• 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 »

Полнофункциональная система активной безопасности ИНКА-СПОРТ

25.05.07, Бузников С.Е.

              Проблема безопасности движения автомобильного транспорта является одной из острейших глобальных проблем современного общества и затрагивает интересы практически всех жителей нашей планеты.

              В России интерес к этой проблеме периодически обостряется и знаменуется принятием законодательных актов, финансированием государственных программ, проведением отраслевых мероприятий, месячников и глобальных недель, которые при ближайшем рассмотрении имеют к этой проблеме весьма условное отношение и преследуют какие-то иные цели.

              Ситуация, которая складывается вокруг проблемы безопасности движения, невольно напоминает старинную библейскую притчу, воспринимаемую как анекдот. Суть ее такова. У одного израильского крестьянина от неведомой болезни стали дохнуть куры. Тогда крестьянин обратился за советом и помощью к единственному в деревне эксперту по всем вопросам – раввину. Выслушав крестьянина, раввин на минуту задумался и изрек первую мудрость: “Сын мой! В далекой Испании в давние времена был похожий случай. Тамошние крестьяне, что бы спасти птицу, стали красить заборы их загонов в голубой цвет. Голубой цвет- цвет надежды. Глядя на него куры успокаивались, их надежда на выздоровление усиливалась, а болезнь отступала. Мой тебе совет – крась загон для кур в голубое”.

            Уверовал в мудрость совета крестьянин так и поступил. Однако куры продолжали дохнуть. Узнав об этом, раввин снова задумался на минуту и изрек вторую мудрость: ”Сын мой! В далекой Франции в давние времена был похожий случай. Тамошние крестьяне, что бы спасти птицу стали красить заборы их загонов в белый цвет. Белый цвет- цвет чистоты. Глядя на него куры думают о светлом и чистом и болезнь отступает. Мой тебе совет - крась загон для кур в белое”. Вера в мудрость раввина была велика и крестьянин последовал и этому совету. События повторялись до тех пор, пока огорченный крестьянин не сообщил: ”Раббе! Все куры передохли “. В ответ мудрый раввин огорченно изрек: “Какая жалость, а ведь столько еще было вариантов!”.

             До боли знакомый сюжет с другими действующими лицами и исполнителями периодически повторяется и в наше время с тем лишь отличием, что до ужасного финала дело, к счастью, пока не доходит.

            Размышления о существе проблемы невольно заставляют вспомнить слова великого философа Э. Канта о том, что “в каждой из естественных наук ровно столько истины, сколько есть математики” и обратиться к анализу проблемы именно с позиций современной математики.

            Иные подходы и простые, лежащие на поверхности, решения этой проблемы не являются конструктивными и лежат за пределами понимания вменяемой части общества.

            Ключом к понимаю проблемы и определению наиболее эффективных способов ее решения является системный анализ условий столкновений объекта с препятствиями.

            Анализ условий столкновений показывает, что в общем случае задача предотвращения столкновений является алгоритмически неразрешимой. В обыденном смысле это означает, что неукоснительное соблюдение правил дорожного движения водителем и полная исправность его автомобиля не являются гарантией безопасности на дороге. Достаточным условием предотвращения столкновений является соблюдение правил движения и техническая исправность транспортных средств всех участников движения.

            Множество типовых столкновений, обусловленных ошибками управления и техническими неисправностями управляемого автомобиля строиться в пространстве дискретных переменных: скорости препятствия, ускорения управляемого объекта и непрогнозируемого изменения направления движения управляемого объекта.

         Анализ множества типовых столкновений показывает, что наиболее перспективным направлением решения проблемы, развиваемым ведущими фирмами- производителями автомобилей, является создание различных систем активной безопасности [2, 5] и оснащение ими всего автомобильного парка. Перспективность полнофункциональных систем активной безопасности объясняется тем, что их применение потенциально позволяет предотвратить все 100 типовых столкновений из 100 возможных, в то время как строительство дорог магистрального типа позволяет предотвратить лишь 60 из 100 типовых столкновений.

         Потенциальные возможности финансовых инвестиций в дорожное строительство, соизмеримых с размерами стабилизационного фонда, делает подобные проекты весьма привлекательными для их участников. Астрономические капитальные вложения в строительство новых магистралей в условиях сложившейся транспортной сети больших городов заметны зарубежной общественности и создают впечатление активной деятельности крепких хозяйственников. Однако такое строительство имеет и оборотную сторону.

           Падение рыночной стоимости недвижимости в районах строительства новых магистралей достигает 20 ¸ 25 %, что означает соответствующие потери собственников жилья, которые никто не собирается компенсировать.

           Потоки проклятий в адрес столичного руководства, исходящие от десятков тысяч жителей домов, оказавшихся помимо их воли вблизи новых автомагистралей и испытывающих запредельные воздействия шумов, загазованности воздуха, ночных дорожно-ремонтных работ и д.р., не способствуют снижению социальной напряженности в обществе.

          Учитывая, что в конечном счете речь идет о расходовании средств рядовых налогоплательщиков, такой способ решения проблемы трудно считать удовлетворительным. Математический анализ динамики автомобильных пробок показывает, что использование полнофункциональных систем активной безопасности является одним из факторов снижения остроты проблемы автомобильных пробок в больших городах.

           Известно, что в число основных причин, приводящих к созданию автомобильных пробок, входят неоптимальное управление транспортными потоками, проведение дорожных работ, дорожно-транспортные происшествия и вынужденные остановки транспорта на полосах движения.

             Так, вынужденная остановка автомобиля на одной из двух полос движения сопровождается снижением пропускной способности дороги более, чем в два раза. Снижение частоты ДТП и вынужденных остановок до нулевой отметки оказывается эквивалентным строительству еще одной параллельной магистрали с пропускной способностью, равной исходной. С другой стороны, как показывает опыт, строительство магистралей типа третьего транспортного кольца в Москве не решает проблемы автомобильных пробок, даже в отсутствие светофоров и дорожно-ремонтных работ. Это объясняется тем, что пропускная способность магистралей весьма чувствительна к действию дестабилизирующих факторов, таких как ДТП и вынужденные остановки транспорта.

               Сложность проблемы предотвращения столкновений в научном аспекте определяется тем, что с позиций современной теории управления, автомобиль, как объект управления, характеризуемый вектором переменных состояния, является не полностью наблюдаемым и не полностью 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 предотвращения столкновений в техническом аспекте определяется отсутствием в мировой практике подавляющего большинства датчиков первичной информации [4], 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 предотвращения столкновений в экономическом аспекте определяется тем, что для придания статуса алгоритмической разрешимости задаче предотвращения столкновений необходимо оснащение полнофункциональными 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 (АBS,ASR, ESP и VCS) и стабилизации безопасных дистанций (distronic) превышает не одну тысячу долларов, возможность оснащения ими действующего парка автомобилей представляется весьма проблематичной. Отметим, что число предотвращаемых типовых столкновений этими системами не превышает 22 из 100.

               Как показывают результаты исследования проблемы, ее решение [3] лежит в области интеллектуальных систем, которые строятся на принципах косвенных измерений всех переменных состояния и их динамических границ в минимально возможной конфигурации датчиков первичной информации.

              Разработанная в России компьютерная система активной безопасности ИНКА-СПОРТ позволяет определять ошибки управления и опасные неисправности автомобиля и предотвращать столкновения с препятствиями за счет управляющих воздействий на органы управления, формируемых водителем.

Общий вид блока ИНКА-СПОРТ на приборной панели автомобиля

            Принцип действия системы ИНКА-СПОРТ основан на решении в реальном времени задачи динамической стабилизации [6] координат состояния автомобиля, к которой сводится задача предотвращения столкновений в ее наиболее общей алгоритмически разрешимой постановке.

            Динамические границы координат состояния определяются из достаточных условий предотвращения типовых столкновений структурированного множества, а собственные значения координат состояния определяется путем косвенных измерений с использованием оригинальных математических моделей объекта и алгоритмов решения некорректных задач.

           Так, в частности, достаточным условием предотвращения опрокидываний, недопустимых пробуксовок ведущих колес, сносов передних и заносов задних колес автомобиля на вираже, является выполнение условия , что  скорость центра масс автомобиля меньше минимальной из   граничных скоростей пробуксовки ведущих колес, опрокидывания автомобиля; сноса передних и заноса задних колес на вираже, а так же технических параметров автомобиля, состояния дорожного покрытия и  угол поворота управляемых колес.

          Достаточным условием предотвращения столкновений, обусловленных асимметрией осевых пар колес, разрушением корда шин и проворачиванием шин на ободе, является выполнение условия, что давлений воздуха в шинах находятся в допустимом диапазоне определяемые допустимой асимметрией в осевых парах; условиями разрывов кордов и проворачивания шин на ободе.

            Оценки других переменных состояния автомобиля также определяются из решений соответствующих уравнений косвенных измерений как функций скоростей вращения колес.

           При допущении о том, что определенные группы типовых столкновений возможны лишь в случаях бессознательного состояния водителя, условия их предотвращения сводятся к обнаружению  этих состояний и формированию пробуждающих воздействий до тех пор, пока состояние водителя не измениться.

            К числу таких типовых столкновений относятся:

  • столкновения со встречными препятствиями на полосах встречного движения;
  • столкновения с неподвижными и попутными препятствиями при неотрицательном ускорении управляемого автомобиля;
  • столкновения с препятствиями из–за непрогнозируемого изменения направления движения.

            Идентификация состояния водителя основана на эффекте снижения его двигательной активности в тех случаях, когда водитель засыпает за рулем. Для решения этой задачи используются оценки производных управляющих воздействий на акселератор, тормоза и коробку переключения передач.

            В число предотвращаемых системой столкновений управляемого автомобиля входят столкновения, обусловленные следующими ошибками управления и техническими неисправностями автомобиля.

К рассматриваемым ошибкам управления относятся:

  • ошибки выбора скорости движения на виражах, которые могут приводить к опрокидываниям или к непрогнозируемым изменениям направления движения из-за сноса передних или заноса задних колес автомобиля;
  • ошибки выбора скорости движения в условиях ограниченной дальности обнаружения неподвижных препятствий;
  • ошибки выбора скорости движения на скользких покрытиях, включая режим аквапланирования [1], которые могут приводить к непрогнозируемым изменениям направления движения из-за недопустимых пробуксовок ведущих колес, либо из-за потери управляемости передних колес;
  • ошибки выбора скорости движения с колесом уменьшенного диаметра (докаткой), установленным в передней или задней паре колес, которые могут приводить к непрогнозируемым изменениям направления движения при торможении;
  • ошибки выбора дистанции между попутными транспортными средствами, которые могут приводить к столкновениям с попутными транспортными средствами;
  • ошибки выбора управляющих воздействий на дроссельную заслонку двигателя или тормозную систему, которые могут приводить к непрогнозируемым изменениям направления движения из-за недопустимых блокировок или пробуксовок колес при торможениях или разгонах;
  • ошибки выбора скорости движения, превышающей скорость разрыва корда шины, которые могут приводить к непрогнозируемым изменениям направления движения.

К рассматриваемым техническим неисправностям автомобиля относятся:

  • асимметрия колесных пар, возникающая в результате недопустимой разности давлений в парах шин передних или задних колес;
  • разрушение шины в результате разрыва корда или проворачивания шины на ободе;
  • отсоединение колес от ступиц в результате отворачивания крепежных соединений или разрушения подшипников;
  • разрушение подвески или рулевого управления в результате недопустимых износов шарнирных соединений;
  • снижение эффективности колесных тормозов в результате потери герметичности тормозной системой, загрязнения рабочих поверхностей тормозов или заклинивания поршней тормозных цилиндров;
  • снижение сил трения скольжения колес, отслоение протектора и разрушение корда в результате превышения допустимой температуры перегрева шин;
  • неисправности двигателя, сопровождающиеся снижением развиваемой мощности и приводящие к вынужденным остановкам;
  • неисправности топливной системы или двигателя, сопровождающиеся увеличением расхода топлива и приводящие к вынужденным остановкам.

          Своевременное обнаружение опасных состояний позволяет сформировать управляющие воздействия, препятствующие возникновению опасных состояний и предотвратить возможность столкновения с препятствиями.

           В состав технических средств ИНКА-СПОРТ входят четыре датчика первичной информации индукционного типа, устанавливаемых на ободах колес и тормозных щитах, кабель связи и блок обработки информации, который содержит однокристальный компьютер, жидко-кристаллический индикатор (ЖКИ) с многорежимными клавишами управления.

   

Обозначения основных элементов :

1-     шина;

2-     обод;

3-     тормозной щит ;

4-     тормозной диск;

5-     поворотная цапфа колеса;

6-     индукционный датчик на кронштейне;

7-     постоянный магнит;

8-     ступица колеса;

9-     болт крепления колеса.

                         Поперечный разрез по колесу передней подвески

  • Датчики устанавливаются на каждом колесе автомобиля, включая запасное.
  • Датчики состоят из двух диаметрально расположенных постоянных магнитов, наклеиваемых внутри обода и индукционной катушки, устанавливаемой на тормозном щите при помощи специального кронштейна.
  • Кабель связи осуществляет коммутацию датчиков с блоком обработки и отображения информации.

   

Блок обработки и отображения информации ИНКА-СПОРТ

Обозначения основных элементов:

1-      ЖКИ для отображения переменных состояния;

2-      светодиодные индикаторы опасных состояний;

3-многорежимные клавиши ввода данных и управления.

  • Блок обработки и отображения информации ИНКА-СПОРТ устанавливается на приборной панели в удобном для водителя месте и подключается к бортовой сети автомобиля с помощью соединителя, устанавливаемого в гнезде прикуривателя.
  • Датчики ИНКА-системы подключаются к блоку обработки и отображения информации по специальной схеме, что позволяет полностью подавить электромагнитные помехи от распределителя зажигания.
  • Датчики ИНКА-системы не подвержены влиянию изменения температуры, загрязнений, влаги, вибраций и других факторов. Срок их службы практически не ограничен.
  • Датчики ИНКА-системы не требуют технического обслуживания, настроек и регулировок.

ИНКА-система активной безопасности предусматривает реализацию следующих функций:

  • косвенные измерения координат состояния и их индикация по запросам водителя;
  • вычисление динамических границ, сравнение их с текущими значениями координат состояния и индикация возникновения опасных режимов;
  • диагностика состояния датчиков и компенсация влияния их неисправностей;
  • настройка на индивидуальные характеристики автомобиля и водителя;
  • идентификация состояния органов управления;
  • идентификация предельных сил сцепления колес;
  • идентификация состояния водителя и формирование сигналов пробуждения в случае необходимости.

            В качестве физических переменных, характеризующих состояние автомобиля, которые определяются по значениям частот вращения колес, рассматриваются  переменные, определяемые из достаточных условий предотвращения столкновений, обусловленных приведенными ошибками управления и техническими неисправностями.

В число вычисляемых граничных значений физических переменных входят:

·       граничная дистанция до попутного автомобиля;

·       граничная дистанция до полной остановки;

·       модуль граничного угла поворота управляемых колес;

·       верхняя граница скорости, задаваемая с учетом установленных правилами дорожного движения ограничений скорости в населенных пунктах, вне населенных пунктов и на автомагистралях ;

·       верхняя граница скорости разрыва корда шины с учетом значений износов кордов, давлений и марки шины;

·       верхняя граница скорости пробуксовки ведущих колес, определяемая с учетом параметров автомобиля и дорожного покрытия;

·       верхняя граница безопасной скорости прохождения виража, определяемая как минимальная из скоростей заноса задних колес, сноса передних колес и скорости опрокидывания автомобиля;

·       верхняя граница безопасной скорости движения с установленным запасным колесом (докаткой) уменьшенного диаметра;

·       верхняя граница безопасной скорости движения, определяемая дополнительными углами развала колес;

·       верхние  и нижние границы давлений в шине, определяемые из условий асимметрии, разрушения корда и проворачивания шины на ободе;

·       граничное значение температуры перегрева шин;

·       граничное значение модуля скорости продольных скольжений колес.

            Граничные значения физических переменных определяют уровни, соблюдение которых обуславливает безопасное состояние автомобиля.

            Технические характеристики ИНКА-системы активной безопасности:

1.     Общее число измеряемых переменных                                          - 64.

2.     Общее число вычисляемых динамических границ                       - 23.

3.     Число датчиков первичной информации                                      - 4.

4.     Относительная погрешность по переменным,%                           - (0.1 - 5)

5.     Диапазон скоростей автомобиля , км/ч                                         - (4 -410)

6.     Потребляемая мощность от бортовой сети, Вт                             - не более 1.

7.     Диапазон напряжения бортовой сети, В                                        -(9 -15).

8.     Температурный диапазон эксплуатации системы, град С           - (-40  +60).

9.     Общая масса технических средств, включая датчики, кабель связи, блок обработки и отображения информации, кг                                           - не более 0.5.

           ИНКА-система активной безопасности в базовой конфигурации предназначена для эксплуатации на легковых автомобилях зарубежного и российского производства без ограничений по моделям и году выпуска.

            Установка ИНКА-системы активной безопасности на автомобиль не требует внесения изменений в конструкцию его агрегатов.

          ИНКА-система активной безопасности позволяет владельцу автомобиля:

·       избежать аварий, которые могут происходить из-за технических неисправностей и ошибок управления;

·       уменьшить износ шин и снизить расход горючего;

·       своевременно обнаруживать неисправности тормозов, шин, рулевого управления и подвески;

·       сократить расходы на диагностику неисправностей и их устранение;

·       постоянно совершенствовать стиль вождения в изменяющихся дорожных условиях;

·       сохранить автомобиль и средства на его восстановительный ремонт.

         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 числа 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 постановке.

          Относительно низкая стоимость комплекта ИНКА –системы порядка 5000 - 6000 рублей и отсутствии ограничений по установке датчиков позволяют оснащать ими все модели автомобилей, включая старые автомобили низшей ценовой категории.

          В заключение отметим, что оснащение автомобиля полнофункциональной системой активной безопасности эквивалентно постоянному присутствию в салоне автомобиля настоящего эксперта по контраварийной подготовке с огромным опытом и развитой интуицией.

           Отличие заключается в том, что электронный эксперт не устает, не ворчит, не капризничает и не требует постоянных гонораров, а его подсказки не имеют ничего общего со скучными наставлениями. Хозяином положения по-прежнему остается водитель и желания отключить электронного эксперта у него не возникает.

            На первый взгляд, трудно представить себя в роли противников безусловного улучшения ситуации с безопасностью движения. Более пристальный взгляд на проблему позволяет предположить, что в обществе могут проявлять себя достаточно влиятельные силы, для которых декларируемые цели не всегда совпадают с истинными. Это относиться к корпоративным интересам полулегального автобизнеса и к личным интересам отдельных работников автоинспекции, не заинтересованных в сужении поля деятельности, приносящей недекларируемые доходы.

            Учитывая, что деградация общества под действием современных СМИ больше напоминает сегодня не процесс, а результат, авторам трудно прогнозировать дальнейшую судьбу этой разработки. Однако фактом является то, что мощное средство реального решения проблемы безопасности движения сегодня становиться доступным для общества. Другой вопрос как общество им воспользуется или сделает вид, что ничего не изменилось.

 

Литература

1.     Бакфиш К., Хайнц Д., Новая книга о шинах. – М.: ООО «Издательство Астрель», 2003.- 303 с.

2.     Бишоп Р., Дорф Р. Современные системы управления. Пер.с англ. Копылова Б.И. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2002 – 832 с.

3.     Бузников С.Е. Принципы построения рекордных автомобильных систем активной безопасности. Труды XIV Международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем» - М.: Изд-во ИПУ РАН, 2006. – С. 506 –507.

4.     Бузников С.Е. Современное состояние  и перспективы развития автомобильных систем мониторинга давлений в шинах. Электронный журнал «Исследовано в России», 257, С. 2767–2776, 2004. http://zhurnal, ape.relarn/ru/articles/2004/257.pdf.

5.     Бузников С.Е., Елкин Д.С. Компьютерная система активной безопасности автомобиля ИНКА – ПЛЮС.// http:// www.12v-club.ru/articles/6/114/index.html, 07.09.2004.

6.     Бузников С.Е., Елкин Д.С. Задача динамической стабилизации давлений в шинах. Электронный журнал «Исследовано в России», 013, С. 118-127, 2007. http//zhurnal. ape.relarn. articles/2007/013.pdf.

 


Обсудить в форуме 

Материалы по теме
Статьи:Новости:
 Компьютерная система активной безопасности автомобиля ИНКА-ПЛЮС .
 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