Введение к работе
Актуальность работы
Ведущей тенденцией современного автомобилестроения является повышение безопасности автомобиля. Одной из важнейших характеристик автомобиля является его активная безопасность, понимаемая как совокупность свойств автомобиля, уменьшающих вероятность возникновения дорожно-транспортных происшествий. В числе этих характеристик одно из первых мест занимают устойчивость и управляемость.
Улучшение устойчивости и управляемости ведется по двум направлениям:
-
Оптимизация параметров автомобиля с учетом возможностей человека-оператора (водителя).
-
Внедрение технических устройств, выполняющих те или иные действия по управлению движением автомобиля.
Оба н аправления связаны с изучением закономерностей управляемого движения. Хотя такое понимание разделяется всеми исследователями, теоретический базис в этой области теории автомобиля далек от завершенности.
Возможности повышения активной безопасности за счет рационального выбора параметров при неизменных классических конструктивных схемах, включая улучшенную схему подвески и привода, в значительной мере уже исчерпываются. Резерв повышения активной безопасности имеется в использовании на автомобиле специализированных автоматизированных систем управления курсовым движением, действующим параллельно с традиционными способами управления.
Цель работы - разработка алгоритмов действия систем управления и расчетных методик моделирования курсового движения автомобиля.
Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:
-
-
Формирование математической структуры, описывающей целостную систему ВОДИТЕЛЬ - АВТОМОБИЛЬ на основе принятия общей гипотезы о закономерностях её функционирования при выполнении автомобилем желаемого или вынужденного маневра по изменению траектории движения.
-
Проведение натурного лабораторного исследования поведения водителя в условиях выполнения маневра с целью получения информации о свойствах замкнутой системы ВОДИТЕЛЬ-АВТОМОБИЛЬ.
-
Проведение расчетных экспериментов с использованием разработанной модели системы ВОДИТЕЛЬ - АВТОМОБИЛЬ для определения потенциальных возможностей этой системы для улучшения показателей устойчивости и управляемости легкового автомобиля.
-
Обоснование формата представления закона управления, который должен генерироваться ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВ 1ЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ АВТОМОБИЛЯ в концепции самоуправляемого автомобиля.
Методы исследования
Для решения поставленных задач использованы в комплексе различные методы: математическое моделирование механических объектов, аналитические и численные методы анализа, включая методы оптимизации динамических систем по заданным критериям. Для качественного изучения поведения автомобиля и водителя при выполнении маневра использовался натурный эксперимент на специальном полномасштабном лабораторном стенде (автобус-тренажер), имитирующем управление автомобилем с участием реального человека-оператора (водителя). Кроме этого проводились натурные исследования в дорожных условиях на автомобиле-лаборатории, оборудованном датчиками ускорения и датчиком угла поворота рулевого колеса. В этом эксперименте удалось синхронизировать траекторные параметры движения автомобиля с процессом управления при выполнении маневра. Наглядная информация об этих процессах была получена так же с использованием оригинальной методики видеосъёмки с последующей компьютерной обработкой эксперимента.
Теоретические исследования проводились на основе фундаментальных положений теоретической механики и теории автомобиля. Реализация разработанной методики осуществлялась с использованием пакета прикладных программ MATHCAD.
Объекты исследования - математические модели системы «ВОДИТЕЛЬ-АВТОМОБИЛЬ-ДОРОГА» и её эксплуатационные свойства курсовой устойчивости и управляемости.
Предмет исследования - передаточные функции всех звеньев системы Водитель-Автомобиль-Дорога, полученные при помощи аналитических расчетов управления на основании прямого моделирования регулятора и автомобиля в их взаимодействии, подтвержденные экспериментально, при действии внешних силовых импульсных и ступенчатых воздействий.
Научная новизна проведенных исследований состоит в последовательном системном подходе к формированию единого объекта, в котором объединены свойства автомобиля, водителя и автоматизированной системы управления курсовым движением. В подавляющем большинстве используемых расчетных методик моделирования курсового движения не имелось возможности воспроизведения движения автомобиля в наперед заданной дорожной ситуации при учете физических или технических ограничениях на работу регулятора.
Достоверность и обоснованность
Научные положения и выводы, сформулированные в диссертации, обоснованы теоретическими решениями и экспериментальными данными, полученными в работе, и не противоречат известным положениям наук, базируются на строго доказанных математических выводах и аналитических расчетах с применением ЭВМ.
Точность экспериментальных исследований обусловлена использованием оборудования и приборов с соблюдением отраслевых стандартов. В работе использован комплексный подход к анализу экспериментальных данных в увязке с аналитическими расчетами.
Практическая ценность
Практическую ценность полученные результаты имеют для разработки методик оптимизации параметров проектируемых автомобилей и систем стабилизации курсового движения с целью улучшения показателей устойчивости и управляемости. Также проделанная работа дает математическое обоснование концепции «самоуправляемый автомобиль».
Реализация и внедрение результатов работы
Результаты работы внедрены в МАДИ в НИОКР по государственному контракту № 02.740.11.0036 на тему «Разработка технологий снижения рисков и уменьшения последствий техногенных аварий и катастроф за счет прогнозирования поведения объектов системы: Водитель-Автомобиль-Дорога-Среда (ВАДС)».
Основные положения, выносимые на защиту
1. Описание процесса управления движением автомобиля на основе следящей системы с оптимизацией целевой функции управления.
-
-
-
Новый вид целевой функции управления как минимум функционала отклонения от заданной контрольной траектории направляющей точки, находящейся на продольной оси автомобиля.
-
Передаточная функция регулятора следящей системы для предложенной целевой функции управления.
-
Методика исследования управляемого движения методом видеосъемки с возможностью использования этого метода в интеллектуальных системах управления движением автомобиля.
Личный вклад автора заключается:
в участии в разработке математических методик моделирования управляемого движения в составе коллектива авторов;
в составлении алгоритмов аналитических расчетов с применением ЭВМ;
в подготовке и проведении исследовательской части работы;
в подготовке и проведении натурных экспериментов.
Апробация работы
Основные положения и результаты работы докладывались
На 73-й Международной научно-технической конференции «Автомобиль в Интеллектуальной транспортной системе (ИТС)», посвященной 80-летию МАДИ 23-24 марта 2011 года. Додонов Б.М., Трофименко Ю.В., Кольцов. В.И., Долгов И.А. (МАДИ). «Построение математической модели водителя транспортного средства с использованием модели-тренажера автобуса».
На 69 научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ: Додонов Б.М., Долгов И.А. «Модель имитации управляемого движения автобуса на стенде»,2011г.
На 70 научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ: Додонов Б.М., Долгов И.А. «Идентификация параметров математической модели водителя на основе экспериментальных исследования с помощью автобусного тренажера», 2012г.
На 71 научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ: Додонов Б.М., Долгов И.А. «Анализ управляемого движения автомобиля в системе ВАД математическими методами», 2013 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы, в т.ч. 1 в издании из перечня ВАК.
Структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы (104 наименования) и 2 приложений. Диссертация изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 9 таблиц и 66 рисунков.
Похожие диссертации на Анализ управляемого движения автомобиля в системе "ВОДИТЕЛЬ-АВТОМОБИЛЬ-ДОРОГА" математическими методами
-
-
-
