• Форум  
 • Автозвук 
    Автомагнитолы 
    MP3 ресиверы 
    Усилители 
    Антенны 
    Коаксиальная акустика 
    Компонентная акустика 
    Сабвуферы 
    CD-чейнджеры 
    MD ресиверы 
 • Защита от угона 
    Автосигнализации 
    Датчики 
    Пейджеры 
    Иммобилайзеры 
    Замки 
    Сирены 
    Модули и блоки 
    Брелки 
 • GPS навигация 
    Навигационные системы 
 • Телефония и авто 
    Громкая связь 
 • Автоэлектрика 
    Диагностика 
    Ксенон 
    Парктроники 
    Дополнительная оптика 
    Преобразователи напряжения 
    Автомобильные люки 
    Аксессуары 
 • Юмор 
 • Видео 
    LCD мониторы и ТВ 
    Ресиверы с монитором 
    DVD-ресиверы 
    Видеомагнитофоны 
    AV-мастеры 
    DVD-чейнджеры 
    ТВ-тюнеры 
 • Инсталляции 
 • Интересные ссылки 
 • Интересные статьи 


Статьи

Статьи » Автоэлектрика »

Компьютерная система активной безопасности автомобиля ИНКА-ПЛЮС .

07.09.04, Бузников С.Е.

Проблема безопасности движения автомобильного транспорта относиться к весьма ограниченному множеству действительно глобальных проблем, непосредственно затрагивающих интересы практически всех членов современного общества, и сохраняет мировой уровень значимости, как в настоящем, так и в обозримом будущем.

Только в России, с ее весьма скромным по мировым меркам автопарком порядка 25 млн. автомобилей, в ДТП ежегодно погибает более 35 тысяч человек , более 200 тыс. получают ранения , а ущерб от более, чем 2 млн. регистрируемых ГИБДД ДТП достигает астрономических размеров.

Ожидать сколь - нибудь заметных позитивных изменений столь катастрофического состояния проблемы можно лишь при сосредоточении усилий общества на всех направлениях ее решения, определяемых по результатам содержательного системного анализа.

По существу, решение проблемы безопасности движения сводиться к решению двух независимых друг от друга задач:

  • задачи предотвращения столкновений ;
  • задачи снижения тяжести последствий столкновения, если предотвратить его не удалось.

Вторая задача решается исключительно с помощью средств пассивной безопасности, таких как ремни и подушки безопасности ( фронтальные и боковые) , дуги безопасности , устанавливаемые в салоне автомобиля и применения конструкций кузовов с программируемой деформацией силовых элементов .

Для решения первой задачи требуется анализ математических условий столкновений, формирование структурированного множества типовых столкновений, включающего все потенциально возможные столкновения и определение условий их предотвращения в терминах координат состояния объекта и их динамических границ.

Анализ множества типовых столкновений, содержащего 90 столкновений с препятствиями и 10 типовых опрокидываний, показывает, что направлениями ее решения являются:

  • строительство односторонних многополосных дорог магистрального типа, что позволяет исключить столкновения со встречными и неподвижными препятствиями, а так же с препятствиями , движущимися по пересекающимся направлениям одного уровня;
  • информационное оснащение действующей сети автодорог оперативными сведениями об опасных участках;
  • организация эффективного контроля за соблюдением ПДД силами ГИБДД;
  • оснащение автомобильного парка многофункциональными системами активной безопасности.

Следует отметить, что создание систем активной безопасности и оснащение ими автопарка является одним из наиболее перспективных направлений, сложившихся в ведущих развитых странах, и представляет собой актуальную прикладную проблему , решение которой в настоящее время далеко от завершения . Перспективность систем активной безопасности объясняется тем, что их применение потенциально позволяет предотвратить более 70 типовых столкновений из 100, в то время как строительство дорог магистрального типа позволяет предотвратить 60 из 100 типовых столкновений.

Сложность проблемы в научном аспекте определяется тем, что с позиций современной теории управления , автомобиль , как объект управления , характеризуемый вектором переменных состояния , является неполностью наблюдаемым и неполностью управляемым в движении , а задача предотвращения столкновений в общем случае относится к алгоритмически неразрешимым из-за непрогнозируемых изменений направления движения препятствий.

Это обстоятельство создает практически непреодолимые трудности при построении полнофункциональных автопилотов для автомобилей не только в настоящем , но и в обозримом будущем.

Кроме того, решение задачи динамической стабилизации координат состояния, к которой сводиться задача предотвращения столкновений в ее наиболее полной алгоритмически разрешимой постановке, характеризуется как неопределенностью большинства динамических границ переменных состояния, так и их возможными перекрытиями.

Сложность проблемы в техническом аспекте определяется отсутствием в мировой практике подавляющего большинства датчиков первичной информации, необходимых для измерения координат состояния и их динамических границ, а применение существующих ограничивается их высокой стоимостью, тяжелыми условиями эксплуатации, высоким энергопотреблением, низкой помехозащищенностью и трудностями размещения на автомобиле.

Сложность проблемы в экономическом аспекте определяется тем, что для придания статуса алгоритмической разрешимости задаче предотвращения столкновений необходимо оснащение многофункциональными системами активной безопасности всего автопарка, включая старые автомобили низших ценовых категорий . Учитывая , что стоимость ядра аппаратных средств, включая датчики и исполнительные устройства, наиболее распространенных зарубежных систем стабилизации продольных и поперечных скольжений колес (АБС,ПБС, ESP и VCS ) превышает тысячу долларов, возможность оснащения ими действующего парка автомобилей представляется весьма проблематичной . Отметим, что число предотвращаемых типовых столкновений этими системами не превышает 20 из 100.

Проведенные исследования показывают, что для решения задачи динамической стабилизации в полном объеме требуется измерение следующего набора переменных и их динамических границ:

  • дистанций до попутных автомобилей;
  • дистанции необходимой для полной остановки;
  • скоростей и ускорений колес;
  • скоростей и ускорений центра масс автомобиля;
  • скоростей и ускорений продольных и поперечных скольжений колес ;
  • углов поворота и схождения управляемых колес;
  • давлений воздуха в шинах;
  • износов кордов шин;
  • температур перегрева шин , характеризующих интенсивность износа протекторов;
  • дополнительных углов развала колес, возникающих при самопроизвольном или умышленном отворачивании крепежных болтов.

Как показывают результаты исследования проблемы, ее решение лежит в области интеллектуальных систем, которые строятся на принципах косвенных измерений всех приведенных выше переменных состояния и их динамических границ в минимально возможной конфигурации датчиков первичной информации.

Высокоточные косвенные измерения оказываются возможными лишь с применением оригинальных математических моделей и алгоритмов решения некорректных задач.

Естественно , что для технической реализации таких систем необходимо использование современной компьютерной техники и средств отображения информации, стоимость и функциональные возможности которых, подчинясь известному закону Мура “ удваивают свои возможности и вдвое снижаются в цене каждые 18 месяцев “, что создает условия для заметного снижения стоимости аппаратных средств данного типа систем.

Следует отметить, что уже сегодня разработаны отечественные многофункциональные системы активной безопасности предусматривающие индикацию водителю информации о приближении к границам опасных режимов, а собственно управление тормозами, акселератором , трансмиссией и рулевым колесом выполняется водителем .

Цены на такие системы сегодня не превышают 150-250 долларов США в зависимости от объемов функций, их установка на автомобили не вызывает затруднений, что снижает остроту экономического аспекта проблемы для автомобилей низшей ценовой категории .

Для автомобилей средней ценовой категории автоматическое выполнение некоторых функций , например стабилизации продольных скольжений колес, требует дополнительных исполнительных устройств ( управляемых гидроклапанов, гидронасосов и др) , что, естественно, заметно увеличивает цены на системы этого класса .

Для автомобилей высокой ценовой категории может предусматриваться автоматическое выполнение большинства функций управления за счет введения в состав системы датчиков дистанций, состояния внешней среды и др.

Общими функциями для интеллектуальных систем активной безопасности различных ценовых категорий являются косвенные измерения координат состояния и их динамических границ, а также индикация приближения к границам опасных режимов. Выбор уровня автоматизации управления и необходимой для этого конфигурации технических средств остается в этом случае за владельцем автомобиля любой ценовой категории.

В качестве примера интеллектуальной системы активной безопасности рассмотрим отечественную компьютерную систему ИНКА –ПЛЮС.

Технические решения , положенное в основу ИНКА- системы , запатентованы в России, зарегистрированы во Всемирной организации интеллектуальной собственности (WIPO).

К числу основных функций ИНКА- системы относятся:

  • измерение разностей давлений в парах шин и индикация их отклонений от номиналов ;
  • индикация скоростей вращения колес и индикация блокировок и пробуксовок колес;
  • измерение и индикация дополнительных углов развала колес.

В состав ИНКА- системы входят:

  • блок обработки и индикации информации (ИНКА- ПЛЮС) , устанавливаемый на приборной панели ( фото1 ) в удобном для водителя месте;
  • датчики первичной информации индукционого типа , измеряющие приращения углов поворота колес ( фото 2);
  • кабеля связи, выполняющие коммутацию датчиков с блоком обработки и индикации информации ;
  • соединителя питания блока ИНКА-ПЛЮС , подключенного в штатное гнездо прикуривателя ;

Фото1 блок обработки и индикации ИНКА-ПЛЮС

Фото2 датчик индукционного типа

Датчики ИНКА- системы состоят из двух диаметрально расположенных постоянных магнитов, наклеиваемых внутри обода и индукционной катушки, устанавливаемой на тормозном щите с помощью кронштейна.

Датчики ИНКА-системы не подвержены влиянию температур в диапазоне –40+120 град С, загрязнений, вибраций, влаги и других реальных факторов. Срок их службы практически не ограничен, а их установка не требует внесения изменений в конструкцию агрегатов автомобиля.

Датчики ИНКА-системы подключены к блоку обработки и индикации информации по токовой схеме, что позволяет полностью подавить электромагнитные помехи от распределителя зажигания и других источников помех.

Датчики ИНКА-системы не требуют подключения к источнику питания и не нуждаются в повторных настройках, регулировках и техническом обслуживании в процессе эксплуатации .

На лицевой панели блока ИНКА-ПЛЮС выведены 4 группы по 3 светодиода в каждой, расположение групп светодиодов соответствует расположению колес автомобиля ( вид сверху)

Верхний светодиод зеленого свечения служит для индикации нормального уровня давления в шине. При отклонении от номинала на 0.25 –0.35 бара верхний светодиод мигает с частой 1 Гц .

Средний светодиод красного свечения служит для индикации отклонения давления от номинала . При отклонении давления от номинала в диапазоне 0.35- 0.45 бар предусматривается мигание с частотой 1Гц, при отклонении более 0.45 бар-постоянное свечение красного светодиода. Нижний светодиод группы зеленого свечения предназначен для отображения сигналов с датчиков первичной информации.

Кнопка настройки, расположена на торцевой поверхности блока ИНКА-ПЛЮС и предназначена для активации режима настройки косвенных измерений давлений.

Принцип действия ИНКА-системы основан на прецизионном измерении разностей частот вращения колес автомобиля , возникающих при снижении давления в одном из колес пары и соответствующем изменении статического радиуса этого колеса.

Экспериментально установлено , что для шин со статическими радиусами , порядка 280- 320 мм, изменение давления на 1 бар сопровождается изменением статического радиуса шины примерно на 1 мм.

Точность измерения разностей давления в парах колес не зависит от скорости движения автомобиля и состояния дорожного покрытия.

Возможные искажения, возникающие при скольжениях колес и при движении на виражах, обнаруживается алгоритмически и не влияют на результаты измерений.

Необходимость настройки системы может возникать в следующих случаях:

  • при замене или перестановке колес;
  • при изменении номиналов давлений ;
  • при индикации ненулевых отклонений от номиналов в результате различного износа шин в парах колес.

Режим настройки активируется нажатием кнопки настройки при включенном питании и выполняется полностью автоматически . Завершение цикла настройки отображается на красном индикаторе правого заднего колеса при его включении на интервале 1 секунда .Номинальные значения давлений в шинах устанавливаются водителем на холодных шинах обычным образом . Индикация блокировок и пробуксовок колес выполняется с помощью светодиодов состояния датчиков колес. Блокировка колеса сопровождается пропаданием свечения на соответствующем светодиоде, пробуксовка колеса на скоростях менее 20 км/ч сопровождается появлением свечения на светодиоде буксующего колеса.

Увеличение несоосности датчика и магнитов, соответствующая увеличению углов дополнительного развала колес, сопровождается возрастанием скорости , на которой возникает свечение светодиода состояния датчика колеса.

В таблице 1 приведены технические характеристики системы ИНКА-ПЛЮС.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ИНКА-СИСТЕМ табл 1

Диапазон измерения давлений , бар

0- 2.5

Относительная погрешность , %

менее 5

Диапазон скоростей автомобиля , км/ч

от 4 до 410

Потребляемая мощность от сети , Вт

менее 1

Напряжение бортовой сети , B

от 9 до 15

Масса комплекта , кг

менее 0.5

В таблице 2 приведены сравнительные характеристики зарубежных систем аналогичного назначения, принцип действия которых основан на непосредственном измерении давлений в полости шин и передаче информации по радиоканалу .

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ табл 2

Модель системы

Ограничения на типы шин

Трудоемкость

монтажа

Срок эксплуатации

Скорость мин. км/ч

Скорость макс км/ч

Цена

$

Демонтаж колес

Балансирв-ка колес

Michelin Zero Pressure

(Франция)

Бескамерные шины без металло-корда

требуется

требуется

Ограничен ресурсом источников питания датчиков

0

150

400

Tire Monitors

(Тайвань)

Бескамерные шины без металло-корда

требуется

требуется

Ограничен ресурсом источников питания датчиков

0

150

200

RoadSnoop

(Финлян-дия)

Бескамерные шины без металло-корда

требуется

требуется

Ограничен ресурсом источников питания датчиков

20

250

300

ИНКА-

ПЛЮС

(Россия)

Шины одной модели

не требуется

не требуется

нет ограничений

4

410

150

Применение беспроводной схемы передачи данных по радиоканалу в рассматриваемых системах ограничивает их применение шинами без металлокорда , являющегося экраном для радиоволн , а конструкция датчика давления размещенного на ободе внутри шины, ограничивает применение этих систем для камерных шин . Величины перегрузок, действующих на элементы конструкции датчика и элементы питания при вращении колеса превосходят 250 g на скоростях более 144 км/ч . Отметим, что перегрузки в 200 g отмечаются при падении самолетов со скоростью 720 км/ч и образовании в местах падения воронки глубиной 10 м . При этом стрелки приборов пробивают циферблаты и тем самым сохраняют показания приборов в момент касания земли самолетом.

Масса датчиков давления этих систем составляет 20 - 40 грамм, что требует дополнительной балансировки колес, а для их установки внутри обода необходим демонтаж колеса . К этому следует добавить ограниченный ресурс источников питания датчиков, который значительно снижается при низких и высоких температурах.

Для ИНКА –систем отсутствуют ограничения по типам шин , необходимости демонтажа и дополнительной балансировки колес, по сроку эксплуатации , что определяется использованием датчиков индукционного типа , проводной линии связи и схемы расположения магнитов на ободе колеса.

Идеология построения ИНКА- систем допускает наращивание функций косвенных измерений переменных состояния и их динамических границ программным путем без увеличения количества датчиков первичной информации , что обеспечивает как полную наблюдаемость и управляемость объекта в движении, так и решение задачи предотвращения столкновений в ее наиболее полной алгоритмически разрешимой постановкe. Относительно низкая стоимость комплекта ИНКА –системы и отсутствие ограничений по установке датчиков позволяют оснащать ими все модели автомобилей, включая автомобили низших ценовых категорий .

Бузников С.Е., Елкин Д.С. mail-to inkaplus@yandex.ru


Обсудить в форуме 

Материалы по теме
Статьи:Новости:
 Полнофункциональная система активной безопасности ИНКА-СПОРТ
 Установка ксенона. Зачем?
 Прогрев двигателя
 Летающий внедорожник
 «Солнечный» кондиционер
 Автомобили будут работать на кинетической энергии



© 2003 Клуб 12 вольт. При использовании материалов сайта гиперссылка на "Клуб 12 вольт" обязательна.
По вопросам рекламы обращайтесь на info@12v-club.ru
Разработка сайта, продвижение сайта: Студия «Индико»
Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru