于技术上的局限性和预期目标过于复杂，到20世纪80年代末90年代初，各国都将研究重点逐步转向问题相对简单的民用车辆的辅助驾驶项目上[6]。对于自主导航车辆,日本20世纪90年代初也开始了无人自主车辆的研究。日本防卫厅技术研究本部所研究的无人地面车可以在障碍设置处理、阵地的构筑及大规模救灾等各种危险且艰难条件下实现无人遥控作业。这种自主车辆可以控制人员消耗且代替人力来高效地完成危险作业[7]。对于电子油门控制系统的研究,国外也起步得比国内早。早在20世纪70年代,国外就有研究者对传统的汽车油门制动踏板结构进行了研发改造，主要是依据驾驶员在加速和刹车时的动作特征来设计机械式油门和刹车合成装置[8]。在1980年,国外便研制出了第一台电子节气门,并将它应用在由德国宝马公司所生产制造的BWM750iL轿车上[9]。近年来，在国外有很多著名汽车企业投入大量人力、财力对电子节气门进行深入研究，比如说德国Bosch、Pierburg、美国Delphi、Visteon、日本Hitachi、Toyota、意大利Marelli等。它们陆续推出了两代向全电子化发展的电子节气门产品[10]。国外对电子油门控制系统中控制算法的研究也逐渐成熟,1995年HansFritz[11]提出了一种自动驾驶道路车辆的神经速度控制。此项目主要是利用油门和制动控制输入在低速和高速水平下工作的神经网络汽车速度控制器,它可以用于自主智能巡航控制，包括停车和交通情况。网络本身由一个简单的多层前馈感知器网络组成,采用一种特殊的训练方法,将神经网络训练在一个详细的非线性动力汽车模型上。采用戴姆雷奔驰实验车OSCAR进行实际的道路测试,在高速和低速控制上都取得了良好的效果。2012年FaizulAkmarAbdulKadir等人[12]使用增益调度PID控制器进行车速控制，提出了一种利用仿真方法控制路面车辆行驶速度的控制策略。采用非线性车辆纵向模型建模车辆纵向行为，车辆受到若干种（上坡）道路梯度干扰。为了实现增益调度目标，提出了增益调度控制器的控制目标。选择MATLABSIMULINK作为仿真工具来模拟车辆的动力学行为和评估控制结构的性能。结果表明，该控制器对车速较低的车速具有有效的控制效果。该控制器的性能远优于固定增益PID控制器。1.2国内发展现状我国在智能车辆方面的研究较晚,所以与国外相比,智能车辆技术相对落后。但在汽车产业方面，我国总体水平处于国际领先地位，自主品牌市场份额逐年提高，关键零部件供给能力明显增强，新能源汽车产业体系日渐完善，电池、电机、电控及整车具有较强的国际竞争力，这为智能汽车的发展奠定了坚实的基础。在网络通信方面，我国互联网、信息通信等领域涌现习比世界级领军企业，移动通信和互联网运营服务能力位居世界前列，也为智能汽车发展积蓄了重要力量[13]。就目前而言，国内尚且没有汽车公司对电子油门控制系统进行深入地探索，这对国内汽车行业未来的发展方向提出了一定的要求。但是近年来，国内部分高校在实验室内对汽车电子节气门控制系统进行了研究并且有了一定的成果。2005年高峰等人[14]对车速控制系统自适应油门控制器进行研究设计,在分析非线性车辆纵向动力学模型及简化模型基础上,采用一种简化非线性模型设计自适应油门控制器,并应用李雅普诺夫理论证明了传动系统存在动态过程时控制系统的稳定性。高峰等人通过对基于简化线性和非线性模型的自适应控制器的仿真研究,最后结果表明非线性具有更好的收敛性。实验结果也进一步表明,基于非线性模型的自适应控制器可以通过自适应调节减少参数不确定造成的干扰,当传动系统存在动态过程时可以保证车速跟踪误差有界。图1-2车辆纵向动力学模型Figure.1-2Longitudinaldynamicsmodelofvehicles图1-3自适应车速控制系统结构Figure.1-3Structureofadaptivespeedcontrolsystem同时，高峰等人最后还提出了一种基于橡胶油管的WIM技术，介绍了橡胶油管式WIM系统的原理，并基于此原理研制了一种新型WIM传感器，针对诸多因素对WIM系统输出值产生的影响，建立了结合神经网络的计算模型及算法。2007年山东理工大学林春梅[15]对汽车电子油门控制系统进行了一系列的研究。将各种电气、计算机等内容相关的技术结合，基于已经拥有ABS产品的车辆进行开发。通过对已有的电子油门技术进行学习分析，自行设计处能够根据采集车速、路面附着系数、车距、停车距离等数据进行控制的软硬件相结合的油门控制系统,设计的目的在于当车距小于预想停车距离的时候,能够实现汽车的自动减油门的功能。她通过分析汽车的制动过程,建立了制动系统的数学模型。在进行软件仿真分析后,推导计算出了电子油门控制系统的控制函数。其设计的电子油门控制系统示意图如图1-4所示。图1-4电子油门控制系统示意图Figure.1-4Schematicdiagramofelectronicthrottlecontrolsystem贵州大学电气工程学院李伟[16]就基于GPS导航技术对智能车转向的控制问题进行了研究。其中GPS导航系统用于实时地检测智能车，能够提供实时车的位置信息,引导智能车准确及时地实现转向。它的实现流程主要是，通过计算机比较车当前的实际位置和想要行驶路径的偏差,并对偏差进行处理；将处理信号发送给控制器,控制器驱动两路直线电动推杆同步伸缩,对电动推杆的转速和转向采用了PID控制。设计的主要核心框架在于选择一款适合控制直线电动推杆的单片机，然后设计处单片机的最小系统、外围电路、功率驭动单元、通信模块。其设计的硬件框图如图1-5所示:图1-5智能车控制器硬件模块Figure.1-5Smartvehiclecontrollerhardwaremodule2018年青岛理工大学刘立强[17]对智能电动汽车的整车控制及其中央控制系统进行了研究,其中包括通过建立车辆纵向控制动力学模型,通过对油门和速度的协调控制来达到对车辆纵向控制的效果，即控制车辆的纵向速度。同时他的设计还利用了油门点击和制动器电机的控制策略以及二者之间的协调切换策略,使用PID控制算法和模糊控制算法设计油门控制器和制动器,通过控制轮毂电机和推杆电机来控制油门和制动器,最终完成车辆的纵向控制目的。图1-6纵向模糊PID器结构控制图Figure.1-6StructurecontroldiagramoflongitudinalfuzzyPID2018年哈尔滨理工大学倪孝深[18]对汽车电子油门控制系统同样进行了研究。通过对比机械油门控制系统、单独/集中控制系统、CAN总线控制系统三种方案的优缺点,最后设计采用了基于CAN总线的汽车电子油门控制系统。通过深入探讨完成了各模块硬件电路的设计,其中包括供电电路、通信电路、油门控制电路、车速/发动机转速监测电路、喷油器电路、载重监测电路、汽车行驶坡度监测电路和电子节气门电路的设计,同时完成了防止油门被误踩的机械结构设计,对各个模块之间进行了通信测试。利用MATLAB平台对PID控制算法与S曲线控制算法的仿真,对数据的分析得出最优的控制算法。该设计对于汽车电子油门控制系统的深入研究和设计开发,有着很大的实用价值。其设计的总体框图如图1-7所示。图1-7汽车电子油门控制系统总体结构框图Figure1-7Blockdiagramofgeneralstructureofelectronicthrottlecontrolsystemforautomobile利用CAN总线进行车辆通信的技术应用很广泛。郑聪[19]考虑到柴油发动机在电子油门技术上目前还处于初级发展阶段，留有大片空白发展空间。他基于某公司的工程机械车辆，结合传感器技术、油门执行器和微控制技术对柴油发动机进行了电子油门系统设计。这种系统不但可以实现一般的人员在车上控制发动机的功能，还能实现对发动机转速的远程控制。除此之外还能具有自动怠速、怠速升速、自动断电、换挡升速等功能。油门旋钮负责电子油门的油门开度控制，利用CAN总线实现油门控制指令的远程传输，通过CAN总线读取远程操控的油门开度，并将其与油门旋钮开度进行比较，两者之间较大者作为油门开度的输入值，将此数据实时传输给油门电机并控制油门电机软轴的伸缩位置，进而控制发动机的转速。这种设计满足了老式柴油发动机和小型柴油发动机在智能化上的需求，促进了车辆集成化的发展。其设计的柴油发动机电子油门控制系统如图1-8所示。图1-8柴油发动机电子油门控制系统Figure1-8Electronicthrottlecontrolsystemfordieselengine对国内外发展现状进行比较可以看出，国外西方发达国家的智能车辆技术和电子油门控制技术都领先于国内；但不难发现，国内的汽车产业与农业发展很好，人们对于车辆的使用需求很大，同时国内通信技术、传感技术等都已取得较大程度的发展，国内对于自主导航车辆的油门控制系统将会在未来有一个积极的发展。目前国内外普遍使用的是第二代电子气门技术，美国德尔福公司所研发的第三代电子节气门技术还没有实现真正的自动化[20]。同时，油门控制技术的算法也在逐渐完善与更新，可以看出为了满足车辆的行驶要求,一般情况下车辆要根据当前需求调节油门开度,随着油门开度的改变,发动机的功率也随之改变,发动机不同功率下最大转矩对应的转速也随之改变。在实际操作中,油门开度控制和希望达到的发动机转速关系是非线性的。通过不断的技术研发，油门控制技术正朝着集成化、网络化、安全可靠化的方向发展。现代汽车ETC系统正朝着集成化发展，单一功能到多种功能的集成更有利于对自主导航车辆整车的研究控制。同样，电子油门控制技术的不断发展，使得车辆内部的电子元器件越来越复杂，整车的电路变得更为复杂与繁琐，若仍按照传统的方式进行线束连接将会造成整车线路不稳定的状况，且这样做的成本费用与维护费用也不低，那对数据共享传输的安全和可靠性的要求也越来越高。5G时代的到来恰是促进这一问题的焦点。安全可靠是在提高油门控制技术的时候最需要注重的一点，因此在之后的油门控制技术发展过程中，提供安全可靠的故障隔离装置将会是油门之技术未来的发展趋势。参考文献[1]Warner.M.G.R,Harries.G.O.Anultrasonicguidancesystemfordriverlesstractors[J].JournalofAgriculturalEngineeringResearch,1972,17(1):1~9.[2]姚岚.GPS用于农业车辆自主导航系统的研究与开发[D].北京:中国农业大学,2006.[3]姚杰.汽车电子节气门技术的现状及发展趋势分析[D].内燃机与配件,2018(04):202-203.[4]A.G.Loukianov,S.J.D.,W.HosnyandJanVittek.Arobustautomotivecontrollerdesign[C].IEEEInternationalConferenceonControlApplications,Hartford,CT,USA.1997:806-811.[5]李果.汽车自动控制系统设计与研究[D].国防科技大学工学博士学位论文,1994.[6]黄岩,吴军,刘春明,李兆斌.自主车辆发展概况及关键技术[J].兵工自动化,2010,2019(11):8-13+26.[7]刘立明.日本未来多功能无人地面车[J].国外坦克,2004(08):16-18.[8]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