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展起來的新興的交叉學科，智能控制也是控制理論發展的高級階段。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，運用模糊控制方法，把操作人員的實踐經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測采用了電子智能裝置進行在線的監控。

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

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

智能控制系統是多學科的結合點，通常按系統構成原理可分為：專家系統控制、模糊控制、人工神經網絡控制、仿人智能控制。專家系統控制是指把專家技術應用于過程控制系統的結果。專家系統模擬人類操作者、工程師的經驗和知識，并與控制器的算法相結合，實現對過程的有效控制。模糊控制是建立在扎德教授創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。是根據人類的控制經驗，模仿人的控制決策。其推理過程是基于規則形式表示的人類經驗，模糊控制規則的狀態條件和控制作用均采用了模糊語言變量如：“高”“低”“大”“小”“正常”等。

2.模糊控制技術特點。其重要的特征是反映人們的經驗和人們的常識推理規則，而這些經驗和推理規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律是確定的、定量的條件語句；其不需要根據機理與分析建立被控對象的數學模型，對于某些系統建立數學模型是困難的，甚至是不可能的；其與傳統的控制方法相比模糊控制系統依賴于行為規則庫，由于是自然語言表達的規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，將更促進其發展。

二、汽車后車鏡位置的智能控制

1.位置隨動系統

（1）位置隨動系統概述。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。通常根據輸入信號及反饋信號是模擬量或數字量劃分為兩類：一是模擬位置控制系統，一是數字位置控制系統。其閉環結構根據需要可采用位置、速度、電流三環控制，也可采用位置、速度或位置、電流二環控制，或僅采用單一位置環控制。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，工業上的數控機床的定位控制和軌跡控制，軍事上的瞄準系統和雷達跟蹤系統、導彈制導，工業機器人等。在位置隨動中根據位置傳感器的安裝位置區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，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）位置隨動系統的構成。位置系統主要由檢測元件（傳感器）、調節控制器、功放電路、執行元件（伺服電動機）、減速器等組成。

（3）位置控制系統的特點。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

（1）系統基本結構。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，來調節角度位置，實現汽車外后部的觀察。通常使用中，駕駛者會根據自己的視線高低、駕駛位置、姿勢習慣等對汽車后視鏡進行調節，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原理是一樣的，分析整個調節的過程，可以知道，后視鏡位置調節的根據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中，位置設定量和反饋是模擬量、經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，單片機輸出的精確數字量經DA/轉換器轉換為模擬量，再通過PWM功率放大器實現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。再經模糊控制器產生控制作用。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生期望的輸出控制作用。

三、智能監測技術在車輛設備中的應用

1.汽車車內空氣質量智能監測技術應用

（1）車內空氣質量監測技術的研究目的。汽車工業的不斷發展，特別是轎車工業的發展，更多現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測方法，運用氣敏傳感器根據車內的空氣質量的好壞，給予乘用者提示，乘用者可根據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測的應用方案。它由空氣質量高低光電顯示電路、鈴聲發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，質量高發光二極管發綠色光，質量差時發光二極管將發紅色，并發出雙音鈴聲報警。

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狀。作為汽車工業與電子工業的結合，汽車電子產業得到了飛速發展。目前，西方發達國家的電子產品在轎車整車制造價格中所占的份量已經達到了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的發展，同時也極大地促進了電子產品市場的發展。現代汽車電子技術在改善汽車動力性、經濟性、安全性、行駛穩定性和乘坐舒適性等方面發揮著不可替代的作用。

2.汽車智能控制技術的發發展趨勢。隨著更加先進的靈巧型傳感器、快速響應的執行器、高性能ECU、先進的控制策略、計算機網絡技術、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品方向發展，以達到“人—汽車—環境”的完美協調。

五、結語

智能控制技術的發展與應用已形成一種產業化的發展方向，目前，在家用電器、智能儀表、汽車工業、石油化工、機械制造工業等都有廣泛的應用。總之，隨著汽車工業的發展，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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