智能控制技術在車輛工程中的應用

譚浩

摘 要：智能控制是在人工智能及自動控制等多學科基礎上發(fā)展起來的新興的交叉學科，智能控制也是控制理論發(fā)展的高級階段。本文就智能控制技術在汽車工程方面的應用進行探討，對汽車后視鏡的位置系統(tǒng)，運用模糊控制方法，把操作人員的實踐經(jīng)驗和直觀感覺進行總結和形式化描述，作為語言表達一組定性的條件語句和不精確的決策規(guī)則，然后利用模糊集合作為工具使其定量化，設計出控制器，以此模糊控制器為核心建立模糊控制系統(tǒng)對后視鏡位置進行控制。對于汽車智能駐車剎車及車內空氣質量的監(jiān)測采用了電子智能裝置進行在線的監(jiān)控。

關鍵詞：智能控制；模糊控制；汽車工程；可靠性

一、智能控制系統(tǒng)

1.智能控制系統(tǒng)概述。控制理論一般的目的是借由控制器的動作讓系統(tǒng)穩(wěn)定，也就是系統(tǒng)維持在設定值，而且不會在設定值附近晃動。

智能控制系統(tǒng)是多學科的結合點，通常按系統(tǒng)構成原理可分為：專家系統(tǒng)控制、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制、仿人智能控制。專家系統(tǒng)控制是指把專家技術應用于過程控制系統(tǒng)的結果。專家系統(tǒng)模擬人類操作者、工程師的經(jīng)驗和知識，并與控制器的算法相結合，實現(xiàn)對過程的有效控制。模糊控制是建立在扎德教授創(chuàng)立的模糊控制理論基礎上的一類智能控制。模糊控制的核心是模糊推理。是根據(jù)人類的控制經(jīng)驗，模仿人的控制決策。其推理過程是基于規(guī)則形式表示的人類經(jīng)驗，模糊控制規(guī)則的狀態(tài)條件和控制作用均采用了模糊語言變量如：“高”“低”“大”“小”“正?！钡?。

2.模糊控制技術特點。其重要的特征是反映人們的經(jīng)驗和人們的常識推理規(guī)則，而這些經(jīng)驗和推理規(guī)則是通過語言表達出來的。主要特點是：模糊工程的計算方法雖然是運用模糊集理論進行的模糊算法，但最后得出的控制規(guī)律是確定的、定量的條件語句；其不需要根據(jù)機理與分析建立被控對象的數(shù)學模型，對于某些系統(tǒng)建立數(shù)學模型是困難的，甚至是不可能的；其與傳統(tǒng)的控制方法相比模糊控制系統(tǒng)依賴于行為規(guī)則庫，由于是自然語言表達的規(guī)則更接近人的思維方式和推理習慣，便于操作人員的理解和使用，便于人機對話；其與計算機密切相關，模糊推理硬件研制及模糊計算機的開發(fā)，將更促進其發(fā)展。

二、汽車后車鏡位置的智能控制

1.位置隨動系統(tǒng)

（1）位置隨動系統(tǒng)概述。位置控制又稱位置隨動控制或位置伺服控制，是一種位置反饋控制。通常根據(jù)輸入信號及反饋信號是模擬量或數(shù)字量劃分為兩類：一是模擬位置控制系統(tǒng)，一是數(shù)字位置控制系統(tǒng)。其閉環(huán)結構根據(jù)需要可采用位置、速度、電流三環(huán)控制，也可采用位置、速度或位置、電流二環(huán)控制，或僅采用單一位置環(huán)控制。位置控制廣泛應用于各個領域。例如，人們熟悉的OA（辦公自動化）中使用的磁盤的磁頭位置控制，復印機、掃描儀成像系統(tǒng)，工業(yè)上的數(shù)控機床的定位控制和軌跡控制，軍事上的瞄準系統(tǒng)和雷達跟蹤系統(tǒng)、導彈制導，工業(yè)機器人等。在位置隨動中根據(jù)位置傳感器的安裝位置區(qū)分為不同的控制方式。反饋電動機轉角的控制的稱為半閉合回路方式；反饋負載裝置位置的控制稱為閉合回路方式。在采用閉合回路方式的控制系統(tǒng)中，電動機和機械中存在齒輪等間隙，軸類件的扭轉等會形成彈性系統(tǒng)，這樣反饋量與輸入量難以確定關系，進行控制設計很困難。

（2）位置隨動系統(tǒng)的構成。位置系統(tǒng)主要由檢測元件（傳感器）、調節(jié)控制器、功放電路、執(zhí)行元件（伺服電動機）、減速器等組成。

（3）位置控制系統(tǒng)的特點。①輸出量是位移。②輸入量是變化的，要求輸出量能按一定精度跟隨輸入量不斷變化。③供電電路是可逆電路，使伺服電機能正、反兩個方向轉動，以消除正、反兩個方向的位置偏差。④位置控制系統(tǒng)的技術指標主要是對單位斜坡輸入信號的跟隨性。

2.汽車后車鏡模糊控制系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)基本結構。后視鏡是汽車車廂外的部件，分別安裝在車外駕駛室的左右兩邊，目的是方便駕駛員隨時能了解車廂外的情況。分為左、右兩塊，分別通過x、z軸的轉動，來調節(jié)角度位置，實現(xiàn)汽車外后部的觀察。通常使用中，駕駛者會根據(jù)自己的視線高低、駕駛位置、姿勢習慣等對汽車后視鏡進行調節(jié)，使其能夠觀察到車外方左、右兩后側一定范圍的物件，如行使中夠從后視鏡中觀察到左、右兩側及后方的來車情況，駐車時能夠觀察到車尾及車側的物件，以便準確停車泊位等。兩后視鏡的位置調節(jié)原理是一樣的，分析整個調節(jié)的過程，可以知道，后視鏡位置調節(jié)的根據(jù)主要是駕駛者自身的身高，視線高度、廣度，駕駛姿勢，駕駛時速度要求、轉向時操作轉角要求，倒車時視點等綜合因素。

（2）基本的控制原理。該系統(tǒng)主要由位置設定及反饋電位器、控制器、外部存儲器、驅動機構等組成。汽車后視鏡模糊控制位置系統(tǒng)中，位置設定量和反饋是模擬量、經(jīng)AD/轉換器轉換、采樣信息的模糊化、模糊推理、輸出量的反模糊化由單片機實現(xiàn)，單片機輸出的精確數(shù)字量經(jīng)DA/轉換器轉換為模擬量，再通過PWM功率放大器實現(xiàn)控制電機的正反轉動即可帶動后視鏡的轉動，同時轉動帶動反饋電位器轉動，將角度位置反饋與設定電位器的位置比較得到偏差及偏差變化量。再經(jīng)模糊控制器產(chǎn)生控制作用。以保證后視鏡的位置控制。其中模糊控制器部分設計原理是此模糊控制系統(tǒng)的核心部分。任何控制器的設計目標都要通過給定的輸入量進行運算推理后產(chǎn)生期望的輸出控制作用。

三、智能監(jiān)測技術在車輛設備中的應用

1.汽車車內空氣質量智能監(jiān)測技術應用

（1）車內空氣質量監(jiān)測技術的研究目的。汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，特別是轎車工業(yè)的發(fā)展，更多現(xiàn)代人將其作為代步的工具，更多的時間在汽車中度過。汽車內部的空氣質量的好壞，將直接影響到乘用者身體健康。本題研究車內空氣質量監(jiān)測方法，運用氣敏傳感器根據(jù)車內的空氣質量的好壞，給予乘用者提示，乘用者可根據(jù)提示對于汽車內進行空氣質量實施改善。

（2）車內空氣質量智能監(jiān)測的應用方案。它由空氣質量高低光電顯示電路、鈴聲發(fā)聲電路和音頻功放電路等組成。電路會顯示內的空氣質量高低，質量高發(fā)光二極管發(fā)綠色光，質量差時發(fā)光二極管將發(fā)紅色，并發(fā)出雙音鈴聲報警。

四、智能自動化在汽車上的應用前景

1.汽車智能化技術應用現(xiàn)狀。作為汽車工業(yè)與電子工業(yè)的結合，汽車電子產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展。目前，西方發(fā)達國家的電子產(chǎn)品在轎車整車制造價格中所占的份量已經(jīng)達到了15%～20%，預計到2010年將達到2.5%～3.5%。汽車電子技術不僅推動了汽車工業(yè)的發(fā)展，同時也極大地促進了電子產(chǎn)品市場的發(fā)展?，F(xiàn)代汽車電子技術在改善汽車動力性、經(jīng)濟性、安全性、行駛穩(wěn)定性和乘坐舒適性等方面發(fā)揮著不可替代的作用。

2.汽車智能控制技術的發(fā)發(fā)展趨勢。隨著更加先進的靈巧型傳感器、快速響應的執(zhí)行器、高性能ECU、先進的控制策略、計算機網(wǎng)絡技術、雷達技術、第三代移動通訊技術在汽車上的廣泛應用，現(xiàn)代汽車正朝著更加智能化、自動化和信息化的機電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展，以達到“人—汽車—環(huán)境”的完美協(xié)調。

五、結語

智能控制技術的發(fā)展與應用已形成一種產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方向，目前，在家用電器、智能儀表、汽車工業(yè)、石油化工、機械制造工業(yè)等都有廣泛的應用?？傊?，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車車身電子將會要求更高，汽車的使用要求更加趨向于智能化，更多自動控制領域的研究將會在汽車工程方面得到更加廣泛的運用。

參考文獻：

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