第一章绪论
研宄的一个重要方向，文献后令代成从汽车队列安全的角度，对队列中的不同车辆进行控制， 优点是不仅进行了控制算法的仿真，而且通过模型对控制算法进行了验证并取得了比 较好的效果。
国内对汽车队列的研宄起步比较晚，现在国内还没有把汽车队列应用到商业领域。
我国将在“十二五”期间，加快构建现代化智能交通系统。在现代化智能交通系 统中采用车辆队列行驶模式，能解决现代城市大规模客流输送问题，提高现有道路利 用率和相关服务人员的服务效率，同时为汽车制造业、运输业提供新的商机和市场。 国内的汽车队列的研宄仍旧是处于模型的研宄、试验状态。武汉理工大学的方晶等人 主要研宄了基于模型车的汽车队列的通讯控制系统的实现[11]_;马育林等主要研宄了 模型车的汽车队列中关于变工况的速度跟随控制[12]。真正用于实车的汽车队列的研宄 非常少，关于载重汽车的汽车队列研宄更是少之又少。
1.2.2发动机转速控制技术
自德国博世（Bosch)公司在1952年成功研制出了世界第一台机械控制喷射式发 动机以来。汽车工业得到了迅速的发展。汽车工业现在已经从高耗油，高污染的机械 式控制方式向更加智能化的电子控制方式的转变。而控制理论的发展也从经典的控制 理论发展到现代控制理论，以及智能控制理论的快速发展对汽车发动机的转速控制提 供了很好的理论基础。
在汽车队列控制中，要求发动机控制的动态特性具有快速性和鲁棒性。发动机转 速控制系统是非常典型的非线性时滞控制系统。外界环境的大气压力、燃油的质量、 空气湿度、空气中氧气的浓度、发动机的磨损老化等在时刻改变着发动机动态特性， 这就导致了发动机自身参数的不确定性。从发动机的进气，到油料的燃烧以及做功， 具有一定的时滞性，再加上汽车电器之间的各种EMC干扰，使发动机控制系统是个 非常复杂的非线性控制系统，同时非常多的学者和研宄人员从事于发动机转速控制策 略的相关研宄。
(1) PID控制
由于PID控制结构简单，PID的系数比较容易获得，是经典控制控制理论的基石。 使之成为当前控制领域中应用的最广泛，最成熟的控制算法。它是工程控制的主要控 制算法之一，也是发动机控制领域经典的控制策略。《CVT轿车发动机建模及PID控 制器设计》[13]的作者郭彦颖等对无级变速发动机采用了 PID控制。研宄结果表明发 动机的转速跟随效果比较好，但是当油门开度的变化很急剧时，转速的滞后现象比较 严重[14]。针对以上情况湖南大学的葛召炎对汽车发动机进行PID控制算法进行仿真研
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万方数据汽车队列中发动机转速控制系统的设计与实现
宄[15]，仿真结果表明在大负载下，发动机的控制系统的稳定性不好，但是在小扰动的 下的稳定性比较好。清华大学的樊林，裴谱成研宄了在如何利用PID对发动机怠速状 态下如何控制的研宄[16]。在大负载下仍旧转速波动比较大。
(2)模糊控制
随着智能控制的发展，智能控制逐渐应用到汽车工业的控制中。而模糊控制是智 能控制的主要分支。模糊控制是以成熟的应用经验作为控制规则的制定基础，模拟实 现类似人的思维的判断和决策。当控制模型很难建立的时候，模糊控制的优点体现出 来了。国外已经把模糊控制成熟的应用到汽车发动机控制系统中。《汽车发动机电控 技术》的作者张西振在其文章中介了基于模糊控制的模糊CVT系统[17]。我国将模糊 控制用于汽车控制还处于初级阶段。一些大学、研宄所和企业的研发中心也在积极的 从事汽车模糊控制研宄。在天然气发动机控制方面，山东大学的方汉学[18]的基于模糊 控制策略的天然气发动机控制系统的调速时间比较短；但是实际转速值低于设计转速 值。《基于模糊PID算法的柴油机冷却水模糊控制器的研宄》[19]的作者刘高对发动 机的转速控制效果比较好，具有比较强的抗干扰能力。但是静态误差比较大，控制进 度不高。
(3)预测控制
当前的环境污染比较严重，气候变暖是全球问题，汽车尾气的排放标准越来越高。 而预测控制应用于发动机的控制系统，对减少尾气排放具有比较好的效果。预测控制 包含了多部预测，滚动优化和反馈校正等控制策略。这就致使控制结果比较理想，对 没有精确数学模型和比较复杂的控制系统具有比较好的效果。丰田的Vermillion[2()]通过 预测控制来控制发动机转速，有效的降低了发动机转速的波动幅度，同时节能减排放 方面也就有比较好的效果；《基于预测控制的汽油发动机空燃比控制》[21]的作者张振 东等利用预测控制算法来控制发动机空燃比，由于算法复杂导致ECU控制时间过长， 从而影响了控制效果，现在还处于实验室研宄阶段，还没有进行工业应用。
(4)神经网络控制
在IC迅速发展的今天，CPU的运算能力越来越强，为神经网络的控制提供了比 较好的硬件基础。神经网络的优点是学习能力和泛化能力，这就致使控制系统的稳定 性和快速性比较好。对于发动机非线性的怠速转速控制具有比较好的应用前景。《汽 车发动机空燃比和速度控制方法研宄》[22]的作者是哈尔滨理工大学的王琳，他控制发 动机的空燃比和转速采用的是神经网络算法。研宄成果表明可以降低发动机转速误差 范围并且保持空燃比恒定。神经网络决定了其控制系统必须有一定的学习时间，当发 动机负载突然变化时，控制效果不太理想。神经网络对于发动机转速控制具有很好的 前景，但是真正服务于汽车行业还需要进一步的研宄。
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万方数据第一章绪论
1.2.3车载网络技术
如今，车载网络技术在西方发达国家已经普及，车载网络技术已经不同程度地应 用到了每一辆车上，而且各种标准还在不断完善[23]。LIN总线发展比较早，但是现在 在新下线的车辆上用的比较少，CAN总线是当前下线车辆用的非常普遍的车载网络; FlexRay和MOST总线则是对数据传输速率非常高的情况下才采用的总线。在车身等
实时性要求比较低、数据量不大的系统，LIN总线网络以其低成本来补充CAN总线 的应用。对于豪华型车辆多媒体系统，由于数据量比较大，而对于豪华型车辆的成本 不是要求非常高，所以MOST总线系统将大有作为。
在2006年举办的“Embedded Technology(嵌入综合技术展)”上，日本WITZ和阳 光技研与瑞萨科技等公司合作，试制了采用控制车内Local Area Network(LAN)接口 标准FlexRay的电动车，并进行了展示[24】。
FlexRay在07年的新款宝马5系SUV电子控制减震器系统中得到了首次采用，
随即成为了首款应用FlexRay通信系统的车型。在此之后，FlexRay作为备车轮悬挂 的减震器电子控制单元的通讯系统继续在宝马6系和7系上得到了应用[25]。由于 FlexRay具有很高的通讯速率，所以能使控制系统比较好的根据行驶状态来控制减震
器的衰减力，使车辆获得更好地稳定性。在宝马把HexRay应用到实际车辆上不久， 德国奥迪企业也在09年逐渐把FlexRay应用到已经量产的“Audi A8”车系。在2010 年，宝马在北美市场销售的新crossover车型F3，FlexRay得到了进一步的应用。在 先进的驾驶员电子辅助系统和安全设施系统中，HexRay构成的网络系统给他们提供 了稳定通讯。
1.3汽车队列技术的发展趋势
汽车队列迅速发展。可以预见，在不久的将来，车辆将会在车辆密集的道路中流 畅穿行。自动队列驾驶很可能会成为公路行车的新方式。汽车队列给我们描绘了这样 的一个画面：道路的安全性变的更好、道路容量得到进一步的提升、长途驾驶的司机 得到了解放、油耗变的更低、汽车尾气也得到了很好的降低，汽车工业对环境也变得 越来越友好。
1.4总结
年开始，我国就超越美国成为全球最大的汽车市场，汽车市场的迅速扩大，
2010
就给汽车电子行业带来了更多的发展机遇，同时也造就了汽车电子行业的飞速发展。
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万方数据汽车队列中发动机转速控制系统的设计与实现
另外近年来嵌入式系统蓬勃发展、汽车网络技术、通讯技术以及内燃机技术的快速发 展对汽车队列相关技术的研宄也起到的非常大的推进作用。
汽车队列技术的目标是以高效、经济的手段，在短时间内完成大规模人流物流的 输送。利用汽车电子技术、现代通信技术和智能控制技术，实现灵活、可靠、经济智 能的车辆集群，以提高道路使用效率和车辆运输效率，以经济可靠的方式满足现代城 市里大规模集会、校园企业不均匀客物流输送任务要求。减少能源消耗，降低运输成 本的同时并保障交通安全。汽车队列必将改变人们的一种行车观念。
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万方数据第二章系统方案与整体结构论述
.章系统方案与整体结构论述
根据第一辆车的油门踏板的位置信号来控制两台或者多台柴油发动机的转速，本 系统先研宄通过一个油门踏板的位置信号来控制两台发动机转速的情况。第二台发动 机参考第一台发动机的油门踏板的位置信号，以第一台发动机的转速作为基准值，第 二台发动机的转速值作为速度反馈值从而控制发动机的转速。先把第二台发动机与第 一台发动机之间的油门踏板的位置信号的差值调整为零，再根据发动转速的不同来调 整DA电压信号的输出值，来对发动机进行微调，从而使发动机转速趋于一致。如果 发动机的ECU不支持命令的写入，可采用同样的控制思想，从上层对其油门信号进 行控制。控制系统的结构如图1所示。
电源24v
降压到8v
降到5v
降到3. 3V
Dc—Dc5V
5v电压转
换芯片
AD转换DA转换
CANl
发动机的CAN
接n
微控制器芯片
CAN2
车辆2CAN接
图1控制系统的结构示意图
2.1系统的需求分析
考虑到中国的地理环境，还有载重汽车对复杂环境的适应能力，要求控制系统的 外部工作环境温度为：-30°C?+50°C;驾驶室内工作温度为：-20°C?+35°C;工作海拔 高度为2000m?3000m;控制器要能防尘、抗振等技术要求。发动机转速是个典型的 非线性系统，而且发动机的转速控制非常复杂。从油门踏板信号的角度控制发动机， 把发动机看成了一个黑盒，可以较少的考虑发动机转速控制的复杂性，即从一个比较 简单的工程角度来实现发动机转速的跟随控制。
电源系统的稳定是保证整个控制系统可靠性的最基本的硬件基础，所以电源系统 要能防止电机、发动机等车载电器的对电源系统的电磁干扰。电源系统要能承受住电压为200V，脉冲宽度为毫秒级的尖峰脉冲的冲击。系统的电压精度是±1%。
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万方数据