基于模糊与遗传逼近策略的轮胎预设定值充放气控制

摘要：

影响轮胎充放气的因素比较复杂，为了简便、准确地对轮胎进行预设定值充放气，提出一种基于模糊与遗传逼近策略的轮胎预设定值充放气控制方法。该方法把整个充放气过程分成两步：首先根据预设定值和当前胎压与预设定值的差，模糊推理出充放气的时间进行预充放；然后依次遗传前面的充放气速率逐步逼近至预设定值。实验结果表明，在不同的充放气条件下利用该方法均能简便、准确地充放气到预设定值，精度可达±0.04bar，适用于各种自动轮胎充放气设备，且简便、高效、实用。

关键词：

胎压；预设定值；单片机；模糊控制；遗传逼近

0引言

轮胎对汽车的行驶安全至关重要，轮胎故障是引发交通事故主要原因之一[1]。实时监控胎压并加以控制是防止爆胎，预防交通事故非常有效的方法[2]。为了能准确检测胎压并通过充放气控制胎压，达到安全行驶，很多人都致力于提高压力传感器技术和胎压检测与控制系统设计的研究，取得了大量的成果，也有不少相关的研究论文。但诸多论文中更多的是介绍如何准确检测胎压及报警，对如何快速、准确地充放气到预设定值，介绍得比较少[3-9]。

在轮胎充放气的动作过程中胎压是没办法测量的，只有在停止充放气待胎压稳定时才能测量，如何确定充放气动作的时间就显得很重要。影响轮胎充放气的因素比较多，如轮胎的容积、轮胎变形情况、气源空压机的排量、空压机的压力、管路有效面积、起始胎压、设定胎压等，以至于充放气过程中轮胎充放气速率变化规律比较复杂。文献[10-11]提出了一种自主学习记忆不同型号轮胎充放气时间的方法，但是影响轮胎充放气的因素太不确定，就是同一只轮胎在不同的环境条件下充放气规律都不一样，所以每次在不同的条件下要进行充放气都要进行学习，使用极其不方便而且自主学习记忆的信息量太大。文献[12]给出了较为详细的轮胎充放气的规律，但是文中仅是以一种轮胎进行试验的，其广泛性还有待进一步验证，而且对空压机压力要求8bar以上，这使得文献[12]中轮胎充放气规律适用对象具有一定的局限性。这里提出了一种基于模糊与遗传逼近策略的轮胎预设定值充放气控制新方法，不考虑可能会影响到轮胎充放气的各种不确定因素，先模糊处理，然后遗传逼近至预设定值，对各种轮胎充放气设备具有很强的实用性和通用性。

1系统结构与工作原理

轮胎充放气系统主要由压力传感器、单片机、充气电磁阀和放气电磁阀构成，系统结构如图1所示。充气阀一端接轮胎、一端接空压机，放气阀一端接轮胎、一端通大气，单片机通过放大电路驱动它们。充气阀得电，轮胎与空压机通，充气；放气阀得电，轮胎与大气通，放气。

单片机接收到压力传感器检测到轮胎的压力，先模糊处理预充放气至较接近预设定值的压力，然后遗传前面的平均充放气速率，逐步逼近至预设定值，控制过程如图2所示。

2模糊处理部分的实现

2.1模糊控制器的输入量和输出量及其模糊语言描述

模糊控制器的输入量是轮胎预设定气压值P、轮胎预设定气压值与当前轮胎气压值的差PD，输出量是充放气时间T。

轮胎预设定气压值P论域定为{很大（VB），较大（MB），正常（GB）}；轮胎预设定气压值与当前气压值的差PD论域定为{正大（PB），正中（PM），正小（PS），正零（PZ），负零（NZ）负小（NS），负中（NM），负大（NB）}；输出量充放气时间T论域为{超长（VVL），很长（VL），长（L），较长（ML），较短（MS），短（S），很短（VS），超短（VVS）}。

2.2各模糊量的隶属度函数

隶属度函数设计时，如果需要较高的分辨率，以期达到较高的控制灵敏度，隶属函数形状就设计较尖，此时输入引起的输出变化就比较剧烈；反之，如果需要的分辨率较低，隶属函数曲线形状设计就较缓一些，这样输入引起的输出变化不那么剧烈，控制特性比较平缓，此时具有较好的系统稳定性。因而，通常在输入较大的区域内采用形状较缓的曲线，在输入较小的区域内采用形状较尖的曲线，当输入接近于零时则选用形状很尖的曲线[13]。

一般小型汽车胎压可充至2.5bar附近，大型车辆胎压较高，有的工程车或大卡车胎压可充至16bar，由此并依据实验，设计了本模糊控制器输入/输出量隶属度函数如图3所示。

2.3模糊控制规则

模糊控制的核心问题是模糊控制规则的建立。模糊控制是用一系列基于人类自然的语言来描述的，用一系列模糊条件描述的反映输入输出量之间关系的模糊控制规则构成了模糊控制规则库。这里有两个定性的输入信号，一个定性的输出信号，整个系统就构成了一个两个输入、一个输出的多输入单输出模糊系统[14]972。

根据上面所确定的输入输出集，模糊规则的一般形式可以用if（条件）then（结果）描述，或以表格形式表示。根据胎压预设定值大小（一般小轿车2.5bar附近，而有的工程车或大卡车轮胎可充至16bar）、轮胎预设定气压值与当前轮胎气压值的差等情况可以制定一系列的模糊规则如表1所示。表1中输出时间“×”代表不可能出现的情况，即死区；充放气操作“-”代表无对应操作。