基于模糊控制的汽车灯光随动系统仿真

　　自适应前照灯系统(Adaptive Front-lighting Systern，AFS)是使近光灯光轴在水平方向上与转向盘转角联动进行左右转动，在垂直方向上与车高联动进行上下摆动的灯光随动系统。它使得近光灯的照射光线能转向车辆的前进方向，在夜间行驶时，前方的交叉路口、弯道处的可视性能得到提高，能够有效地降低驾驶员在夜晚弯路上行车的疲劳程度，使驾驶者能够看清转弯处的实际路况，进而有充分的时间来应付紧急情况，从而明显提升夜晚弯路上行车的安全性。

1 汽车灯光随动系统的工作原理

汽车灯光随动系统的工作原理如图1所示。汽车灯光随动系统共由四部分组成：传感器、ECU、车灯控制系统和前照灯。汽车车速传感器和方向盘转角传感器不断地把检测到的信号传递给ECU，ECU根据传感器检测到的信号进行处理，把处理完后的数据进行判断，输出前照灯转角指令，使前照灯转过相应的角度。

汽车在转弯时，重点是要提前看到所转方向的障碍物，根据现实驾驶的经验，车灯一般只需转过O～15°即可，只需要所转方向侧的那只前照灯实现智能转向就可，另一侧前照灯还是保持原来的方向。虽简化了控制，仍然能够达到预期的效果。

2 模糊控制系统的组成和实现过程

一个模糊控制系统必须包含一些必要的部件。模糊控制属于计算机数字控制的一种形式，它的组成类似于一般的数字控制系统，如图2所示。

模糊控制器的组成如图3所示，它主要包括输入量的模糊化、模糊推理和逆模糊化(或称模糊判决)三部分。模糊控制器的实现可由模糊控制通用芯片实现或由计算机(或微处理机)的程序来实现。

3 灯光随动系统模糊控制器设计原理

如图4所示：当汽车转过很小的角度时，其转动半径R近似地等于L和转动角度δ的比值，通过车速传感器的数据很容易计算出行驶的距离L，通过方向盘传感器检测到的信号也容易得出δ的值，这样就很容易求出转动半径R的值。而且，根据实际经验可知，灯的转向和汽车行驶的半径R的关系最大。因此，可根据R值的变化对汽车车灯的转向进行模糊控制。首先定义R，如果为正值，说明为逆时针转动，负值为顺时针转动；另外定义θ为正，说明为左边灯向左转动度数，负值为右边灯向右转动度数。

[$page]　　4 汽车灯光随动系统仿真及结果

　　本系统的模糊设计器采用Matlab模糊工具箱设计模糊控制器。

　　在Madab中键入FUZZY，进入模糊逻辑编辑窗口FIS Editor，如图5所示。可以对输入和输出的隶属函数进行编辑。

如图6所示，R的论域为[0，1]，有三个语言变量，三角形隶属度函数。

如图7所示，△R的论域为[0，1]，有一个语言变量，三角形隶属度函数。

　　如图8所示，输出θ的论域为[O，1]，有三个语言变量，三角形隶属度函数。

　　在Rulers Editor窗口中输入控制前照灯转向的3条模糊控制规则：

[$page]　　5 仿真结果与分析

为了准确建立系统模型和进行仿真分析，通常的工业过程可以等效成二阶系统，不失一般性，取G(s)=作为汽车灯光随动系统的模型。在Matlab中建立的模糊控制系统模型如图9所示，基于实际经验以及量化因子和比例因子的选取规则，经过仔细选择，取K1=0.0 5，K2=0．25，K3=1，仿真结果如图10所示。