智能控制技术在车辆工程中的应用

谭浩

摘 要：智能控制是在人工智能及自动控制等多学科基础上发展起来的新兴的交叉学科，智能控制也是控制理论发展的高级阶段。本文就智能控制技术在汽车工程方面的应用进行探讨，对汽车后视镜的位置系统，运用模糊控制方法，把操作人员的实践经验和直观感觉进行总结和形式化描述，作为语言表达一组定性的条件语句和不精确的决策规则，然后利用模糊集合作为工具使其定量化，设计出控制器，以此模糊控制器为核心建立模糊控制系统对后视镜位置进行控制。对于汽车智能驻车刹车及车内空气质量的监测采用了电子智能装置进行在线的监控。

关键词：智能控制；模糊控制；汽车工程；可靠性

一、智能控制系统

1.智能控制系统概述。控制理论一般的目的是借由控制器的动作让系统稳定，也就是系统维持在设定值，而且不会在设定值附近晃动。

智能控制系统是多学科的结合点，通常按系统构成原理可分为：专家系统控制、模糊控制、人工神经网络控制、仿人智能控制。专家系统控制是指把专家技术应用于过程控制系统的结果。专家系统模拟人类操作者、工程师的经验和知识，并与控制器的算法相结合，实现对过程的有效控制。模糊控制是建立在扎德教授创立的模糊控制理论基础上的一类智能控制。模糊控制的核心是模糊推理。是根据人类的控制经验，模仿人的控制决策。其推理过程是基于规则形式表示的人类经验，模糊控制规则的状态条件和控制作用均采用了模糊语言变量如：“高”“低”“大”“小”“正常”等。

2.模糊控制技术特点。其重要的特征是反映人们的经验和人们的常识推理规则，而这些经验和推理规则是通过语言表达出来的。主要特点是：模糊工程的计算方法虽然是运用模糊集理论进行的模糊算法，但最后得出的控制规律是确定的、定量的条件语句；其不需要根据机理与分析建立被控对象的数学模型，对于某些系统建立数学模型是困难的，甚至是不可能的；其与传统的控制方法相比模糊控制系统依赖于行为规则库，由于是自然语言表达的规则更接近人的思维方式和推理习惯，便于操作人员的理解和使用，便于人机对话；其与计算机密切相关，模糊推理硬件研制及模糊计算机的开发，将更促进其发展。

二、汽车后车镜位置的智能控制

1.位置随动系统

（1）位置随动系统概述。位置控制又称位置随动控制或位置伺服控制，是一种位置反馈控制。通常根据输入信号及反馈信号是模拟量或数字量划分为两类：一是模拟位置控制系统，一是数字位置控制系统。其闭环结构根据需要可采用位置、速度、电流三环控制，也可采用位置、速度或位置、电流二环控制，或仅采用单一位置环控制。位置控制广泛应用于各个领域。例如，人们熟悉的OA（办公自动化）中使用的磁盘的磁头位置控制，复印机、扫描仪成像系统，工业上的数控机床的定位控制和轨迹控制，军事上的瞄准系统和雷达跟踪系统、导弹制导，工业机器人等。在位置随动中根据位置传感器的安装位置区分为不同的控制方式。反馈电动机转角的控制的称为半闭合回路方式；反馈负载装置位置的控制称为闭合回路方式。在采用闭合回路方式的控制系统中，电动机和机械中存在齿轮等间隙，轴类件的扭转等会形成弹性系统，这样反馈量与输入量难以确定关系，进行控制设计很困难。

（2）位置随动系统的构成。位置系统主要由检测元件（传感器）、调节控制器、功放电路、执行元件（伺服电动机）、减速器等组成。

（3）位置控制系统的特点。①输出量是位移。②输入量是变化的，要求输出量能按一定精度跟随输入量不断变化。③供电电路是可逆电路，使伺服电机能正、反两个方向转动，以消除正、反两个方向的位置偏差。④位置控制系统的技术指标主要是对单位斜坡输入信号的跟随性。

2.汽车后车镜模糊控制系统

（1）系统基本结构。后视镜是汽车车厢外的部件，分别安装在车外驾驶室的左右两边，目的是方便驾驶员随时能了解车厢外的情况。分为左、右两块，分别通过x、z轴的转动，来调节角度位置，实现汽车外后部的观察。通常使用中，驾驶者会根据自己的视线高低、驾驶位置、姿势习惯等对汽车后视镜进行调节，使其能够观察到车外方左、右两后侧一定范围的物件，如行使中够从后视镜中观察到左、右两侧及后方的来车情况，驻车时能够观察到车尾及车侧的物件，以便准确停车泊位等。两后视镜的位置调节原理是一样的，分析整个调节的过程，可以知道，后视镜位置调节的根据主要是驾驶者自身的身高，视线高度、广度，驾驶姿势，驾驶时速度要求、转向时操作转角要求，倒车时视点等综合因素。

（2）基本的控制原理。该系统主要由位置设定及反馈电位器、控制器、外部存储器、驱动机构等组成。汽车后视镜模糊控制位置系统中，位置设定量和反馈是模拟量、经AD/转换器转换、采样信息的模糊化、模糊推理、输出量的反模糊化由单片机实现，单片机输出的精确数字量经DA/转换器转换为模拟量，再通过PWM功率放大器实现控制电机的正反转动即可带动后视镜的转动，同时转动带动反馈电位器转动，将角度位置反馈与设定电位器的位置比较得到偏差及偏差变化量。再经模糊控制器产生控制作用。以保证后视镜的位置控制。其中模糊控制器部分设计原理是此模糊控制系统的核心部分。任何控制器的设计目标都要通过给定的输入量进行运算推理后产生期望的输出控制作用。

三、智能监测技术在车辆设备中的应用

1.汽车车内空气质量智能监测技术应用

（1）车内空气质量监测技术的研究目的。汽车工业的不断发展，特别是轿车工业的发展，更多现代人将其作为代步的工具，更多的时间在汽车中度过。汽车内部的空气质量的好坏，将直接影响到乘用者身体健康。本题研究车内空气质量监测方法，运用气敏传感器根据车内的空气质量的好坏，给予乘用者提示，乘用者可根据提示对于汽车内进行空气质量实施改善。

（2）车内空气质量智能监测的应用方案。它由空气质量高低光电显示电路、铃声发声电路和音频功放电路等组成。电路会显示内的空气质量高低，质量高发光二极管发绿色光，质量差时发光二极管将发红色，并发出双音铃声报警。

四、智能自动化在汽车上的应用前景

1.汽车智能化技术应用现状。作为汽车工业与电子工业的结合，汽车电子产业得到了飞速发展。目前，西方发达国家的电子产品在轿车整车制造价格中所占的份量已经达到了15%～20%，预计到2010年将达到2.5%～3.5%。汽车电子技术不仅推动了汽车工业的发展，同时也极大地促进了电子产品市场的发展。现代汽车电子技术在改善汽车动力性、经济性、安全性、行驶稳定性和乘坐舒适性等方面发挥着不可替代的作用。

2.汽车智能控制技术的发发展趋势。随着更加先进的灵巧型传感器、快速响应的执行器、高性能ECU、先进的控制策略、计算机网络技术、雷达技术、第三代移动通讯技术在汽车上的广泛应用，现代汽车正朝着更加智能化、自动化和信息化的机电一体化产品方向发展，以达到“人—汽车—环境”的完美协调。

五、结语

智能控制技术的发展与应用已形成一种产业化的发展方向，目前，在家用电器、智能仪表、汽车工业、石油化工、机械制造工业等都有广泛的应用。总之，随着汽车工业的发展，汽车车身电子将会要求更高，汽车的使用要求更加趋向于智能化，更多自动控制领域的研究将会在汽车工程方面得到更加广泛的运用。

参考文献：

[1]王俊普.智能控制[M]. 中国科学技术大学出版社1996年.

[2]冯冬青，谢宋和等. 模糊智能控制[M].化学工业出版社，2013年3月.

[3]汤兵勇，路林吉，王文杰.模糊控制理论与应用技术[J].清华大学出版社，2002年9月.

[4]朱大齐.计算机过程控制[M].南京大学出版社2002年5月.