Система автоматизированного управления АТС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Составные разделы темы…………………………………………………..3
2. Методика и программа проведения НИР………………………………..5
3. Обзор существующих решений темы НИР……………………………..6
4. Выбор направления решения проблемы по теме НИР………………...10
5. Программа и методика экспериментальных исследований…………..11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Составные разделы  темы

Разрабатываемое мной изобретение  системы автоматизированного управления АТС предназначено для автоматического управления движением автомобиля в условиях городского насыщенного транспортного потока. Технический результат заключается в снижении ошибок слежения по положению за счет формирования управления автомобилем на основе измеренных относительной скорости и отклонения от опорной дистанции расстояния между автомобилем и впереди едущим транспортным средством, а также на основе оценки величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных (нормированных к собственной массе автомобиля) сил сопротивления качению и воздуху автомобиля. Устройство следящего управления продольным движением автомобиля содержит измеритель относительной скорости и расстояния между автомобилем и впереди едущим транспортным средством, задатчик опорной дистанции, формирователь разности измеренного расстояния и опорной дистанции, датчик удельной силы, развиваемой двигательно-тормозной системой автомобиля, блок управления и блок оценивания величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных (нормированных к собственной массе автомобиля) сил сопротивления качению и воздуху автомобиля.

Известен способ и устройство для автоматического регулирования  скорости движения автомобиля и расстояния, отделяющего его от впереди едущего  автомобиля, содержащее регулятор скорости движения автомобиля с заданной скоростью  при отсутствии в зоне обнаружения  впереди едущего автомобиля; регулятор  интервала для поддержания задаваемой дистанции между автомобилем  и впереди едущим в зоне обнаружения  автомобилем; средство установления начала изменения пути движения автомобиля; регулятор уменьшения величины задаваемой дистанции при переходе автомобиля на левую полосу движения; регулятор ограничения предельной величины ускорения автомобиля при последующем переходе на правую полосу движения при отсутствии в зоне обнаружения впереди едущего автомобиля. Кроме того, автомобиль оснащен средством определения расстояния до впереди едущего автомобиля. 
Основным недостатком рассматриваемого устройства является большая величина ошибок слежения по положению (отклонение от задаваемой дистанции расстояния между автомобилем и впереди едущим транспортным средством в направлении пути следования во время активизации режима слежения). Это обусловлено тем, что в рассматриваемом устройстве на интервалах времени, когда осуществляется режим слежения, т.е. поддержание задаваемой дистанции между автомобилем и впереди едущим транспортным средством, реализована наиболее простая схема слежения, в которой управление двигательно-тормозной системой автомобиля формируется только на основе данных об отклонении от задаваемой дистанции расстояния между автомобилем и впереди едущим транспортным средством, т.е. не используется более полное управление двигательно-тормозной системой автомобиля, формируемое с привлечением дополнительных данных, таких, например, как скорость автомобиля относительно впереди едущего транспортного средства и величина, равная сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных (нормированных к собственной массе автомобиля) сил сопротивления качению и воздуху автомобиля. 
Следовательно, данное устройство-аналог для автоматического регулирования скорости движения автомобиля и расстояния, отделяющего его от впереди едущего автомобиля, по причине больших ошибок слежения не может быть использовано для следящего управления продольным движением автомобиля в насыщенном потоке с предельными значениями интенсивности, динамичности движения и минимальными расстояниями между автомобилями.

2 Методика и  программа проведения НИР

Разрабатываемое мной изобретение  системы автоматизированного управления АТС имеет следующие признаки:

- наличие конструктивных  элементов в виде измерителей  расстояния и относительной скорости, задатчика опорной дистанции, формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции, блока управления; 
- наличие связей между измерителем расстояния, задатчиком опорной дистанции и формирователем разности измеренного расстояния и опорной дистанции между измерителем относительной скорости, формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции и блоком управления, а также связей между блоком управления и самой двигательно-тормозной системой автомобиля.

Для достижения технического результата необходимо наличие в  АТС следующих..элементов: 
- наличие конструктивных элементов в виде измерителей дистанции и относительной скорости, задатчика опорной дистанции, формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции, четырех интеграторов, четырех сумматоров, трех формирователей разности, восьми усилителей, датчика удельной силы и блока управления; 
- наличие связей сумматоров, формирователей разности, усилителей, блока управления, задатчика опорной дистанции и датчика удельной силы между собой и с измерителями расстояния и относительной скорости, а также связи датчика удельной силы с двигательно-тормозной системой..автомобиля. 
Технический результат от применения данного устройства управления движением автомобиля заключается в снижении ошибок слежения по положению, возникающих при слежении автомобиля за впереди едущим транспортным средством.

 

3 Обзор существующих  решений темы НИР

Известен способ и устройство следящего управления для автомобиля, содержащее измеритель расстояния, измеряющий расстояние между автомобилем и  едущим впереди транспортным средством, измеритель относительной скорости, измеряющий относительную скорость между автомобилем и едущим впереди  транспортным средством, блок управления, который на основании выходных величин  измерителей расстояния и относительной  скорости управляет выходной мощностью  двигателя внутреннего сгорания автомобиля при разгоне автомобиля с места с учетом относительной скорости и независимо от расстояния таким образом, что относительная скорость становится нулевой, если измеренное измерителем расстояние не достигает заранее определенного опорного значения. Управление выходной мощностью двигателя осуществляется на основе относительной скорости и расстояния, когда последнее, по меньшей мере, сравняется с опорным (задаваемым) значением дистанции. 
Недостатком такого устройства-аналога являются большие ошибки слежения по положению, обусловленные тем, что для формирования управления двигателем автомобиля учитываются не все параметры движения; например, не учитывается величина, равная сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля, что не позволяет реализовать управление в более полном виде и снизить ошибки слежения по положению. 
Таким образом, данное устройство-аналог следящего управления для автомобиля по причине больших ошибок слежения по положению также не может быть использовано для следящего управления продольным движением автомобиля в насыщенном потоке с предельными значениями интенсивности, динамичности движения и минимальными расстояниями между..автомобилями. 
Известное устройство-аналог следящего управления для автомобиля по своей технической сущности, функциональному назначению и достигаемому техническому результату является наиболее близким к заявляемому изобретению на устройство следящего управления продольным движением автомобиля и рассматривается в дальнейшем в качестве устройства-прототипа. 
          В основу изобретения положена задача создания устройства следящего управления продольным движением автомобиля, позволяющего снизить ошибки слежения по положению между автомобилем и впереди едущим транспортным средством, осуществляющего следящее управление продольным движением автомобиля на основе данных об отклонении от опорной дистанции измеренного расстояния между автомобилем и впереди едущим транспортным средством, о величине измеренной относительной скорости между автомобилем и впереди едущим транспортным средством и, кроме того, на основе данных, полученных оценкой (определение с помощью специальных приемов, не связанных с прямыми измерениями, приближенного значения величины) величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля.

Следует отметить, что в  настоящее время существуют некоторые патенты по решению данной проблемы. Вот некоторые из них:

1. Патент Российской Федерации, № 2006385. «Устройство автоматического управления движением автомобиля в аварийных ситуациях». 
2. Патент Франции, № 2733608. «Способ и устройство для автоматического регулирования скорости движения автомобиля и расстояния, отделяющего его от впереди идущего автомобиля».
3. Патент Российской Федерации, № 2175290. «Ручка управления транспортным средством».
4. Патент Российской Федерации, № 2187436. «Способ управления полноприводных колесных машин».

Рассмотри их более подробно:

1. Патент Российской Федерации №2006385. Использование: изобретение относится к системам автоматического управления подвижным объектом, использующим пеленгатор. Сущность изобретения: устройство снабжено исполнительным механизмом поворота руля, датчиком угла поворота руля, блоком расчета угла крена, логическим блоком, блоком расчета предельных параметров, блоком предварительной обработки, блоком оптимальной обработки, блоком расчета параметров безопасного разъезда, блоком расчета потребного угла поворота руля, блоком уставок, блоком индикации. Датчики угловой скорости установлены по продольной и вертикальной осям, датчик линейного ускорения - по поперечной оси автомобиля, а его выход соединен с первым входом блока оптимальной обработки и первым входом блока расчета параметров безопасного разъезда. Один из входов блока расчета потребного угла поворота руля соединен с выходом датчика скорости, а выход - со входом исполнительного механизма поворота руля и входом блока индикации. Первый вход блока расчета предельных параметров соединен с датчиком угла поворота руля, который механически соединен с исполнительным механизмом руля.
2. Патент Российской Федерации №2187436.

Изобретение относится к  транспортному машиностроению и  может быть использовано при проектировании перспективных систем автоматического  регулирования тормозных и тяговых  режимов движения мобильных машин. Способ содержит операции измерения, обработки  и анализа сигналов, пропорциональных фактически реализуемым его колесами с опорной поверхностью силовым  факторам и их производных, а также  операции регулирования исполнительных механизмов машины. Сущность заключается в том, что операции регулирования начинают при распределении касательных усилий по колесам, либо по бортам, либо по осям машины, отличном от соответствующего распределения нормальных усилий, а завершают при устранении такого рассогласования. Техническим результатом является существенное повышение качества функционирования систем автоматического регулирования режимов движения, а именно тяговой и тормозной эффективности, устойчивости курсового движения, топливной экономичности, что значительно снижает напряженность работы операторов машин и тем самым повышает производительность.

3. Патент Российской Федерации №2175290. Изобретение относится к органам управления транспортными средствами. Ручка содержит стержень и механическую часть для соединения с двигателем. Ручка снабжена электрической частью с элементами клапанов и переключателей, которые предназначены для управления потоками энергоносителей от двигателя к рабочим органам, и с элементами, которые предназначены препятствовать несанкционированному включению стартового электродвигателя двигателя и выключению электромагнитной блокировки фиксатора-наконечника. Электрическая часть имеет первые контакты, расположенные на первых шайбах, образующих многогранный составной полый внутри конус с цветными марками и цифрами. Предусмотрены вторые контакты, расположенные на многогранных вторых шайбах с цветными марками и цифрами, предназначенными для совмещения с цветными марками и цифрами на шайбах, образующих упомянутый конус. Предусмотрены также третьи контакты, расположенные на отдельных упруго-силовых элементах. Вторые шайбы предназначены для крепления на шаровой опоре. Механическая часть имеет корпус с циферблатом и предназначена для соединения с заслонкой в канале подачи топлива в двигатель. Изобретение направлено на повышение безопасности управления транспортным средством.

 

4. Выбор направления решения проблемы по теме НИР

 

Наиболее выделяющейся особенностью современного транспорта является коллективный характер движения. В разной степени это свойственно всем видам транспорта, но в наивысшей проявляется на сухопутных транспортных магистралях, где нередко принимает форму насыщенного потока с предельными (особенно в городских условиях) значениями интенсивности, динамичности движения и минимальными расстояния между автомобилями, зачастую составляющими единицы метров. 
При всем совершенстве современных автомобилей, главным элементом, предотвращающим их столкновение, является человек-водитель, выполняющий роль наиболее ответственного звена следящей системы управления автомобилем. Индивидуальность и определенная ограниченность психофизических качеств человека являются причиной неполной адекватности его реакции на состояние насыщенного потока с предельными (особенно в городских условиях) значениями интенсивности, динамичности и минимальными расстояния между автомобилями и, как следствие, даже незначительные ошибки слежения приводят к авариям на городских транспортных магистралях. В частности, водитель автомобиля, движущегося в потоке, не в состоянии зарегистрировать вовремя (на начальной стадии) возникающие изменения скорости и режима работы двигательно-тормозной системы впереди едущего транспортного средства непосредственно своими органами чувств, что приводит к запаздыванию его действий. В связи с этим, становится актуальной проблема создания устройства следящего управления продольным движением автомобиля, наиболее полно компенсирующего в соответствующей части несовершенство субъективного психофизического фактора, позволяющего уменьшить ошибки слежения и снизить число аварий в насыщенном потоке с предельными (особенно в городских условиях) значениями интенсивности, динамичности движения и минимальными расстояния между автомобилями.

5. Программа и методика экспериментальных исследований

Изобретение предназначено  для автоматического управления продольным движением автомобиля в  условиях городского насыщенного транспортного  потока. Устройство управления движением автомобиля содержит измеритель относительной скорости и расстояния между автомобилем и впереди едущим транспортным средством, задатчик опорной дистанции, формирователь разности измеренного расстояния и опорной дистанции, датчик удельной силы, развиваемой двигательно-тормозной системой автомобиля. Совокупность признаков, обеспечивающих достижение..технического..результата: 
- наличие конструктивных элементов в виде измерителей дистанции и относительной скорости, задатчика опорной дистанции, формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции, четырех интеграторов, четырех сумматоров, трех формирователей разности, восьми усилителей, датчика удельной силы и блока управления; 
- наличие связей формирователей разности, усилителей, блока управления, задатчика опорной дистанции и датчика удельной силы между собой и с измерителями расстояния и относительной скорости, а также связи датчика удельной силы с двигательно-тормозной системой..автомобиля. 
         Технический результат от применения заявленного устройства следящего управления продольным движением автомобиля заключается в снижении ошибок слежения по положению, возникающих при слежении автомобиля за впереди едущим транспортным средством.