Разработка и исследование математической модели человеко-машинной системы "водитель - транспортное средство - внешняя среда"

• Автор: Шмаков, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 146 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Анализ методов испытаний транспортных средств в части воздействий на человека-оператора в экстремальных ситуациях

1.1 .Состояние вопроса

1.2. Структурное представление системы водитель - транспортное средство - внешняя среда

1.3. Классификация человеко-машинных систем

1.4. Методы и средства проведения испытаний транспортных

средств с манекеном

1.5. Постановка задач

Глава 2. Анализ антропометрических данных человека-оператора в транспортной человеко-машинной системе
2.1. Постановка задач
2.2. Физиологические особенности человека-оператора
2.3. Экзоскелетоны
2.4. Анализ воздействий на водителя в экстремальных ситуациях
2.5. Выводы
Глава 3. Кинематическая модель водителя
3.1. Постановка задач
3.2. Многозвенная статическая модель водителя с жесткими звеньями
3.3. Пространственная модель водителя как исполнительного механизма с древовидной кинематической структурой
3.4. Многозвенная модель водителя с учетом жесткости частей тела водителя
3.5. Выводы
Глава 4. Исследование транспортной человеко-машинной системы
4.1. Постановка задач
4.2. Анализ физиологических особенностей двигательных

функций локтевого сустава
4.3. Математическая модель локтевого сустава как многоре- 97 жимного привода
4.4. Структурная схема плечевого пояса водителя как трехзвен- 106 ного механизма
4.5. Анализ динамики мышечного привода в характерных 112 режимах.
4.6. Выводы и результаты
Заключение
Список литературы
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Мехатронный подход к описанию и исследованию человеко-машинных систем привлекает все большее внимание разработчиков. Одним из процессов, относящихся к поведению человека в ЧМС является управление водителем транспортным средством при движении по трассе. Здесь взаимодействует между собой следующие подсистемы: 1) трасса - транспортное средство при движении и в статике; 2) транспортное средство - водитель транспортного средства; 3) водитель - транспортное средство. Последняя составляющая отражает активное воздействие водителя на органы управления транспортного средства, изменяющее параметры движения. В целом это мехатронная полуавтоматическая система управления с замыканием главной обратной связи через оператора. В настоящей работе под человеко-машинной системой понимается совокупность взаимодействующих объектов: трасса - транспортное средство - водитель. Водитель (человек-оператор) в этой системе рассматривается как динамическое звено в системе управления, работающий в режиме управления и воспринимающий возмущения со стороны движущегося объекта.
Возрастающая сложность задач управления техническим системами с человеком-оператором в контуре управления требует учета его особенностей и характеристик, как динамического звена СУ. Среди первых мехатронных ЧМС следует выделить системы для работы в агрессивных средах и с радиоактивными элементами элементами вида: оператор - копирующий манипулятор - объект манипулирования. Большой вклад в развитие этого направления внесли Лакота H.A., Кулешов B.C., Юревич Е.И., Игнатьев М.Б., Кулаков Ф.М., Ющенко A.C., Покровский А.М., Потапов А.М., Егоров И.Н., Дорохов
В.П. и др. В транспортных ЧМС роль человека-оператора имеет исключительно важное значение. Характерной системой этого класса является САУ: оператор - луноход - трасса движения по лунной поверхности. Значительный
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ АНТРОПОМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА В ТРАНСПОТРНОЙ ЧЕЛОВЕКО-МАШИНОЙ СИСТЕМЕ 2Л. Постановка задач
В исследовании пассивной безопасности человек является одним из главных объектов изучения. Однако условия испытаний должны имитировать аварийные условия при ДТП, представляющие опасность для человека. Поэтому неизбежно встает вопрос о применении моделей тела человека - антропометрических манекенов а также виртуальных моделей. Создание манекенов, наиболее близко имитирующих тело человека по его физикомеханическим свойствам, невозможно без знания антропометрических характеристик человека. Различными зарубежными фирмами выпускаются антропометрические манекены мужчин и женщин, а также манекены детей определенного возраста. Создание антропометрических манекенов не означает, однако, что имеется универсальная модель, способная полностью заменить человека. Во-первых, при создании манекена приходится принимать компромиссные решения, поскольку при настоящем уровне науки и техники еще не удается достигнуть полной идентичности конструкции манекена строению тела человека. Поэтому создаваемые манекены необходимо специально исследовать для определения их характеристик и соответствия этих характеристик характеристикам тела человека. Во-вторых, антропометрические характеристики населения меняются с течением времени. На первом этапе исследований необходимо:
- провести анализ физиологических особенностей человека, как водителя транспортного средства.
- дать анализ конструкций и описания экзоскелетонов с позиции использования их в человеко-машинных системах;
- выполнить анализ воздействия на водителя со стоны транспортного средства в экстремальных ситуациях.