Глава 4. Функциональные

преобразователи в автомобильных системах управления

4.1. Функциональный преобразователь

Фуикциоиатьный преобразователь это устройство или программа, реализующие зависимость y=Ai, Xj, х ). Здесь >> - выходная величина, х, - входные величины, Д...) - реализуемая зависимость.

Напри.мер, угол опережения зажигания (УОЗ) определяется как функция оборотов двигателя и нагрузки: УОЗ =/(обороты, нагрузка). Функциональное преобразование выполняется механическим устройством (центробежно-вакуумным регулятором) или подпрограммой в современном элеклронном блоке управления (ЭЬУ) двигателя.

Авго.мобильные сисгемы управления сложные устройства, в которых учитываются значения многих параметров. Многопарамстровые магематические модели /иля больнжнства автомобильных систем управления не разрабатываются. В этих условиях зависимости, имеюпжеся меж/1у входными и выходными пара.метрами, реализуемые в автомобильных системах управления, синтезируются на основе инженерного опыта, эксперименга1ьных исследований, полезная информапия представляется в виде многомерных калибровочных диаграмм.

кУОЗ

нагрузка

Нагрузка

Обороты

Рис. 4.1. Трехмерные характеристики зажигания: а - хранящаяся в памяти ЭСАУ; б - реализованная центробежным и вакуумным

регуляторами

На рис. 4.1, а показана трехмерная кшшбровочная диаграмма, реализуемая в ЭБУ автомобилыюго двигателя при определении УОЗ [11].

На рис. 4.1, показана аналогичная зависимость, но лающая меньше информации, реализуемая центробежно-вакуумным автоматом. Такие калиброво1ные диаграммы называются трехмерными характеристиками зажигания (ТХЗ).

4.2. Лингвистические преобразователи

Наряду с применением трехмерных казибровочных и корректирующих диаграмм в автомобильных электронных системах автоматического управления (ЭСАУ) находят применение лингвистические функционазьные преобразователи, входными и выходными параметрами для которых являются так называемые лингвистические переменные.

Уточним понятие лингвистической переменной: это переменная, текущими значениями которой являются нечеткие подмножества, выраженные в форме слов или предложений на естественном или искусственном языке. В отличие от юшс-сической теории множеств, в которой, используются понятия принадлежности или непринадлежности элемента к множеству, теория нечетких множеств допускает различную степень принадлежности, определяемую функцией принадлежности элемента, значения которой из.меняются в интервале [0,1]. Границы интервата характеризуют соответственно полную принадлежность к нулю или полную принадлежность к единице элемента нечеткого множества.

В качестве примера рассмотрим систему управления оборотами вентилятора отопителя в саюнс автомобиля в зависимости от фактической температуры и заданной потребителем на пульте кшмат-контроля. Представи.м температуру в салоне автомобиля как лингвистическую переменную Т1 (рис. 4.2).

Тогда входными лингвистическими переменными будут фактическая температура в cajione TI и температура US, задаваемая пользователем на панели климат-контроля.

Значения лишвистических нереме1тых представляются словами естественного языка и называются термами. Считается, ч то для большинства приложений достаточно иметь 3-7 термов на каждую переменную. Лингвистическую переменную TI (температура в салоне) разумно описать термами ICYCOLD (очень холодно), COLD (холодно), COOL (прохладно), COMF (комфортно), WARM (тепло), НОТ (жарко). Лингвистическую перемятую US (желаемая температура) опишем термами COLD, COOL, CO.MF, WARM, HOT.

Для реализации лингвистической переменной необходимо определить точные физические значения се термов. Пусть, например, переменная Т1 может принимать любое значение в диапазоне 5...40 °С. Согласно положениям теории нечетких множеств каждому значению температуры из диапазона 5...40 °С может быть поставлено в соответствие некоторое число от нуля до единицы, определяющее степень принадлежности данного физического значения температуры (например, 18 С) к тому или иному терму лингвистической переменной TI. В нашем случае температуре 18 °С можно задать степень нринауХ/зежности к терму COLD, равную 0,4, а к терму COOL - 0,6. Конкретное определение степени принадлежности производится экспертами.

Для управления подачей топлива в ЭБУ современного автомобильного двигателя используется около 50 различных трехмерных калибровочных диаграмм 16]. Помимо ТХЗ применяются калибровочная диаграмма пля определения значений коэффициента избытка воздуха, диаграммы с корректирующей информацией по напряжению бортовой сети, температуре двигателя, топлива, воздуха и т. д. 11. Всдугся разработки по созданию трехмерных характеристик для управления фазами газораспределения поршневого двигателя 3].

0,9 т

I э.е ;

I 0,5 \

? Э,4 -

\ / \ ; \ ; \ , / \ / \ ; / \/ \ \!

\ ;

!\ i\ \

1\ !\ 1\ :\

- ICYCOLD

----COLD

--------- COOL

------- COMF

WARM .......... HOT

10 15 20 25 30 35 40

Температура в салоне (TI)

Рис. 4.2. Лингвистическая переменная TI

0,9 0.8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 О

А \ А

.......

-- COLD

----- COOL

- - - - COMF

- - - - WARM ..... HOT

20 21 23 25 27 29 30

Температура, задаваемая на панели климат-контроля (US)

Рис. 4.3. Лингвистическая переменная US

На рис. 4.2 и 4.3 показаны функции (степени) принадлежности для лингвистических переменных TI и US при установке температуры в салоне.

Процедура преобразования значений базовой переменной в нечеткую лингвистическую неременную, характеризующуюся функцией принадлежности, называется фазификацией. Каждому значению лингвистической переменной (холодно, тепло, жарко...) соответствует свой диапазон изменения базовой переменной. Ограничение значения базовой переменной характеризуется функцией принадлежности д, которая каждо.му значению базовой переменной ciaisHT в соответствие определе1Н1ое число из интервакт 0-1], На практике наиболее часто используются треугольные, колоколообразные и трапецеидальные функции нринд/ллеж-ности (рис. 4.4). Отметим, что использование лингвистических переменных