汽车巡航系统PID控制器设计

汽车巡航系统PID控制器设计本文中，首先建立了基于PID控制器的巡航控制系统框图如3.3所示。图3.3巡航系统PID控制系统框图Fig.3.3TheblockdiagramofACCPIDcontrolsystem以参考车速与巡航车实际车速之差E为PID控制系统输入变量，差值E经PID控制器计算，输出节气门开度值，节气门开度输入车辆纵向动力学模型中，输出巡航车实际速度，实际车速作为反馈量形成闭环控制。（1）汽车结构参数选取选取的车辆参数如下表3.4所示。表3.4车辆结构参数Tab.3.4Vehiclestructureparameters参数符号取值车辆质量m1250kg轴距L2.5m轴距离重心距离fL1.1m后轴距离重心距离rL1.4m风阻系数dC0.379kg/m2车轮半径r0.334m等效迎风面积A1.93m2发动机转动部件和液力变矩器泵轮的有效转动惯量eI0.11kgm2前轮转动惯量fI1.8kgm2后轮转动惯量rI1.8kgm2减速器传动比oi4.43传动系动力传递系数t0.99滚动阻力系数f0.02PID控制器车辆纵向动力学模型实际车速节气门开度参考速度车速传感器E（2）仿真工况设计论文设定仿真时间140s，设计了多种仿真工况，包括低速行驶状态下匀加速、匀速，高速行驶状态下匀加速、匀速及匀减速工况。具体描述为初始时刻巡航车静止，前方目标车辆以12km/h起步并以0.8m/s2加速度加速至20km/h，然后以此速度匀速前进30s，在40s时再以1.5m/s2加速至80km/h，保持80km/h速度匀速前进至120s，最终再以-0.5m/s2匀减速行驶。汽车巡航系统PID控制仿真模块，它由纵向动力学模块及其控制器模块组成。纵向动学模块包括发动机模块、液力变矩器模块、自动变速器模块以及车辆传动、行驶系及整车运动系统模块。车辆纵向动力学模块仿真框图图中，FDJ——发动机子模块；YLBJQ——液力变矩器模快；CD——传递模块；CLDLX——车辆传动、行驶系及整车运动系统模块。经过不断试验，最终确定出最优的车辆巡航系统PID控制器三个参数为：Kp=5；Ki=2.5；Kd=1。把PID控制器模块与汽车动力学模块进行组合封装，设计的基于PID控制的定速巡航系统模块如图3.14所示。图3.14PID控制巡航系统仿真模块论文以汽车动力学知识及模糊控制理论为基础，对汽车巡航系统进行了深入研究，其主要研究工作如下：（1）构建了汽车巡航系统动力学模型，包括发动机模型、自动变速器模型、液力变矩器模型、车辆传动、行驶系及整车运动系统模型。分析了节气门无刷直流电机驱动原理，构建了包括电机本体与驱动系统的无刷直流电机的数学模型。（2）设计了基于模糊PID控制的汽车巡航系统模型并利用Matlab/Simulink平台搭建了汽车巡航系统模糊PID控制仿真模块，并对搭建的仿真模块进行了仿真分析，由仿真结果表明：建立的模糊PID巡航控制系统能够有效的实现巡航车辆车速的自动调整，可以减轻驾驶员的疲劳感和紧张情绪，对于改善乘车的舒适性和安全性有重要意义。论文对汽车巡航控制系统做了一定的理论研究，但由于研究时间和试验条件以及个人知识所限，还有待做进一步研究。（1）论文假定研究车辆在平直路面上直线行驶，没有考虑汽车转弯和爬坡等因素的影响，这需要在以后的研究工作中加以考虑或弥补，完善巡航控制系统的不足。