基于自動控制系統(tǒng)的汽車電子技術(shù)研究

錢少偉

（蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，蘇州 215000）

現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，推動著汽車性能、安全性和舒適性的不斷提升。作為汽車的關(guān)鍵驅(qū)動力之一，自動控制系統(tǒng)的作用日益顯著，有效提升了駕駛安全性、行駛效率和乘坐舒適度，且應(yīng)用也愈發(fā)廣泛。文章主要研究基于自動控制系統(tǒng)的汽車電子技術(shù)，探討其在駕駛輔助、動力系統(tǒng)優(yōu)化、底盤控制以及安全系統(tǒng)等方面的應(yīng)用及前景。

1 自動控制系統(tǒng)與汽車電子技術(shù)概述

1.1 自動控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)是一種將傳感器、執(zhí)行器和控制算法等元件結(jié)合起來的系統(tǒng)，旨在實現(xiàn)對某個過程或系統(tǒng)的自動監(jiān)測、調(diào)節(jié)和控制。該系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，其核心是反饋回路，即通過對輸出信號與期望值之間的比較來調(diào)節(jié)輸入信號，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及性能優(yōu)化。系統(tǒng)的輸入可以是車輛狀態(tài)、環(huán)境信息等數(shù)據(jù)，輸出控制信號，通過執(zhí)行器對系統(tǒng)進行干預(yù)[1]。

自動控制系統(tǒng)一般包括傳感器、控制器、執(zhí)行器和反饋環(huán)路等基本要素，通過感知、決策和執(zhí)行來提升汽車的性能、安全性和便捷性，在汽車電子技術(shù)中占有重要地位。

1.2 汽車電子技術(shù)

汽車電子技術(shù)指在汽車中應(yīng)用電子學(xué)和計算機技術(shù)，以提升汽車性能、安全性、舒適性和環(huán)保性能為目標(biāo)，涵蓋了駕駛輔助系統(tǒng)、自動駕駛技術(shù)、動力系統(tǒng)優(yōu)化、智能車載娛樂、車聯(lián)網(wǎng)、安全系統(tǒng)、智能傳感器技術(shù)以及能源管理系統(tǒng)等一系列技術(shù)領(lǐng)域。隨著這些技術(shù)的不斷進步和融合，汽車電子技術(shù)已成為現(xiàn)代汽車不可或缺的一部分，從智能化的駕駛體驗到環(huán)保的動力系統(tǒng)，從不斷增強的安全性能到車聯(lián)網(wǎng)，該技術(shù)正在塑造未來出行的新面貌，引領(lǐng)汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和變革。

2 自動控制系統(tǒng)在汽車中的應(yīng)用

自動控制系統(tǒng)在汽車中的應(yīng)用可以提升駕駛的安全性、舒適性和燃油經(jīng)濟性，為駕駛員提供更智能化的駕駛體驗[2]。

2.1 駕駛輔助系統(tǒng)

2.1.1 自動駕駛系統(tǒng)

作為自動控制系統(tǒng)的重要應(yīng)用之一，自動駕駛技術(shù)引起了廣泛關(guān)注。該技術(shù)利用激光雷達、攝像頭、超聲波傳感器等設(shè)備實時感知道路環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的自主導(dǎo)航及自動避障。從部分自動化到完全自動化，不同級別的自動駕駛技術(shù)允許車輛在特定道路情況下自動行駛，進而減輕駕駛員的駕駛負擔(dān)，如圖1所示。

圖1 自動駕駛系統(tǒng)

2.1.2 自適應(yīng)巡航控制

自適應(yīng)巡航控制（Adaptive Cruise Control，ACC）是一種先進的汽車駕駛輔助系統(tǒng)，通過車載雷達、攝像頭等感知設(shè)備，實時監(jiān)測前方車輛的距離和速度，可在保持安全距離的前提下，根據(jù)前車車距、車速自動調(diào)整本車速度，進而提升行駛的平穩(wěn)性和舒適性。同時，該系統(tǒng)能夠在高速公路等長途駕駛中減輕駕駛員的疲勞感，提供更舒適的駕乘體驗。

2.1.3 自動泊車系統(tǒng)

自動泊車系統(tǒng)是汽車電子技術(shù)的一項重要成果，為駕駛員提供了更加便利、安全的停車體驗。該系統(tǒng)利用超聲波傳感器、攝像頭等設(shè)備和控制算法，自動感知車輛、障礙物，測量停車位大小并根據(jù)車輛尺寸選擇適合的停車位。同時，基于感知到的數(shù)據(jù)和車輛尺寸計算最佳停車路徑（包括轉(zhuǎn)向角度、速度等），自動操控車輛的方向盤、剎車和油門，完成并行、垂直或斜向停車等操作，使得停車操作變得輕松、便捷[3]。停車過程中，系統(tǒng)會不斷監(jiān)控周圍環(huán)境，如果有意外情況出現(xiàn)，會隨時停止操作以確保安全。

2.2 動力系統(tǒng)優(yōu)化

現(xiàn)代汽車的動力系統(tǒng)涉及引擎、變速器、電機等多個部件，自動控制系統(tǒng)在這些部件的協(xié)同工作中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。引擎控制系統(tǒng)通過精確的燃油噴射、點火時機控制，在提高燃燒效率、提升動力輸出的同時能降低燃油的消耗和排放?；旌蟿恿ο到y(tǒng)中的能量管理策略，能夠在不同工況下通過協(xié)調(diào)內(nèi)燃引擎和電動機的工作，優(yōu)化燃油和電能的利用，實現(xiàn)能量的最優(yōu)分配，進而提升燃油的經(jīng)濟性和性能。

2.3 底盤控制

底盤控制系統(tǒng)對于提升車輛的操控性、穩(wěn)定性和舒適度至關(guān)重要，主要包括制動控制系統(tǒng)、電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)和穩(wěn)定性控制系統(tǒng)。其中：制動控制系統(tǒng)通過自動調(diào)節(jié)剎車力分配，實現(xiàn)車輪的最佳制動效果，提高制動性能和穩(wěn)定性；電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)可在緊急情況下調(diào)整車輪的制動力，以防車輛失控；懸掛系統(tǒng)能夠根據(jù)路面情況實時調(diào)整懸掛的硬度、阻尼及懸掛高度，提供更為平穩(wěn)、舒適的駕駛體驗；穩(wěn)定性控制系統(tǒng)能夠在急轉(zhuǎn)彎和低附著路面行駛時，自動調(diào)整車輛的懸掛和制動力，確保駕駛的安全性。

2.4 安全系統(tǒng)

安全系統(tǒng)主要包括碰撞避免系統(tǒng)和盲點監(jiān)測系統(tǒng)?；诶走_、攝像頭的碰撞避免系統(tǒng)監(jiān)測前方的交通情況，及時發(fā)出警報并自動剎車以防碰撞。盲點監(jiān)測系統(tǒng)利用傳感器監(jiān)測車輛周圍的盲點區(qū)域，在其他車輛靠近時提醒駕駛員，從而避免變道時的危險[4]。

3 研究方法與實現(xiàn)途徑

采用模擬仿真和實際測試相結(jié)合的方法全面評估自動控制系統(tǒng)的性能、可行性及潛在局限性，以便為未來的汽車電子技術(shù)研究提供有力支持。

3.1 模擬仿真

為了驗證自動控制系統(tǒng)在不同應(yīng)用場景下的效果，通過計算機模擬仿真方法在安全的虛擬環(huán)境中模擬不同的駕駛情況，以便測試和優(yōu)化控制算法。

首先，針對不同的應(yīng)用，對汽車、傳感器、控制算法等進行建模，確保數(shù)學(xué)模型的建立能在仿真環(huán)境中模擬車輛行駛、傳感器感知以及控制系統(tǒng)響應(yīng)等過程。其次，選擇MATLAB、Simulink、CarSim 等常用仿真軟件，利用軟件所提供的豐富工具和庫來搭建模擬環(huán)境，建立車輛動力學(xué)模型、控制算法模型等。最后，通過設(shè)置道路條件、天氣情況、交通流量等不同環(huán)境參數(shù)，模擬真實的駕駛環(huán)境，并通過調(diào)整自動控制系統(tǒng)參數(shù)來測試不同參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。

3.2 實際測試

為了驗證自動控制系統(tǒng)在實際車輛上的應(yīng)用效果，選擇一款具備混合動力系統(tǒng)的汽車進行實際道路測試。該車型應(yīng)適用于動力系統(tǒng)優(yōu)化研究，且測試前要確保車輛傳感器和控制系統(tǒng)正常運行[5]。

首先，在實際道路測試中，可以使用雷達、攝像頭、慣性傳感器等車載傳感器來采集車輛狀態(tài)、環(huán)境信息以及道路條件等數(shù)據(jù)。其次，根據(jù)模擬結(jié)果和預(yù)先設(shè)計的控制策略，通過車輛控制單元實時調(diào)整動力系統(tǒng)，如調(diào)整引擎工作狀態(tài)、電動機輸出等。在測試過程中，要記錄車輛傳感器數(shù)據(jù)和控制策略的實際應(yīng)用情況。最后，通過數(shù)據(jù)分析評估自動控制系統(tǒng)在動力系統(tǒng)優(yōu)化方面的效果。

3.3 實驗結(jié)果分析

3.3.1 駕駛輔助系統(tǒng)實驗

通過調(diào)整控制算法參數(shù)，模擬城市道路、高速公路等不同路況的仿真環(huán)境，以測試各級別自動駕駛系統(tǒng)在不同場景下的表現(xiàn)。實驗結(jié)果顯示，自動駕駛系統(tǒng)在城市道路上能夠穩(wěn)定進行車道保持和智能避障，但在復(fù)雜交叉口和人行道等場景，還需要進一步優(yōu)化系統(tǒng)才能確保安全和可靠。

3.3.2 動力系統(tǒng)優(yōu)化實驗

在實際道路測試中，選擇一款混合動力汽車進行動力系統(tǒng)優(yōu)化實驗。通過調(diào)整引擎工作狀態(tài)和電動機輸出測試不同工況下的燃油消耗和排放水平。結(jié)果顯示，在城市交通擁堵時，動力系統(tǒng)優(yōu)化不僅能夠降低約10%的燃油消耗，還能改善排放性能，證實了自動控制系統(tǒng)在動力系統(tǒng)優(yōu)化中的有效性[6]。

3.3.3 底盤控制實驗

實際測試中，制動控制系統(tǒng)在緊急情況下表現(xiàn)出色，能夠迅速調(diào)整制動力分配，有效防止車輛失控。懸掛系統(tǒng)的主動控制在不同路況下展現(xiàn)出較強的適應(yīng)性，提升了車輛的穩(wěn)定性及操控性，為人們帶來更安全、舒適的駕乘體驗。

4 未來展望與應(yīng)用前景

現(xiàn)代汽車的發(fā)展趨勢已不再局限于傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)，而是日益向智能化和自動化方向發(fā)展。研究表明，自動控制系統(tǒng)在汽車電子技術(shù)中具有巨大的潛力和應(yīng)用前景，自動駕駛技術(shù)的進步將極大提升駕駛的安全性、舒適性。底盤控制系統(tǒng)的自動化將為駕駛員帶來更加安全、平穩(wěn)的行駛體驗，而動力系統(tǒng)的優(yōu)化使汽車能更加高效地利用燃料，減少對環(huán)境的影響。

當(dāng)然，實際應(yīng)用中還存在傳感器精度、自動控制系統(tǒng)硬件的可靠性及算法穩(wěn)定性、法律法規(guī)等方面的挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的全面應(yīng)用，需要不斷加強研究與合作，進一步完善自動控制系統(tǒng)硬件、軟件的性能及可靠性，加強與相關(guān)部門的協(xié)作，努力為自動駕駛技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)造有利條件。

5 結(jié)語

汽車電子技術(shù)的嶄新時代已經(jīng)來臨，自動控制系統(tǒng)作為這一時代的核心，正為駕駛員及乘客帶來前所未有的駕乘體驗。通過感知環(huán)境、分析數(shù)據(jù)和做出決策，自動控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的自主行駛和智能停車，甚至能在危險情況下采取緊急措施。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，基于自動控制系統(tǒng)的汽車電子技術(shù)將在駕駛體驗、環(huán)境保護和交通安全等方面發(fā)揮越來越重要的作用。