МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ

ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кашканов Андрій Альбертович

УДК 629.1:519.8:656.1

РОЗРОБКА МЕТОДУ ОЦІНКИ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ГАЛЬМОВИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ АВТОМОБІЛЯ В ДОРОЖНІХ УМОВАХ

Спеціальність 05.22.20 “Експлуатація та ремонт засобів транспорту”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

Харків - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі “Автомобілі та автомобільне господарство” Вінницького державного технічного університету Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: Кандидат технічних наук, доцент Ребедайло Вадим Миколайович, Вінницький державний технічний університет, професор кафедри “Автомобілі та автомобільне господарство”

Офіційні опоненти:

Доктор технічних наук, професор Подригало Михайло Абович, Харківський державний автомобільно-дорожній технічний університет, завідувач кафедри машинобудування та ремонту машин

Кандидат технічних наук Гецович Євген Мойсеєвич, НДІ “Гідропривід”, м. Харків, провідний науковий співробітник

Провідна установа: Український транспортний університет, кафедра “Виробничі системи і сервіс на транспорті”, Міністерство освіти і науки України, м. Київ

Захист відбудеться “11” жовтня 2000 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради ВАК України Д 64.059.02 при Харківському державному автомобільно-дорожньому технічному університеті за адресою: 61002, м. Харків, вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету (м. Харків, вул. Петровського, 25)

Автореферат розісланий “5” вересня 2000 р.

Вчений секретар Спеціалізованої

вченої ради, кандидат технічних наук,

доцент Богомолов В.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Вступ.

На сучасному етап? розвитку України чітко просліджуються тенденції зростання кількості транспортних засобів на дорогах України та погіршення якості дорожніх покрить. Це зумовлю? підвищений рівень аварійності на шляхах країни.

Оскільки основним фактором попередження дорожньо-транспортних пригод (ДТП) є процес гальмування, розробка методів оцінки гальмових властивостей пов’язана, перш за все, із забезпеченням безпеки дорожнього руху з метою визначення найбільш ефективних напрямків боротьби з аварійністю.

Актуальність теми.

Особливу увагу при оцінці гальмових властивостей привертає те, що в теорії автомобіля, яка є теоретичною основою для відновлення механізму пригоди, детально вивчено лише випадок екстреного гальмування з повним використанням сил зчеплення. Крім того, збільшенню суб’єктивізму при розслідуванні пригод сприяє неточність вихідних даних, які часто носять якісний характер.

Враховуючи велику відповідальність, яка покладається на експерта-автотехніка при розслідуванні ДТП, і важливість прийняття ним об’єктивного рішення про технічні причини та умови, що сприяли виникненню пригоди, актуальним є створення методу оцінки експлуатаційних гальмових властивостей автомобіля в дорожніх умовах, який б дозволив теоретично відтворити траєкторію руху загальмованого автомобіля навіть при наявності неточних вихідних даних.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконувалась в рамках досліджень по вдосконаленню методів та засобів аналізу гальмових властивостей автомобіля під час розслідування ДТП. Дослідження проводились на кафедрі автомобілів та автомобільного господарства факультету транспорту, триботехніки та машинобудування Вінницького державного технічного університету і являються невід’ємною частиною вирішення проблеми підвищення безпеки руху транспортних засобів згідно нормативних документів та актів України про дорожній рух.

Мета і задачі дослідження.

Мета роботи - підвищення об’єктивності розслідування ДТП за рахунок створення методу оцінки експлуатаційних гальмових властивостей автомобіля в дорожніх умовах, який дозволив би теоретично відтворити траєкторію руху загальмованого автомобіля навіть при наявності неточних вихідних даних.

Об’єкт дослідження - функціонування підсистеми “автомобіль - дорога” в розслідуванні дорожньо-транспортних пригод при гальмуванні.

Предмет дослідження - питання вибору початкових даних для розслідування ДТП, математичні моделі інженерного аналізу причинно-наслідкових зв’язків, які діяли в процесі пригоди.

Методи дослідження. В роботі використовуються аналітичні та експериментальні методи досліджень, які базуються на ідеях і принципах штучного інтелекту та інженерії знань, теорії нечітких множин і лінгвістичних змінних. Результати аналітичних досліджень порівнюються з результатами експериментальних випробувань, отриманих в ході дорожніх тестів, та результатами розслідування ДТП.

Для досягнення поставленої мети розв’язані наступні задачі:

1. Аналіз основних напрямків застосування математичних методів в практиці дослідження дорожньо-транспортних пригод при гальмуванні; оцінка їх недоліків; формулювання принципів побудови моделей для оцінки експлуатаційних гальмових властивостей автомобіля на базі теорії нечітких множин.

2. Розробка на базі теорії нечітких множин математичної моделі для оцінки коефіцієнта зчеплення коліс автомобіля з дорожнім покриттям; проведення натурного експерименту для отримання навчаючої вибірки і настройки цієї моделі.

3. Розробка на базі теорії нечітких множин математичних моделей для оцінки величин гальмового моменту на колесах автомобіля при гальмуванні.

4. Розробка математичної моделі для оцінки траєкторії руху загальмованого автомобіля.

5. Експериментальне дослідження поведінки автомобіля при гальмуванні з врахуванням величини гальмових моментів, які були прикладені до коліс автомобіля, величини коефіцієнта зчеплення по бортам автомобіля, а також поперечного зміщення центра мас автомобіля внаслідок нерівномірного розподілу вантажу.

6. Створення методу оцінки експлуатаційних гальмових властивостей автомобіля в дорожніх умовах та побудова на його основі експертно-моделюючої системи для автоматизації розрахунків.

Наукова новизна одержаних результатів.

Визначений взаємозв’язок між характером руху автомобіля і коефіцієнтами зчеплення та гальмовими моментами на кожному колесі з урахуванням поперечного зміщення центру мас автомобіля в умовах неточності вихідних даних. В якості критерію використовувалось питоме сповільнення.

Практичне значення одержаних результатів.

I. Розроблена методика визначення діючих значень коефіцієнта зчеплення на основі інформації протоколів дорожньо-транспортних пригод.

II. Розроблена методика розрахунку гальмових моментів, які діяли на колесах автомобіля під час аварійної ситуації.

III. Розроблені метод і алгоритм оцінки експлуатаційних гальмових властивостей автомобіля в дорожніх умовах при службовому гальмуванні.

IV. Побудована експертно-моделююча система для оцінки траєкторії руху загальмованого автомобіля, яка може бути використана в автотехнічній експертизі ДТП при гальмуванні для виявлення причин та умов, що сприяли виникненню пригоди. Програмне забезпечення впроваджено в експертно-криміналістичному відділі управління МВС України у Вінницькій області.

Особистий внесок здобувача.

I. Розроблена математична модель оцінки траєкторії руху автомобіля при гальмуванні.

II. Проведений натурний експеримент по визначенню коефіцієнта зчеплення, запропоновані алгоритм і математична модель визначення коефіцієнта зчеплення коліс автомобіля з дорожнім покриттям за даними протоколів ДТП.

III. Проведена структурна ідентифікація моделей для оцінки величин гальмового моменту на колесах автомобіля при гальмуванні.

IV. Створений метод оцінки експлуатаційних гальмових властивостей автомобіля в дорожніх умовах та побудована на його основі експертно-моделююча система для автоматизації розрахунків.

Апробація результатів дисертації.

Результати дисертації доповідались і обговорювались на міжнародній науково-технічній конференції “Нові технології та організаційні структури на автомобільному транспорті” (Вінниця, 1994р.), на 4-ій міжнародній науково-технічній конференції “Контроль і управління в технічних системах” (Вінниця, 1997р.), на 24-ій - 29-ій науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу співробітників та студентів університету з участю працівників науково-дослідних організацій та інженерно-технічних працівників підприємств м. Вінниці та області (Вінниця, 1995 - 2000р.), на науково-практичній конференції “Системотехніка на автомобільному транспорті” (Харків, 1998р) та 6-й міжнародній конференції “European Congress on Intelligent Techniques and Soft Computing - EUFIT” (Aachen, Німеччина, 1998р.).

Публікації.

Основні положення дисертаційної роботи опубліковані в 6 наукових роботах, в тому числі 3 у фахових виданнях.

Структура та обсяг роботи.

Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків; вміщує список використаних джерел ( 117 назв). Основна частина роботи викладена на 172 сторінках машинописного тексту, включаючи 38 рисунків, 41 таблицю. До роботи прикладені 2 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ до дисертації містить обгрунтування актуальності теми, мету і задачі досліджень, опис основних наукових результатів, їх новизни, практичної цінності, відомості про впровадження, апробацію та структуру роботи.

У першому розділі розглянуто типові задачі, які виникають при дослідженні ДТП, що сталися внаслідок зміни напрямку руху автомобіля при гальмуванні, аналізуються основні напрямки застосування математичних методів в автотехнічній експертизі, формулюються науково-методичні принципи застосування теорії нечітких множин при побудові моделей для оцінки гальмових властивостей автомобіля і на цій основі ставляться задачі дослідження.

Вивчення вже скоєних ДТП показує, що для їх попередження в 75.9% випадків використовувались гальмові системи. Тому автотехнічним експертам досить часто доводиться розв’язувати задачі оцінки коефіцієнта зчеплення автомобіля з дорогою, оцінки величини гальмових моментів на його колесах та початкової швидкості гальмування і на основі прийнятих рішень прогнозувати поведінку автомобіля.

Кожна з цих задач може розглядатися як пошук відображення:

, (1)

де - множина факторів впливу для конкретної задачі,

- множина рішень про значення конкретної вихідної величини.

Обмеження традиційних математичних методів, які використовуються для розв’язку такого роду задач, пов’язані з труднощами збору та обробки статистичної інформації, поповнення бази знань, забезпечення стійкості моделі до факторів впливу. Ці методи не пристосовані до роботи з якісними (нечисловими) та нечіткими знаннями, тобто знаннями, які задаються на природній мові. Проте, саме такі евристичні або інтуїтивні знання часто використовуються при розслідуванні ДТП.

Основою строгої математичної обробки нечислової (лінгвістичної) інформації служить теорія нечітких множин, запропонована Л .Заде в 1965р. Концепція нечіткої множини виникла у Заде як “незадоволеність математичними методами класичної теорії систем, яка змушувала домагатися штучної точності, недоречної в багатьох системах реального світу, особливо в так званих гуманістичних системах, які включають людей”. В нинішній час її переваги при розробці антиблокувальних систем, автоматичних трансмісій, систем управління двигуном, обігрівом, вентиляцією та кондиціюванням повітря в автомобілях оцінили такі відомі автомобільні фірми як Nissan, Mitsubishi, Honda, Mazda, Hyundai, BMW, Mercedes-Benz, Ford, Peugeot, General Motors. Проте приклади застосування цієї теорії в практиці автотехнічної експертизи нам не відомі.

Для досягнення мети дослідження розробка моделей, які використовують нечітку логіку, здійснювалась на базі таких принципів:

1. Принцип лінгвістичності вхідних та вихідної змінної. За цим принципом входи та виходи об’єкту розглядаються як лінгвістичні змінні, що оцінюються якісними термами (term - від англ. називати).

2. Принцип лінгвістичності знань. Відповідно до цього принципу досвід експерта і його розуміння причинно-наслідкових зв’язків в задачі прогнозування описується на природній мові, а потім формалізуються у вигляді сукупності нечітких логічних висловлювань (бази знань) типу “ЯКЩО <входи>, ТОДІ <вихід>”.

3. Принцип ієрархічності знань. 3а допомогою цього принципу можна враховувати практично необмежену кількість факторів, які впливають на рішення, що необхідно прийняти. Побудова моделі відбувається згідно з деревом логічного висновку, яке віддзеркалює ієрархічний взаємозв’язок нечітких баз знань в кожному класі вхідних змінних.

4. Принцип двохетапної настройки нечітких моделей. Ці етапи відповідають відомим в класичній теорії етапам структурної та параметричної ідентифікації. На першому етапі будується груба модель об’єкту на підставі доступної експертної інформації, яка задається у вигляді нечітких правил “ЯКЩО - ТОДІ”. На другому етапі відбувається оптимізація нечіткої моделі за допомогою навчаючої вибірки, тобто експериментальних даних “входи-вихід”. Керованими змінними, що підлягають настройці, є форма функцій належності та коефіцієнти вагомості нечітких правил.

Другий розділ присвячено розробці моделей оцінки коефіцієнта зчеплення автомобіля з дорогою та гальмових моментів, що діють на колеса автомобіля при гальмуванні. Їх побудова виконувалась на основі методу ідентифікації нелінійних об’єктів нечіткими базами знань в два етапи: перший - структурна ідентифікація; другий - параметрична ідентифікація.

На етапі структурній ідентифікації використовувався узагальнений елемент логічного виводу , який описує залежність між входами та неперервним виходом у вигляді системи нечітких логічних висловлювань (бази знань):

(2)

де:

- нечіткий терм для оцінки j-го рівня вихідної змінної ;

- кількість термів для оцінки змінної ;

- нечіткий терм для оцінки вхідної змінної в p-му ряду матриці знань, що відповідає терму ;

- кількість рядків, що відповідають терму ;

- вага експертного правила з номером ;

Дискретизація неперервного виходу відбувалась за правилом:

. (3)

Системі висловлювань (2) відповідає такий взаємозв’язок функцій належності змінних та , :

(4)

де: і - функції належності змінних та до термів