【毕业论文】基于模糊PID控制的汽车巡航系统的设计.doc

基于模糊PID控制的汽车巡航系统的设计 【摘要：。关 键 词：[1]。由于汽车巡航控制具有强非线性、时变不确定性、并受到外界扰动、复杂的运行工况等影响，传统的PID控制有时不能满足实际的需求。利用模糊控制的优势对现有的控制系统进行完善，从而得到更好的控制效果。最后利用MATLAB软件对所设计的模糊PID控制系统进行仿真，观察改进后系统对车速控制的效果。 2. 汽车巡航控制系统的组成与工作原理 CCS由信号输入装置、CCS ECU和执行器等组成，如图2.1所示。 图2.1 CCS的组成 Figure 2.1 CCS composition 2.1 CCS的组成部件 2.1.1 操作开关 操作开关用于设置巡航车速或将其重新设置为另一车速，以及取消巡航控制等，包括主开关、控制开关和退出巡航开关。 1) 主开关 主开关(MAIN)是CCS的电源开关，采用按键方式。每次推入，系统电源接通或关闭。 2) 控制开关 手柄式控制开关有5种控制功能，即SET(设置)、COAST(减速)、RES(恢复)、ACC(加速)和CANCEL(取消)。SET和COAST共用一个开关，RES和ACC共用另一个开关。 3) 退出巡航开关 退出巡航开关包括取消开关、停车灯开关、驻车制动开关、离合器开关和空挡启动开关。任一开关接通时，自动取消巡航控制。当CCS取消的瞬间的车速不低于40 km/h时，该车速存储于CCS ECU中。当RES接通时，自动恢复最后存储的车速。 (1) 驻车制动开关。当拉起驻车制动操纵杆时，驻车制动开关接通，将取消信号传至CCS ECU。同时驻车制动指示灯亮。 (2) 空挡启动开关。当自动变速器换挡杆设置在P挡或N挡时，空挡启动开关接通，将取消信号传至CCS ECU。 (3) 离合器开关。当踩下离合器踏板时，离合器开关接通，将取消信号传至CCS ECU。 (4) 停车灯开关。由两个开关组成。踩下制动踏板时，两个开关同时工作。开关A闭合，电流经其流过停车灯开关，使停车灯亮。同时，蓄电池电压经过停车灯开关施加在CCS ECU上，使其判断制动器处于工作状态，ECU取消CCS工作，开关B断开，执行器得不到CCS ECU的信号，停止工作。 2.1.2 传感器 1) VSS VSS提供一个与汽车实际车速成比例的交变振荡脉冲信号，CCS ECU将此信号进行处理，计算得出当前车速。 2) TPS TPS对CCS ECU提供一个与节气门位置成正比的电信号。 3) 节气门控制摇臂传感器 节气门控制摇臂传感器对CCS ECU提供节气门控制摇臂位置信号，目前采用较多的是滑线电位计式，当节气门控制摇臂转动时，电位计随之转动，便输出一个与控制摇臂位置成正比例且连续变化的电信号。 2.1.3 CCS ECU CCS ECU由处理器芯片、A/D、D/A、IC及输出重置驱动和保护电路等模块组成，ECU接收来自车速传感器和各种开关的信号，按照存储的程序进行处理，当车速偏离设定的巡航车速时，对执行器发出控制信号，控制执行器工作，使实际车速与设定车速相一致。CCS ECU的组成如图2.2所示。 图2.2 CCS ECU组成框图 Figure 2.2 Block diagram of CCS ECU 2.1.4 执行器 执行器将ECU输出的电流或电压信号转变为机械运动，进而控制节气门的开度，最终达到控制车速的目的。目前使用的执行器有两种类型，一种是真空驱动型，由负压操纵节气门；另一种是电动机驱动型，由电动机操纵节气门。这里介绍真空驱动型执行器。 1) 真空驱动型执行器 施加负压的方法有两种：一种是仅从发动机进气歧管施加负压；另一种是当进气歧管负压太低时，用真空泵提高负压，如图2.3所示。真空驱动型执行器主要由控制阀、释放阀、电磁线圈、膜片、回位弹簧和空气滤清器组成。 (a) (b) 图2.3 真空驱动型执行器控制方法 (a)仅从发动机进气歧管施加负压；(b)用真空泵提高负压 Figure 2.3 Vacuum-driven actuator control methods (a) Exert negative pressure from the intake manifold; (b) Improve negative pressure with a vacuum pump (1) 控制阀，如图2.4所示。 用于将大气压状态下的空气或真空吸入执行器。当电磁线圈通电时，大气压状态下的空气通道关闭，进气歧管的真空通道打开，在执行器内部产生一负压，由于吸力大于回位弹簧弹力，膜片向左移动，使节气门开大，车速升高。当电磁线圈不通电时，大气压状态下的空气充满控制阀，回位弹簧将膜片推回，节气门关小，车速降低。