智能自动化技术在汽车工程中的应用

苏玉来　田峰　魏帮顶

摘 要：作为主要交通工具，汽车的安全和舒适性向来受到重视，为满足消费者的相关要求，智能自动化技术近年来开始大量应用于汽车工程领域。基于此，本文将围绕现代智能化技术要点进行研究，简单探讨其在汽车工程中的应用，并结合可拓切换控制方法深入探讨智能自动化技术在智能驾驶汽车时的应用价值，结合具体的实验能够确定，可拓切换控制方法能够较好保证汽车的工况适应性和控制精度。

关键词：自动化 汽车工程

Application of Intelligent Automation Technology in Automobile Engineering

Su Yulai，Tian Feng，Wei Bangding

Abstract：As the main means of transportation， the safety and comfort of automobiles have always been valued. In order to meet the relevant requirements of consumers， intelligent automation technology has begun to be widely used in the field of automotive engineering in recent years. Based on this， this article will focus on the main points of modern intelligent technology， briefly discuss its application in automotive engineering， and combine the extension switch control method to deeply explore the application value of intelligent automation technology in smart driving cars， combined with specific experiments. It is confirmed that the extension switching control method can better ensure the adaptability and control accuracy of the automobile.

Key words：automation， automotive engineering

1 引言

在智能自動化技术支持下，汽车制造的质量和速度不断提升，这是由于智能自动化技术在汽车工程领域具备效益高、精准度高等优势，依托该技术开展异常情况检测、高有效性控制、管理系统完善，汽车工程领域的发展即可获得更为有力支持。

2 现代智能化技术要点

2.1 智能化技术在汽车后视镜技术中的应用

作为车厢外的部件，汽车后视镜很容易出现灰尘污染或被碰撞，因此近年来后视镜自动折叠功能正逐渐成为家用汽车的标配，后视镜能够在驻车后自动折叠，剐蹭、污染等问题能够有效规避，这便属于现代智能化技术的典型应用。对于视角较小的后视镜来说，能否对后方道路情况进行全面反映直接决定后视镜的价值，行车安全也会直接受到影响，而通过自动改变后视镜位置，智能自动化技术的应用能够迅速提供最佳后视镜位置[1]。

2.2 智能化技术在车内空气监测中的应用

随着我国民众的生活水平不断提升，人们对健康的重视程度也在不断提高。半封闭状态结构汽车车厢空气质量问题开始受到广泛关注，车内空气质量差或氧气不足属于汽车工程必须解决的问题。汽车空调系统分为内循环和外循环，这一过程中一氧化碳可能随外循环进入车厢导致车内人员中毒，内循环则可能导致车内缺氧，为规避这类问题，智能化技术在车内空气监测中的应用极为关键，以此实时监测车内有毒气体含量和氧气含量，并实时显示监测结果，辅以自动调节控制，即可避免车内人员缺氧或中毒[2]。

1.3智能化技术在汽车刹车系统中的应用

作为汽车最重要的系统之一，刹车系统直接关系着车辆使用安全及周边行人安全。在智能化技术支持下，车辆可实现自身倾斜角度的自动获取，以此判断倾斜角度，驾驶员踩下刹车时刹车系统可基于车辆倾斜情况自动启动，汽车刹车系统的安全性能够大幅提升。此外，因操作不熟练误将油门当做刹车而引发的交通事故在我国较为常见，而在智能化技术支持下，通过对车辆安全距离内障碍物的雷达感应，即可实现自动化的刹车系统启动，行车事故将有效规避，人员安全也能够更好得到保障，智能化自动技术在汽车工作领域的应用价值可见一斑[3]。

3 智能化技术应用效果评价

为直观展示智能化技术在汽车工程领域的应用价值，本节将围绕智能车辆的车道保持控制开展研究，具体将围绕实验设计、实验得分、结果评价三方面开展深入探讨，汽车工程领域智能化技术的应用效果最终得到了直观展现。

3.1 实验设计

在汽车工程领域的智能化自动技术应用研究中，智能车辆的车道保持控制属于研究热点，该控制本质上属于车-路闭环控制，系统同时考虑车辆和道路的相对位置状态及车辆本身状态，结合国内外相关研究，本文选择二自由度车辆动力学模型，并由此开展了路径跟踪预瞄模型设计，具体如图1和图2所示[4]。

基于图1和图2，针对性设计可拓车道保持控制系统，研究采用的整车质量、质心到前轴及后轴的距离分别为1723kg、1.23m、1.47m，前轮轮胎、后轮轮胎的侧偏刚度分别为66900N/rad、62700N·rad-1，汽车绕z轴的转动惯量为4.75×103kg·m2。基于10m的预瞄距离，相应状态空间方程矩阵为[5]：

rank（S）=rank（B，AB，A2B，…，An-1B）=n

rank（V）=rank（C，CA，CA2，…，CAn-1）T=n （1）

上式中的C为单位矩阵，V、S分别为可观判别矩陣、可控性判别矩阵，满足可观测性和可控性要求。进一步设计控制器系统，具体如图3所示。

结合图3进行分析可以发现，该可拓控制器中的K（S）属于可拓关联函数，基于道路中心线的曲率值和预瞄点处横向偏差，即可按照可拓域、经典域、非域划分模型所处的状态，同时提供不同控制策略，不同控制策略可基于不同区域的切换控制。围绕下层控制器进行分析能够发现，对处于经典域状态的模型来说，存在较小的预瞄点处横向位置偏差yL，同时存在偏小的车道线曲率ρ，此时可选择PID反馈控制器。对处于可拓域状态的模型来说，存在变大的预瞄点处横向位置偏差yL，以及变大的车道线曲率ρ，此时的PID反馈控制器会出现响应滞后、稳态误差大的不足，趋近不稳定的系统状态需将前馈校正环节基于道路曲率加入，以此实现PID前馈-反馈控制，大曲率工况下车辆的快速跟踪控制可顺利完成，车辆原有车道在经过弯道时的准确保持能够顺利实现。

上层控制器设计需围绕可拓切换控制算法和车道线检测算法开展，以此实现模型所处状态区域的确定，并实现道路曲率和车辆预瞄点处横向位置偏差的获取。选择120fps帧率、1440×720分辨率的摄像头，基于CAN总线将自动驾驶试验车处理器与摄像头连接，由此采集的数据用于MATLAB/Simulink仿真。在远距离开展道路信息采集时，摄像头存在置信度低和信息偏差大的问题，为提升采集信息的可信度，对摄像头参数进行极限值约束，以此将车辆左侧、右侧最大测量范围设置为-10～0m、0～10m，车辆航向偏差角、道路中心线曲率的最大范围分别设置为-1～1rad、-0.12～0.12。对属于直线道路的前方道路，采用直线车道线拟合方法（基于Hough变换）开展车道线检测，对属于弯道的前方道路，采用车道线拟合方程式进行车道线检测，分别为：

式中的k、x、y分别为车道线斜率、车道线横坐标、车道线纵坐标，为拟合的常数项（直线车道线），分别为车道线航向角，以及左、右车道线纵坐标。开展针对性的特征量提取、可拓集合划分、关联度计算，控制策略即可基于测度模式划分。

下层控制器设计需围绕PID反馈控制器（预瞄偏差）、PID反馈控制器（预瞄偏差）、PID前馈-反馈控制器（道路曲率）开展。

3.2 实验得分

开展模型仿真，对直线工况和时变曲率混合工况进行验证。直线仿真工况的初始航向偏差、车辆纵向速度、道路中心线曲率分别设置为0rad、20m/s、0，初始横向位置偏差设置为0.2、0.6、1.0，由此开展仿真能够确定，本文研究的车道保持系统具备较高可行性。时变曲率混合工况涉及直线道路（0～5s）、三角函数Y=4sin（0.1X）道路（5～14.4s）、支线道路（14.4～20s），车辆纵向速度设置为20m/s，由此开展仿真能够确定，较大横向和大曲率位置偏差区间内的偏差值有效抑制，混合道路工况下智能驾驶汽车行驶过程中的车道保持精度大幅提升。总的来说，本文研究的车道保持系统在可拓控制器支持下能够实现车辆车道高精度控制范围的拓展，满意的跟踪效果得以顺利获得，PID反馈控制、PID前馈-反馈控制在其中发挥着关键性作用。

3.3 结果评价

为验证上文方法的可行性，采用智能驾驶测试平台开展实车验证试验，该平台由下执行控制单元、上位机决策系统、感知系统组成，选择标准化双向两车道作为试验测试道路，设置13km/h的车辆纵向速度。在车道保持控制器支持下，车辆能够实现车道的精准保持，具体的使用需求得以满足，而结合横摆角速度和侧向加速度能够发现，该系统在车辆运动稳定性保持中也能够发挥积极作用，能够在±0.75m/s范围控制侧向加速度，在±3.5°/s控制横摆角速度。

4 讨论

结合研究能够发现，智能自动化技术在汽车工程中具备较高应用价值。但在研究中能够发现，系统在切换控制策略中存在较为显著的抖动现象，这对车辆的舒适性和运动平顺性带来了一定影响，为保证智能自动化技术更好服务于汽车工程，笔者将围绕相关内容开展进一步研究。

参考文献：

[1]杨迪，黄强.自动化技术在汽车机械制造中的创新应用研究[J].时代汽车，2021（03）：21-22.

[2]石宏华.电子传感器在汽车自动化技术中的智能应用探究[J].电子测试，2020（22）：139-140.

[3]龙眉.智能自动化技术在汽车工程中的应用研究[J].时代汽车，2020（15）：23-24.

[4]曲家宇.智能制造在汽车车身焊接的应用[J].集成电路应用，2020，37（04）：116-117.

[5]时锋.智能自动化技术在汽车工程中的应用[J].农家参谋，2019（23）：143.