Введение к работе
Актуальность темы. Одной из основных эксплуатационных характеристик автомобиля, существенно влияющих на безопасность дорожного движения и экологию, является скоростной режим. Среди множества факторов при выборе скоростного режима определяющими являются характеристики дорожного полотна (ХДП). Неадекватная оценка водителем характеристик соответствующей категории дорожного полотна при выборе скоростного режима автомобиля увеличивает риск возникновения аварийной ситуации. В настоящее время одним из основных принципов повышения активной безопасности автомобилей является использование вспомогательных методов и средств информационной поддержки водителей при управлении скоростным режимом с учетом ХДП.
Проблеме исследования и разработки методов обеспечения дорожной безопасности с использованием бортовых систем автомобилей уделено большое внимание в современной научной, технической и патентной литературе. Среди работ по данной тематике следует отметить труды ученых и разработчиков академических и вузовских организаций: МАДИ (школа профессора А.А. Юрчевского); Белорусско-Российского университета (профессора В.П. Тарасик, С.А. Рынкевич); МИЭМ (СЕ. Бузников); ВолгГТУ (профессор И.В. Ходес); МГТУ им. Баумана (профессор Г.О. Котиев). Значительных успехов достигли зарубежные ученые и разработчики академических и вузовских организаций, транснациональных корпораций Robert Bosch GmbH, Siemens AG, концернов DELPHI, Volvo Lastvagnar.
Анализ современных публикаций показал, что, несмотря на значительные достижения в области методологии построения систем обеспечения активной безопасности, существующие методы выбора скоростного режима имеют следующие недостатки:
не достаточно информативны и оперативны при отсутствии дорожных указателей скорости вообще, или при их наличии без учета изменения качества дорожного полотна вследствие изменения сезонных условий (гололед, дождь), либо естественного старения дороги (появление выбоин, гребенки);
не обеспечивают оптимизацию совокупности эксплуатационных параметров системы «водитель - автомобиль - дорога» (ВАД), соответствующей безопасному скоростному режиму, при планировании маршрута;
имеют высокую аппаратно-программную сложность и стоимостные затраты на реализацию.
Объект исследования - скоростной режим автомобиля на магистральных улицах и дорогах районного значения.
Предмет исследования - методы и средства управления скоростным режимом автомобиля в эксплуатации с учетом ХДП.
Цель работы - повышение активной безопасности автомобиля в эксплуатации на основе новых методов и средств информационной поддержки водителей при выборе скоростного режима с учетом ХДП.
Задачи исследования:
определение целевой функции и обобщенного критерия оценки эффективности принятия решения по выбору скоростного режима автомобиля в эксплуатации;
разработка и исследование интегрированной имитационной модели бортовой системы управления скоростным режимом автомобиля в эксплуатации с учетом ХДП;
разработка алгоритма, аппаратных и программных средств управления скоростным режимом автомобиля в эксплуатации с учетом характеристик категории дорожного полотна, как протяженного объекта;
разработка метода управления скоростным режимом автомобиля в процессе его движения и метода оптимизации совокупности эксплуатационных параметров системы ВАД, обеспечивающих безопасный скоростной режим автомобиля;
разработка экспериментального образца (прототипа) бортовой системы и рекомендаций по выбору скоростного режима автомобиля.
Методы исследования. Использованы методы теории активной безопасности автомобилей, теории управления, теории оптимизации, теории распознавания образов и теории проектирования вычислительных систем.
Научную новизну работы составляют:
интегрированная имитационная модель бортовой системы управления скоростным режимом автомобиля в эксплуатации с учетом характеристик ДП;
алгоритм оперативного управления скоростным режимом автомобиля в эксплуатации с учетом данных априорного, апостериорного и оперативного типов о ХДП;
метод управления скоростным режимом автомобиля в процессе его движения по магистральным улицам и дорогам районного значения, позволяющий получать оперативную оценку отклонений скорости движения автомобиля от безопасной скорости и осуществлять информационную поддержку водителей по выбору скоростного режима;
метод оптимизации совокупности эксплуатационных параметров системы ВАД на основе генетического подхода, обеспечивающий заданную безопасную скорость движения автомобиля на этапе планирования маршрута.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Интегрированная имитационная модель бортовой системы управления скоростным режимом автомобиля, алгоритм оптимизации эксплуатационных параметров системы ВАД и алгоритм оперативного управления скоростным режимом автомобиля предназначены для разработки методов и средств оптимизации эксплуатационных параметров системы ВАД и управления скоростным режимом автомобиля.
Разработанное программное обеспечение передано для внедрения в ЗАО «Автоколонна 1825» (г. Оренбург), аппаратно-программные средства бортовой системы автомобиля используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет».
Новизна аппаратно-программных разработок подтверждается патентом РФ на изобретение, свидетельствами о регистрации программных средств в отраслевом и университетском фондах алгоритмов и программ.
Апробация результатов. Основные положения и результаты работы докладывались и были одобрены на всероссийских научно-практических конференциях «Современные информационные технологии в науке, образовании и практике» (г. Оренбург, 2008, 2009, 2010 гг.); «Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии» (г. Оренбург, 2011 г.); международных научно-практических конференциях «Информационные технологии в науке, образовании и производстве» (г. Орел, 2010 г.); «Современные телекоммуникационные системы и компьютерные сети: перспективы развития» (г. Санкт-Петербург, 2011 г.); «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (г. Оренбург, 2011 г.).
Положения, выносимые на защиту:
интегрированная имитационная модель бортовой системы управления скоростным режимом автомобиля в эксплуатации с учетом характеристик ДП;
алгоритм оперативного управления скоростным режимом автомобиля в эксплуатации с учетом данных априорного, апостериорного и оперативного типов оХДП;
метод управления скоростным режимом автомобиля в процессе его движения по магистральным улицам и дорогам районного значения;
метод оптимизации совокупности эксплуатационных параметров системы ВАД.
Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 16 публикациях, из них 3 статьи в ведущих рецензируемых научных изданиях, 1 патент РФ на изобретение, 10 статей в сборниках научных трудов и материалах научных конференций различного уровня, 2 свидетельства на регистрацию программных средств.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 203 страницах, в том числе: основной текст на 124 страницах, 5 таблиц, 45 рисунков, список использованных источников из 127 наименований, приложения на 65 страницах. Приложения содержат результаты вычислительных и натурных экспериментов, акты внедрения результатов.
