close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7276

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7276
(13) C1
(19)
(46) 2005.09.30
(12)
7
(51) B 60K 41/06
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ
РЕЖИМАМИ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
(21) Номер заявки: a 20020835
(22) 2002.10.22
(43) 2004.06.30
(71) Заявитель: Государственное учреждение высшего профессионального
образования "Белорусско-Российский
Университет" (BY)
(72) Авторы: Тарасик Владимир Петрович; Рынкевич Сергей Анатольевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
учреждение высшего профессионального образования "Белорусско-Российский Университет" (BY)
(56) Ксеневич И.П. и др. Теория и проектирование автоматических систем. - М.:
Машиностроение, 1996. - С. 451-455.
US 5557521 A, 1996.
JP 06331014 A, 1994.
BY 7276 C1 2005.09.30
(57)
1. Способ адаптивного управления энергетическими режимами автотранспортного
средства, заключающийся в сборе, измерении, обработке и анализе информационных сигналов для формирования сигналов управления переключением передач, сцеплением или
блокировкой гидротрансформатора, режимами двигателя, тормозной системой путем выбора, в соответствии с заложенным алгоритмом управления, значений сигналов управления из базовой программы, хранящейся в памяти процессора или ЭВМ, отработке сигналов управления исполнительными механизмами автотранспортного средства, отличающийся тем, что сигналы управления формируют с учетом параметров и характеристик
внешней среды и дорожных условий; внезапных препятствий движению автотранспортного средства, обусловленных внешней средой и объектами транспортного потока; нештатных и опасных дорожных ситуаций; реакций автотранспортного средства на управляющие
BY 7276 C1 2005.09.30
воздействия; параметров скоростных режимов движения автотранспортного средства; особенностей управления автотранспортным средством, обусловленных стилем, навыками вождения и квалификацией водителя; уровня загрузки автотранспортного средства; допустимых скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя, механизмов трансмиссии и
тормозной системы; пределов безопасных режимов движения автотранспортного средства в
реальных дорожных условиях; путем дифференцирования собранной информации на информационно-измерительные и управляющие сигналы, осуществления процедур фаззификации характеристик и параметров собираемой, передаваемой и обрабатываемой информации, составления и формализации продукционных правил, дефаззификации, на основе которых формируют в режиме реального времени корректирующие коэффициенты, посредством
которых трансформируют базовую программу управления в процессе отработки исполнительными механизмами автотранспортного средства сигналов управления.
Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к системам автоматического управления транспортными средствами.
Известна система автоматического управления трансмиссией автомобиля, использующая элементы нечеткой логики [1].
Упомянутая система реализует традиционно известный способ управления энергетическими режимами автотранспортного средства, заключающийся в обработке информационных сигналов датчиков скорости, положении педалей и других устройств и формировании на основе этих сигналов управляющих воздействий (например, в виде характеристик
управления переключением передач и блокировкой гидротрансформатора) и отработке сформированных управляющих сигналов соответствующими исполнительными механизмами.
Известен алгоритм управления системой автоматического переключения передач и
способ, реализующий данный алгоритм [2].
Недостатком указанных способов управления является невозможность учета и дифференцирования огромного многообразия параметров и характеристик внешней среды и дорожных условий; внезапных препятствий движению, обусловленных внешней средой и
объектами транспортного потока (например, внезапного появления помех движению пешеходов, автомобилей, придорожных сооружений и т.п.); нештатных и опасных дорожных ситуаций; реакций автотранспортного средства на управляющие воздействия; параметров скоростных режимов движения. Данный недостаток снижает эффективность автоматического управления и безопасность движения.
Другим недостатком является отсутствие анализа особенностей управления автотранспортным средством, обусловленных стилем, навыками вождения и квалификацией
водителя, его степенью усталости и т.д., а также уровня загрузки автотранспортного средства (что важно для карьерных автосамосвалов, т.к. изменения массы перевозимого груза
требуют коррекции характеристик управления). Этот недостаток снижает эффективность
автоматического управления и технико-экономические показатели автомобиля.
Недостатком является также отсутствие возможности контроля допустимых скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя, механизмов трансмиссии и тормозной
системы, пределов безопасных режимов движения, в результате чего возрастает вероятность возникновения неисправностей и отказов, что значительно снижает надежность
управления и безопасность движения.
Существует еще один недостаток, который связан с предыдущими. Суть его в том, что
реализуемые на основе этих способов алгоритмы управления являются неадаптивными,
т.е. не имеющими возможности приспосабливаться к постоянно изменяющимся характеристикам внешней среды, режимам движения транспортного средства, управляющим воздействиям водителя и всевозможным ситуациям. Характеристики управления энергетическими режимами (характеристики управления трансмиссией, двигателем, тормозной системой) являются однозначными, детерминированными и не могут быть оперативно изменены и перепрограммированы при реализации алгоритма управления в процессе эксплуатации автотранспортного средства без демонтажа соответствующих элементов и устройств.
2
BY 7276 C1 2005.09.30
В то же время условия эксплуатации даже одного и того же автотранспортного средства
(например, городского автобуса или большегрузного автомобиля) чрезвычайно разнообразны, изобилуют различными режимами и ситуациями. Все это невозможно учесть в неадаптивном алгоритме управления, который реализуется соответствующими автоматическими системами с элементами дискретной автоматики. Кроме того, характеристики
управления, оптимальные для одного маршрута движения, не будут оптимальными для
другого, в результате чего эффективность и потенциальные возможности автотранспортного средства снижаются.
Недостатками упомянутых способов являются также следующие. Во первых, они не
позволяют учесть изменение характеристик управляющих воздействий водителя (темпа,
скорости, силы нажатия на педали акселератора и тормоза, всевозможных оттенков и нюансов, связанных со стилем вождения, психофизиологическими характеристиками человека, навыками и квалификацией водителя). Во-вторых, алгоритмы управления, реализующие эти способы, достаточно сложны, а их математическое описание и программное
обеспечение в процессе реализации требуют значительных материальных и временных
затрат из-за несовершенства традиционных методов и средств обработки, представления и
хранения информации. В третьих, эти способы не обеспечивают управления в режиме реального времени и не позволяют трансформировать базовую программу к постоянно изменяющимся внешним условиям.
Отмеченные недостатки существующих способов в целом приводят к снижению безопасности, надежности управления и ухудшению показателей эффективности транспортного средства.
В то же время, для реализации адаптивных алгоритмов и способов управления необходимо в полной мере использовать современные методы получения, обработки, анализа
и представления информации, которые включают перспективные технологии искусственного интеллекта (например, нечеткую логику и др.).
Задачами изобретения являются повышение надежности управления, расширение
функциональных возможностей систем автоматического управления энергетическими режимами автотранспортных средств, улучшение показателей эффективности автотранспортных средств и повышение безопасности движения. Решение указанных задач достигается тем, что в способе адаптивного управления энергетическими режимами автотранспортного средства, заключающемся в сборе, измерении, обработке и анализе информационных
сигналов для формирования сигналов управления переключением передач, сцеплением
или блокировкой гидротрансформатора, режимами двигателя, тормозной системой путем
выбора, в соответствии с заложенным алгоритмом управления, значений сигналов управления из базовой программы, хранящейся в памяти процессора или ЭВМ, отработке сигналов управления исполнительными механизмами автотранспортного средства, согласно
изобретению, сигналы управления формируют с учетом параметров и характеристик
внешней среды и дорожных условий; внезапных препятствий движению автотранспортного средства, обусловленных внешней средой и объектами транспортного потока; нештатных и опасных дорожных ситуаций; реакций автотранспортного средства на управляющие
воздействия; параметров скоростных режимов движения автотранспортного средства;
особенностей управления автотранспортным средством, обусловленных стилем, навыками вождения и квалификацией водителя; уровня загрузки автотранспортного средства;
допустимых скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя, трансмиссии и тормозной системы; пределов безопасных режимов движения автотранспортного средства в
реальных дорожных условиях; путем дифференцирования собранной информации на информационно-измерительные и управляющие сигналы, осуществления процедур фаззификации характеристик и параметров собираемой, передаваемой и обрабатываемой информации, составления и формализации продукционных правил, дефаззификации, на основе
которых формируют в режиме реального времени корректирующие коэффициенты, посредством которых трансформируют базовую программу управления в процессе отработки исполнительными механизмами автотранспортного средства сигналов управления.
3
BY 7276 C1 2005.09.30
В результате повышается надежность систем автоматического управления энергетическими режимами автотранспортных средств, построенных с реализацией данного способа
адаптивного управления, и значительно расширяются их функциональные возможности
(во-первых, учитывается многообразие характеристик внешней среды, режимов движения и
управляющих воздействий водителя, во-вторых, информационные сигналы одновременно и
быстро описываются с помощью функций принадлежности и продукционных правил, а
операция отработки сигналов управления исполнительными механизмами переключения
передач и блокировки гидротрансформатора дополнительно учитывает корректирующую
величину управляющего сигнала, в-третьих, управление осуществляется в режиме реального времени с учетом особенностей внешней среды и различных ситуаций, в-четвертых, появляются широкие возможности для адаптации и обучения алгоритмов управления). В итоге повышаются показатели эффективности (улучшаются тягово-скоростные показатели и
топливной экономичности), улучшается качество переходных процессов, снижаются динамические нагрузки, улучшаются показатели управляемости автотранспортных средств, облегчаются условия труда водителя и повышается безопасность движения.
Сущность изобретения поясняется рисунком. На фиг. 1 показана функциональная схема, отражающая способ адаптивного управления энергетическими режимами автотранспортного средства.
Способ адаптивного управления энергетическими режимами (фиг. 1) содержит операции
r сбора 1 информации, измерения 2, обработки 3 и анализа 4 информационных сигналов
X , поступающих от внешней среды 5, управляющих воздействий 6 водителя и механизмов
автотранспортного средства 7, а также операции формирования 8 и отработки 9 сигналов
управления Z U переключением передач в коробке передач 10, блокировкой гидротрансформатора 11 (сцеплением) и режимами двигателя 12 и тормозными механизмами 13 соответствующими исполнительными механизмами 14-17. Отмеченные операции 1, 2, 3, 4 и 9
реализуются
устройствами сбора, измерения, обработки и анализа информационных сигнаr
лов X (на фиг. 1 они не показаны) и исполнительными устройствами отработки управляющих сигналов Z U исполнительных механизмов 14-17 соответственно. Операция формирования 8 управляющих сигналов Z U реализует в ЭВМ или процессоре 18, база данных 19
которого содержит базовые программные значения Z B , т.е. характеристики управления переключением передач, блокировкой гидротрансформатора (сцеплением), режимами двигателя и тормозной системой. Операция формирования 8 управляющих сигналов Z U осуществляется на основе определенных логических процедур 20, заложенных в процессор 18.
Логические процедуры 20 реализуют методы искусственного интеллекта и используют, например, алгоритмы теории нечетких множеств, искусственных нейронных сетей, генетические алгоритмы или их симбиоз. При использовании алгоритма теории нечетких множеств
информационные сигналы, учитывающие характеристики внешней среды, механизмов и
подсистем автотранспортного средства, управляющих воздействий водителя и различных
ситуаций, описываются функциями принадлежности. После составления и формализации
продукционных правил осуществляются процедуры фаззификации/дефаззификации, на основе которых получают вектор управляющих сигналов Z U , служащий для корректировки базовой программы управления. В результате осуществляется коррекция основного алгоритма.
Для осуществления учета параметров и характеристик внешней среды и дорожных условий 5, внезапных препятствий движению, обусловленных внешней средой 5 и объектами транспортного потока, нештатных и опасных дорожных ситуаций 21, возникающих в
процессе движения, реакций автомобиля на управляющие воздействия водителя, параметров скоростных режимов движения способ наделен соответствующей операцией учета 22.
Для анализа особенностей 23 управления автотранспортным средством, обусловленных
стилем вождения, навыками и квалификацией водителя, уровня загрузки автотранспортного средства и других факторов способ наделен операцией анализа 24. Для осуществления контроля допустимых скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя, меха4
BY 7276 C1 2005.09.30
низмов трансмиссии и тормозной системы, пределов безопасных режимов движения в реальных дорожных условиях способ наделен соответствующей операцией контроля 25.
Операции 22, 24 и 25 взаимосвязаны между собой.
Способ также включает процедуру 26 оценки влияния различных факторов и ситуаций
на необходимость корректировки базовой программы управления. Процедура 26 связана с
логическими процедурами 20 и учитывает информацию, поступающую от внешней среды
5, характеристик механизмов 7, различных ситуаций 21 и особенностей 23 управления.
Способ адаптивного управления реализуется следующим образом. Информационные
сигналы X , характеризующие изменения внешней среды 5, управляющих воздействий водителя 6 и механизмов автотранспортного средства 7, посредством операций сбора 1 информации, измерения 2, обработки 3 и анализа 4 поступают в ЭВМ (процессор). Туда же
поступает информация о нештатных и опасных дорожных ситуациях 21, возникающих в
процессе движения, реакциях автомобиля на управляющие воздействия водителя, параметрах скоростных режимов движения, особенностях 23 управления автотранспортным средством, обусловленных стилем, навыками вождения и квалификацией водителя, уровне загрузки автотранспортного средства и другая информация. Все многообразие информации идентифицируется и дифференцируется посредством операций учета 22, анализа 24 и контроля 25.
С помощью реализованных в процессоре 18 логических процедур 20 посредством операций 8 формируются сигналы Z U управления переключением передач, блокировкой
гидротрансформатора (сцеплением), режимами двигателя и тормозной системой, которые
добавляются к базовым программным значениям Z B . B результате исполнительные механизмы 14-17 отрабатывают текущие сигналы Z t управления переключением передач,
блокировкой гидротрансформатора (сцеплением), режимами двигателя и тормозной системой, который получается из двух векторов Z U и Z B с помощью вектора корректирующих коэффициентов K .
Использование технологий искусственного интеллекта позволяет формировать исполнительные управляющее сигналы Z t в режиме реального времени. В результате применения комплекса вышеуказанных операций и процедур способ обеспечивает адаптивное
управление переключением передач, блокировкой гидротрансформатора (сцеплением),
режимами двигателя и тормозной системой. При этом алгоритм управления оказывается
приспособленным к изменению характеристик внешней среды, управляющих воздействий
водителя (в том числе психофизиологических и эмоциональных особенностей человека,
навыков управления и т.д.), механизмов автотранспортного средства и всевозможных ситуаций (в том числе нештатных и опасных).
Для повышения эффективности управления и безопасности способ может быть наделен процедурой 26 оценки влияния различных факторов и ситуаций на необходимость
корректировки базовой программы управления Z B . Применение данной процедуры позволит дифференцировать характеристики различных ситуаций по значимости для осуществления приоритетной реализации наиболее важных исполнительных сигналов с точки
зрения обеспечения безопасности (например, при внезапном появлении пешехода приоритетным сигналом будет являться сигнал тормозным механизмам, немедленное исполнение
которого диктуется требованиями безопасности).
Источники информации:
1. Патент US 5557521 A, 1996.
2. Ксеневич И.П., Тарасик В.П. Теория и проектирование автоматических систем. M.: Машиностроение, 1996. - С. 451-455.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
121 Кб
Теги
by7276, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа