基于PIC16F873单片机汽车巡航控制系统的研究论文.docVIP

基于PIC16F873单片机汽车巡航控制系统的研究 摘要 随着汽车工业的迅速发展，汽车的普及面越来越宽，人们对汽车的安全性 和舒适性有了更高的要求。汽车巡航控制系统可以减轻驾驶员的压力，提高驾 车的舒适性，具有重要的研究意义。 本文综述了国内外汽车巡航控制系统的发展状况和发展方向，介绍了巡航 控制系统的构成和基本原理，在学习已应用的各种控制方案如PID控制、模糊 控制、迭代学习控制、自适应控制的基础上，提出了一种将模糊控制和PID控 制有效结合的模糊PID控制方案，模糊PID控制根据操作人员的实践经验，运 用控制规则模糊化，对PID参数进行在线调整，克服了PID控制和模糊控制在 实际应用中的局限性，取得了理想的控制效果。 以轿车为对象，分析汽车行驶过程中受到的各种外力，利用软件 MATLAB建立了汽车仿真模型、控制器模型及整个巡航控制系统的模型，仿 真并对结果进行分析。 设计了系统硬件电路，介绍了汽车巡航控制系统中所用到的微控制器和电 源芯片及驱动控制芯片。提出了系统主程序的设计思想，给出了系统主程序结 构流程图和子程序如车速采集程序、A/D转换程序、电机控制程序的结构流程 图。完成了软件的编制并在实验室所搭建的巡航控制平台上进行了调试，结果 表明，系统能够实现简单的巡航控制命令，且效果理想。 关键词：巡航控制；传感器；驱动电路； 一、巡航控制系统的发展现状和趋势 1.1 巡航控制系统的国内外发展状况 国外汽车巡航控制系统起步很早，其发展过程主要经历了三个阶段： 第一阶段是上世纪60年代至70年代中期，早期的汽车巡航控制系统主要 是机械式和气动机械式巡航控制系统。例如，日本丰田公司从1965年起就开 始在车上装用机械式巡航控制系统。之后，德国的VDO公司也研制出了气动 机械式巡航控制系统。而1968年德国奔驰公司开发了晶体管控制的巡航控制 系统，并在莫克利汽车上装用，这期间美国和日本相继出现了以模拟电路为基 础的汽车巡航控制系统。 第二阶段是上世纪70年代中后期至80年代中后期，以数字信号为主的控 制系统。随着单片机技术的发展，特别是大规模集成电路及单片机的应用。出 现了以数字技术为基础的巡航控制系统。如1974年美国鲁卡斯汽车研究中心 研究出了性能完善的运用卫星雷达的数字车速/车距控制系统，该系统可以更 好地适应路面状况的变化。日本日野(Hino)公司于1985年投放市场一种基于 燃油经济性的车速控制系统，其控制框图如图1-1所示，其控制部分是基于数 字式微处理器。美国摩托罗拉公司也研制了一种采用微处理器控制的巡航控制-2- 系统，这种系统的所有输入指令以数字形式直接存储和处理，微处理器根据指 令车速、实际车速以及其他输入信号，按给定程序完成所有数据处理，并产生 步进电机的驱动信号输出，改变节气门开度，每种车型的最佳加速度和减速度 由编程人员决定。从安全上考虑，将制动开关与节气门执行器直接相连，这 样，当踩下制动踏板时，在断开巡航控制的同时，将执行器的动力源断开，从 而使节气门迅速脱离巡航控制系统的控制。 与模拟技术相比，数字系统的突出特点是系统的信号量以数字表示，受工 作温度和湿度的影响较小，因此数字控制具有更高的稳定性。汽车自动巡航控 制系统采用先进的大规模或超大规模集成电路技术做成专用模块，也可在微处 理器上编程实现。当汽车上其他系统已有控制微处理器时，只要修改一下程序 便可将此功能附加上去，因而可节省昂贵的硬件开支。 第三阶段，从上世纪90年代开始，国外又开始发展以智能化为核心的汽 车自动巡航控制系统和以定距离控制为主的自适应巡航控制系统。 1990年美国鲁卡斯公司研制出一种自动恒速智能控制系统，该系统采用了 连续调频波雷达，通过雷达来探测前方车辆与本车的距离，通过处理单元计算 出相对车速与距离，并将该信息提供给电控单元，通过执行器控制节气门来控 制车速。之后，该公司又针对暴露的问题加以改进，在美洲虎牌轿车安装了新 的自动恒速控制系统，并对控制节气门与制动器的执行机构作了改进，微波雷 达安装在前保险杠内，通过塑料车牌照发射微波探测信号。 目前国外很多专家都在研究自适应巡航控制系统(Self-adaption CruiControl System，简称ACCS)。这种巡航控制系统主要由测速装置、转向角传感器、车速传感器、制动ECU(Electronic Control Unit)和发动机ECU等组成。当道路情况良好时，该系统就是普通的巡航控制系统，可以按设定车速巡航行驶；当距另一辆车距离较近并相对车速较高时，通过巡航控制系统控制制动器减速。情况正常后将自动恢复原先的车速，如果前方车辆减速，AC便操纵制动器来维持一定的车距，从而避免了汽车的追尾。 国外开始研究一种半自主式的巡航控制系统。此种巡航控制系统能够很快 地应用于