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金林锋 郑津东 袁春霸


研究背景 雨刮器作为雨天行车的必备零件, 关系着雨天行车的安全性。目前市场上的车辆 一般配备的为手动开启的雨刮器,档位选择较 少。如果雨刮器能够自动感应,则免去了驾驶 员的手动操作,使得驾驶员能集中精力开车, 提高了雨天行车的安全性。


智能雨刮器的工作流程图 智能雨刮器系统由单片机、直流电动机、 雨量传感器及雨刷组成。


传感器的组成与工作原理 组成:红外发光二极管、光电二极管、聚焦、导光介质 工作原理: • 发射端发出红外线经过聚焦、导光介质、挡风玻璃之 后,会在另一端经过导光、聚焦介质到光电二极管 • 无雨水时:光线经挡风玻璃会发生全反射,光电二极 管接收的光线强度不变 • 有雨水时:光线经挡风玻璃就会发生散射,光电二极 管接收到的光线强度被削弱 • 控制器根据接收光线的强度来控制雨刷电机开启的间 隔时间


传感器的硬件与软件设计 雨滴传感器部分主要由发射模块和接收模 块两大模块组成。 发射模块 :

为接收模块提供足够的光辐射通量

红外发射器:发出 38KHz 的红外光 555 定时器:驱动红外发射器发光 电阻电容元件


由 555 定时器构成的多谐振荡器 多谐振荡 器是一种自激振 荡电路,该电路 在接通电源后无 需外接触发信号 就能产生一定频 率和幅值的矩形 脉冲或方波。

1 1.43 f= ≈ t PL + t PH ( R1 + 2R2 )C


流程图


红外接收管:接收到的红外光脉冲信号变成 电脉冲信号后送入带通滤波器

接收模块

带通滤波器 分频器 51 单片机

因为脉冲的中心频率为 38KHZ ,进行 128 分 频后约为 300HZ ,周期即为 3ms ,所以选定定时时 间为 60ms ,在此时间段内最多可接收 20 个脉冲,由此 在按脉冲的多少进行大小雨的分配。


传感器硬件图


电机控制设计 调速原理: 通过改变单片机输出 PWM 脉宽信号的占空

比(即接通时间 t1 与周期 T 的比值),来 控制直流电动机的电枢电压,从而改变雨刮 电动机的转速。


近似后,平均速度

Vd=VMAX *D


选择模糊控制的原因 传统的控制理论采用 PID 控制,即比例 积分微分控制。它结构简单,性能稳定可靠 ,可以不用被控对象的模型参数,直接根据 输出的偏差进行调节。然而由于生产工艺的 问题,两个雨刮电机的转速不可能完全一样 ,就会存在两个雨刮摆动不同步的问题。 因此我们引入模糊控制,提高适应 性。


模糊控制器的设计 1 、确定输入变量和输出变量 本设计中选择两电极复位端的时间偏差 E 及偏差变化 EC 为输入变量,占空比增量 U 为输出量。 2. 精确量的模糊化 误差变量 E 的模糊子集论域定为 [-6 6] 误差变化∆ E 的模糊子集论域也定为 [-6 6] 占空比增量∆ U 的模糊子集论域为 [ -7 7]


模糊变量 E 的隶属度函数赋值表


模糊变量 EC 的隶属度函数赋值表


模糊变量 U 的隶属度函数赋值表


3. 模糊控制规则的确定 根据人的直觉思维推理 , 由系统输出的误差 及误差变化率来消除系统误差的模糊规则可以用 35 条 if —then 模糊条件语句来描述。


模糊控制系统模型


模糊控制仿真结果


为了便于与 PID 控制效果相比较,我们也在 Simulink 中建立系统的 PID 控制模型。


PID 控制系统仿真结果


总结 通过比较两者的仿真结果,可以看出模 糊控制器具有调节速度快,超调量小等特点。用模 糊控制器取代 PID 控制器可以提高控制精度,具有 良好的动态性能。


参考文献 1. 赵岩 . 基于模糊控制的汽车智能雨刮系统的研 究〔 D 〕,北京:哈尔滨理工大学, 2007. 2. 岑木峰 . 汽车雨刮器的改进 [J] ,湖北汽车工 业学院报, 2007. 3. 李道飞 . 汽车控制系统,浙江大学, 2010.



汽车电子-雨刮器PPT展示