控制工程与信号处理在汽车中的运用

控制工程与信号处理在汽车中的运用

20世纪80年代之后,随着电子技术的惊人发展,以微计算机为主要控制中心的电子控制技术被引入到汽车制造业中,利用微机对汽车某系统进行综合性集中控制。实践证明不仅其可靠性及成本等能够充分满足汽车的要求,而且使汽车的性能得到很大提高。汽车中的电子控制系统由多个子系统组成,各子系统的功能完全不同,但其信号处理基本电路是相似的。传感器将某被测非电物理量转换成与之对应的易于处理的电量或电参量,通过控制器的接收电路变成数字信号,输入处理器中。处理器根据这些信号计算出最佳控制值,由输出电路去驱动执行机构。同时,故障显示装置通过故障诊断装置提供的信息,可把电子控制系统电气部分的技术状况随时报告给驾驶员,以便驾驶员采取相应的技术措施。电子控制技术在汽车中的应用,特别是在轿车中的应用,已由发动机系统拓展到汽车的其它系统,对提高汽车的各方面性能,推动汽车工业的发展起着非常重要的作用。

电控系统的组成，电控系统由三大部分组成:传感器、电控单元(ECU)和执行器，其作用分别是: 传感器:实时检测柴油机、车辆运行状态及使用者的操作信息,并送给控制器。基本传感器有:发动机转速传感器、齿杆位移传感器、喷油提前角传感器及加速踏板位置传感器等。电控单元(ECU):其核心部分是计算机,它负责处理所有信息,执行程序,并将运行结果作为控制指令输出到执行器"此外,还有一种通讯功能,即和其他的控制系统)如传动装置控制器进行数据传输和交换,同时考虑到其他系统的实时情况,适当修正燃油系统的执行指令,即适当修正喷油量“喷油提前角等”与此同时,还可以向其他控制系统送出必要的信息。执行器:根据电控单元(ECU)送来的执行指令驱动调节喷油量及喷油正时的相应机构,从而调节柴油机的运行状态。

电控技术发动机上的应用，电子控制燃油喷射装置工作时,燃油喷射装置的电子控制单元。根据各传感器测得的信号计算基本喷油量,再根据冷却液温度传感器等信号对基本喷油量进行修正并确定实际喷油量;此外,还根据进气门位置传感器信号,在发动机的不同工况下,按照不同的控制模式控制喷油量。这样就能够使发动机的综合性能得到提高,从而一直运行在最优工作条件下。

汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，由于环保、油耗法规的要求不断严格，使发动机越来越复杂，发动机电子控制系统性能就会相应提高，这就要求不断提高传感器的用量和精度。汽车发动机控制用传感器是在发动机产生的热、震动、汽油蒸气以及轮胎产生的污泥和飞溅的水花等恶劣环境下工作的。因此，汽车发动机用传感器与一般传感器相比，其耐恶劣环境的技术指标要高一个数量级。良好的底盘电子控制系统能改善车轮和地面之间的附着状况，进而改善汽车的安全性、动力性和舒适性。在动力转向系统中，传感器的控制对象是车轮转向角，通过对车轮转向角的电子控制，达到控制动力转向系统的目的。悬架控制系统中的传感器的工作是对汽车悬挂元件特性进行干预和调节，从而达到实现汽车动力控制的目的。碰撞传感器是安全气囊系统中主要的控制信号输入装置。其作用是在汽车发生碰撞时，由碰撞传感器检测汽车碰撞的强度信号，并将信号输入安全气囊电脑，安全气囊电脑根据碰撞传感器的信号来判定是否引爆充气元件使气囊充气。如今，传感器技术开发的重点主要在于低成本和高可靠性上，通过测量各种汽车参数，来确保车辆上的电子系统有效工作，

从而提高汽车的动力性、环保性、燃油经济性，与此同时也提高驾乘舒适性和安全性。随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，汽车传感器市场需求将保持高速增长，微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。

传感器在汽车行业中的具体应用，汽车传感器的分类汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。

1，汽车发动机控制系统用传感器发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。2，汽车底盘控制系统用传感器底盘控制用传感器是指用于变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、制动防抱死系统等底盘控制系统中的传感器。3，汽车车身控制系统用传感器车身控制用传感器主要用于提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等。主要有用于自动空调系统的温度传感器、湿度传感器、风量传感器、日照传感器等；用于安全气囊系统中的加速度传感器；用于门锁控制中的车速传感器；用于亮度自动控制中的光传感器；用于倒车控制中的超声波传感器或激光传感器；用于保持车距的距离传感器；用于消除驾驶员盲区的图象传感器等。,4，汽车导航系统用传感器随着基于GPS/GIS（全球定位系统和地理信息系统）的导航系统在汽车上的应用，导航用传感器这几年得到迅速发展。导航系统用传感器主要有：确定汽车行驶方向的罗盘传感器、陀螺仪和车速传感器、方向盘转角传感器等。传感器在汽车发动机控制系统中的应用汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。由于环保、油耗法规的要求不断严格，使发动机越来越复杂，发动机电子控制系统性能就会相应提高，这就要求不断提高传感器的用量和精度，在汽车发动机电子控制系统中，传感器处于十分重要的地位。随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，汽车传感器市场需求将保持高速增长，微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。

控制系统地综合校正，在数字PID的控制系统中，系统特性主要由KP、KI、KD 三个参数控制。

Kp为比例参数，加大时，可使系统动作灵敏，速度加快，在系统稳定的情况下，系统的稳态误差将减小，却不能完全消除系统的稳态误差。Kp偏大时，系统震荡次数增多，调节时间加长。Kp太大时，系统会趋于不稳定，如果Kp太小时，又会使系统动作缓慢。

KI为积分系数，积分作用能消除稳态误差，提高控制精度，系统引入积分作用通常使系统的稳定性下降，KI太大时系统将不稳定；KI偏大时系统的震荡次数较多，KI偏小时，积分作用对系统的影响减小；KI大小比较适合时系统的过渡过程比较理想。

KD为微分控制系数，微分控制经常与比例控制或积分控制联合作用，构成PID控制，引入PID控制可以改善系统的动态特性，当KD偏小时，超调量较大，调节时间也较长，当KD偏大时，超调量也较大，调节时间较长，只有选择合适时，才能得到比较满意的过渡过程。

随着各行各业的快速发展和各种各样的应用需求，信号分析和处理技术在信号处理速度、分辨能力、功能范围以及特殊处理等方面将会不断进步，新的处理激素将会不断涌现。当前信号处理的发展主要表现在：1.新技术、新方法的出现；

2.实时能力的进一步提高；

3.高分辨率频谱分析方法的研究三方面。