Бортовая информационно-измерительная и управляющая система беспилотного автомобиля для циклических тестовых заездов

• Автор: Нгуен Туан Нгок
• Шифр специальности: 05.11.16, 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 190 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния проблемы автономного управления транспортными средствами
1.1 Автомобили-роботы и автономные транспортные средства
1.2 Испытания автомобилей, сошедших с конвейера
1.3 Исполнительные системы управления автомобилей-роботов
1.4 Аппаратное обеспечение вероятностного подхода в мобильной робототехнике
1.5 Автоматизация тестовых заездов
1.6 Выводы
Глава 2. Разработка и исследование электропривода базовых подсистем
управления автомобилем
2.1 Элементы трансмиссии автомобиля
2.2 Автоматизация управления сцеплением
2.2.1 Режимы работы сцепления
2.2.2 Способы управления сцеплением
2.2.3 Построение электропривода автоматизации управления сцеплением
2.3 Автоматизация управления акселерацией, торможением и переключением передач
2.4 Автоматизация управления углом поворота рулевой пары колес
2.5 Минимизация времени старта на ровной поверхности на основе аппарата нечеткой логики
2.6 Минимизация времени старта на наклонной поверхности на основе аппарата нечеткой логики
2.7 Выводы
Глава 3. Автономное траекторное управление
3.1 Модель динамики движения транспортного средства
3.2 Архитектура программы управления автомобилем
3.3 Лазерный датчик SICK для получения расстояния до окружающих объектов
3.4 Применение сигма-точечного фильтра Калмана для оценки положения автомобиля-робота в пространстве
3.5 Путь Дьюбинса - минимальный путь управления роботом-автомобилем .
3.6 Планирование локальной траектории робота-автомобиля в реальном времени
3.7 Управление автомобилем при движении по траектории
3.7.1 Управление рулевым колесом
3.7.2 Управление ускорением и тормозом автомобиля с желаемой скоростью
3.8 Выводы
Глава 4. Аппаратно-программная реализация и экспериментальное
исследование электропривода автономной системы управления автомобилем для циклических тестовых заездов

4.1 Автономная система управления автомобилем для циклических тестовых заездов
4.1.1 Универсальный силовой контроллер
4.1.2 Универсальный мультисенсорный преобразователь
4.1.3 Аппаратное обеспечение беспилотной системы управления автомобилем с механической коробкой передач
4.2 Программное обеспечение автономной системы управления
4.2.1 Алгоритм программы интерфейс привод-компьютер-человек на языке LabView
4.2.2 Структурная схема обеспечения программы управления автомобилем
4.2.3 Алгоритм программы нечетких регуляторов управления автомобилем при старте
4.2.4 Алгоритм программы обеспечения подсистемы управления автомобилем движения по траектории
4.3 Экспериментальное исследование электропривода автономной системы управления автомобилем
4.3.1 Нечеткие регуляторы управления автомобилем
4.3.2 Результаты экспериментов управления автомобилем по траектории
4.4 Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1 - Листинг программы обеспечения нечетких регуляторов
управления автомобилем
Приложение 2 - Листинг программы обеспечения управления автомобилем
движения по траектории
Приложение 3 - Отмеченные достижения по результатам научной
деятельности по теме диссертации
Приложение 4 - Акты о внедрении результатов работы

Введение
Актуальность работы. В настоящее время автомобиль является одним из наиболее эффективных, доступных и востребованных наземных транспортных средств. Поэтому, одной из ярко выраженных мировых тенденций последних десятилетий является автомобилизация, т.е. расширение использования автомобильного транспорта в различных сферах человеческой деятельности. Автоматизация производственного процесса, строгое тестирование новых моделей и версий автомобиля обеспечивает безопасность и удобство для людей. Необходимость увеличения выпуска и улучшения структуры автомобилей, более полно отвечающих потребностям народного хозяйства, требуют экономии топлива, повышения ресурса и снижения металлоемкости [1]. В связи с этим повышение экономичности, высокие надежность, динамические и ездовые качества автомобиля, снижение его массы и уменьшение вредного воздействия на окружающую среду являются основными задачами автомобилестроения сегодняшнего дня. Для достижения предъявляемых требований в структуре комплекса автоматизированного тестирования необходимо разработать электропривод автономной системы управления автомобилем для циклических тестовых заездов.
Вопросами проектирования мобильных робототехнических комплексов, их информационно-измерительных и управляющих систем занимались российские и зарубежные ученые В.П. Андреев, B.J1. Афонин, С.А. Воротников, Е.А. Девянин, М.Б. Игнатьев, П.Д. Крутько, Ю.В. Подураев, Л.Б. Рапопорт, А.М. Формальский, Н. Asada, Y. Kuwata, М. Liu, A. Nuchter, S. Thrun, A. Waj-Fraj , A. West и др.
С учетом часто меняющихся условий работа водителей требует большого числа управляющих воздействий и постоянной концентрации внимания, что способствует быстрой утомляемости. Авторы работы [2] указывают на то, что даже у квалифицированных водителей с большим стажем после 4-5 часов непрерывного вождения из-за усталости снижается внимание и в 1,5-2 раза возрастает количество ошибок управления, которые повышают вероятность возникновения мелких и средних дорожно-транспортных происшествий. Опытные образцы разрабатываемых автомобилей нового поколения, равно как и контрольные

применяемый для обработки измерительной информации и реализации различных стратегий поведения математический аппарат, основанный на так называемом вероятностном подходе [17]. Приведем пример такого подхода при решении в общем виде задачи локализации мобильного робота в индетерминированной среде.
Пусть I - случайный вектор положения, выражающий позицию мобильного робота на прямоугольном рабочем пространстве и его ориентацию на ней, І є Ь, где I - множество всех возможных положений робота, 1к - значение случайного вектора положения в к-й момент времени, г (7) - функция распределения плотности вероятности над пространством всех возможных значений вектора /, выражающая степень доверия оценке положения робота /, г(/’ ) - вероятность
того, что робот находится в 1к в 1-й момент времени, Зк = [г‘ ак ]' - вектор данных, полученных в к -й момент времени от датчиков бортовой ИИС робота, состоит из векторов относительных гк и абсолютных ак измерений, с1к е О, где О - множество всех возможных результатов измерений, у(/^ плотность вероятности доверия оценке локализации мобильного робота, основанная на объединении априорной информации и всей истории измерительных данных до к-го
момента времени включительно, - то же, но до [к-])-го момента време-
ни включительно. Цель решения задачи локализации заключается в получении оценки этой плотности вероятности, как можно меньше отличающейся от реального распределения, представляющего собой дельта-функцию в фактических координатах робота и равную нулю над остальным пространством вектора / .
Величина р{ік- модель движения, представляет собой вероятность того, что робот окажется в положении 1к, если в момент времени (к -1) выполнит управляющее действие . Другими словами, робот, находясь в пози-