自動(dòng)化的典型應(yīng)用

自動(dòng)化的典型應(yīng)用1第1頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二第7講自動(dòng)化的典型應(yīng)用（3）2第2頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二主要內(nèi)容：7.1汽車中的自動(dòng)化系統(tǒng)7.2智能交通

3第3頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二1

汽車中的自動(dòng)化系統(tǒng)4第4頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二汽車自動(dòng)化系統(tǒng)概述自動(dòng)化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用汽車先進(jìn)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介汽車自動(dòng)化發(fā)展動(dòng)態(tài)5第5頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二一、汽車自動(dòng)化系統(tǒng)概述

目的：全面改善汽車的行駛性能，提高汽車的安全性、舒適性和易操作性。

意義：汽車數(shù)量的大量增加造成道路擁堵、路況復(fù)雜、交通事故和車禍頻繁、能源危機(jī)、尾氣污染等諸多問題，自動(dòng)化可以保障汽車行駛的安全、降低肇事率、操縱輕松自如、提高運(yùn)行性能、節(jié)省能源、減少廢氣排放等。開發(fā)汽車自動(dòng)化系統(tǒng)的目的和意義：6第6頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二汽車的控制系統(tǒng)7第7頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二汽車中應(yīng)用了很多自動(dòng)控制系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)控制（點(diǎn)火、燃料噴射、空燃比、怠速等的控制）、變速器控制、防抱死和驅(qū)動(dòng)防滑制動(dòng)控制、助力轉(zhuǎn)向控制、懸架控制、自動(dòng)保持車速的巡航控制、導(dǎo)航系統(tǒng)、防撞避撞控制、安全氣囊控制、自動(dòng)刮水器、自動(dòng)開閉式車窗、空調(diào)控制、燈光控制、無鑰匙車門及車門鎖定系統(tǒng)等。其中大部分屬于反饋控制。8第8頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二二、自動(dòng)化技術(shù)在汽車中的應(yīng)用1）發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)核心部分是電子控制燃油噴射系統(tǒng)，配上相應(yīng)的裝置還能實(shí)現(xiàn)空燃比控制、怠速控制、點(diǎn)火期控制、排氣再循環(huán)控制等。

轎車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射電控系統(tǒng)9第9頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二電控燃油噴射系統(tǒng)的組成及原理核心是電子控制單元ECU（ElectronicControlUnit），另外還有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及水溫傳感器、進(jìn)氣歧管內(nèi)壓力傳感器或進(jìn)氣通道內(nèi)的空氣流量傳感器、電磁噴油器、冷起動(dòng)噴油器等。ECU根據(jù)檢測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和溫度、空氣進(jìn)氣壓力或流量等參數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算出不同工況下發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的燃油量，再控制噴油器的燃油噴射，并保證發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的空燃比在恰當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。10第10頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二2）變速器自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)檔變速桿

組成：電子控制系統(tǒng)、齒輪變速器、換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)、變矩器等。11第11頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二變速器自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用和原理

可以自動(dòng)地確定所需最佳檔次和換擋時(shí)間，明顯簡(jiǎn)化、方便了汽車的換檔操作，而且能夠使行駛動(dòng)力性達(dá)到最佳的狀態(tài)。通過檢測(cè)車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和水溫、節(jié)氣門開度、自動(dòng)變速器液壓油油溫等，控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)可以確定汽車運(yùn)行的狀態(tài)，并與設(shè)定的換檔規(guī)律相比較，經(jīng)計(jì)算、分析、決策，向換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，經(jīng)電磁閥、油壓或氣動(dòng)或電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)等實(shí)施相應(yīng)動(dòng)作，完成自動(dòng)換檔。12第12頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二3）制動(dòng)防抱死自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱ABS（Anti-lockBrakingSystem）

汽車緊急制動(dòng)時(shí)，車輪可能完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)（“抱死”現(xiàn)象），汽車以很大的慣性向前沖，車輪可能打滑，從而發(fā)生側(cè)滑、甩尾、甚至旋轉(zhuǎn)等，很容易造成嚴(yán)重的交通事故。裝有ABS的汽車將自動(dòng)采取措施來防止車輪被完全抱死，保持輪胎與地面間的附著力，增強(qiáng)行駛的穩(wěn)定性。13第13頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二制動(dòng)防抱死系統(tǒng)的機(jī)械部分14第14頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二防抱死控制系統(tǒng)的組成和工作原理

通過檢測(cè)車輪轉(zhuǎn)速、制動(dòng)裝置等的工作狀況，準(zhǔn)確判斷出路面狀況以及制動(dòng)機(jī)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)，ECU通過判斷和計(jì)算，給出適宜的制動(dòng)力調(diào)節(jié)量，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)。15第15頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二4）汽車驅(qū)動(dòng)防滑自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱ASR（AccelerationSlipRegulation）

汽車在附著系數(shù)相對(duì)較小的路面（如雨、雪潮濕路面）突然加、減速時(shí)可能造成打滑空轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致失去方向控制能力，極易造成車禍?zhǔn)鹿省?/p>

ASR系統(tǒng)能夠最大限度地避免打滑、空轉(zhuǎn)和失控現(xiàn)象，提高行駛的方向穩(wěn)定性和平順性。

ASR系統(tǒng)與ABS的控制機(jī)制類似，但控制目標(biāo)相反，兩個(gè)系統(tǒng)常常合二為一。也可以說，ASR系統(tǒng)是ABS的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充。16第16頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)的工作原理

關(guān)鍵是防止驅(qū)動(dòng)車輪空轉(zhuǎn)打滑，采用的控制方式大多兩種：制動(dòng)控制方式和發(fā)動(dòng)機(jī)控制方式。

制動(dòng)控制方式：當(dāng)檢測(cè)到驅(qū)動(dòng)輪發(fā)生空轉(zhuǎn)或?qū)⒁l(fā)生空轉(zhuǎn)時(shí)，由ECU發(fā)出命令，對(duì)車輪實(shí)施制動(dòng)；ASR系統(tǒng)通常緩慢提高制動(dòng)力矩，以使制動(dòng)過程平穩(wěn)。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制方式：當(dāng)檢測(cè)到有空轉(zhuǎn)或即將空轉(zhuǎn)時(shí)，ECU適時(shí)發(fā)出命令，采用改變噴油量、點(diǎn)火時(shí)間、節(jié)氣門開度等手段來調(diào)節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)輸出力矩，使驅(qū)動(dòng)車輪與路面的附著力達(dá)到最佳狀態(tài)。17第17頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二5）動(dòng)力轉(zhuǎn)向自動(dòng)控制系統(tǒng)

汽車低速時(shí)轉(zhuǎn)向力矩大，高速時(shí)轉(zhuǎn)向力矩小，為使司機(jī)輕松自如地進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作，就需要輔助的力矩控制裝置。 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)汽車的行駛狀況，利用控制裝置來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向助力，從而得到理想的轉(zhuǎn)向性能。18第18頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二液壓式動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1-方向盤2-轉(zhuǎn)向軸3-轉(zhuǎn)向中間軸4-轉(zhuǎn)向油管5-轉(zhuǎn)向油泵6-轉(zhuǎn)向油罐7-轉(zhuǎn)向節(jié)臂8-轉(zhuǎn)向橫拉桿9-轉(zhuǎn)向搖臂10-整體式轉(zhuǎn)向器11-轉(zhuǎn)向直拉桿12-轉(zhuǎn)向減振器19第19頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二動(dòng)力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的組成及工作過程

一般由車速傳感器、扭矩傳感器、控制元件、電動(dòng)或氣動(dòng)或液動(dòng)裝置等組成，具有車速檢測(cè)、控制決策和轉(zhuǎn)向助力功能。系統(tǒng)在工作過程中不斷檢測(cè)汽車行駛的車速、轉(zhuǎn)向器扭矩等，饋送給電子控制裝置，控制器計(jì)算出轉(zhuǎn)向助力的調(diào)節(jié)量，輸送給執(zhí)行電機(jī)或液壓、氣壓驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向。20第20頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二6）懸架自動(dòng)控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)根據(jù)汽車行駛狀況自動(dòng)地調(diào)節(jié)汽車懸架的剛度與振動(dòng)阻尼，有的車還能夠自動(dòng)調(diào)整車高。

在起伏較大的路面能夠有效地吸收振動(dòng)，避免過大的上下“浮動(dòng)”，還能在轉(zhuǎn)向時(shí)保持車身的正常姿態(tài)、緊急制動(dòng)時(shí)改善減振效果。對(duì)于能夠根據(jù)車速自動(dòng)調(diào)節(jié)懸架以調(diào)節(jié)車高的汽車，還能夠降低風(fēng)阻系數(shù)，降低能耗，增大行駛穩(wěn)定性。21第21頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二懸架控制系統(tǒng)的類型及組成電控主動(dòng)空氣懸架電控主動(dòng)液壓懸架分為空氣懸架和液壓懸架，其自動(dòng)控制系統(tǒng)差異不大，通常由位移、加速度、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)壓力等傳感器、微機(jī)控制中心、氣壓或液壓組件等組成。22第22頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二懸架控制系統(tǒng)的工作原理

裝在懸架內(nèi)的位移傳感器檢測(cè)懸架的運(yùn)動(dòng)，車速表提供車速信號(hào)，安裝在轉(zhuǎn)向軸上的光學(xué)傳感器則檢測(cè)出轉(zhuǎn)向的信號(hào)以及制動(dòng)部分給出制動(dòng)狀況信號(hào)。這些信號(hào)都傳輸給微機(jī)進(jìn)行分析、運(yùn)算，給出對(duì)汽車懸架的控制決策和相關(guān)控制量，

驅(qū)動(dòng)電動(dòng)泵調(diào)節(jié)懸架氣

壓或油壓，以抵消引起

車輛振動(dòng)的能量，同時(shí)

還有效控制了車輛的姿

態(tài)。23第23頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二7）防撞避撞自動(dòng)控制系統(tǒng)

通過測(cè)量主車與目標(biāo)車或障礙物之間的相對(duì)距離、相對(duì)速度以及相對(duì)方位角等信息，自動(dòng)控制汽車按照需求運(yùn)行、減速或制動(dòng)。

關(guān)鍵技術(shù)：①對(duì)碰撞可能性的預(yù)測(cè)；②碰撞可能發(fā)生時(shí)的緊急處理（減速和制動(dòng)）。24第24頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二防撞避撞的探測(cè)與控制技術(shù)

常用探測(cè)裝置的主體部分是雷達(dá)，可實(shí)施測(cè)距、測(cè)速、測(cè)方位。此外還有紅外線、超聲波、激光等檢測(cè)技術(shù)。紅外、超聲波的探測(cè)距離較短，激光和微波雷達(dá)測(cè)距遠(yuǎn)、精度高，得到廣泛應(yīng)用。為降低雷達(dá)的誤報(bào)率，基于激光雷達(dá)、微波雷達(dá)、機(jī)器視覺等多種傳感器的信息融合技術(shù)正成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，以機(jī)器視覺為主的探測(cè)技術(shù)有可能徹底解決準(zhǔn)確識(shí)別問題。防撞避撞的控制及處理方式：①向司機(jī)發(fā)出視聽預(yù)警信號(hào)，促使司機(jī)采取應(yīng)急措施；②自動(dòng)進(jìn)行識(shí)別、判斷、處理和控制，即自動(dòng)執(zhí)行減速、避撞、制動(dòng)等操作。25第25頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二一種汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)

具有車距監(jiān)視功能，通過圖象顯示和聲音預(yù)警提醒駕駛員保持安全車距。26第26頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二基于機(jī)器視覺識(shí)別技術(shù)的新型防撞系統(tǒng)安裝在車上的攝像頭可以自動(dòng)探測(cè)路況并預(yù)測(cè)潛在的危險(xiǎn)，可能發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)轉(zhuǎn)入“自動(dòng)操作”，啟動(dòng)應(yīng)急制動(dòng)和剎車系統(tǒng)來避免危險(xiǎn)。與電腦相連的攝像機(jī)還可以分辨出汽車、騎車人及行人，配合當(dāng)前各種參數(shù)迅速計(jì)算出事故可能的破壞程度，并做出相應(yīng)反應(yīng)。27第27頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二三、汽車先進(jìn)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介采用先進(jìn)的傳感與檢測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，提供多種形式的防撞、避撞、安全保障、自動(dòng)駕駛等功能；主要有行車安全預(yù)警報(bào)警系統(tǒng)、縱向防撞避撞系統(tǒng)、側(cè)向防撞避撞系統(tǒng)、交叉口防撞避撞系統(tǒng)、視覺強(qiáng)化防撞避撞系統(tǒng)、事故前乘員安全保護(hù)系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、自動(dòng)公路信息系統(tǒng)等。28第28頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二第一層次：車輛安全技術(shù)與輔助駕駛技術(shù)關(guān)鍵部件的研發(fā)，如車載傳感器（激光雷達(dá)、微波雷達(dá)、攝像機(jī)圖像處理等）、車載計(jì)算機(jī)和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)等；安全行駛和駕駛輔助技術(shù)，如采用多傳感器融合技術(shù)將汽車與周圍車輛、障礙物、道路設(shè)施的相對(duì)距離、相對(duì)速度以及相對(duì)方位等檢測(cè)出來，通過微處理器進(jìn)行計(jì)算、分析、判斷與決策，必要時(shí)給出報(bào)警，或情況緊急時(shí)控制系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制減速或制動(dòng)。29第29頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二第二層次：智能型自動(dòng)駕駛系統(tǒng)屬于第一層次上的擴(kuò)展和升級(jí)，最顯著的區(qū)別是自動(dòng)化技術(shù)不再是輔助駕駛員解決一些緊急狀況下的部分操作，而是較全面地替代了人。在檢測(cè)行駛狀況、對(duì)駕駛操作的決策、尤其是對(duì)緊急狀況的判別方面，該層次的技術(shù)更突出智能檢測(cè)、智能決策和智能控制。這樣的智能汽車能自動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)轉(zhuǎn)向、自動(dòng)檢測(cè)和回避障礙物、自動(dòng)操縱駕駛，尤其是在裝備有智能信息系統(tǒng)的智能公路上，能夠在充分保證安全車距的情況下以較高的速度自動(dòng)行駛。30第30頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二英特爾公司與斯坦福大學(xué)聯(lián)合研制的

無人駕駛汽車31第31頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二大眾汽車集團(tuán)研制的無人駕駛汽車“Stanley”

32第32頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二

無人駕駛汽車“Stanley”在行駛中“Stanley”上的探測(cè)儀

“Stanley”有4個(gè)激光探測(cè)儀、精確的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、7個(gè)奔騰處理器組成的高性能計(jì)算機(jī)，定位精度達(dá)到毫米級(jí)，并通過復(fù)雜的軟件模塊來進(jìn)行控制。33第33頁，共35頁，2023年，2月20日，星期二四、汽車自動(dòng)化發(fā)展動(dòng)態(tài)自動(dòng)化在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛，很多新技術(shù)不斷推廣應(yīng)用，汽車的自動(dòng)化水平越來越高；汽車自動(dòng)化發(fā)展的總