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1、自动化的典型应用自动化的典型应用1第1页，此课件共35页哦第7 7讲 自动化的典型应用（3）2第2页，此课件共35页哦主要内容：主要内容：7.1 汽车中的自动化系统7.2 智能交通3第3页，此课件共35页哦1 汽车中的自动化系统汽车中的自动化系统4第4页，此课件共35页哦l汽车自动化系统概述汽车自动化系统概述l自动化技术在汽车中的应用自动化技术在汽车中的应用l汽车先进控制系统简介汽车先进控制系统简介l汽车自动化发展动态汽车自动化发展动态5第5页，此课件共35页哦一、一、汽车自动化系统概述汽车自动化系统概述 目目的的：全全面面改改善善汽汽车车的的行行驶驶性性能能，提提高高汽汽车车的的安安全全性性
2、、舒适性和易操作性。舒适性和易操作性。意意义义：汽汽车车数数量量的的大大量量增增加加造造成成道道路路拥拥堵堵、路路况况复复杂杂、交交通通事事故故和和车车祸祸频频繁繁、能能源源危危机机、尾尾气气污污染染等等诸诸多多问问题题，自自动动化化可可以以保保障障汽汽车车行行驶驶的的安安全全、降降低低肇肇事事率率、操操纵纵轻轻松松自如、提高运行性能、节省能源、减少废气排放等。自如、提高运行性能、节省能源、减少废气排放等。开发汽车自动化系统的目的和意义：开发汽车自动化系统的目的和意义：6第6页，此课件共35页哦汽车的控制系统汽车的控制系统7第7页，此课件共35页哦汽车中应用了很多自动控制系统汽车中应用了很多自
3、动控制系统 发发动动机机控控制制（点点火火、燃燃料料喷喷射射、空空燃燃比比、怠怠速速等等的的控控制制）、变变速速器器控控制制、防防抱抱死死和和驱驱动动防防滑滑制制动动控控制制、助助力力转转向向控控制制、悬悬架架控控制制、自自动动保保持持车车速速的的巡巡航航控控制制、导导航航系系统统、防防撞撞避避撞撞控控制制、安安全全气气囊囊控控制制、自自动动刮刮水水器器、自自动动开开闭闭式式车车窗窗、空空调调控控制制、灯灯光光控控制制、无无钥钥匙匙车车门门及及车车门门锁锁定定系系统统等。等。其中大部分属于反馈控制。其中大部分属于反馈控制。8第8页，此课件共35页哦二、自动化技术在汽车中的应用二、自动化技术在汽
4、车中的应用1 1）发动机自动控制系统 核核心心部部分分是是电电子子控控制制燃燃油油喷喷射射系系统统，配配上上相相应应的的装装置置还还能能实实现现空空燃燃比比控控制制、怠怠速速控控制制、点点火火期期控控制制、排气再循环控制等。排气再循环控制等。轿车发动机轿车发动机燃油喷射电控系统燃油喷射电控系统9第9页，此课件共35页哦电控燃油喷射系统的组成及原理电控燃油喷射系统的组成及原理核核心心是是电电子子控控制制单单元元ECU（Electronic Control Unit），另另外外还还有有发发动动机机转转速速以以及及水水温温传传感感器器、进进气气歧歧管管内内压压力力传传感感器器或或进进气气通通道道内内
5、的的空空气气流流量量传传感感器器、电电磁磁喷喷油油器器、冷冷起起动动喷油器等。喷油器等。ECU根根据据检检测测到到的的发发动动机机转转速速和和温温度度、空空气气进进气气压压力力或或流流量量等等参参数数，准准确确计计算算出出不不同同工工况况下下发发动动机机所所需需要要的的燃燃油油量量，再再控控制制喷喷油油器器的的燃燃油油喷喷射射，并并保保证证发发动动机机混混合合气气的的空空燃燃比比在恰当的范围内。在恰当的范围内。10第10页，此课件共35页哦2）变速器自动控制系统）变速器自动控制系统自动档自动档变速杆变速杆 组组成成：电电子子控控制制系系统统、齿齿轮轮变变速速器器、换换档档执执行行机机构构、变变
6、矩矩器等。器等。11第11页，此课件共35页哦变速器自动控制系统的作用和原理变速器自动控制系统的作用和原理 可可以以自自动动地地确确定定所所需需最最佳佳档档次次和和换换挡挡时时间间，明明显显简简化化、方方便便了了汽汽车车的的换换档档操操作作，而而且且能能够够使使行行驶驶动动力力性性达达到到最最佳佳的状态。的状态。通通过过检检测测车车速速、发发动动机机转转速速和和水水温温、节节气气门门开开度度、自自动动变变速速器器液液压压油油油油温温等等，控控制制系系统统的的计计算算机机可可以以确确定定汽汽车车运运行行的的状状态态，并并与与设设定定的的换换档档规规律律相相比比较较，经经计计算算、分分析析、决决策
7、策，向向换换档档执执行行机机构构发发出出控控制制信信号号，经经电电磁磁阀阀、油油压压或或气动或电动伺服机构等实施相应动作，完成自动换档。气动或电动伺服机构等实施相应动作，完成自动换档。12第12页，此课件共35页哦3）制动防抱死自动控制系统制动防抱死自动控制系统简称简称ABS（Anti-lock Braking System）汽汽车车紧紧急急制制动动时时，车车轮轮可可能能完完全全停停止止转转动动（“抱抱死死”现现象象），汽汽车车以以很很大大的的惯惯性性向向前前冲冲，车车轮轮可可能能打打滑滑，从从而而发发生生侧侧滑滑、甩甩尾尾、甚至旋转等，很容易造成严重的交通事故。甚至旋转等，很容易造成严重的交
8、通事故。装装有有ABSABS的的汽汽车车将将自自动动采采取取措措施施来来防防止止车车轮轮被被完完全全抱抱死死，保保持持轮轮胎与地面间的附着力，增强行驶的稳定性。胎与地面间的附着力，增强行驶的稳定性。13第13页，此课件共35页哦制动防抱死系统的机械部分制动防抱死系统的机械部分14第14页，此课件共35页哦防抱死控制系统的组成和工作原理防抱死控制系统的组成和工作原理 通通过过检检测测车车轮轮转转速速、制制动动装装置置等等的的工工作作状状况况，准准确确判判断断出出路路面面状状况况以以及及制制动动机机构构的的相相关关参参数数，ECU通通过过判判断断和和计计算算，给出适宜的制动力调节量，实现自适应调节
9、。给出适宜的制动力调节量，实现自适应调节。15第15页，此课件共35页哦4）汽车驱动防滑自动控制系统汽车驱动防滑自动控制系统简称简称ASR（Acceleration Slip Regulation）汽汽车车在在附附着着系系数数相相对对较较小小的的路路面面（如如雨雨、雪雪潮潮湿湿路路面面）突突然然加加、减减速速时时可可能能造造成成打打滑滑空空转转，从从而而导导致致失失去去方方向向控控制制能能力力，极极易易造造成车祸事故。成车祸事故。ASRASR系系统统能能够够最最大大限限度度地地避避免免打打滑滑、空空转转和和失失控控现现象象，提提高行驶的方向稳定性和平顺性。高行驶的方向稳定性和平顺性。ASRAS
10、R系系统统与与ABSABS的的控控制制机机制制类类似似，但但控控制制目目标标相相反反，两两个个系系统统常常常常合合二二为为一一。也也可可以以说说，ASRASR系系统统是是ABSABS的的进进一一步步完完善善和和补补充。充。16第16页，此课件共35页哦驱动防滑控制系统的工作原理驱动防滑控制系统的工作原理 关关键键是是防防止止驱驱动动车车轮轮空空转转打打滑滑，采采用用的的控控制制方方式式大大多多两两种：制动控制方式和发动机控制方式。种：制动控制方式和发动机控制方式。制制动动控控制制方方式式：当当检检测测到到驱驱动动轮轮发发生生空空转转或或将将要要发发生生空空转转时时，由由ECU发发出出命命令令，
11、对对车车轮轮实实施施制制动动；ASR系系统统通通常常缓缓慢慢提提高高制动力矩，以使制动过程平稳。制动力矩，以使制动过程平稳。发发动动机机控控制制方方式式：当当检检测测到到有有空空转转或或即即将将空空转转时时，ECU适适时时发发出出命命令令，采采用用改改变变喷喷油油量量、点点火火时时间间、节节气气门门开开度度等等手手段段来来调调节节汽汽车车发发动动机机输输出出力力矩矩，使使驱驱动动车车轮轮与与路路面面的的附附着着力力达达到到最佳状态。最佳状态。17第17页，此课件共35页哦5）动力转向自动控制系统动力转向自动控制系统 汽汽车车低低速速时时转转向向力力矩矩大大，高高速速时时转转向向力力矩矩小小，为
12、为使使司司机机轻轻松松自如地进行转向操作，就需要辅助的力矩控制装置。自如地进行转向操作，就需要辅助的力矩控制装置。动动力力转转向向系系统统根根据据汽汽车车的的行行驶驶状状况况，利利用用控控制制装装置置来来调调节节转转向向助助力力，从而得到理想的转向性能。从而得到理想的转向性能。18第18页，此课件共35页哦液压式动力转向系统的结构液压式动力转向系统的结构1-1-方向盘方向盘 2-2-转向轴转向轴 3-3-转向中间轴转向中间轴 4-4-转向油管转向油管 5-5-转向油泵转向油泵6-6-转转向向油油罐罐 7-7-转转向向节节臂臂 8-8-转转向向横横拉拉杆杆 9-9-转转向向摇摇臂臂 10-10-
13、整整体体式式转转向向器器 11-11-转转向向直直拉拉杆杆 12-12-转向减振器转向减振器19第19页，此课件共35页哦动力转向控制系统的组成及工作过程动力转向控制系统的组成及工作过程 一一般般由由车车速速传传感感器器、扭扭矩矩传传感感器器、控控制制元元件件、电电动动或或气气动动或或液液动动装装置置等等组组成成，具具有有车车速速检检测测、控控制制决决策策和和转转向向助力功能。助力功能。系系统统在在工工作作过过程程中中不不断断检检测测汽汽车车行行驶驶的的车车速速、转转向向器器扭扭矩矩等等，馈馈送送给给电电子子控控制制装装置置，控控制制器器计计算算出出转转向向助助力力的的调调节节量量，输输送送给
14、给执执行行电电机机或或液液压压、气气压压驱驱动动装装置置，驱驱动动转转向器转向。向器转向。20第20页，此课件共35页哦6）悬架自动控制系统悬架自动控制系统 该该系系统统根根据据汽汽车车行行驶驶状状况况自自动动地地调调节节汽汽车车悬悬架架的的刚刚度度与与振振动动阻尼，有的车还能够自动调整车高。阻尼，有的车还能够自动调整车高。在在起起伏伏较较大大的的路路面面能能够够有有效效地地吸吸收收振振动动，避避免免过过大大的的上上下下“浮浮动动”，还还能能在在转转向向时时保保持持车车身身的的正正常常姿姿态态、紧紧急急制制动动时时改改善善减减振振效效果果。对对于于能能够够根根据据车车速速自自动动调调节节悬悬架
15、架以以调调节节车车高高的的汽汽车车，还还能够降低风阻系数，降低能耗，增大行驶稳定性。能够降低风阻系数，降低能耗，增大行驶稳定性。21第21页，此课件共35页哦悬架控制系统的类型及组成悬架控制系统的类型及组成电控主动空气悬架电控主动空气悬架电控主动液压悬架电控主动液压悬架分分为为空空气气悬悬架架和和液液压压悬悬架架，其其自自动动控控制制系系统统差差异异不不大大，通通常常由由位位移移、加加速速度度、转转向向、制制动动压压力力等等传传感感器器、微微机机控控制制中中心心、气气压压或或液压组件等组成。液压组件等组成。22第22页，此课件共35页哦悬架控制系统的工作原理悬架控制系统的工作原理 装在悬架内的
16、位移传感器检测悬架的运动，车速表提供车速信号，安装在悬架内的位移传感器检测悬架的运动，车速表提供车速信号，安装在转向轴上的光学传感器则检测出转向的信号以及制动部分给出制动状装在转向轴上的光学传感器则检测出转向的信号以及制动部分给出制动状况信号。这些信号都传输给微机进行分析、运算，给出对汽车悬架的控制况信号。这些信号都传输给微机进行分析、运算，给出对汽车悬架的控制决策和相关控制量，决策和相关控制量，驱动电动泵调节悬架气驱动电动泵调节悬架气压或油压，以抵消引起压或油压，以抵消引起车辆振动的能量，同时车辆振动的能量，同时还有效控制了车辆的姿还有效控制了车辆的姿态。态。23第23页，此课件共35页哦7
17、）防撞避撞自动控制系统）防撞避撞自动控制系统 通通过过测测量量主主车车与与目目标标车车或或障障碍碍物物之之间间的的相相对对距距离离、相相对对速速度度以以及及相相对对方方位位角角等等信信息息，自自动动控控制制汽汽车车按按照照需需求求运运行行、减减速或制动。速或制动。关键技术：关键技术：对碰撞可能性的预测；对碰撞可能性的预测；碰撞可能发生时的紧急处理（减速和制动）。碰撞可能发生时的紧急处理（减速和制动）。24第24页，此课件共35页哦防撞避撞的探测与控制技术防撞避撞的探测与控制技术 常常用用探探测测装装置置的的主主体体部部分分是是雷雷达达，可可实实施施测测距距、测测速速、测测方方位位。此此外外还还
18、有有红红外外线线、超超声声波波、激激光光等等检检测测技技术术。红红外外、超超声声波波的的探探测测距距离离较较短短，激激光光和和微微波波雷雷达达测测距距远远、精精度高，得到广泛应用。度高，得到广泛应用。为为降降低低雷雷达达的的误误报报率率，基基于于激激光光雷雷达达、微微波波雷雷达达、机机器器视视觉觉等等多多种种传传感感器器的的信信息息融融合合技技术术正正成成为为研研究究和和应应用用的的热热点点，以以机机器器视视觉觉为为主主的的探探测测技技术术有有可可能能彻彻底底解解决决准准确确识识别别问题。问题。防防撞撞避避撞撞的的控控制制及及处处理理方方式式：向向司司机机发发出出视视听听预预警警信信号号，促促
19、使使司司机机采采取取应应急急措措施施；自自动动进进行行识识别别、判判断断、处处理和控制，即自动执行减速、避撞、制动等操作。理和控制，即自动执行减速、避撞、制动等操作。25第25页，此课件共35页哦一种汽车防撞预警系统一种汽车防撞预警系统 具具有有车车距距监监视视功功能能，通通过过图图象象显显示示和和声声音音预预警警提提醒醒驾驾驶驶员保持安全车距。员保持安全车距。26第26页，此课件共35页哦基于机器视觉识别技术的新型防撞系统基于机器视觉识别技术的新型防撞系统安安装装在在车车上上的的摄摄像像头头可可以以自自动动探探测测路路况况并并预预测测潜潜在在的的危危险险，可可能能发发生生危危险险时时，系系统
20、统就就会会转转入入“自自动操作动操作”，启动应急制动和刹车系统来避免危险。，启动应急制动和刹车系统来避免危险。与与电电脑脑相相连连的的摄摄像像机机还还可可以以分分辨辨出出汽汽车车、骑骑车车人人及及行行人人，配配合合当当前前各各种种参参数数迅迅速速计计算算出出事事故故可可能能的的破破坏坏程程度度，并并做出相应反应。做出相应反应。27第27页，此课件共35页哦三、三、汽车先进控制系统简介汽车先进控制系统简介l采采用用先先进进的的传传感感与与检检测测技技术术、通通信信技技术术和和自自动动控控制制技技术术，提提供供多多种种形形式式的的防防撞撞、避避撞撞、安安全全保保障障、自动驾驶等功能；自动驾驶等功能
21、；l主主要要有有行行车车安安全全预预警警报报警警系系统统、纵纵向向防防撞撞避避撞撞系系统统、侧侧向向防防撞撞避避撞撞系系统统、交交叉叉口口防防撞撞避避撞撞系系统统、视视觉觉强强化化防防撞撞避避撞撞系系统统、事事故故前前乘乘员员安安全全保保护护系系统统、自自动动驾驾驶驶系系统统、自自动动公公路路信信息息系系统统等。等。28第28页，此课件共35页哦第一层次：车辆安全技术与辅助驾驶技术第一层次：车辆安全技术与辅助驾驶技术l关关键键部部件件的的研研发发，如如车车载载传传感感器器（激激光光雷雷达达、微微波波雷雷达达、摄像机图像处理等）、车载计算机和控制执行机构等；摄像机图像处理等）、车载计算机和控制执
22、行机构等；l安安全全行行驶驶和和驾驾驶驶辅辅助助技技术术，如如采采用用多多传传感感器器融融合合技技术术将将汽汽车车与与周周围围车车辆辆、障障碍碍物物、道道路路设设施施的的相相对对距距离离、相相对对速速度度以以及及相相对对方方位位等等检检测测出出来来，通通过过微微处处理理器器进进行行计计算算、分分析析、判判断断与与决决策策，必必要要时时给给出出报报警警，或或情情况况紧紧急急时时控控制制系系统统进进行强制减速或制动。行强制减速或制动。29第29页，此课件共35页哦第二层次：智能型自动驾驶系统第二层次：智能型自动驾驶系统l属属于于第第一一层层次次上上的的扩扩展展和和升升级级，最最显显著著的的区区别别
23、是是自自动动化化技技术术不不再再是是辅辅助助驾驾驶驶员员解解决决一一些些紧紧急急状状况况下下的的部部分分操操作作，而而是较全面地替代了人。是较全面地替代了人。l在在检检测测行行驶驶状状况况、对对驾驾驶驶操操作作的的决决策策、尤尤其其是是对对紧紧急急状状况况的的判判别别方方面面，该该层层次次的的技技术术更更突突出出智智能能检检测测、智智能能决决策策和和智能控制。智能控制。l这这样样的的智智能能汽汽车车能能自自动动导导航航、自自动动转转向向、自自动动检检测测和和回回避避障障碍碍物物、自自动动操操纵纵驾驾驶驶，尤尤其其是是在在装装备备有有智智能能信信息息系系统统的的智智能能公公路路上上，能能够够在在
24、充充分分保保证证安安全全车车距距的的情情况况下下以以较较高高的的速度自动行驶。速度自动行驶。30第30页，此课件共35页哦英特尔公司与斯坦福大学联合研制的英特尔公司与斯坦福大学联合研制的无人驾驶汽车无人驾驶汽车 31第31页，此课件共35页哦大众汽车集团研制的无人驾驶汽车大众汽车集团研制的无人驾驶汽车“Stanley”32第32页，此课件共35页哦 无人驾驶汽车无人驾驶汽车“Stanley”在行驶中在行驶中 “Stanley”上的探测仪上的探测仪 “Stanley”有有4个个激激光光探探测测仪仪、精精确确的的GPS导导航航系系统统、7个个奔奔腾腾处处理理器器组组成成的的高高性性能能计计算算机机
25、，定定位位精精度度达达到到毫毫米米级，并通过复杂的软件模块来进行控制。级，并通过复杂的软件模块来进行控制。33第33页，此课件共35页哦四、汽车自动化发展动态四、汽车自动化发展动态l自自动动化化在在汽汽车车上上的的应应用用越越来来越越广广泛泛，很很多多新新技技术术不不断断推推广广应用，汽车的自动化水平越来越高；应用，汽车的自动化水平越来越高；l汽车自动化发展的总体趋势是智能化和网络化；汽车自动化发展的总体趋势是智能化和网络化；l智能化指信息处理与控制决策等充分体现人的智能特征；智能化指信息处理与控制决策等充分体现人的智能特征；l网网络络化化一一方方面面指指汽汽车车上上的的各各种种自自动动化化系系统统相相互互连连网网，协协调调工工作作，另另一一方方面面指指与与外外部部的的出出行行信信息息系系统统、交交通通管管理理系系统统、运运营营管管理理系系统统等等连连网网，“人人、车车、道道路路”形形成成一一个个统统一一的的整体。整体。34第34页，此课件共35页哦 在在网网络络化化的的基基础础上上，可可以以实实现现对对汽汽车车的的综综合合优优化化控控制制，采采用用多多传传感感器器多多参参数数检检测测及及数数据据融融合合技技术术、并并大大量量运运用用人人工工智智能能与与智智能能控控制制技技术术，使使汽汽车车的的整整体体自自动动化水平显著提高。化水平显著提高。35第35页，此课件共35页哦