汽车速度控制系统的设计与仿真
无人驾驶汽车控制系统的设计与实现
无人驾驶汽车控制系统的设计与实现随着科技的不断发展，无人驾驶汽车已经从科幻电影里走入现实。
为实现无人驾驶汽车的正常运行，一个稳定可靠的控制系统必不可少。
本文将从控制系统的设计和实现两个方面着手，重点讲解无人驾驶汽车的控制系统。
1.控制系统的设计无人驾驶汽车的控制系统通常由传感器、控制器、执行器和算法等多个部分组成，其核心是实时感知与处理环境信息，控制车辆运动。
控制系统的设计需要遵循以下原则。
1.1 可靠性由于无人驾驶汽车直接涉及到行车安全，所以其控制系统必须非常可靠，不容易出现故障。
在遇到或预测到某种异常状况时，必须及时采取相应的控制措施，确保行车安全。
1.2 实时性出于行车安全和获得高精度的驾驶体验的目的，无人驾驶汽车必须具备很高的实时性。
控制系统需要在非常短的时间内识别环境信息、做出判断并执行控制动作。
因此，控制算法必须具备较高的计算速度。
1.3 灵活性无人驾驶汽车的控制系统需要能够自动适应环境，并根据情况做出相应的控制决策。
系统需要根据道路情况、车辆运动状态等因素自适应地改变控制策略，以确保到达目标位置的最优路径。
2.控制系统的实现2.1 感知系统无人驾驶汽车的感知系统是整个控制系统的基础，它的主要任务是感知周围环境，并获取可靠的数据信息。
感知系统一般由雷达、激光雷达、摄像头、GPS、LiDAR 等传感器组成。
这些传感器负责捕捉车辆周围的图像、位置、方向、速度和距离等数据，并将获取的数据传递给控制器以作为下一步行动的基础。
2.2 控制器系统控制器系统是整个控制系统的核心，它根据感知系统所获取到的环境信息和预先编好的控制算法，实现对车辆的精细控制。
控制器系统需要具备较高的处理速度和可靠性。
同时，控制器系统还需要具备完备的保护机制，以防止意外故障导致车辆损失。
2.3 控制算法控制算法是整个控制系统的灵魂，在无人驾驶汽车的控制系统中起到非常重要的作用。
控制算法的目的是根据感知信息、车辆状态和所得到的任务参数，决定下一步车辆的控制动作。
汽车车速检测系统设计概要
目前用于显示的基本有液晶LCD显示板和二极管LED数码管显示。由于此次的车速检测系统构造简单且设计方便，汽车测速显示需要较高的刷新速率才能更加好的实现实时速度显示。所以本次选用的是比较简单的LED数码管来实现速度的显示。
LED数码管显示中分为静态显示和动态显示两种。
静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进位器进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是每个数码管需要占用一个锁存器，硬件电路复杂。因为数码管都处于被点亮状态，所以需要的电流很大，当数码管的数量增多时，对电源的要求也就随之增高。
4 系统硬件设计
4.1 AT89C51
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机[6]。AT89C2051是一种带2K字节闪存具有可编程可擦除且只读存储器的单片机。51单片机的可擦除和只读存储器能够反复的擦除1000次。该器件是利用ATMEL高密度的非易失的存储器制造技术来制造的，其与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚互相兼容。由于把多 功能8位CPU以及闪速存储器组合于单个芯片里面，ATMEL的51单片机成为一种高效的微控制器。AT89C51单片机能够提供一种较高灵活性以及价格相对低廉的方案给嵌入式控制系统来使用。
所以本次选用的是LED数码管的动态显示。
3.4 报警电路选择
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印件、报警器、玩具、汽车电子设备、定时器等的电子产品中，用做发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
浅析汽车牵引力控制系统设计与仿真
浅析汽车牵引力控制系统设计与仿真严彦【摘要】牵引力控制系统通过控制车轮的滑转状态,合理的分配驱动轮力矩,提高了车轮对路面附着的利用程度,有效提高了车辆的动力性,改善了操纵稳定性.首先基于PID算法分别设计了汽车牵引力驱动控制器和制动控制器,并采用Matlab/simulink软件完成算法的模块搭建.然后在Carsim软件中建立了汽车仿真模型,将simulink软件中的驱动控制器和制动控制器分别与汽车模型进行联调.最后对汽车仿真模型在均一低附着路面和分离路面进行仿真模拟,分析了驱动轮滑转率.结果表明,采用汽车牵引力控制系统能够使驱动轮的滑转率控制在目标范围内,能够抑制驱动轮的过度滑转,充分利用地面的附着条件,提高了汽车的动力性和操纵稳定性.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2017(000)013【总页数】5页(P60-64)【关键词】牵引力控制系统;滑移率;PID控制;仿真【作者】严彦【作者单位】武汉理工大学,湖北武汉 430070【正文语种】中文【中图分类】U462.1CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-60-05汽车牵引力控制系统（TCS）是车辆在起步、加速、爬坡时防止驱动轮发生过度滑转，以获得最大牵引力和最佳操纵稳定性的一种主动控制系统，是继制动防抱死控制系统（ABS）之后又一新发展，对于改善车辆的牵引性、操纵性、稳定性、安全性和舒适性等具有重要的意义。
本文在Matlab/simulink环境下，对驱动控制的总体模型进行仿真，选取驱动轮的滑转率、驱动轮速、汽车的车身速度、制动轮缸的压力以及节气门的开度作为评价参数，对牵引力控制系统的性能进行评价，分析仿真结果。
1.1 汽车牵引力控制策略研究TCS性能控制工况控制目标涉及汽车的牵引性和操纵稳定性，汽车在不同工况下，对不同性能之间的侧重有所不同。
汽车动力学仿真方法(第七讲)
重庆汽车学院
CHONGQING INSTITUTE OF TECHNOLOGY
4.1.2 车辆控制系统设计的发展概况 ①控制系统传统开发流程
客户要求 文字描述 系统规划
客户要求
系 统 集 成
硬件设计
手工代码
软件设计
重庆汽车学院
CHONGQING INSTITUTE OF TECHNOLOGY
②现代控制系统的V型开发模式
第三步 Ø利用RTW及dSPACE提供的RTI自动生成代码并下载；
重庆汽车学院
CHONGQING INSTITUTE OF TECHNOLOGY
第四步 Ø利用RTW及dSPACE提供的RTI自动生成代码并下载；
重庆汽车学院
CHONGQING INSTITUTE OF TECHNOLOGY
第二步 Ø保留需要下载到 dSPACE中的模块； Ø用硬件接口关系代替 原来的逻辑连接关系； Ø对I/O进行配置； Ø设定软硬件中断优先 级；
重庆汽车学院
CHONGQING INSTITUTE OF TECHNOLOGY
单移线仿真—车身侧倾位移与车身侧向加速度的关系
(完整版)基于单片机的行车测速系统毕业设计
基于单片机的行车测速系统XX(XXXX，XXXX)摘要本设计采用AT89S52单片机作为控制芯片，利用霍尔传感器采集被测信号，将被测信号通过单片机计算在LCD上进行显示，另外通过矩阵键盘设置计算参数，并使用存储芯片储存重要数据和参数，构成了基于单片机的行车测速系统。
该测速系统除了可以测量车辆行驶速度，还可以记录车辆行驶里程，而且具有价格便宜、使用方便、可靠性高等特点，并能够有效提高对测速传感器输出信号测量的准确性和稳定性，在日常生活运用中具有独特的优势。
关键词AT89S52；测速系统；霍尔传感器1 绪论如今随着半导体技术的不断发展，微控制单元MCU （MicroControllerUnit）以其集成度高、功能强、速度快、可靠性好等特点被电子系统开发人员广泛的运用到控制系统、智能仪表、机电一体化产品、智能接口、智能民用产品等领域。
单片机的突出特点是体积小，抗干扰性好，功耗小，可靠性好，有较强的模拟接口，代码保密性好，所以得到了官方的应用[1]。
采用单片机作为主芯片可以有效的解决对采样信号的处理问题，并能够降低开发成本，提升开发的效率和开发的质量。
现代汽车上一般都装有发动机控制、自动驾驶、ABS、TRC、自动锁车门、主动式悬架、导向系统、电子仪表等装置[2]，这些装置都需要汽车车速信号。
速度是一个很重要的物理量，获取准确的速度能够保证车辆行驶的安全性，而基于单片机技术的测速系统具有价格便宜、使用方便、可靠性高等特点，能有效提高对测速传感器输出信号测量的准确性和稳定性。
因此本文提出了一种基于单片机的行车测速系统，有效速度范围为10~300 km/h，完此，其可用于机动车的测速，为机动车的安全驾驶提供安全保障和技术支持。
2方案的设计与论证2.1测速系统主要组成器件的选择与论证2.1.1微控制器的选择方案一：采用80C52单片机实现。
80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）、32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路[3]。
汽车仿真知识点总结
汽车仿真知识点总结一、汽车仿真的概念汽车仿真是指利用计算机技术对汽车的动力学、热力学、结构强度、流体力学、声学等特性进行数值计算和模拟，以评估汽车的性能和可靠性，并优化汽车的设计。
汽车仿真技术可分为车辆动力学仿真、车辆碰撞仿真、车辆热管理仿真、车辆空气动力学仿真等多个领域。
通过汽车仿真技术，可以更真实地模拟汽车在各种工况下的行驶和工作状态，加快产品设计和优化的速度，提高研发效率。
二、汽车仿真的应用领域汽车仿真技术在汽车工业中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 汽车设计与开发：通过汽车仿真技术，可以对汽车的动力系统、传动系统、悬挂系统、车身结构等进行建模、分析和优化，确保汽车在各种工况下的性能和可靠性。
2. 碰撞安全性评估：通过碰撞仿真，可以模拟汽车在各种碰撞情况下的受力和变形情况，评估汽车结构的安全性，并优化车身设计，提高碰撞安全性。
3. 发动机燃烧仿真：通过发动机仿真技术，可以对发动机的燃烧过程、燃烧效率、排放性能等进行分析和优化，提高发动机的工作效率和环保性能。
4. 空气动力学优化：通过空气动力学仿真，可以对汽车外形、车身尺寸、车身细节等进行优化，降低风阻系数，提高汽车的空气动力学性能。
5. 热管理系统仿真：通过热管理仿真，可以对汽车的散热系统、冷却系统、空调系统等进行分析和优化，确保汽车在各种气候条件下的热管理性能。
三、汽车仿真的常用软件目前，汽车仿真领域有很多专业的仿真软件，常用的软件包括：ADAMS、CARSIM、RECDOYN、MATLAB、SIMULINK、GT-SUITE、ANSYS、FLUENT等。
这些软件在汽车动力学仿真、碰撞仿真、热管理仿真、空气动力学仿真等方面都具有优秀的性能和实用性。
不同的软件在不同的仿真领域有着各自的优势和适用性。
ADAMS是一款集成了多体动力学、刚体动力学和柔性体动力学的仿真软件，可用于汽车的动力学仿真和悬挂系统优化。
CARSIM是一款用于汽车动力学仿真和车辆控制系统仿真的软件，可用于汽车的悬挂系统、转向系统、制动系统等的建模和设计。
单位阶跃在实际中的应用
汽车运动控制系统进行实际设计与仿真摘要：在人类的生活中，往往会遇到很多问题，不过随着人类文明的进步，这些问题都会很快得到解决。
例如：电的发明和灯泡的出现，感觉就是一种必然的趋势。
现在我针对一个汽车运动控制系统进行实际的设计，并且用Simulink进行仿真。
这样既可以掌握控制系统性能的分析和仿真处理过程，又能更加熟悉用Matlab和Simulink进行系统仿真的基本方法，对于初步学习的我们也可以得到锻炼。
本次设计是对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真，其方法是先对汽车运动控制系统进行建摸，然后对其进行PID控制器的设计，建立了汽车运动控制系统的模型后，可采用MATLAB和Simulink对控制系统进行仿真设计。
关键词：控制系统MATLAB Simulink 仿真PID正文：背景知识：对一辆汽车运动控制系统进行实际设计与仿真，其方法是先对汽车运动控制系统进行建模，然后对其进行PID控制器的设计，建立了汽车运动控制系统的模型后，可采用Matlab和Simulink 对控制系统进行仿真设计。
应该注意，设计系统的控制器之前要观察该系统的开环阶跃响应，采用阶跃响应函数step( )来实现，如果系统不能满足所要求达到的设计性能指标，需要加上合适的控制器。
然后再按照仿真结果进行PID控制器参数的调整，使控制器能够满足系统设计所要求达到的性能指标。
（一）、问题的描述如下图所示的汽车运动控制系统，设该系统中汽车车轮的转动惯量可以忽略不计，并且假定汽车受到的摩擦阻力大小与汽车的运动速度成正比，摩擦阻力的方向与汽车运动的方向相反，这样，该汽车运动控制系统可简化为一个简单的质量阻尼系统。
根据牛顿运动定律，质量阻尼系统的动态数学模型可表示为：⎩⎨⎧==+vy u b v v m 系统的参数设定为：汽车质量m =1000kg ，比例系数b =50 N ·s/m ，汽车的驱动力u =500 N 。
根据控制系统的设计要求，当汽车的驱动力为500N 时，汽车将在5秒内达到10m/s 的最大速度。
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. 3.3 The block diagram of ACC PID control system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. 3.4 Vehicle structure parameters参数符号取值车辆质量m1250 kg轴距L 2.5 m 轴距离重心距离f L 1.1 mL 1.4 m 后轴距离重心距离rC0.379 kg/m2风阻系数d车轮半径r0.334 m等效迎风面积A 1.93 m2发动机转动部件和液力变I0.11 kgm2矩器泵轮的有效转动惯量e前轮转动惯量f I 1.8 kgm2I 1.8 kgm2后轮转动惯量r减速器传动比o i 4.43 传动系动力传递系数t 0.99滚动阻力系数f0.02（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1.5 m/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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
汽车速度控制系统的设计与仿真 学生姓名： 班级： 指导老师： 摘要：目前许多汽车把汽车速度控制系统作为配属设备或选配设备。汽车装有
汽车速度控制系统后，当驾驶员启动这一装置并进行一些简单的设置后，该装置可自动保持某一恒定速度行驶，而不踩油门。由于电子系统能准确地控制车辆的速度，从而使高速行驶的车辆更加安全、平稳。 在文中，首先对汽车的运动原理进行分析，建立控制系统简化模型，根据研究对象的物理特性建立起汽车速度控制控制系统的微分方程，再将该微分方程进行线性化处理，运用PID控制理论的方法对汽车速度控制控制系统进行分析和控制。然后对汽车速度控制系统进行设计分析，在已有的模型下，对设计的汽车速度控制系统进行Matlab语言仿真。 关键词：速度控制系统 PID控制 仿真
指导老师签名: Design and Simulation of the vehicle speed control system
Student name Class: Supervisor: Abstract: At present, many cars make car speed control system as an attachment
device or optional equipment. The car is fitted with the motor speed control system, when the driver start the device and make some simple settings, the device can automatically maintain a constant speed, and do not step on the accelerator. Because the electronic system can accurately control the speed of the vehicle, so that the high-speed vehicles more secure, stable. In this paper, the first principle of the movement of automobile is analyzed, establishing control system is simplified model, based on physical characteristics of the research object to establish the vehicle speed control differential equation of the control system, then the differential equation is linearized by using the method of control theory, analyze and control the motor speed control system. Then the design of the vehicle speed control system, the existing model, to design vehicle speed control system simulation language Matlab. Keyword：Speed control system PID control simulation
Signature of Supervisor: 目录 1绪论 ................................................................................................. 1 1.1选题的依据及课题意义................................................................................... 1 1.2汽车速度控制研究概况及发展趋势............................................................... 1
2速度控制系统的简述 ..................................................................... 3 2.1汽车速度控制系统原理................................................................................... 3 2.2速度控制系统的分类....................................................................................... 3 2.3速度控制系统的基本用途............................................................................... 4 2.4电子式多功能速度控制系统功能................................................................... 4
3系统模型建立及性能分析 ............................................................. 6 3.1汽车受力分析................................................................................................... 6 3.2行驶汽车仿真模型........................................................................................... 7 3.3 动态性能和稳态性能指标.............................................................................. 8
4 PID控制器 .................................................................................... 10 4.1 PID控制简述 ................................................................................................. 10 4.2 PID控制规律 ................................................................................................. 10 4.3 PID作用分析 ................................................................................................. 14
5 系统仿真及结果分析 .................................................................. 15 5.1 SIMULINK简介 ............................................................................................ 15 5.2实验方案选择................................................................................................. 15 5.2.1采用P控制 ................................................................................................ 15 5.2.2采用PI控制 ............................................................................................... 20 5.2.3采用PID控制 ............................................................................................ 22 5.3实验结果分析................................................................................................. 25
总结 .................................................................................................. 26
参考文献 .......................................................................................... 27 致 谢 .............................................................................................. 28