汽车控制系统概述

一、控制系统的性能要求

1、动态性能要求

控制系统应满足动态过程的性能要求。控制系统的动态特性，一般控制系统被控量变化的动态特性有以下几种：

（1 ）单调过程。被控量单调变化，缓慢地到达新的稳态值。一般这种动态过程具有较长的时间，如图（a）所示。

（2）衰减振荡过程。被控量的动态过程是一个振荡过程，但是振荡的幅度在不断衰减，到过渡过程结束时，被控量会达到新的稳态值。如图（b）所示。

（3）不衰减振荡过程。被控量持续振荡，始终不能达到新的稳态值，如图（c）所示。

（4）渐扩振荡过程。被控量不但是一个振荡过程，而且振幅越来越大，甚至会大大超过被控量的额定值，如图（d）所示。这是一种典型的不稳定过程。设计自动控制系统时绝对要避免发生这种情况。

一般说来， 设计合理的自动控制系统，其动态特性多属于如图 （b）所示的情况。为了满足生产过程的要求，控制系统的动态过程不但要是稳定的，而且过渡过程时间越短越好，振荡幅度越小越好，衰减得越快越好。

2、稳态性能要求

（1）稳定性

稳定性是指系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。对于稳定的系统，当输出量偏离平衡状态时，应能随着时间收敛并且最终回归初始的平衡状态。

（2）快速性

快速性是指当系统的输出量与给定的输人量之间产生偏差时，系统消除这种偏差的快慢程度。通常用过渡过程时间来表示系统响应的快慢。

（3）准确性

准确性是指在稳定工作状态下，系统输出量的实际值能与期望值保持一致的性能。对于一个控制系统，人们要求动态误差（偏差）和稳态误差（偏差）都越小越好。

（4）适应性

适应性是要求自动控制系统能适应控制过程较大范围的工况变化。工况变化后，受控对象的特性将会随之发生变化，因此要求控制器的参数也能够有较大范围的调整余地，从而使控制系统仍可获得良好的控制品质。

（5）经济性

经济性要求控制系统消耗的能量最少，波动最小，效率较高，成本较低，投资较省。由于控制对象的具体情况不同，系统对这五方面的要求各有侧重，因此，在控制系统设计时，应以满足控制要求为原则，正确地分析和平衡这些矛盾。

二、汽车控制技术应用

1、动力传动总成的控制

动力总成的控制主要包括发动机电子控制、变速器电子控制和动力总成的整体控制等。

在控制器中，以脉谱（MAP）数据形式存储着经台架实验、道路实验所确定的各种工况的基本喷油量、点火提前角以及修正量。控制器中的中央处理器（CPU）会根据发动机的转速和负荷，以及启动、加速、减速、息速等过渡工况要求，从 MAP 数据表中查出相应的基本喷油量和点火提前角，再按进气压力、 进气温度、冷却液温等传感器的输出信号，查修正量表进行修正。ECU 还要根据排气管上的氧浓度传感器的输出信号，采用比例一积分 （PI）控制来调整喷油量，使发动机稳态空燃比保持在目标值附近。有的还建立了喷油瞬态过程的自适应模型，采用模糊神经网络对暂态喷油量进行预报控制，使发动机实现瞬态空燃比精准控制。随着排放问题的基本解决，充分利用电子技术强大的控制能力，不断丰富汽油机控制系统的功能，充分挖掘其在动力性经济性方面的潜力，进而全方位地改善汽油机的性能，已经成为汽油机的主要发展方向之一。微机控制在汽油机上的应用经历了从单一的化油器电子控制、汽油喷射控制、点火控制到全面电子控制的发展过程。如今，汽油机已经进入电子控制技术时代，用一个 ECU 进行以汽油喷射为主的多项控制，是当代汽油机控制的基本模式。

（2）变速器的电子控制

电控自动变速器控制系统的计算机接收到各传感器输送来的反映汽车和发动机运行工况的信号后，会据此给换挡电磁阀和变矩器锁止离合器电磁阀发出指令，以控制自动变速器工作。计算机除了用于控制变速器的自动换挡外，还用于全时（FullTime）四轮驱动传动系统中轴间差速器的自动锁止控制。车辆行驶时，计算机接收到前后轮转速传感器、 节气门位置传感器和轴间差速器控制开关等的信号后，会根据前后轮速度的差动量来控制前后轴上转矩的分配，以避免因差速器的差动作用产生车轮滑转、车辆停驶的现象，从而提高车辆在困难道路上行驶时的通过能力。

（3）动力传动总成的整体控制

随着汽车电子化程度的进步提高和微电子技术的迅速发展，ECU 的控制功能也在不断增强，逐渐由单一控制向集中控制方向发展， 并产生了新的控制功能。为了使发动机和变速器控制系统的功能达到最优协调与匹配，减少传感器的使用数量，现在已经开始采用系统工程和机电一体化的设计方法。这种整体控制更易于实现换挡过程中的闭环控制，并提高动力传动系统的综合动力性能和经济性能，不仅降低了成本，还提高了控制系统的可靠性和一致性。如今，这方面的研究与应用越来越多，已经成为当前汽车电子控制技术发展的一个重要方向。

三、结束语

就提高控制品质而言，控制的方法是在变速器发出换挡控制命令后，采用延迟点火时间或切断供给某一缸的燃油等办法，控制发动机输出转矩瞬时下降，以减少换挡过程中的转矩扰动，从而减少冲击和动载，提高换挡品质。

参考文献

[1]车云，陈卓.智能汽车决战 2020[M].北京：北京理工大学出版社，2020.

[2]张彦琴，冯能莲.智能汽车运输系统[M].北京：北京工业大学出版社，2021.

[3]刘家佳.智能网联汽车安全[M].西安：西安电子科技大学出版社，2021.

作者简介：王政，1982.02， 男，汉族， 浙江乐清，402260 ，研究生， 讲师， 汽车电气。