CN102658810A - 一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置及其控制方法，属于汽车雨刮器智能控制技术领域。它解决了当前的汽车雨刮系统还是处于机械时代，对于不同的雨量大小控制不够精确等问题。该系统包括雨刮器和驱动雨刮器动作的机械执行机构，控制装置还包括二阶模糊控制器、用于检测雨量大小的第一传感器和用于检测雨量变化率的第二传感器，第一传感器和第二传感器能够将检测到的信号输送给二阶模糊控制器，二阶模糊控制器能够将输送过来的信号进行模糊化、模糊推理和清晰化后输出精确控制信号控制机械执行机构工作。该系统能够自动根据雨量的大小控制雨刮器的速度，控制准确，可以使驾驶员免除手动操作雨刮的麻烦，有效地提高了雨天行车的安全性。

Description

一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置及其控制方法

技术领域

本发明属于汽车雨刮器智能控制技术领域，涉及一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置及其控制方法。 

背景技术

雨刮器是汽车车身的重要部件之一。雨刮器总成含有电动机、减速器、四连杆机构、刮水臂心轴、刮水片等。当前的雨刮器工作原理是：当按下雨刮器的开关时，电动机启动，电动机的转速经过蜗轮蜗杆的减速增扭作用驱动摆臂，摆臂带动四连杆机构，四连杆机构带动安装在前围板上的转轴左右摆动，最后由转轴带动雨刮片刮扫挡风玻璃。 

雨刮器普遍采用快档、慢档和间歇控制档。有些车辆的雨刮器还装有电子调速器，该调速器附带感应功能，能根据雨量的大小自动调节雨臂的摆动速度，雨大刮水臂转得快，雨小刮水臂转得慢，雨停刮水臂也停。一般情况下在汽车组合开关手柄上有雨刮器控制旋扭，设有低速、高速、间歇3个档位。例如专利号为ZL201010167527.5申请的汽车雨量传感器。其控制原理简单也只能完成大中小雨量的分别制动控制。 

当前的汽车雨刮系统还是处于机械时代，调速器变频档位只有低速、高速、间歇3个档位，对于不同的雨量大小控制不够精确。目前雨刮器的汽车智能雨刮系统正在逐步取代传统的机械结构的雨刮器。采用智能雨刮控制系统可以使驾驶员免除手动操作雨刮的麻烦，有效地提高了雨天行车的安全性 

发明内容

本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置以及控制方法，该智能雨刮控制装置及其控制方法能 够自动根据雨量的大小控制雨刮器的速度，控制准确，可以使驾驶员免除手动操作雨刮的麻烦，有效地提高了雨天行车的安全性。 

本发明通过下列技术方案来实现：一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置，包括雨刮器和驱动雨刮器动作的机械执行机构，其特征在于，所述的控制装置还包括二维模糊控制器、用于检测雨量大小的第一传感器和用于检测雨量变化率的第二传感器，所述的第一传感器和第二传感器能够将检测到的信号输送给二维模糊控制器，所述的二维模糊控制器能够将输送过来的信号进行模糊化、模糊推理和清晰化后输出精确控制信号控制所述的机械执行机构工作。 

通过对雨量大小、雨量变化率等参量用传感器的测量值的集合作为模糊控制器的输入量，模糊控制器对输入量进行模糊化制定模糊集，通过对模糊输入量的模糊推理得出对应输出论域的模糊控制输出量，控制输出量与设定的控制论域进行确定由机械执行机构完成雨刮器的制动。 

在上述的基于模糊控制的智能雨刮控制装置中，所述的二维模糊控制器包括模糊模块、模糊控制表、推理模块和精确输出模块，模糊模块将第一传感器和第二传感器输送来的信号进行离散化和模糊化并输出模糊控制量，推理模块根据模糊控制表和MIN-MAX重心法对模糊控制量进行运算并由精确输出模块的输出接口输出精确控制量给机械执行机构。 

在上述的基于模糊控制的智能雨刮控制装置中，所述的第一传感器为感应前挡风玻璃反射光的光敏传感器，所述的第二传感器为感应前挡风玻璃外侧湿度变化的湿度传感器。双输入量能对雨势做更精确的判别。 

一种基于模糊控制的智能雨刮控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： 

A、定义输入量和控制量：将检测雨量大小的第一传感器输送的检测信号和检测雨量大小变化率的第二传感器输送的检测信号定义为输入量，将机械执行机构控制的雨刮速度定义为控制量； 

B、定义输入量模糊集：将雨量大小、雨量大小变化率分为若干档 语言值数集；并将所述的第一输入量和第二输入量离散化和模糊化到语言值数集中，形成输入量模糊集； 

C、定义输出论域：将雨刮速度的论域定为若干个等级，由模糊控制器的输出接口作清晰化处理，将模糊控制量转换为精确量：使用MIN-MAX重心法实现模糊推理及其模糊量的清晰化过程，即把模糊控制量转化为数字控制量； 

D、由语言变量引出相应的模糊集型变量，以进行模糊推理：将精确量(雨量大小、雨量大小变化率和雨刮速度)离散化和模糊化，把已划分的每一档对应一个模糊集； 

E、建立元控制规则库，以构成模糊集控制规则库，最终获得模糊控制表； 

F、得到精确控制量后，控制器将根据此控制量实现对被控对象(雨刮)的控制。 

在上述的基于模糊控制的智能雨刮控制方法中，在所述的步骤B中，所述的语言值数据分为7档，用词汇表达为：{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}。 

在上述的基于模糊控制的智能雨刮控制方法中，在所述的步骤C中，所述的论域定为15个等级：{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}。 

现有技术相比，本发电机调节器的壳体具有以下优点： 

1、本发明通过模糊控制方法对雨刮器进行智能控制，根据雨势的大小自动判别并控制雨刮器的刮动频率，达到无需手动的目的，更能保证雨天驾驶安全。 

2、本发明接入光敏传感和湿度传感器同时为输入量，减少误操作的可能，增加雨势的判别能力。 

3、本发明根据实际情况设定7个调速器变频档位，对于不同的雨量大小控制更加精确。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图。 

图中，1、雨刮器；2、机械执行机构；3、二维模糊控制器；4、第一传感器；5、第二传感器； 

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。 

如图1所示，本模糊控制的智能雨刮控制装置，包括雨刮器1和驱动雨刮器动作的机械执行机构2，该控制装置还包括由模糊模块、模糊控制表、推理模块和精确输出模块构成的二维模糊控制器3，用于检测雨量大小的第一传感器4，第一感应器4为感应前挡风玻璃反射光的光敏传感器，用于检测雨量变化率的第二传感器5，第二传感器为感应前挡风玻璃外侧湿度变化的湿度传感器。第一传感器4和第二传感器5将检测到的信号输送给二维模糊控制器3，模糊模块将第一传感器4和第二传感器5输送来的信号进行离散化和模糊化并输出模糊控制量，推理模块根据模糊控制表和MIN-MAX重心法对模糊控制量进行运算并由精确输出模块的输出接口输出精确控制量给机械执行机构2。MIN-MAX重心法为现有技术，是自动化控制中把模糊控制量转化成数字控制量的一种转化方式，在沈阳工业大学学报1996年第18卷第3期出版的《关于MIN-MAX-GRAVITY方法重心的简易求法》对MIN-MAX重心法有具体的实现过程。本发明的MIN-MAX重心法为该相同方式来实现模糊控制量到数字控制量的转变。 

该基于模糊控制的智能雨刮控制方法具体步骤如下： 

1、定义输入量和控制量：将检测雨量大小的第一传感器4输送的检测信号和检测雨量大小变化率的第二传感器5输送的检测信号定义为输入量，将机械执行机构2控制的雨刮速度定义为控制量。 

2、定义输入量模糊集：将雨量大小、雨量大小变化率分为7档语言 值数据，用词汇表达为：{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；并将第一输入量和第二输入量离散化和模糊化到语言值数集中，形成输入量模糊集。 

3、定义输出论域：将雨刮速度的论域定为15干个等级：{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}。由模糊控制器的输出接口作清晰化处理，将模糊控制量转换为精确量：使用MIN-MAX重心法实现模糊推理及其模糊量的清晰化过程，即把模糊控制量转变为数字控制量。 

4、由语言变量引出相应的模糊集型变量，以进行模糊推理：将精确量(雨量大小、雨量大小变化率和雨刮速度)离散化和模糊化，把已划分的每一档对应一个模糊集； 

5、建立元控制规则库，以构成模糊集控制规则库，最终获得模糊控制表； 

6、得到精确控制量后，控制器将根据此控制量实现对被控对象(雨刮)的控制。 

通过光敏传感器和湿度传感器测定的数值集作为输入量，模糊控制器3的模糊化模块对输入量定义输入量模糊集：将雨量大小、雨量大小变化率分为7档语言值数据，用词汇表达为：{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；同时将雨刮速度的论域定为15干个等级：{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}。将精确量(雨量大小、雨量大小变化率和雨刮速度)离散化和模糊化，清晰化模块将模糊推理出来的具体数值划分到对应一个模糊集并连接对应雨刮器的论域，判别出对应雨刮器刮动频率，由机械执行机构完成雨刮器1的制动。 

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 

尽管本文较多地使用了雨刮器1、机械执行机构2、模糊控制 器3、第一传感器4、第二传感器5等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置及其控制方法 

技术领域

本发明属于汽车雨刮器智能控制技术领域，涉及一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置及其控制方法。 

背景技术

雨刮器是汽车车身的重要部件之一。雨刮器总成含有电动机、减速器、四连杆机构、刮水臂心轴、刮水片等。当前的雨刮器工作原理是：当按下雨刮器的开关时，电动机启动，电动机的转速经过蜗轮蜗杆的减速增扭作用驱动摆臂，摆臂带动四连杆机构，四连杆机构带动安装在前围板上的转轴左右摆动，最后由转轴带动雨刮片刮扫挡风玻璃。 

雨刮器普遍采用快档、慢档和间歇控制档。有些车辆的雨刮器还装有电子调速器，该调速器附带感应功能，能根据雨量的大小自动调节雨臂的摆动速度，雨大刮水臂转得快，雨小刮水臂转得慢，雨停刮水臂也停。一般情况下在汽车组合开关手柄上有雨刮器控制旋扭，设有低速、高速、间歇3个档位。例如专利号为ZL201010167527.5申请的汽车雨量传感器。其控制原理简单也只能完成大中小雨量的分别制动控制。 

当前的汽车雨刮系统还是处于机械时代，调速器变频档位只有低速、高速、间歇3个档位，对于不同的雨量大小控制不够精确。目前雨刮器的汽车智能雨刮系统正在逐步取代传统的机械结构的雨刮器。采用智能雨刮控制系统可以使驾驶员免除手动操作雨刮的麻烦，有效地提高了雨天行车的安全性 

发明内容

本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种基于模糊控制的 智能雨刮控制装置以及控制方法，该智能雨刮控制装置及其控制方法能够自动根据雨量的大小控制雨刮器的速度，控制准确，可以使驾驶员免除手动操作雨刮的麻烦，有效地提高了雨天行车的安全性。 

本发明通过下列技术方案来实现：一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置，包括雨刮器和驱动雨刮器动作的机械执行机构，其特征在于，所述的控制装置还包括二维模糊控制器、用于检测雨量大小的第一传感器和用于检测雨量变化率的第二传感器，所述的第一传感器和第二传感器能够将检测到的信号输送给二维模糊控制器，所述的二维模糊控制器能够将输送过来的信号进行模糊化、模糊推理和清晰化后输出精确控制信号控制所述的机械执行机构工作。 

通过对雨量大小、雨量变化率等参量用传感器的测量值的集合作为模糊控制器的输入量，模糊控制器对输入量进行模糊化制定模糊集，通过对模糊输入量的模糊推理得出对应输出论域的模糊控制输出量，控制输出量与设定的控制论域进行确定由机械执行机构完成雨刮器的制动。 

在上述的基于模糊控制的智能雨刮控制装置中，所述的二维模糊控制器包括模糊模块、模糊控制表、推理模块和精确输出模块，模糊模块将第一传感器和第二传感器输送来的信号进行离散化和模糊化并输出模糊控制量，推理模块根据模糊控制表和MIN-MAX重心法对模糊控制量进行运算并由精确输出模块的输出接口输出精确控制量给机械执行机构。 

在上述的基于模糊控制的智能雨刮控制装置中，所述的第一传感器为感应前挡风玻璃反射光的光敏传感器，所述的第二传感器为感应前挡风玻璃外侧湿度变化的湿度传感器。双输入量能对雨势做更精确的判别。 

一种基于模糊控制的智能雨刮控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤： 

A、定义输入量和控制量：将检测雨量大小的第一传感器输送的检测信号和检测雨量大小变化率的第二传感器输送的检测信号定义为输入量，将机械执行机构控制的雨刮速度定义为控制量； 

B、定义输入量模糊集：将雨量大小、雨量大小变化率分为若干档语言值数集；并将所述的第一输入量和第二输入量离散化和模糊化到语言值数集中，形成输入量模糊集； 

C、定义输出论域：将雨刮速度的论域定为若干个等级，由模糊控制器的输出接口作清晰化处理，将模糊控制量转换为精确量：使用MIN-MAX重心法实现模糊推理及其模糊量的清晰化过程，即把模糊控制量转化为数字控制量； 

D、由语言变量引出相应的模糊集型变量，以进行模糊推理：将精确量(雨量大小、雨量大小变化率和雨刮速度)离散化和模糊化，把已划分的每一档对应一个模糊集； 

E、建立元控制规则库，以构成模糊集控制规则库，最终获得模糊控制表； 

F、得到精确控制量后，控制器将根据此控制量实现对被控对象(雨刮)的控制。 

在上述的基于模糊控制的智能雨刮控制方法中，在所述的步骤B中，所述的语言值数据分为7档，用词汇表达为：{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}。 

在上述的基于模糊控制的智能雨刮控制方法中，在所述的步骤C中，所述的论域定为15个等级：{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}。 

现有技术相比，本发电机调节器的壳体具有以下优点： 

1、本发明通过模糊控制方法对雨刮器进行智能控制，根据雨势的大小自动判别并控制雨刮器的刮动频率，达到无需手动的目的，更能保证雨天驾驶安全。 

2、本发明接入光敏传感和湿度传感器同时为输入量，减少误操作的可能，增加雨势的判别能力。 

3、本发明根据实际情况设定7个调速器变频档位，对于不同的雨量大小控制更加精确。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图。 

图中，1、雨刮器；2、机械执行机构；3、二维模糊控制器；4、第一传感器；5、第二传感器； 

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。 

如图1所示，本模糊控制的智能雨刮控制装置，包括雨刮器1和驱动雨刮器动作的机械执行机构2，该控制装置还包括由模糊模块、模糊控制表、推理模块和精确输出模块构成的二维模糊控制器3，用于检测雨量大小的第一传感器4，第一感应器4为感应前挡风玻璃反射光的光敏传感器，用于检测雨量变化率的第二传感器5，第二传感器为感应前挡风玻璃外侧湿度变化的湿度传感器。第一传感器4和第二传感器5将检测到的信号输送给二维模糊控制器3，模糊模块将第一传感器4和第二传感器5输送来的信号进行离散化和模糊化并输出模糊控制量，推理模块根据模糊控制表和MIN-MAX重心法对模糊控制量进行运算并由精确输出模块的输出接口输出精确控制量给机械执行机构2。MIN-MAX重心法为现有技术，是自动化控制中把模糊控制量转化成数字控制量的一种转化方式，在沈阳工业大学学报1996年第18卷第3期出版的《关于MIN-MAX-GRAVITY方法重心的简易求法》对MIN-MAX重心法有具体的实现过程。本发明的MIN-MAX重心法为该相同方式来实现模糊控制量到数字控制量的转变。 

该基于模糊控制的智能雨刮控制方法具体步骤如下： 

1、定义输入量和控制量：将检测雨量大小的第一传感器4输送的检测信号和检测雨量大小变化率的第二传感器5输送的检测信号定义为输入量，将机械执行机构2控制的雨刮速度定义为控制量。 

2、定义输入量模糊集：将雨量大小、雨量大小变化率分为7档语言值数据，用词汇表达为：{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；并将第一输入量和第二输入量离散化和模糊化到语言值数集中，形成输入量模糊集。 

3、定义输出论域：将雨刮速度的论域定为15干个等级：{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}。由模糊控制器的输出接口作清晰化处理，将模糊控制量转换为精确量：使用MIN-MAX重心法实现模糊推理及其模糊量的清晰化过程，即把模糊控制量转变为数字控制量。 

4、由语言变量引出相应的模糊集型变量，以进行模糊推理：将精确量(雨量大小、雨量大小变化率和雨刮速度)离散化和模糊化，把已划分的每一档对应一个模糊集； 

5、建立元控制规则库，以构成模糊集控制规则库，最终获得模糊控制表； 

6、得到精确控制量后，控制器将根据此控制量实现对被控对象(雨刮)的控制。 

通过光敏传感器和湿度传感器测定的数值集作为输入量，模糊控制器3的模糊化模块对输入量定义输入量模糊集：将雨量大小、雨量大小变化率分为7档语言值数据，用词汇表达为：{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}；同时将雨刮速度的论域定为15干个等级：{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}。将精确量(雨量大小、雨量大小变化率和雨刮速度)离散化和模糊化，清晰化模块将模糊推理出来的具体数值划分到对应一个模糊集并连接对应雨刮器的论域，判别出对应雨刮器刮动频率，由机械执行机构完成雨刮器1的制动。 

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 

尽管本文较多地使用了雨刮器1、机械执行机构2、模糊控制器3、第一传感器4、第二传感器5等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。 

Claims (6)

1.一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置，包括雨刮器(1)和驱动雨刮器(1)动作的机械执行机构(2)，其特征在于，所述的控制装置还包括二维模糊控制器(3)、用于检测雨量大小的第一传感器(4)和用于检测雨量变化率的第二传感器(5)，所述的第一传感器(4)和第二传感器(5)能够将检测到的信号输送给二维模糊控制器(3)，所述的二维模糊控制器(3)能够将输送过来的信号进行模糊化、模糊推理和清晰化后输出精确控制信号控制所述的机械执行机构(2)工作。

2.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置，其特征在于，所述的二维模糊控制器(3)包括模糊模块、模糊控制表、推理模块和精确输出模块，模糊模块将第一传感器(4)和第二传感器(5)输送来的信号进行离散化和模糊化并输出模糊控制量，推理模块根据模糊控制表和MIN-MAX重心法对模糊控制量进行运算并由精确输出模块的输出接口输出精确控制量给机械执行机构(2)。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置，其特征在于，所述的第一传感器(4)为感应前挡风玻璃反射光的光敏传感器，所述的第二传感器(5)为感应前挡风玻璃外侧湿度变化的湿度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置的控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

A、定义输入量和控制量：将检测雨量大小的第一传感器(4)输送的检测信号和检测雨量大小变化率的第二传感器(5)输送的检测信号定义为输入量，将机械执行机构(2)控制的雨刮速度定义为控制量；

B、定义输入量模糊集：将雨量大小、雨量大小变化率分为若干档语言值数集；并将所述的第一输入量和第二输入量离散化和模糊化到语言值数集中，形成输入量模糊集；

C、定义输出论域：将雨刮速度的论域定为若干个等级，由模糊控制器的输出接口作清晰化处理，将模糊控制量转换为精确量：使用MIN-MAX重心法实现模糊推理及其模糊量的清晰化过程，即把模糊控制量转变化为数字控制量；

D、由语言变量引出相应的模糊集型变量，以进行模糊推理：将雨量大小、雨量大小变化率和雨刮速度离散化和模糊化，把已划分的每一档对应一个模糊集；

E、建立元控制规则库，以构成模糊集控制规则库，最终获得模糊控制表；

F、得到精确控制量后，控制器将根据此控制量实现对被控对象(雨刮)的控制。

5.根据权利要求4所述的一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置的控制方法，其特征在于，在所述的步骤B中，所述的语言值数据分为7档，用词汇表达为：{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}。

6.根据权利要求4所述的一种基于模糊控制的智能雨刮控制装置的控制方法，其特征在于，在所述的步骤C中，所述的论域定为15个等级：{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7}。

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