Анализ управляемого движения автомобиля в системе "ВОДИТЕЛЬ-АВТОМОБИЛЬ-ДОРОГА" математическими методами

• Автор: Долгов, Иван Алексеевич
• Шифр специальности: 05.05.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 214 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1Л Предмет исследования
1.2 Обзор теоретических и экспериментальных исследований 12 управляемого движения автомобиля
1.3 Постановка проблемы
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АППАРАТ ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ 32 МОДЕЛИ УПРАВЛЯЕМОГО КУРСОВОГО ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ТИПОВОГО МАНЕВРА
2.1 Алгоритм оптимального управления курсовым движением 32 автомобиля по направляющей точке
2.2 Передаточная функция «опорной» модели автомобиля
2.3 «Жесткое» управление движения автомобиля по заданной 70 траектории и по заданному углу поворота управляемых колес
3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕ- 78 ЛИ СИСТЕМЫ «ВОДИТЕЛЬ-АВТОМОБИЛЬ-ДОРОГА» НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Общий план идентификации параметров математической 78 модели системы «ВОДИТЕЛЬ-АВТОМОБИЛЬ-ДОРОГА»
3.2 Экспериментальные исследования на базе автомобиля- 81 лаборатории
3.3 Экспериментальные исследования на автомобиле методом 88 видеосъёмки
3.4 Экспериментальные исследования на автобусном тренажере
4. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНЫХ ХА- 101 РАКТЕРИСТИК УПРАВЛЕНИЯ С ЦЕЛЬЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ И ЛЕГКОСТИ УПРАВЛЕНИЯ
4.1 Общий план исследования управляемого движения
4.2 Исследования управляемого движения на основе аналитических 109 алгоритмов
4.3 Исследования управляемого движения на основе прямого моде- 115 лирования
4.4 Исследования управляемого движения при действии внешних 123 возмущающих сил
4.5 Выбор критерия качества управляемого движения
4.6 Возможные направления использования расчетных исследований
5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
6. ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Справка о внедрении
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Тексты программ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Ведущей тенденцией современного автомобилестроения является повышение безопасности автомобиля. Одной из важнейших характеристик автомобиля является его активная безопасность, понимаемая как совокупность свойств автомобиля, уменьшающих вероятность возникновения дорожно-транспортных происшествий. В числе этих характеристик одно из первых мест занимают устойчивость и управляемость.
Улучшение устойчивости и управляемости ведется по двум направлениям:
1) Оптимизация параметров автомобиля с учетом возможностей оператора (водителя).
2) Внедрение технических устройств, выполняющих те или иные действия по управлению движением автомобиля.
Оба направления связаны с изучением закономерностей управляемого движения. Хотя такое понимание разделяется всеми исследователями, теоретический базис в этой области теории автомобиля далек от завершенности.
Возможности повышения активной безопасности за счет рационального выбора параметров при неизменных классических конструктивных схемах, включая улучшенную схему подвески и привода, в значительной мере уже исчерпываются. Резерв повышения активной безопасности имеется в использовании на автомобиле специализированных автоматизированных систем управления курсовым движением, действующим параллельно с традиционными способами управления.
Цель работы
Целью работы является разработка алгоритмов действия систем управления курсовым движением автомобиля.
Задачи работы
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
1) Формирование математической структуры, описывающей целостную систему «ВОДИТЕЛЬ-ЛВТОМОБИЛЬ-ДОРОГА», на основе принятия общей гипотезы о закономерностях её функционирования при выполнении автомобилем желаемого или вынужденного маневра по изменению траектории движения.

2) Проведение натурного лабораторного исследования поведения водителя в условиях выполнения маневра с целью получения информации о свойствах замкнутой системы «ВОДИТЕЛЬ-АВТОМОБИЛЬ-ДОРОГА».
3) Проведение расчетных экспериментов с использованием разработанной модели системы «ВОДИТЕЛЬ-АВТОМОБИЛЬ-ДОРОГА» для определения потенциальных возможностей этой системы для улучшения показателей устойчивости и управляемости легкового автомобиля.
4) Обоснование формата представления закона управления, который должен генерироваться ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ АВТОМОБИЛЯ в концепции самоуправляемого автомобиля
Методы исследования
Для решения поставленных задач использованы в комплексе различные методы: математическое моделирование механических объектов, аналитические и численные методы анализа, включая методы оптимизации динамических систем по заданным критериям. Для качественного изучения поведения автомобиля и водителя при выполнении маневра использовался натурный эксперимент на специальном полномасштабном лабораторном стенде (автобус-тренажер), имитирующем управление автомобилем с участием реального человека-оператора (водителя). Кроме этого проводились натурные исследования в дорожных условиях на автомобиле, оборудованном датчиками ускорения и датчиком угла поворота рулевого колеса. В этом эксперименте удалось синхронизировать траекторные параметры движения автомобиля с процессом управления при выполнении маневра. Наглядная информация об этих процессах была получена так же с использованием оригинальной методики видеосъёмки с последующей компьютерной обработкой эксперимента.
Теоретические исследования проводились на основе фундаментальных положений теоретической механики и теории автомобиля. Реализация разработанной методики осуществлялась с использованием пакета прикладных программ МАТНСАО.

Простейшая одноконтурная схема системы автоматического регулирования курсового движения показана на рис. 2.1.2.
Рис. 2.1.2 Простейшая одноконтурная схема Здесь:
у0 - заданная или желаемая траектория автомобиля,
Ау=уо~у - отклонение от заданной траектории,
Нв - передаточная характеристика водителя (или автомата). Передаточная характеристика разомкнутой системы
Нр = НвА].
Передаточная характеристика замкнутой системы определяется равенствами
У = НзУа =Нп{Уй~у), (2.1.8)
откуда
н,=-^-
1 +Нр'1 -ну (2л'9)
Передаточная характеристика водителя
НВ=НрА1. (2.1.10)
Угол поворота управляемых колес
Р — А у — А3А{ у0' (2 111)
Но прежде, чем строить и исследовать систему автоматического регулирования, надо найти «оптимальную» передаточную характеристику, наилучшую в некотором определенном смысле, например, для замкнутой системы.