基于MM908E625和Low-G的汽車駕駛監(jiān)控儀設(shè)計(jì)

汽車駕駛狀態(tài)（疲勞駕駛）監(jiān)控的對象是相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)控制問題，是屬于多輸入－多輸出的模糊控制系統(tǒng)范疇。人的駕駛習(xí)慣，不同的路況，不同駕駛時(shí)段反映到對車輛的操控，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)不同的汽車駕駛狀態(tài)。

　　各種對車輛的操控，作為輸入量，表現(xiàn)為節(jié)氣門（油門）開度、制動(dòng)踏板的位置、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速的變化、速度的變化（即加速度），方向盤轉(zhuǎn)向的角度和角加速度等。車輛在不同的路況下產(chǎn)生的震動(dòng)作為輸入量，也會(huì)影響到傳感器的測量，特別是對加速度傳感器的影響，對震動(dòng)信號(hào)由LIN子節(jié)點(diǎn)測量模塊按“平均震動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度”在信號(hào)預(yù)處理程序中減弱或消除。作為輸出量，表現(xiàn)為對車輛的駕駛狀態(tài)的優(yōu)劣，分為“好”、“中”、“差”三個(gè)等級(jí)。在設(shè)計(jì)控制規(guī)則庫時(shí)，把多輸入－多輸出模糊控制結(jié)構(gòu)化為多輸入－單輸出模糊控制結(jié)構(gòu)，然后按單輸入－單輸出模糊控制系統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多變量控制系統(tǒng)的模糊解耦。

　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，疲勞駕駛階段，反映到汽車駕駛狀態(tài)上，表現(xiàn)為對節(jié)氣門（油門）開度、制動(dòng)踏板和方向盤轉(zhuǎn)向的加速度信號(hào)的改變比正常駕駛時(shí)期的加速度信號(hào)的改變在信號(hào)的幅值和頻度有明顯的不同。本課題采用FreeScale的Low-G系列雙軸向加速度傳感器MMA6260Q，對所需的加速度信號(hào)能準(zhǔn)確地、實(shí)時(shí)地采集，作為模糊控制器的輸入變量的一個(gè)重要參數(shù)。

　　本研究課題早期對疲勞駕駛的研究主要通過測量油門開度、制動(dòng)踏板位置和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速的變化等參數(shù)，這些參數(shù)間接地、滯后地反映駕駛狀態(tài)的變化，這些參數(shù)可作為模糊控制器在各種不同駕駛狀態(tài)的限定條件，結(jié)合加速度的測量，建立模糊控制規(guī)則。

　　對應(yīng)于油門開度、制動(dòng)踏板位置和方向盤轉(zhuǎn)向軸三種類型的變量建立三套模糊控制器模型，以下以油門開度作為變量說明模糊控制器的設(shè)計(jì)。

　　1．糊化過程：

　　設(shè)油門開度模糊控制的輸入量分別為油門開度s，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n、車速v和油門開度加速度a。將加速度劃分成“負(fù)大NB”、“負(fù)小NS”、“零ZE”、“正小PS”、“正大PB”五個(gè)等級(jí)（即五個(gè)模糊子集）?？刂破鞯妮敵鰹閷囕v的駕駛狀態(tài)的優(yōu)劣(以H表示)，分為“好GOOD”、“中MIDDLE”、“差BAD”三個(gè)等級(jí)。為了實(shí)現(xiàn)模糊化，確定油門開度加速度a模糊子集的隸屬度函數(shù)如下圖（4）所示。為了按照一定的語言規(guī)則進(jìn)行模糊推理，確定輸出量即反映駕駛狀態(tài)的優(yōu)劣的隸屬度函數(shù)如下圖（5）所示。

圖（4）加速度a隸屬度函數(shù)圖圖（5）駕駛狀態(tài)隸屬度函數(shù)圖

2．模糊控制規(guī)則的建立：

　　對應(yīng)于油門開度模糊控制規(guī)則庫的建立，與油門開度s，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n、車速v在不同的數(shù)值范圍的取值具有交互性和關(guān)聯(lián)性。規(guī)則庫的建立需要在程序運(yùn)行中不斷搜集數(shù)據(jù)，通過自學(xué)習(xí)確定方法和模糊規(guī)則的自調(diào)整，在實(shí)驗(yàn)過程中不斷修正和完善。

　　模糊控制規(guī)則重點(diǎn)處理影響車輛駕駛狀態(tài)的優(yōu)劣“差”和“中”的工作過程。其中，“差”駕駛狀態(tài)的規(guī)則對應(yīng)于油門開度s分為0，1，2－9共十段，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n分為1000rpn、1500rpn-5500rpm共十段,車速v分為60km/h、70km/h-150km/h共十段,和加速度劃分成“負(fù)大NB”、“負(fù)小NS”、“零ZE”、“正小PS”、“正大PB”五個(gè)等級(jí)，可歸納為有效控制規(guī)則八十六條規(guī)則。

模糊控制規(guī)則(L)公式：如果(IF)油門開度s為x段[和(AND)]V[或(OR)]發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n為y段[和(AND)]V[或(OR)]車速v為z段，且加速度為等級(jí)m，則（THEN）駕駛狀態(tài)為“S”。

　　3．精確化計(jì)算：

　　對應(yīng)于上述推理方法得到的結(jié)果，結(jié)合車輛正常駕駛時(shí)采集的數(shù)據(jù)建立的數(shù)據(jù)庫分析，對加速度等級(jí)出現(xiàn)的頻度，根據(jù)輸出模糊子集的隸屬度函數(shù)進(jìn)行精確化計(jì)算，確定車輛駕駛狀態(tài)的優(yōu)劣“差”和“中”，由交互界面提供操作提示和報(bào)警。

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