Исследование и моделирование процессов автоматизированного контроля параметров движения транспортных средств, влияющих на дорожно-транспортные происшествия

Актуальность темы

В мире постоянно увеличивается выпуск транспортных средств (ТС) и в первую очередь автомобилей различного вида. Автомобилизация идет высокими темпами, объем пассажирских и грузовых перевозок постоянно возрастает, создаются все более благоприятные условия для развития автотуризма и отдыха населения. Положительное значение автомобилизации, которая является важной составной частью технического прогресса, бесспорно и очевидно. Но не следует недооценивать и той опасности, которую она в себе заключает. Автомобиль пока еще не удовольствие и окружающая среда не идеальна, особенно в нашей стране с тысячекилометровыми неустроенными дорогами и неизбежными массовыми скоплениями автомобилей в многочисленных городах. Да и владелец автомобиля не идеальный человек, поэтому безопасность автомобиля, как и других транспортных средств, была, есть и будет долгое время основным решающим направлением совершенствования его конструкции, с одной стороны, а с другой — совершенствованием информационных систем оповещения и взаимодействия с окружающей средой. По мере того, как автомобиль все глубже проникает в различные сферы хозяйственной деятельности и быта населения, возрастает угроза увеличения человеческих и материальных потерь, связанных с дорожно-транспортными происшествиями (ДТП).

Также факторы опасности, как превышение скорости, несвоевременная сигнализация торможения, величина тормозного пути и юза, недооценка дистанции, состояние дороги и ряд других пока рассматриваются как отдельные проблемы и соответственно существующие автоматические технические средства, определяющие в отдельности эти факторы, не обеспечивают ни точности, ни быстродействия при принятии решения водителем.

Повышение достоверности информации о факторах опасности и принятие решений, предупреждающих ДТП, является одной из главных проблем не только совершенствования транспортных средств, но и обеспечения жизнедеятельности населения.

Работа выполнялась в рамках государственной программы «Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования» (подпрограмма 2: Научное и научно-методическое обеспечение индустрии образования, раздел 2.1: Учебная техника: приборы и оборудование учебно-научного назначения, подраздел 2.1.2: Создание типовых комплексов оборудования для профилирующих дисциплин высшего профессионального образования: радиотехника, триботехника, электроника и микроэлектроникаавтомобили и автомобильное хозяйствоэлектрооборудование автомобилей и тракторовбиотехнические системы и медицинские аппараты и системыинформационно-измерительная техника и технологииметрология и метрологическое обеспечение).

Объектом исследования данной работы являются процессы автоматизированного контроля параметров движения.

Предметом исследования являются средства автоматизированного контроля параметров движения транспортных средств, влияющих на ДТП.

Цель диссертационной работы: Повышение точности и быстродействия средств контроля параметров торможения ТС, обеспечивающих их безопасность.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— произвести анализ факторов опасности и безопасности системы «движущийся объект-среда» ;

— произвести анализ методов и средств контроля параметров движения ТС, характеризующих процесс торможения;

— разработать новый метод определения параметров торможения ТС, повышающий точность и быстродействие технических средств;

— на базе нового метода разработать имитационную модель и контроллер системы автоматического определения параметров торможения и управления стоп-сигналами;

— на имитационной модели и контроллере провести экспериментальные исследования изменения параметров торможения ТС в зависимости от различных скоростей ТС, вида дороги и типов их покрытия;

— разработать программно-технический комплекс для учебных целей.

Методы и средства исследования. При решении сформулированных задач использовались методы теории моделирования, системного анализа, теории управления, вычислительной и прикладной математики, прикладного программирования.

Достоверность результатов обеспечивается обоснованностью использованных теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задач и согласованностью результатов теоретических исследований с экспериментальными данными.

Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:

— разработан метод автоматического определения параметров торможения ТС, основанный на частотно-импульсном преобразовании информации (ЧИМ) о движении ТС, включающий автоматические определение момента начала торможения и значение тормозного пути, вторая часть которого определяется двойным интегрированием информации с децелерометра;

— в рамках указанного метода разработан способ определения тормозного пути «юзом» ;

— на базе указанного метода разработаны математическая модель (ММ), имитационная компьютерная модель (ИКМ) и программируемый контроллер системы автоматического контроля параметров движения и управления стоп-сигналами ТС;

— на основе исследований системы на имитационной модели разработана модель компенсационной функции (МКФ) выравнивания результатов автоматического измерения параметров торможения и новая имитационная модель с МКФразработан программно-технический комплекс (учебный лабораторный стенд), включающий ИКМ, ИКМ с МКФ и программируемый контроллер и обеспечивающий исследование параметров торможения в широком диапазоне скоростей и ускорений в зависимости от вида дороги и типа покрытийразработана методика исследований параметров торможения на программно-техническом комплексе.

Практическая ценность. Практическую ценность работы составляют: имитационная компьютерная модель определения параметров торможенияимитационная компьютерная модель с МКФконтроллерпрограммно-технический комплекс (учебный лабораторный стенд), включающий компьютерные имитационные модели и контроллерметодика исследования параметров торможения на программно-техническом комплексе.

Научные положения, выносимые на защиту: метод автоматического определения параметров торможения ТС, основанный на ЧИМ и разработанные на его базе математические модели системы контроля параметров движения и управления стоп-сигналами (СКПДиУ) — имитационные компьютерные модели без МКФ и с МКФпрограммируемый контроллер, реализующий СКПДиУпрограммно-технический комплекс (учебный лабораторный стенд), включающий имитационные компьютерные модели и программируемый контроллерметодика исследований параметров торможения на программно-техническом комплексе.

Апробация работы. Материалы работы, ее основные теоретические и практические результаты докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Качество образования на современном этапе развития: концепции и практика» (г.Орел, СГИ, 2002 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы радиоэлектроники» (г.Самара, СГАУ им. С. П. Королева, 2003 г.), Международной научно-технической конференции «Технология-2003» (1У The International Scientific and Technical Conference: Fundamental and applied technological problems of machine building), (г.Орел, ОрелГТУ, 2003 г.), Известия ОрелГТУ — Серия «Проблемы образования» (г.Орел, ОрелГТУ, 2003 г.), Пятой Международной научно-технической конференции «Чкаловские чтения», (г.Егорьевск, ЕАТК ГА им. В. П. Чкалова, 2004 г.), Научно-технической конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» (г.Москва, 2004 г.), Международной научно-практической интернет-конференции «Энергои ресурсосбережение XXI век.» (г.Орел, ОрелГТУ, 2004 г.), Научно-технических конференциях ОрелГТУ 2002;2005г.

Реализация работы. Основные результаты использованы:

— при выполнении НИР (№ 02.2.00 303 607).

— в опытных образцах стендов, демонстрировавшихся на выставке: ВВЦ, г. Москва, 2002 г., где удостоены золотой медали;

— в рабочей документации на ЛУС-1 и ЛУС-2 (соответственно УРКТ.161 413.005 и УРКТ. 161 413.004).

— в учебном процессе на кафедре ПТЭиВС ОрелГТУ.

Публикации. По результатам исследований по теме диссертации опубликовано 8 статей в научных сборниках, получен 1 патент на изобретение и зарегистрирована программа для ЭВМ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 105 наименований, приложений. Основная часть работы изложена на 129 страницах машинописного текста, включая 51 рисунок и 5 таблиц.

Выводы:

— На основе теоретических исследований разработаны: техническая модель (контроллер регистрации тормозного пути и управления стоп-сигналами) — имитационная компьютерная модель системы определения тормозного пути и управления стоп-сигналамиимитационная модель компенсационной функции и имитационная компьютерная модель с имитационной компенсационной моделью.

— Разработан лабораторный учебный стенд (ЛУС СТиРТП), включающий все вышеназванные составные части, изготовлен и испытан в лабораторных условиях (рабочая документация находиться в архиве ОрелГТУ).

— На стенде проведены экспериментальные исследования, обработка результатов которых показала высокую точность измерения тормозного I пути с относительной погрешностью не превышающей 1,2%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. В рамках поставленных задач данная работа является законченной научно-исследовательской работой, в которой решена научно-техническая задача повышения точности определения параметров движения транспортных средств (ТС), характеризующих качество работы тормозных систем и обеспечивающих снижение дорожно-транспортных происшествий.

2. Разработан метод автоматического определения параметров торможения ТС, основанный на частотно-импульсном преобразовании информации (ЧИМ) о движении ТС, включающий автоматическое определение момента начала торможения и значения тормозного пути.

3. В рамках указанного метода разработаны математическая модель (ММ) определения тормозного пути с учетом «юза» и ММ определения величины «юза» .

4. Разработаны имитационные компьютерные модели (ИКМ) системы автоматического контроля параметров движения ТС и ИКМ компенсационной функции выравнивания результатов (МКФ).

5. Разработана ИКМ системы автоматического контроля параметров движения с учетом МКФ.

6. Разработан контроллер для измерения параметров движения ТС.

7. На базе ИКМ, МКФ и контроллера разработан лабораторный учебный стенд с полной конструкторской документацией, изготовлен и испытан.

8. На разработанном учебном стенде по разработанной методике проведены экспериментальные исследования, результаты которых свидетельствуют о повышении точности при контроле параметров движения и возможности приближения значений параметров к теоретическим данным с помощью компенсационной функции с линейно изменяющейся характеристикой. Максимальная относительная погрешность измерения тормозного пути разработанным методом не превышает 1,2%.

9. Результаты исследований защищены патентом РФ на изобретение и зарегистрированной программой для ЭВМ.

10.Опытный образец стенда на выставке «Современная образовательная среда» на ВВЦ (г. Москва) в 2002 г. награжден Золотой медалью.