摘要：智能車控制是涵蓋自動控制、模式識別、傳感技術(shù)、計算機(jī)、機(jī)械與汽車等多個學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)對其很好的控制，文章提出了基于模糊控制的電磁引導(dǎo)的智能車控制方案。實(shí)際結(jié)果表明智能車運(yùn)行性能優(yōu)良。
　　
　　關(guān)鍵詞：智能車控制；模糊控制；電磁傳感器
　　
　　引言
　　
　　智能車涵蓋自動控制、模式識別、傳感技術(shù)、電子、電氣、計算機(jī)、機(jī)械與汽車等多個學(xué)科專業(yè)，十分復(fù)雜。傳統(tǒng)的控制理論對于復(fù)雜或難以描述的系統(tǒng)，則顯得無能為力了。模糊控制是利用模糊數(shù)學(xué)，可以有效地利用專家知識，適用于許多復(fù)雜系統(tǒng)。因此提出了基于模糊控制的電磁智能車設(shè)計。
　　
　　1、系統(tǒng)總體方案及車模各項參數(shù)
　　
　　1．1系統(tǒng)總體方案
　　
　　智能車系統(tǒng)由車前橋的電磁傳感器單元、舵機(jī)單元、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)路徑檢測以及轉(zhuǎn)向工作。后橋的光電編碼器、電機(jī)、制動裝置以及Freescale的MC9S12XS128主控單元構(gòu)成，負(fù)責(zé)電機(jī)速度控制，主控單元負(fù)責(zé)賽道數(shù)據(jù)處理以及控制策略的實(shí)施。此外增加無線單元對智能車的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，以對模糊控制規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化。智能車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示：　　
　　1．2系統(tǒng)的硬件參數(shù)
　　
　　智能車外形參數(shù)：車長39cm，車寬17cm，車高13cm，車重約1．0kg。
　　
　　2、硬件電路設(shè)計
　　
　　2．1主控單元的設(shè)計
　　
　　主控單元采用FreescaleMC9S12XS128，主頻40MHz，F(xiàn)lashRom128kB，具備SPI、SCI、IIC等常用接口。
　　
　　2．2光電編碼器的選取與安裝
　　
　　旋轉(zhuǎn)編碼器，線數(shù)越高，測速精度就越高，但是體積就越大，zui終選用了200線的編碼器E6A2-CS3E。將編碼器安裝在后輪傳動齒輪上既可以保證其運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，又降低了整車的重心，其具體安裝如圖3所示。　　
　　2．3電機(jī)驅(qū)動單元
　　
　　電機(jī)驅(qū)動單元由H橋電路組成，H橋具有工作電壓范圍大，導(dǎo)通電阻小，導(dǎo)通電流大的優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。　　
　　2．4電磁傳感器電路
　　
　　電磁智能車的路徑引導(dǎo)線為通有20kHZ、100mA電流的漆包線（線徑0．1～0.3mm）。如何將引導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁波能量轉(zhuǎn)換為電壓信號供AD采樣成了智能車傳感器中zui為關(guān)鍵的部分，道路檢測原理如圖5所示。　　
　　智能車采用雙排八電感的傳感器排布方案，每排四個電感，分前后兩排。
　　
　　3、控制算法的設(shè)計
　　
　　3．1舵機(jī)控制算法
　　
　　舵機(jī)作為車的方向控制結(jié)構(gòu)，其控制算法直接影響到車的整體質(zhì)量，如果舵機(jī)的控制算法不好，會導(dǎo)致舵機(jī)轉(zhuǎn)角不平滑，過彎時多次轉(zhuǎn)彎，使車速在彎道時大大地減小，因此，使舵機(jī)平滑及時地過渡是舵機(jī)控制算法的主要目的。
　　
　　舵機(jī)的控制采用經(jīng)典的PID控制，各環(huán)節(jié)的具體參數(shù)要經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整，以達(dá)到對各種賽道類型的適應(yīng)性的平衡。
　　
　　3．2電機(jī)速度模糊控制算法
　　
　　3．2．1模糊控制
　　
　　模糊控制是以專家的經(jīng)驗為基礎(chǔ)實(shí)施的一種智能控制，不需要的數(shù)學(xué)模型。模糊控制器的設(shè)計主要考慮以下幾項主要內(nèi)容：1）確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量（即控制量）。2）設(shè)計模糊控制器的控制規(guī)則。3）確立模糊化和解模糊的方法。4）選擇模糊控制器的輸入變量及輸出變量的論域，并確定模糊控制器的參數(shù)（如量化因子、比例因子等）。5）編制模糊控制算法的應(yīng)用程序。
　　
　　3．2．2模糊控制器的設(shè)計
　　
　　速度控制器的輸入量為角度量和速度量，輸出的為控制電機(jī)速度的PWM波占空比。
　　
　　將智能車轉(zhuǎn)角的大小分為9種情況。而對智能車的速度，根據(jù)跑道的情況，在轉(zhuǎn)彎的zui小速度值到直道上的zui大速度值之間分為8種情況。它們的模糊化采用三角形隸屬度函數(shù)，輸出的隸屬度函數(shù)采用單點(diǎn)值，如圖6所示。　　
　　根據(jù)車體的運(yùn)動學(xué)規(guī)律，為了使車行駛的平均速度zui大且不偏離車道，總結(jié)出模糊控制規(guī)律如下：
　　
　　（1）如果智能車在直道上，智能車以高速行駛，并且導(dǎo)線在智能車的正中，則以智能車的zui高速度行駛。
　　
　　（2）如果智能車要進(jìn)入彎道，則要減速，如果已經(jīng)進(jìn)入彎道，則要加速，以使得駛出彎道進(jìn)入直道時加速更加迅速。
　　
　　（3）如果智能車以高速駛?cè)霃澋溃瑒t要剎車，以免沖出跑道。
　　
　　基于上述經(jīng)驗，得出的模糊控制規(guī)則如表1所示。　　
　　3．3系統(tǒng)控制總體流程圖
　　
　　智能車的控制軟件采用單元化的程序結(jié)構(gòu)，流程圖如圖7所示。　　
　　4、調(diào)試
　　
　　在調(diào)試階段，利用Labview開發(fā)了智能車實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要完成將智能車行駛過程中的各種狀態(tài)信息（如電磁傳感器數(shù)值、車速、舵機(jī)轉(zhuǎn)角、電池電量等）實(shí)時的以無線串行通信方式發(fā)送至上位機(jī)處理，方便及時調(diào)整各個參數(shù)。　　
　　5、總結(jié)
　　
　　通過模糊算法的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了智能車的動態(tài)平衡，使智能車能夠很好地完成賽道。