Исследование и моделирование процессов автоматизированного контроля параметров движения транспортных средств, влияющих на дорожно-транспортные происшествия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Козлов, Илья Викторович

• Козлов, Илья Викторович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Козлов, Илья Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Анализ факторов опасности и безопасности системы

4 "объект-среда" и подходов в решении безопасности движения автотранспорта.

1.1 Модель системы "объект-среда".

1.2 Анализ факторов опасности движущегося объекта.

1.2.1 Превышение скорости.

1.2.2 Сигнализация торможения.

1.2.3 Тормозной путь.

1.2.4 Фактор дистанции.

1.2.5 Реакция водителя на дорожные ситуации.

1.2.6 Дорожное управление в черте города.

1.2.7 Фактор импульсных помех бортовой сети транспортного средства.

Выводы.

ГЛАВА 2. Анализ методов и средств контроля параметров движения, характеризующих процесс торможения ТС.

2.1 Классификации систем оповещения стоп-сигналами.

2.2 Инерционные системы оповещения стоп-сигналами транспортных средств.

2.3 Электронные системы сигнализации торможения.

2.4 Анализ элементов и параметров датчиков движения ТС.

2.5 Средства определения тормозного пути.

Выводы.

ГЛАВА 3. Теория частотно-импульсного метода определения параметров торможения транспортных средств (ЧИМ ОПТ).

3.1 Общая математическая трактовка ЧИМ ОПТ. 3.2 Формирование модели определения тормозного пути с j повышенной точностью.

3.3 Исследование частотно-импульсных характеристик технической модели устройства сигнализации торможения транспортного средства (УСТТ).

3.3.1 Исследование характеристик блока обработки в УСТТ.

3.3.2 Определение оптимальной частоты квантующего генератора.

3.3.3 Синхронизация двух несвязанных между собой последовательностей импульсов.

3.3.4 Определение зоны срабатывания и чувствительности.

3.3.5 Исследование длительности цикла обработки информации в

УСТТ.

3.3.6 Анализ длительности цикла обработки информации при различных скоростях торможения.

3.4 Подходы к исследованию взаимосвязанных параметров скорости, ускорения и тормозного пути.

3.4.1 Имитационное компьютерное моделирование.

3.4.2 Корректирующие модели.

Выводы.

ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования параметров торможения транспортных средств на имитационных моделях с

ЧИМ ОПТ.

4.1 Разработка имитационной компьютерной модели.

4.2 Разработка контроллера (технической модели).

4.3 Разработка имитационной компьютерной модели с компенсирующей программой.

4.4 Разработка лабораторного учебного стенда (ЛУС СТиРТП).

4.5 Методика экспериментальных исследований.

4.6 Результаты испытаний ЛУС СТиРТП.

4.7 Результаты экспериментальных исследований.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «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 микроэлектроника; автомобили и автомобильное хозяйство; электрооборудование автомобилей и тракторов; биотехнические системы и медицинские аппараты и системы; информационно-измерительная техника и технологии; метрология 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 МКФ; разработан 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 покрытий; разработана методика исследований параметров торможения на программно-техническом комплексе.

Практическая ценность. Практическую ценность работы составляют: имитационная компьютерная модель определения параметров торможения; имитационная компьютерная модель с МКФ; контроллер; программно-технический комплекс (учебный лабораторный стенд), включающий компьютерные имитационные модели и контроллер; методика 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 МКФ; программируемый контроллер, реализующий СКПДиУ; программно-технический комплекс (учебный лабораторный стенд), включающий имитационные компьютерные модели и программируемый контроллер; методика 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, 2002г.), Всероссийской научно-технической конференции "Актуальные проблемы радиоэлектроники" (г.Самара, СГАУ им. С.П.Королева, 2003г.), Международной научно-технической конференции "Технология-2003"(1У The International Scientific and Technical Conference: Fundamental and applied technological problems of machine building), (г.Орел, ОрелГТУ, 2003г.), Известия ОрелГТУ - Серия "Проблемы образования" (г.Орел, ОрелГТУ, 2003г.), Пятой Международной научно-технической конференции "Чкаловские чтения", (г.Егорьевск, ЕАТК ГА им. В.П. Чкалова, 2004г.), Научно-технической конференции "Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности"(г.Москва, 2004г.), Международной научно-практической интернет-конференции "Энерго- и ресурсосбережение XXI век."(г.Орел, ОрелГТУ, 2004г.), Научно-технических конференциях ОрелГТУ 2002-2005г.

Реализация работы. Основные результаты использованы:

- при выполнении НИР (№ 02.2.00 303607)

- 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.161413.005 и УРКТ. 161413.004)

- 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.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Козлов, Илья Викторович

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-сигналами; имитационная 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%.

120

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 2002г. награжден Золотой медалью.

121

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Козлов, Илья Викторович, 2005 год

1. Сасоров Д. Чистый автомобиль. Курьер №5. Приложение к еженедельнику "Орловский комсомолец", Орел, 1990.

2. Романов А.Г. Дорожное движение в городах: закономерности и тенденции. М.: Транспорт, 1984.

3. Анохин В.И. Отечественные автомобили. М.: Машиностроение, 1977.

4. Измеритель скорости движения транспортных средств дистанционный БАРЬЕР-2. Техническое описание Иа2.248.003 ТО. Запорожский опытный завод дефектоскопии, 1987.

5. Иларионов В.А., Куперман А.И., Мишурин В.М. Правила дорожного движения и основы безопасного управления автомобилем. М.: Транспорт, 1989.

6. Абашин Э.А. Дорожно-транспортные происшествия. Изд.:Форум, Москва, 2004, 56 с.7. • http://www.vrn.kp.ru (Комсомольская правда "ДА!", 17-24 МАРТА 2005г.,11(636).

7. Синельников А.Х. Электроника в автомобиле. М. "Радио и связь", 1985.

8. Нормы импульсных перенапряжений в бортовой сети автомобиля. РТМ 37.003.031-83. М.: НИИАвтоприбор, 1983.

9. Суздальцев А. И., Лапин А. П., Загородних А. Н. Современные инженерные методы в решении некоторых вопросов безопасности движения автотранспорта Орел: ВНИИОТ, 1991. - 185 е.: ил.

10. Сулейманов З.М. Безопасность работы транспорта в геологических организациях. М.:НЕДРА, 1975.

11. Иванов В.Н. , Лялин В.А. Пассивная безопасность автомобиля. М., Транспорт, 1979.

12. Патент США №3431556 Н.К.И. 340-72, 1969.

13. Патент США №3702459 Н.К.И. 340-62, 1972.

14. Патент США №3846749 Н.К.И. 340-72, 1974.

15. Заявка Японии №55-22301 М.К.И. В60 0 1/44, 1980.

16. А.С. СССР №1568419 М.К.И. В60 0 1/44, Устройство сигнализации торможения транспортного средства. / Загородних А.Н., Гальянов И.В., Суздальцев А.И. Заяв. №4054805, опубл. 1.02.1990г.

17. А.С. СССР №1737847 Устройство для контроля ускорения транспортного средства / Суздальцев А.И., Загородних А.Н., Изотов Б.А., Дианов В.И. -Заяв. №4458518, опубл. 1.02.1992.

18. Загородних А.Н., Гальянов И.В., Суздальцев А.И. Устройство сигнализации торможения транспортных средств. Орловский МТЦНТИ. Информлисток №243-87, 1987.

19. Преснухин JI.H. Фотоэлектрические преобразователи информации. М. Машиностроение, 1979.

20. Коган JI.M. Полупроводниковые светоизлучающие диоды. М.: Энергоиздат, 1983.

21. Аксенов А.И., Нефедов А.В. Отечественные полупроводниковые приборы. Серия: Ремонт, 5-е издание. Изд.: COJIOH-Пресс, 2005. 584с.

22. Виноградов Ю.С. Математическая статистика и ее применение в текстильной и швейной промышленности. М.: Легкая индустрия, 1970.

23. Лавренчик В.Н. Постановка физического эксперимента и статистическая обработка его результатов: Учеб. пособие для вузов.-М.: Энергоатомиздат, 1986.-272 е., ил.

24. Новицкий П.В., Зорграф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. 2-е изд., перераб. и доп.-Л.:Энергоатомиздат. Ленинградское отд-ние,1991.-304 е., ил.

25. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. Пособие для втузов.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Высш.шк., 1988-239с., ил.27. http://www.corrsys-datron.com/

26. Сташин B.B. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах-М.: Энергоатомиздат, 1990.-224с.

27. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник. М.: Радио и связь, 1990.-304с.

28. Мячев А.А., Степанов В.Н., Щербо В.К. Интерфейсы систем обработки данных / Справочник под редакцией Мячева А.А. М.: Радио и связь, 1989. -416с., ил.

29. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: ; Справочник. 2-е изд. -М.: Радио и связь, 1990. - 512с.

30. Клингман Э. Проектирование специализированных микропроцессорныхрсистем: Пер. с англ. / Под ред. JI.B. Шабанова. М.: Мир, 1985. - 363с.

31. ГОСТ 25478-91. Автомобили грузовые и легковые, автобусы, автопоезда. Требования безопасности к техническому состоянию. Методы проверки.

32. Антонюк В.П., Улыбин А.А., Якубовский М.И. Делители частоты „ следования импульсов. — Обмен опытом в радиопром., 1976, вып.4.

33. Молчанов Д.В., Зайцев А.Н. Делитель частоты с дробным коэффициентом деления. — Обмен опытом в радиопром., 1979, №5.

34. Партии А.С., Борисов В.Г. Введение в цифровую технику. М.: Радио и связь, 1987.

35. Ройтман Б.А. и др. Безопасность автомобиля в эксплуатации. М.: Транспорт, 1987.

36. Козлов И.В. О методах определения величины отрицательного ускорения транспортных средств.// 3-я Международная выставка и конференция

37. Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности", г.Москва, 2004, с. 194.

38. Лукьянов В.В. Безопасность дорожного движения. М.: Транспорт, 1983.

39. Шухман Ю.И. Основы управления автомобилем и безопасность движения- Изд.: "За рулем", 2004 159с.

40. Куперман А. И., Миронов Ю. В. Безопасность дорожного движения Изд.: "Высшая школа", 1999-320с.

41. Патент РФ №2157517, МПК G01 Ml7/007. Способ определения тормозного пути транспортных средств /А.И. Суздальцев и др. опубл. 10.10.2000.-Бюл. №28.

42. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов.- М.: Мир, 1978.-848 с.

43. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. М.: Радио и связь, 1987.

44. Мальцев Л.А. и др. Основы цифровой техники. М.: Радио и связь, 1986.

45. Балашов Е.П., Пузанков Д.В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы: Учеб. пособие для вузов/Под ред. В.Б. Смолова. — М.: Радио и связь, 1981.50