Нечеткий анализ - в автомобиле

Файл : nechet.doc (размер : 136,704 байт)

Московская Государственная Академия Приборостроения и Информатики

ДОКЛАД

по теория систем и системного анализа

«Нечеткий анализ – в автомобиле»

Выполнил: Пяров Тимур РЭФ2, 2 курс, 35.14

2002Москва

Нечетко едешь - дальше будешь 

Владельцы отечественных автомобилей, в которых всей электроники - диодный мост генератора да реле-регулятор, - зачастую и не подозревают, сколько вычислительных устройств содержит обычная иномарка среднего класса, внешне ничем не приметная. Оставим в стороне парковочные радары и климат-контроль - это в некоторой степени роскошь, нас же интересуют вещи посерьезнее.

Не надо объяснять, что полную математическую модель движения автомобиля (если рассматривать его не как материальную точку, а как набор движущихся относительно дороги и друг относительно друга деталей) создать невероятно трудно, да и с предсказуемостью дорожных условий дела обстоят хуже некуда (еще хуже - разве что с предсказанием действий водителя). Разумеется, бум микропроцессорной техники не обошел автомобилестроение стороной, но классическим вычислительным системам, вполне справляющимся с задачами управления объектами вплоть до атомных реакторов, эта комбинация асфальта, железа и человека оказалась не совсем по зубам. Причина - в вышеупомянутой невозможности описать поведение этой комбинации в терминах классической логики: автомобилестроение базируется в основном на экспертном опыте, формализовать который не удастся, скорее всего, еще долго. Но свято место пусто не бывает.

Первыми на нечеткую логику обратили внимание японские автомобилестроители. В 1991 году компания Nissan впервые применила компоненты нечеткой логики в системе управления пятискоростной автоматической коробкой переключения передач (АКПП), годом позже аналогичная система появилась на автомобилях Honda. Тогда же Mitsubishi Motors представила модель Lancer (каталоги относят ее к 1993 году, но зарубежные компании в таких случаях традиционно забегают вперед) с системой АБС на основе процессора с нечеткой логикой. Еще годом позже спохватились и американцы: концерн General Motors применил подобную систему для управления АКПП, но угнаться за японцами было не просто - к этому времени на том же Nissan была внедрена нечеткая логика в системах управления впрыском топлива для бензиновых двигателей. Ко второй половине прошлого десятилетия системами с использованием нечеткой логики штатно оснащались машины уже упомянутых Nissan, Mitsubishi и Honda, а BMW, Hyundai, Mazda, Mercedes и Peugeot планировали внедрить такие системы (вели подобные разработки и компании, сами автомобилей не производящие, например Bosh и Nippon Denso). Здесь нужно пояснить, что открытой информации о применении в тех или иных моделях систем с нечеткой логикой на сегодня попросту нет. И дело не только в защите производителями своих секретов. Отношение к самому понятию «нечеткие системы» в разных странах разное. Для японцев, «взрастивших» это направление, понятие «fuzzy» означает передовую технологию и использовании элементов искусственного интеллекта, соответственно само слово фигурирует в технических описаниях и рекламе устройств в качестве их несомненного достоинства. Для европейцев же фраза типа «тормозная система с использованием нечеткой логики» звучит практически эквивалентно «нечеткой тормозной системе», что потребитель может воспринять не совсем адекватно. Большинство европейских производителей просто не афиширует применение нечеткой логики, оправдываясь тем, что вся «нечеткость» зашита в микропрограмму управляющего контроллера, и не пристало потребителю интересоваться излишними тонкостями.

Типичный пример системы, хорошо поддающейся реализации с помощью нечеткой логики, - АБС - антиблокировочная тормозная система. Хотя первые подобные устройства были разработаны и внедрены еще в начале 1970-х годов (ну-ка вспомните, какие модели отечественных автомобилей производились в те годы нашим автопромом), высокая стоимость компонентов этих систем (в основном модуля управления) не позволила внедрить их массово. Через десятилетие АБС уже не считалась роскошью, но построение системы управления реального времени с периодом цикла управления в единицы миллисекунд при необходимости серьезной математической обработки или работы с огромными таблицами все равно было делом непростым и недешевым. Реализаций АБС существует множество, но в общем случае управление осуществляется по двум входным параметрам: проскальзыванию колеса (отношение скорости автомобиля к мгновенной линейной скорости точки на внешнем радиусе колеса относительно его центра) и радиальному ускорению колеса. Оба параметра представляются в виде логических переменных с набором из 5-8 термов каждая (например «отсутствует», «слабое», «среднее», «сильное», «очень сильное» и т. п.), на основании которых вычислитель, используя набор правил (их количество равно произведению количества термов входных переменных), получает значение давления в тормозном цилиндре, стремясь к поддержанию оптимального проскальзывания (рис. 1). Подобная задача, впрочем, решается и классическими вычислителями с помощью трехмерных таблиц, описывающих плоскость выходного значения в зависимости от двух входных.