Способ адаптивного управления энергетическими режимами автотранспортного средства

(51)60 41/06 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ РЕЖИМАМИ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский Университет(72) Авторы Тарасик Владимир Петрович Рынкевич Сергей Анатольевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский Университет(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 7276 1 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 7276 1 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 7276 1 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 сбора 1 информации, измерения 2, обработки 3 и анализа 4 информационных сигналов, поступающих от внешней среды 5, управляющих воздействий 6 водителя и механизмов автотранспортного средства 7, а также операции формирования 8 и отработки 9 сигналов управленияпереключением 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 сигна лов(на фиг. 1 они не показаны) и исполнительными устройствами отработки управляющих сигналовисполнительных механизмов 14-17 соответственно. Операция формирования 8 управляющих сигналовреализует в ЭВМ или процессоре 18, база данных 19 которого содержит базовые программные значения, т.е. характеристики управления переключением передач, блокировкой гидротрансформатора (сцеплением), режимами двигателя и тормозной системой. Операция формирования 8 управляющих сигналовосуществляется 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, 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, меха 4 7276 1 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, 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 сигналыуправления переключением передач, блокировкой гидротрансформатора (сцеплением), режимами двигателя и тормозной системой, которые добавляются к базовым программным значениям.результате исполнительные механизмы 14-17 отрабатывают текущие сигналыуправления переключением передач,блокировкой гидротрансформатора (сцеплением), режимами двигателя и тормозной системой, который получается из двух векторовис помощью вектора корректирующих коэффициентов. Использование технологий искусственного интеллекта позволяет формировать исполнительные управляющее сигналыв 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. 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 5557521 , 1996. 2. Ксеневич И.П., Тарасик В.П. Теория и проектирование автоматических систем. . Машиностроение, 1996. - С. 451-455. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.