智能控制技術在車輛工程的應用探討

摘要：在高新科技時代背景下，智能控制技術在車輛工程中已經得到了廣泛的應用，主要體現在智能控制技術在點火系統、汽車防撞系統、汽車尾燈、汽車防盜等方面的應用，進而保證汽車的安全性、舒適性和運行的經濟性。據此，闡述了智能控制技術在各個部分應用的主要原理。

關鍵詞：智能控制技術；發展分析；車輛工程應用原理

中圖分類號：TP2；U461 收稿日期：2022-12-01

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.02.004

1 前言

隨著社會的不斷發展，人們對車輛的性能穩定性、使用經濟性、行駛安全性、防盜效果等方面越來越重視，因此，我們需要具體分析智能控制技術在車輛工程中的應用方式，實現智能控制的全面應用，以滿足車主的實際需要［1-2］。

2 智能控制技術的本質

智能控制是一個多系統、多參數的復雜系統，它涉及系統的各個功能環節［3］。

首先，在系統設計階段，將復雜的、與環境密切相關的因素考慮進去，從硬件到軟件進行全方位的系統調配，在完整的智能化系統中體現出相互依存的關系，即硬件是軟件賴以工作的物質基礎，軟件的正常工作是硬件發揮作用的唯一途徑，硬件和軟件之間只有協調運轉才能使整個智能化系統正常工作，且充分發揮其硬件的各種功能；軟件和硬件無嚴格界線，汽車的某些功能既可以由硬件實現，也可以由軟件來實現；軟件和硬件協同發展，正常來說車輛工程軟件是隨著硬件技術的迅速發展而發展的，而軟件的不斷發展與完善又促進硬件的更新，兩者密切地交織發展，缺一不可。

其次，進行仿真計算和仿真實驗，以工程結構、混合形式、動力源總功率、約束條件、整車性能、部件參數選型、油耗及排放、混合度邊界條件等因素作為仿真計算和仿真實驗方向，研究與分析出不同的控制方式，進而優化和完善智能控制技術。

具體的改進技術效果表現在：動力源能量的合理分配；兼顧燃油經濟性、排放、動力性；實現工作區間的優化及高效控制；進行高效的再生制動能量回收；實現動態切換過程的協調控制；保證電池的壽命；電機控制的最優化；對電機、電池、發動機、電力電子進行有效的熱管理等。

因此，具有智能特性的智能控制必須綜合考慮、協調各個方面的因素以及考慮各種因素之間相互作用與影響，最終實現各種綜合能力，實現動態行駛條件下自動駕駛和各種無人駕駛的目的，從而為車輛提供安全保障。

3 智能控制技術對車輛工程發展的分析

智能控制系統是在計算機技術、傳感器網絡、射頻識別技術、通信控制系統和無線網絡等技術的基礎上逐漸發展成為一種人機協同和模式識別技術，展現出以模式識別和人工智能技術為核心的新一代智能控制系統，對于車輛工程的發展前景具有重要推動作用。與傳統車輛不同的是，現代化車輛控制系統是以計算機為主要計算單元，通過綜合應用多種先進計算機應用系統和專用控制器對汽車發動機、變速器、驅動裝置等車輛核心部件進行控制。

智能控制系統由信號采集設備、執行機構及計算機輔助設計系統三大部分組成。其中最重要的傳感器元件包括汽車發動機噴油器（VGT）傳感器、電子氣門傳感器、發動機轉速傳感器、變速箱油壓溫度傳感器、轉向柱液壓阻尼器、電子助力系統（EBA）和轉向輔助制動裝置（ABS）等。在整個應用過程中，智能控制系統都需要根據預先設計好的控制器參數對汽車執行機構進行實時控制，以保證汽車在各種行駛工況下都能實現最優的運行性能。智能控制技術發展趨勢主要有：多傳感器融合和智能反饋控制；自動控制；高度智能化、網絡化、數字化、智能化、集成化；多線制式；新型智能控制系統；新能源汽車的出現。由此可見，在機器人技術、人工智能技術、計算機科學技術、通信與信號處理技術、自動化與控制技術等多項技術支持下可促進車輛工程向兩個方向的發展：a. 用于室內環境，智能車輛具備自主導航能力，車輛體積小，速度相對不高，當遇到突發事件時，可根據實際情況做出決策，改變自身位置以根據檢測出的道路行走。b. 用于室外環境，智能車輛高速行駛，利用各種傳感器檢測環境的信息，以判斷車輛的行駛情況，這時要求計算機具有很強的處理能力，傳感器也要有很高的靈敏度。

4 智能控制技術應用分析

汽車是一種復雜的工業產品，是由大量零部件組成的復雜系統，其中包括動力系統、制動系統、驅動系統、轉向控制系統、底盤系統等，主要零部件包括發動機、變速箱、差速器、發動機啟停裝置、發動機墊片及缸蓋、氣門室蓋墊、進氣管墊、排氣管墊、油底殼墊、機油導流板、曲軸與凸輪軸、曲軸齒輪等。其中很多零部件又都有其自身特定的特性，這些特性又會影響到汽車設計、制造和使用及其功能完善等各個環節，為汽車產品工程技術及應用領域中不斷發展壯大的智能控制技術提供了參考基礎。

對智能控制系統在車輛工程中的應用分析得知，智能控制具有先進的、可擴展的控制策略，能夠實現智能化的駕駛操作控制，可以根據駕駛員情況對車輛進行自適應的調節，從而提高車輛操控的穩定性與安全性。比如，自適應巡航控制系統通過主動探測車道上行人的數量變化，及時調整與改變車道，保證車輛能夠安全通行。當駕駛員需要通過減速帶或坡道時，系統自動設置最大速度值及加速能力，當駕駛員沒有減速或需要通過減擋來減速時，系統自動設定減速極限，并提前減速或者降低車速以防止車輛發生事故。

隨著現在自動駕駛設備的不斷完善，汽車智能控制在車輛駕駛過程中將會起到越來越重要的作用，也將會是未來駕駛員道路安全駕駛的基本保障。

5 智能控制技術在車輛工程中的具體應用

5.1 智能控制技術在車輛動力裝置上的應用

5.1.1 智能控制技術在點火系統中的應用

點火系統是汽車的核心部件，它直接關系到汽車的安全性、可靠性和經濟性。隨著人們對汽車文化認識程度和安全意識的不斷提高，汽車點火系統也越來越智能化，采用電子控制技術可以降低電耗、減少摩擦損耗、提高燃油經濟性，同時還能提高車輛的安全性［4］。其中電荷控制技術是一種比較高效的智能控制技術，能使汽車的點火開關控制更加精確、穩定。電荷控制方法主要分為電控（或稱分時）控制和電子控制，其目的是通過電荷狀態實時顯示不同狀態下產生的不同電荷狀態來控制不同的電位差，改變噴油量。

控制技術包括如下內容：不同負載下發動機不同運轉速度下電壓控制；離合器控制；怠速控制；加速閥控制；點火系統控制；空氣壓縮控制；電控火花塞點火控制功能；ECU 控制功能；電控技術等。比如，在ECU 控制中，通過模擬發動機的運行參數控制ECU 發出指令驅動壓縮機、氣缸凸輪軸、氣缸套以及噴油嘴。

當ECU 執行點火、噴油指令時，ECU 發出指令開始噴油和發出點火信號。當噴油或者點火信號從電腦發出后，點火系統則根據指令進行啟動、點火和噴油。如果點火信號有變化就會發出指令調整點火脈沖個數、點火時間、噴油量、噴射壓力等。汽車處于ECU 驅動模式下會產生一個瞬時電壓以及噴油瞬間的溫度，當點火信號出現時ECU 就會把點火信號送入到發動機氣缸中形成脈沖供氣閥打開后瞬間產生的壓力進行點火，如果出現故障需要啟動就要進行點火操作來進行點火，如果一直沒有點火信號需要等待一段時間后再進行點火，從而實現自動點火和關閉發動機功能。

5.1.2 智能控制技術在燃油噴射系統中的應用

燃油噴射系統是汽車中最重要的部分，它既是一個復雜的過程，又是一個復雜的系統，可以說只有在系統復雜的情況下才能做出正確的選擇和執行最佳的工況組合，同時也需要通過各種途徑不斷優化來獲得最佳的工作效率和最佳的性能［5］。因此，燃油噴射系統智能控制將是一個非常重要的領域，它可以保證發動機具有良好的燃油經濟性以及動力性。

智能燃油噴射控制系統的基本功能就是控制燃油噴油量和噴射正時。控制單元根據目標空燃比和進氣量確定噴油量，然后再根據傳感器傳來的溫度和節氣門位置等信息修正基本噴油量，保證發動機在各種運行情況下都可以獲得最佳濃度的混合氣。燃油噴射系統智能控制主要包括燃油噴射控制、點火控制、怠速控制、排放控制、傳感器實效保護、報警燈與自診等技術，可保證燃燒效率高，通過采用多個傳感器對燃油量的實時監測，使發動機的燃油經濟性得到提高。

在一定的燃油壓力下，噴油器噴射出來的燃油濃度可以根據發動機的工況進行調整，這使得發動機在工作中所需要的燃油量能夠得到更充分考慮和有效傳遞；保證污染的減少，目前的汽車排放標準是每公里10～20mg，而汽車的排放污染程度則是隨發動機排量的增加，燃油消耗也隨之增加，通過智能控制使汽車的耗油量減少，發動機排放量也隨之減少，燃油中含有許多污染物質不會輕易排出；減少磨損，燃燒過程中產生的廢氣會在氣缸壁上形成油膜，從而阻礙了空氣進入氣缸的進氣門和氣缸壁，導致燃燒不充分，嚴重時甚至會導致爆燃，這種現象在高溫工況下尤為嚴重。因此，通過采用智能控制技術可避免使用高溫工況，提高燃燒過程中進氣管對油氣噴出的選擇性和穩定性。

5.2 智能控制技術在汽車防撞系統的應用

汽車智能安全防碰撞系統是為了減少車禍、保護生命、降低財產損失而專門研發的高新技術產品，其主要功能包括前向碰撞預警、車道偏離預警、側翻預警、自動控制、GPS 定位、遠程監控、視頻記錄、軌跡回放等。其中TCS 是一種非常重要的智能控制技術，是汽車主要的防滑系統。

TCS 基本工作原理是汽車制動時，首先由輪速傳感器測出與制動車輪轉速成正比的交流電壓信號，并將該電壓信號送入電子控制器（ECU），由ECU 中的運算單元計算出車輪速度、滑動率及車輪的加、減速度，然后再由ECU 中的控制單元對這些信號加以分析比較后，向壓力調節器發出制動壓力控制指令。TCS 作用在于可防止汽車在制動過程中車輪被抱死滑移和汽車在驅動過程中驅動輪發生滑轉現象；在汽車驅動狀態下，將驅動輪滑轉率控制在5%～15% 的最佳范圍內，在汽車制動狀態下，將車輪滑動率控制在8%～35% 的最佳范圍內，保證汽車方向穩定性。

TCS 相比傳統的碰撞技術來說更安全，目前很多汽車品牌都在使用TCS 智能控制技術來預防與車輛相撞產生的傷害事故，一旦確認前方有障礙物，TCS 會向駕駛者發出警告，駕駛員可在接近障礙物時及時做出反應，并采取緊急制動措施避免碰撞，這樣做將大大減少事故的危險等級。這套系統在實際駕駛中有著非常大的優勢。特別是高速行駛狀態下，TCS 可以在遇到前車與障礙物之間出現距離不大時發出警示音，但一般都以中音發出警示音，可以幫助解除危險隱患，如果沒有及時解除危險的話會自動報警并發出警告音。

5.3 智能控制技術在汽車尾燈中的應用

智能尾燈是汽車尾部的一種電子產品，安裝在汽車前照燈中，使用后能起到警示作用且發出提醒信息，起到預防追尾的作用。現在市面上智能尾燈主要有兩種：a. 在后邊加裝了一些LED 燈具，主要通過光源發出的光線來對汽車前燈進行控制；b. 在汽車尾部安裝有一個類似于智能車燈這樣的電子產品，通過控制車燈顯示燈所發出的光進行控制。但由于燈具體積較大，同時需要安裝在汽車尾部上，所以其價格較高。

在智能尾燈中，每個LED 發光單元均通過一個電壓電流采集模塊（LC）來對該控制模塊進行供電，LC 是為整個智能尾燈提供控制信號，當出現照明變化時會點亮或熄滅燈光，同時如果出現故障或發生交通事故時它會繼續工作，直到安全警報響起并停止。這種技術的基本原理是將LED 光源發出的光線轉化為紅、黃、綠三種顏色，通過控制器進行數據采集，以實時顯示尾燈信息。由于尾燈內存在多個觸點，且其中一些觸點與電路板相連，因此可以將這些觸點通過一定方式連接起來，將智能尾燈的控制電路通過控制器的兩個控制模塊，對控制器發送的指令進行轉換，使控制器能夠控制智能尾燈的亮暗、發光強度和顏色。

為了保證車燈能持續不斷的輸出電源，可采用兩個獨立控制模塊：一個包括智能恒流供電模塊和定時供電模塊，另一個溫度補償控制模塊。智能恒流供電模塊所需要的時間非常短，定時供電模塊所需要的時間則要長得多，但價格也比較便宜。溫度補償控制模塊主要是利用RTL8256 對溫度進行補償，讓智能恒流供電模塊在一定程度上工作在恒定溫度下以保證燈具持續不斷的輸出。

6 結語

汽車行業作為重要的經濟產業，在設計、制造、生產過程中需要不斷更新引進智能技術、更新智能設備，才能滿足人們不斷提升的需求，同時也能更好地立足于日益激烈的行業競爭中，有利于帶動其他行業的經濟發展。

參考文獻：

［1］馬曉宇試論智能控制技術在車輛工程的應用［J］時代汽車，2020（14）：4-5

［2］嚴佳亮探析智能控制技術在車輛工程中的應用［J］內燃機與配件，2020（4）：246-247

［3］蔡勇車輛工程中智能控制技術的應用探討［J］中國設備工程，2020（17）：37-38

［4］尚寶麒智能控制技術在車輛工程中的應用分析［J］科學大眾（科學教育），2019（2）：193

［5］朱超凡分析智能控制技術在車輛工程的應用［J］家庭生活指南，2019（1）：86

作者簡介：

張正旭，男，1988 年生，講師，研究方向為車輛工程。