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

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，不同駕駛時段反映到對車輛的操控，會產(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、制動踏板的位置、發(fā)動機(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)生的震動作為輸入量，也會影響到傳感器的測量，特別是對加速度傳感器的影響，對震動信號由LIN子節(jié)點測量模塊按“平均震動信號強(qiáng)度”在信號預(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”三個等級。在設(shè)計控制規(guī)則庫時，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，實現(xiàn)多變量控制系統(tǒng)的模糊解耦。

　　實驗數(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、制動踏板和方向盤轉(zhuǎn)向的加速度信號的改變比正常駕駛時期的加速度信號的改變在信號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能準(zhǔn)確地、實時地采集，作為模糊控制器的輸入變量的一個重要參數(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、制動踏板位置和發(fā)動機(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。

　　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”五個等級（即五個模糊子集）?？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”三個等級。為了實現(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，在實驗過程中不斷修正和完善。

　　模糊控制規(guī)則重點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”五個等級，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m，則（THEN）駕駛狀態(tài)為“S”。

　　3．精確化計算：

　　對應(yīng)于上述推理方法得到的結(jié)果，結(jié)合車輛正常駕駛時采集的數(shù)據(jù)建立的數(shù)據(jù)庫分析，對加速度等級出現(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警。

軟件描述