Бузников С.Е.

Современное состояние и перспективы развития автомобильных систем активной безопасности

Проблема безопасности движения автотранспорта в современных условиях приобрела статус одной из острейших проблем жизни общества.

В России внимание к этой проблеме периодически обостряется и сопровождается увеличением штрафных санкций финансированием различных госпрограмм, проведением месячников и других подобных мероприятий, которые при ближайшем рассмотрении имеют к проблеме безопасности весьма условное отношение и преследуют иные цели.

В мировой практике исторически сложились основные направления [1] решения рассматриваемой проблемы, среди которых наиболее перспективным является создание системы активной безопасности.

Ожидать заметных позитивных изменения состояния проблемы следует лишь при сосредоточении усилий общества на всех без исключения направлениях ее решения, определяемых по результатам системного анализа [2].

На содержательном уровне рассматриваемая проблема безопасности движения сводится к предотвращению столкновений управляемого объекта с препятствиями и снижению тяжести последствий столкновений, если предотвратить их не удалось.

Необходимые и достаточные условия столкновения объекта и препятствия на поверхности дорожного покрытия в момент времени t определяются с использованием начальных значений их координат в момент t₀ < t, предшествующий столкновению, в виде системы неравенств :

(1)

; ; и – изменения направлений движения объекта и препятствия; и – скорости объекта и препятствия; и – константы, соизмеримые с габаритными размерами объекта и препятствия.

В общем случае, задача предотвращения столкновений сводится к формированию управляющих воздействий на органы управления объекта, сопровождающиеся изменениями и , с целью обеспечения невыполнения условия (1) в момент времени t. Решение этой задачи для встречных препятствий и препятствий с непрогнозируемыми изменениями направления движения отсутствуют, что придает рассматриваемой задаче статус алгоритмически неразрешимой.

К этому следует добавить, что в условиях интенсивного движения задача предотвращения столкновений должна решаться для 8 подвижных и 3 неподвижных препятствий, образующих ближайшее окружение управляемого объекта в собственном и в соседних рядах.

Для определения полного набора функций систем активной безопасности, объективной оценки современного состояния и перспектив развития определим структурированное множество типовых столкновений на основе анализа условий (1).

В множество типовых столкновений включаются столкновения, обусловленные техническими неисправностями управляемого автомобиля и ошибками водителя в условиях отсутствия непрогнозируемых изменений направления движения препятствия ( ).

В структурированном множестве типовых столкновений, каждому элементу которого соответствует вектор структурных переменных , введем три качественные переменные, принимающие дискретные значения:

– скорость препятствия; –ускорение управляемого объекта; - непрогнозируемое изменение направления движения объекта.

Переменная принимает 3 дискретных значения, соответствующих неподвижному, попутному и встречному препятствиям.

Переменная , также принимает 3 дискретных значения: движение объекта с постоянной скоростью, разгон и торможение.

Переменная принимает 10 дискретных значений в соответствии с типами дестабилизирующих факторов, вызывающих непрогнозируемые изменения направления движения, включая асимметрию осевых колесных пар, недопустимые скольжения колес, разрушение шин, подвески, рулевого управления, отсоединение колес от ступиц, неровности дорожного покрытия и ошибки водителя при маневрировании.

Структурированное множество типовых столкновений приведено на рис. 1.

Множество типовых опрокидываний соответствует столкновениям с поверхностью, обусловленных опрокидыванием на виражах и выездом за пределы дорожного покрытия с последующим опрокидыванием. Результирующее множество типовых столкновений содержит множества и , состоящие соответственно из 90 и 10 элементов, образующих полную группу событий.

Анализ современного состояния систем активной безопасности на множестве типовых столкновений показывает, что зарубежные системы стабилизации безопасных дистанций (АСС, distronic), стабилизации продольных(АВS, ASR) и поперечных (ESP, VCS) скольжений колес потенциально должны предотвращать 22 типовых столкновений из 100.

Строительство дорог магистрального типа (HWAY) потенциально позволяет предотвратить 60 столкновений из 100 за счет исключения столкновений с неподвижными и встречными препятствиями. Однако значительные капиталовложения и дополнительные социальные проблемы, порождаемые модернизацией исторически сложившейся транспортной системы городов, ограничивает развитие этого направления в РФ.

Оснащение отдельных участков дорог системами видеонаблюдения, обеспечивающими идентификацию госномеров автомобилей, превышающих установленные ограничения скорости, отображается на множестве как средство предотвращения одного столкновения с неподвижным препятствием для водителей, информированных о местах установки телекамер.

В перспективе возможно создание полнофункциональных систем активной безопасности обеспечивающих предотвращение всех типовых столкновений при допущении о том, что определенные группы столкновений возможны в случае засыпания водителя за рулем.

Однако наращивание функций и увеличение числа предотвращаемых столкновений ограничивается как отсутствием необходимого набора датчиков первичной информации, так и значительным увеличением стоимости систем, построенных по традиционным схемам.

Как показывают результаты исследования проблемы [3], ее решение лежит в области интеллектуальных систем, которые строятся на принципах косвенных измерений всех переменных состояния, управления и их динамических границ в минимально возможной конфигурации технических средств.

Разработанная в России компьютерная система активной безопасности ИНКА-СПОРТ[4] обеспечивает предотвращение всех типовых столкновений при принятых допущениях и обладает набором рекордных показателей, включая стоимостные.Оснащение такими системами эксплуатируемого автопарка, включая автомобили низшей ценовой категории, переводит общую алгоритмически неразрешимую задачу предотвращения столкновений в разряд алгоритмически разрешимых.

Литература

1. Бакфиш К., Хайнц Д., Новая книга о шинах . – М .: ООО« Издательство Астрель», 2003.- 303с.

2. Системный анализ дорожного движения и дорожно - транспортных происшествий : Сб . науч . тр ./ МАДИ ; редкол : В. А. Иларионов ( отв . ред .) и др., - М.: МАДИ . 1989 – 107 с .

3. Бузников С.Е. Принципы построения рекордных автомобильных систем активной безопасности . Труды XIV Международной конференции « Проблемы управления безопасностью сложных систем» – М.: Изд-во ИПУ РАН, 2006. – С. 506 –507.

4. Бузников С. Е., Елкин Д.С. Система для предотвращения столкновений автомобиля с препятствиями « ИНКА-СПОРТ». Патент РФ на полезную модель №64794, опубликовано 10.07.2007 Бюл. №19.