RU2161814C1 - Device of follow-up control over longitudinal movement of motor vehicle - Google Patents

Device of follow-up control over longitudinal movement of motor vehicle Download PDF

Info

Publication number
RU2161814C1
RU2161814C1 RU99117867/09A RU99117867A RU2161814C1 RU 2161814 C1 RU2161814 C1 RU 2161814C1 RU 99117867/09 A RU99117867/09 A RU 99117867/09A RU 99117867 A RU99117867 A RU 99117867A RU 2161814 C1 RU2161814 C1 RU 2161814C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vehicle
distance
car
difference
output
Prior art date
Application number
RU99117867/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
тисильный А.С. Дев
А.С. Девятисильный
В.М. Дорожко
Original Assignee
Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН filed Critical Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН
Priority to RU99117867/09A priority Critical patent/RU2161814C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2161814C1 publication Critical patent/RU2161814C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)

Abstract

FIELD: automatic control over longitudinal movement of motor vehicle under conditions of saturated city traffic flow. SUBSTANCE: technical objective of invention lies in reduction of follow-up errors of position thanks to formation of control over vehicle on basis of relative speed and deviation of interval between this vehicle and motor vehicle running in front of it from reference distance and on basis of evaluation of value equal to sum of acceleration of motor vehicle running in front and specific forces of resistance of vehicle to rolling and air normalized to own mass of vehicle. Device of follow-up control over longitudinal movement of motor vehicle includes meter of relative speed and interval between this vehicle and motor vehicle running in front, master unit of reference distance, former of difference of interval and reference distance, transducer of specific force generated by engine and brake systems of vehicle, control unit and unit evaluating sum of acceleration of motor vehicle running in front and specific forces of resistance of vehicle to rolling and air normalized to own mass of vehicle. EFFECT: reduction of follow-up errors. 8 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области управления движением транспортных средств и предназначено для автоматического управления продольным движением автомобиля в условиях городского насыщенного транспортного потока. The invention relates to the field of traffic control of vehicles and is intended for automatic control of the longitudinal movement of the car in urban saturated traffic flow.

Наиболее выделяющейся особенностью современного транспорта является коллективный характер движения. В разной степени это свойственно всем видам транспорта, но в наивысшей проявляется на сухопутных транспортных магистралях, где нередко принимает форму насыщенного потока с предельными (особенно в городских условиях) значениями интенсивности, динамичности движения и минимальными расстояния между автомобилями, зачастую составляющими единицы метров. The most prominent feature of modern transport is the collective nature of traffic. To a varying degree, this is characteristic of all types of transport, but it is manifested to the highest on land transport highways, where it often takes the form of a saturated flow with extreme (especially in urban conditions) values of intensity, driving dynamics and minimum distances between cars, often amounting to units of meters.

При всем совершенстве современных автомобилей, главным элементом, предотвращающим их столкновение, является человек-водитель, выполняющий роль наиболее ответственного звена следящей системы управления автомобилем. Индивидуальность и определенная ограниченность психофизических качеств человека являются причиной неполной адекватности его реакции на состояние насыщенного потока с предельными (особенно в городских условиях) значениями интенсивности, динамичности и минимальными расстояния между автомобилями и, как следствие, даже незначительные ошибки слежения приводят к авариям на городских транспортных магистралях. В частности, водитель автомобиля, движущегося в потоке, не в состоянии зарегистрировать вовремя (на начальной стадии) возникающие изменения скорости и режима работы двигательно-тормозной системы впереди едущего транспортного средства непосредственно своими органами чувств, что приводит к запаздыванию его действий [1, стр. 38-43]. В связи с этим, становится актуальной проблема создания устройства следящего управления продольным движением автомобиля, наиболее полно компенсирующего в соответствующей части несовершенство субъективного психофизического фактора, позволяющего уменьшить ошибки слежения и снизить число аварий в насыщенном потоке с предельными (особенно в городских условиях) значениями интенсивности, динамичности движения и минимальными расстояния между автомобилями. With all the perfection of modern cars, the main element that prevents their collision is the human driver, who plays the role of the most responsible link in the vehicle monitoring system. The individuality and a certain limitation of the psychophysical qualities of a person are the reason for the incomplete adequacy of his reaction to the saturated flow state with extreme (especially in urban conditions) values of intensity, dynamism and minimal distances between cars and, as a result, even minor tracking errors lead to accidents on urban highways . In particular, the driver of a car moving in a stream is not able to register in time (at the initial stage) the changes in speed and mode of operation of the engine-brake system in front of the traveling vehicle directly by its senses, which leads to a delay in its actions [1, p. 38-43]. In this regard, it becomes an urgent problem to create a device for tracking control of the longitudinal movement of the car, which most fully compensates for the imperfection of the subjective psychophysical factor in the corresponding part, which makes it possible to reduce tracking errors and reduce the number of accidents in a saturated stream with limiting (especially in urban conditions) values of intensity, dynamism traffic and minimum distances between cars.

Известен способ и устройство [2] для автоматического регулирования скорости движения автомобиля и расстояния, отделяющего его от впереди едущего автомобиля, содержащее регулятор скорости движения автомобиля с заданной скоростью при отсутствии в зоне обнаружения впереди едущего автомобиля; регулятор интервала для поддержания задаваемой дистанции между автомобилем и впереди едущим в зоне обнаружения автомобилем; средство установления начала изменения пути движения автомобиля; регулятор уменьшения величины задаваемой дистанции при переходе автомобиля на левую полосу движения; регулятор ограничения предельной величины ускорения автомобиля при последующем переходе на правую полосу движения при отсутствии в зоне обнаружения впереди едущего автомобиля. Кроме того, автомобиль оснащен средством определения расстояния до впереди едущего автомобиля. A known method and device [2] for automatically controlling the speed of the car and the distance separating it from the front of the traveling car, comprising a speed controller of the vehicle at a given speed in the absence in the detection zone in front of the traveling car; interval adjuster to maintain the set distance between the vehicle and the vehicle traveling in front of the detection zone; means for establishing the beginning of a change in the path of the vehicle; a regulator for reducing the value of the set distance when switching the car to the left lane; a regulator for limiting the limiting value of the vehicle’s acceleration during the subsequent transition to the right lane when there is no vehicle in the detection zone ahead of you. In addition, the car is equipped with a means of determining the distance to the front of the traveling car.

Основным недостатком рассматриваемого устройства является большая величина ошибок слежения по положению (отклонение от задаваемой дистанции расстояния между автомобилем и впереди едущим транспортным средством в направлении пути следования во время активизации режима слежения). Это обусловлено тем, что в рассматриваемом устройстве-аналоге на интервалах времени, когда осуществляется режим слежения, т.е. поддержание задаваемой дистанции между автомобилем и впереди едущим транспортным средством, реализована наиболее простая схема слежения, в которой управление двигательно-тормозной системой автомобиля формируется только на основе данных об отклонении от задаваемой дистанции расстояния между автомобилем и впереди едущим транспортным средством, т.е. не используется более полное управление двигательно-тормозной системой автомобиля, формируемое с привлечением дополнительных данных, таких, например, как скорость автомобиля относительно впереди едущего транспортного средства и величина, равная сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных (нормированных к собственной массе автомобиля) сил сопротивления качению и воздуху автомобиля. The main disadvantage of the device in question is the large value of position tracking errors (deviation from the set distance of the distance between the vehicle and the vehicle in front in the direction of the track during activation of the tracking mode). This is due to the fact that in the considered analog device at time intervals when the tracking mode is carried out, i.e. maintaining the specified distance between the vehicle and the vehicle in front, the most simple tracking scheme is implemented, in which the control of the vehicle's engine-brake system is formed only on the basis of data on the deviation of the distance between the vehicle and the vehicle in front of the vehicle, i.e. no more complete control of the vehicle’s engine-brake system is used, which is generated with the use of additional data, such as, for example, the vehicle’s speed relative to the front of the vehicle and the value equal to the sum of the acceleration in front of the vehicle and the specific resistance forces (normalized to the vehicle’s own mass) rolling and air of the car.

Следовательно, данное устройство-аналог для автоматического регулирования скорости движения автомобиля и расстояния, отделяющего его от впереди едущего автомобиля, по причине больших ошибок слежения не может быть использовано для следящего управления продольным движением автомобиля в насыщенном потоке с предельными значениями интенсивности, динамичности движения и минимальными расстояниями между автомобилями. Therefore, this analogue device for automatically controlling the vehicle speed and the distance separating it from the vehicle in front, due to large tracking errors, cannot be used for tracking control of the longitudinal movement of the car in a saturated stream with limit values of intensity, dynamics of movement and minimum distances between cars.

Известен также способ и устройство следящего управления для автомобиля [3], содержащее измеритель расстояния, измеряющий расстояние между автомобилем и едущим впереди транспортным средством, измеритель относительной скорости, измеряющий относительную скорость между автомобилем и едущим впереди транспортным средством, блок управления, который на основании выходных величин измерителей расстояния и относительной скорости управляет выходной мощностью двигателя внутреннего сгорания автомобиля при разгоне автомобиля с места с учетом относительной скорости и независимо от расстояния таким образом, что относительная скорость становится нулевой, если измеренное измерителем расстояние не достигает заранее определенного опорного значения. Управление выходной мощностью двигателя осуществляется на основе относительной скорости и расстояния, когда последнее, по меньшей мере, сравняется с опорным (задаваемым) значением дистанции. There is also known a method and a follow-up control device for a car [3], comprising a distance meter that measures the distance between the car and the vehicle in front, a relative speed meter that measures the relative speed between the car and the vehicle in front, a control unit that, based on output values distance and relative speed meters controls the output power of the vehicle’s internal combustion engine when the vehicle accelerates from a standstill, taking into account relative speed and regardless of the distance so that the relative speed becomes zero if the distance measured by the meter does not reach a predetermined reference value. The engine power output is controlled based on the relative speed and distance, when the latter is at least equal to the reference (set) distance value.

Недостатком такого устройства-аналога являются большие ошибки слежения по положению, обусловленные тем, что для формирования управления двигателем автомобиля учитываются не все параметры движения; например, не учитывается величина, равная сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля, что не позволяет реализовать управление в более полном виде и снизить ошибки слежения по положению. The disadvantage of such an analog device is the large position tracking errors, due to the fact that not all movement parameters are taken into account to formulate the car engine control; for example, the value equal to the sum of the acceleration in front of the traveling vehicle and the specific rolling resistance and air resistance forces of the vehicle is not taken into account, which does not allow for more complete control and reduced position tracking errors.

Таким образом, данное устройство-аналог следящего управления для автомобиля по причине больших ошибок слежения по положению также не может быть использовано для следящего управления продольным движением автомобиля в насыщенном потоке с предельными значениями интенсивности, динамичности движения и минимальными расстояниями между автомобилями. Thus, this analogue device for servo control for a car, due to large position tracking errors, cannot be used for servo control of a car’s longitudinal motion in a saturated stream with limiting values of intensity, driving dynamics and minimum distances between cars.

Известное устройство-аналог следящего управления для автомобиля [3] по своей технической сущности, функциональному назначению и достигаемому техническому результату является наиболее близким к заявляемому изобретению на устройство следящего управления продольным движением автомобиля и рассматривается в дальнейшем в качестве устройства-прототипа. The known analogue device for servo control for a car [3] in its technical essence, functionality and technical result achieved is the closest to the claimed invention to a device for servo control of the longitudinal movement of a car and is considered hereinafter as a prototype device.

В основу изобретения положена задача создания устройства следящего управления продольным движением автомобиля, позволяющего снизить ошибки слежения по положению между автомобилем и впереди едущим транспортным средством, осуществляющего следящее управление продольным движением автомобиля на основе данных об отклонении от опорной дистанции измеренного расстояния между автомобилем и впереди едущим транспортным средством, о величине измеренной относительной скорости между автомобилем и впереди едущим транспортным средством и, кроме того, на основе данных, полученных оценкой (определение с помощью специальных приемов, не связанных с прямыми измерениями, приближенного значения величины) величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля. The basis of the invention is the creation of a device for tracking the longitudinal control of the vehicle, which allows to reduce tracking errors in position between the vehicle and the vehicle in front, carrying out monitoring of the longitudinal movement of the vehicle based on the deviation from the reference distance of the measured distance between the vehicle and the vehicle in front , about the value of the measured relative speed between the vehicle and the vehicle in front and addition, based on data obtained evaluation (determination by means of special techniques, non-direct measurements, an approximate value of the magnitude) value equal to the sum of the acceleration of the vehicle traveling ahead and the specific forces and the rolling resistance of the vehicle air.

Поставленная задача решается тем, что в устройство следящего управления продольным движением автомобиля, содержащее измерители относительной скорости и расстояния, задатчик опорной дистанции, формирователь разности измеренного расстояния и опорной дистанции, блок управления, при этом измеритель расстояния и задатчик опорной дистанции подключены ко входам формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции, выход которого подключен ко входу блока управления, к другому входу которого подключен измеритель относительной скорости, выход блока управления предназначен для подачи сигнала управления на двигательно-тормозную систему автомобиля, дополнительно включены четыре интегратора, три формирователя разности, четыре сумматора, восемь усилителей и датчик удельной силы, развиваемой двигательно-тормозной системой автомобиля, при этом входы усилителей с нечетными номерами подключены к выходу первого формирователя разности, а входы усилителей с четными номерами подключены к выходу второго формирователя разности, выходы первого и второго, третьего и четвертого, пятого и шестого, седьмого и восьмого усилителей подключены попарно к первому и второму входам первого, второго, третьего и четвертого сумматоров, соответственно, кроме того, выход первого сумматора подключен ко входу первого интегратора, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора, выход второго сумматора подключен ко входу второго интегратора, выход которого подключен к первому входу третьего формирователя разности и входу блока управления одновременно, выходы третьего и четвертого сумматоров подключены соответственно ко входам третьего и четвертого интеграторов, выходы которых соответственно подключены к первым входам первого и второго формирователей разности, одновременно выход четвертого интегратора подключен к третьему входу третьего сумматора, вход датчика удельной силы подключен к двигательно-тормозной системе автомобиля, а выход датчика удельной силы подключен ко второму входу третьего формирователя разности, выход которого подключен к третьему входу четвертого сумматора, кроме того, ко второму входу первого формирователя разности подключен выход формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции, ко второму входу второго формирователя разности подключен выход измерителя относительной скорости. The problem is solved in that in the device for monitoring the longitudinal movement of the vehicle, containing relative speed and distance meters, a reference distance adjuster, a shaper of the measured distance difference and a reference distance, a control unit, while a distance meter and a reference distance adjuster are connected to the inputs of the measured difference difference distance and reference distance, the output of which is connected to the input of the control unit, to the other input of which the meter is connected relative to speed, the output of the control unit is designed to supply a control signal to the vehicle's engine-brake system, four integrators, three difference shapers, four adders, eight amplifiers and a specific force sensor developed by the engine's engine-brake system are additionally included, while the inputs of amplifiers with odd numbers connected to the output of the first difference driver, and the inputs of the amplifiers with even numbers are connected to the output of the second difference driver, the outputs of the first and second, third and even The third, fifth and sixth, seventh and eighth amplifiers are connected in pairs to the first and second inputs of the first, second, third and fourth adders, respectively, in addition, the output of the first adder is connected to the input of the first integrator, the output of which is connected to the third input of the second adder, the output the second adder is connected to the input of the second integrator, the output of which is connected to the first input of the third difference shaper and the input of the control unit at the same time, the outputs of the third and fourth adders are connected respectively respectively, to the inputs of the third and fourth integrators, the outputs of which are respectively connected to the first inputs of the first and second difference formers, at the same time the output of the fourth integrator is connected to the third input of the third adder, the input of the specific force sensor is connected to the motor-brake system of the car, and the output of the specific power sensor is connected to the second input of the third difference shaper, the output of which is connected to the third input of the fourth adder, in addition, to the second input of the first shaper STI shaper connected to the output difference of the measured distance and the reference distance, the second input of the second difference generator connected to the output of the relative velocity meter.

В заявленном устройстве следящего управления продольным движением автомобиля общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:
- наличие конструктивных элементов в виде измерителей расстояния и относительной скорости, задатчика опорной дистанции, формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции, блока управления;
- наличие связей между измерителем расстояния, задатчиком опорной дистанции и формирователем разности измеренного расстояния и опорной дистанции; между измерителем относительной скорости, формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции и блоком управления, а также связей между блоком управления и самой двигательно-тормозной системой автомобиля.
In the claimed device tracking monitoring the longitudinal movement of the car, the common essential features for him and for his prototype are:
- the presence of structural elements in the form of distance and relative speed meters, a reference distance setter, a shaper of the measured distance difference and a reference distance, a control unit;
- the presence of links between the distance meter, the reference distance setter and the shaper of the difference of the measured distance and the reference distance; between a relative speed meter, a shaper of the difference in the measured distance and the reference distance and the control unit, as well as the connections between the control unit and the motor-brake system of the car itself.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного устройства и прототипа показывает, что первый, в отличие от прототипа, имеет следующие существенные отличительные признаки:
- наличие конструктивных элементов в виде четырех интеграторов, четырех сумматоров, трех формирователей разности, восьми усилителей и датчика удельной силы;
- наличие связей интеграторов, сумматоров, формирователей разности, усилителей и датчика удельной силы между собой, а также с формирователем разности измеренного расстояния и опорной дистанции, с измерителем относительной скорости и блоком управления, а также связи датчика удельной силы с двигательно-тормозной системой управляемого автомобиля.
A comparative analysis of the essential features of the claimed device and prototype shows that the first, unlike the prototype, has the following significant distinguishing features:
- the presence of structural elements in the form of four integrators, four adders, three difference shapers, eight amplifiers and a specific gravity sensor;
- the presence of connections between integrators, adders, difference shapers, amplifiers and the specific gravity sensor, as well as with the measured distance difference and the reference distance shaper, with a relative speed meter and a control unit, as well as specific force sensor communications with the engine-brake system of a controlled vehicle .

Совокупность признаков, обеспечивающих достижение технического результата:
- наличие конструктивных элементов в виде измерителей дистанции и относительной скорости, задатчика опорной дистанции, формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции, четырех интеграторов, четырех сумматоров, трех формирователей разности, восьми усилителей, датчика удельной силы и блока управления;
- наличие связей интеграторов, сумматоров, формирователей разности, усилителей, блока управления, задатчика опорной дистанции и датчика удельной силы между собой и с измерителями расстояния и относительной скорости, а также связи датчика удельной силы с двигательно-тормозной системой автомобиля.
The set of features that ensure the achievement of a technical result:
- the presence of structural elements in the form of distance and relative speed meters, a reference distance setter, a shaper of the measured distance difference and a reference distance, four integrators, four adders, three difference shapers, eight amplifiers, a specific power sensor and a control unit;
- the presence of links between integrators, adders, difference shapers, amplifiers, a control unit, a reference distance setter and a specific gravity sensor between each other and with distance and relative speed meters, as well as a specific gravity sensor with a motor-brake system of the car.

Технический результат от применения заявленного устройства следящего управления продольным движением автомобиля заключается в снижении ошибок слежения по положению, возникающих при слежении автомобиля за впереди едущим транспортным средством. The technical result from the use of the claimed device tracking the longitudinal control of the vehicle is to reduce tracking errors in position that occur when tracking a vehicle ahead of a traveling vehicle.

Данная совокупность известных и отличительных существенных признаков обеспечивает получение технического результата. This set of known and distinctive essential features provides a technical result.

Именно такая совокупность всех существенных признаков позволила создать устройство следящего управления продольным движением автомобиля. It is this combination of all essential features that made it possible to create a device for tracking control of the longitudinal movement of the car.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решить поставленную задачу. Based on the foregoing, we can conclude that the set of essential features of the claimed invention has a causal relationship with the achieved technical result, i.e. thanks to this combination of essential features of the invention, it has become possible to solve the problem.

Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем, т. е. оно явным образом не следует из уровня техники и пригодно для промышленного применения. Therefore, the claimed invention is new, has an inventive step, that is, it clearly does not follow from the prior art and is suitable for industrial use.

Сущность заявленного устройства следящего управления продольным движением автомобиля поясняется чертежами:
фиг. 1 - блок-схема устройства следящего управления продольным движением автомобиля; фиг. 2 - развернутая блок-схема устройства следящего управления продольным движением автомобиля; фиг. 3 - функциональная блок-схема устройства следящего управления продольным движением автомобиля; фиг. 4 - диаграмма зависимости среднеквадратичного значения ошибки слежения от величины постоянной времени оценивания; фиг. 5 - диаграмма зависимости среднеквадратичного значения ошибки слежения от величины весового коэффициента m, фиг. 6 - диаграмма линий уровня нормы матрицы функционала качества управления; фиг. 7 - временные диаграммы ошибки слежения по положению при применении прототипа и заявленного устройства для ситуации умеренной динамики потока автомобилей; фиг. 8 - временные диаграммы расстояния между автомобилем и впереди едущим транспортным средством при экстренной остановке последнего (наезд на препятствие).
The essence of the claimed device tracking control longitudinal movement of the car is illustrated by drawings:
FIG. 1 is a block diagram of a device for monitoring longitudinal control of a vehicle; FIG. 2 is a detailed block diagram of a device for monitoring longitudinal control of a vehicle; FIG. 3 is a functional block diagram of a device for monitoring longitudinal control of a vehicle; FIG. 4 is a diagram of the root mean square value of the tracking error on the value of the estimation time constant; FIG. 5 is a diagram of the dependence of the rms value of the tracking error on the value of the weight coefficient m, FIG. 6 is a line diagram of a level of a norm of a matrix of a functional of management quality; FIG. 7 is a timing chart of position tracking error when using the prototype and the claimed device for a situation of moderate dynamics of the flow of cars; FIG. 8 - time diagrams of the distance between the vehicle and the vehicle in front when the latter is stopped urgently (hitting an obstacle).

Заявленное устройство (фиг. 1) состоит из измерителя расстояния 1, задатчика опорной дистанции 2, измерителя относительной скорости 3, формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции 4, блока оценивания 5, блока управления 6 и датчика удельной силы 7. На фиг. 1 показан также объект управления - двигательно-тормозная система автомобиля 8. The claimed device (Fig. 1) consists of a distance meter 1, a reference distance setter 2, a relative speed meter 3, a measured distance difference and a reference distance shaper 4, an estimation unit 5, a control unit 6, and a specific force sensor 7. FIG. 1 also shows the control object - the engine-brake system of the car 8.

Измеритель расстояния 1 выполняет измерение расстояния Zr - между автомобилем и впереди едущим транспортным средством. Задатчик опорной дистанции 2 задает опорное значение дистанции Rо между автомобилем и впереди едущим транспортным средством, которое выдерживается автомобилем при помощи установленного на нем заявленного устройства следящего управления продольным движением автомобиля. Измеритель относительной скорости 3 измеряет относительную скорость ZV движения автомобиля относительно впереди едущего транспортного средства. Формирователь разности измеренного расстояния и опорной дистанции 4 формирует на своем выходе величину Zr-Rо, пропорциональную отклонению измеренного расстояния Zr от опорной дистанции Rо. Блок оценивания 5 формирует оценку

Figure 00000002
(знак "^" над переменными служит для обозначения их оценок, т.е. приближенного значения) величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля. Блок управления 6 формирует управление W двигательно-тормозной системой автомобиля на основе данных о величине измеренной относительной скорости, отклонения измеренного расстояния от опорной дистанции, а также на основе оценки величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля. Датчик удельной силы 7 измеряет величину удельной (на единицу массы автомобиля) силы u, развиваемой двигательно-тормозной системой автомобиля.Distance meter 1 measures the distance Z r - between the vehicle and the vehicle in front. The reference distance setter 2 sets the reference value of the distance R о between the vehicle and the vehicle in front, which is maintained by the vehicle using the declared device for monitoring the longitudinal movement of the vehicle mounted on it. The relative speed meter 3 measures the relative speed Z V of the vehicle relative to the front of the traveling vehicle. The shaper of the difference between the measured distance and the reference distance 4 generates at its output a value of Z r -R о proportional to the deviation of the measured distance Z r from the reference distance R about . Grade 5 forms a grade
Figure 00000002
(the “^” sign above the variables is used to indicate their estimates, that is, an approximate value) of a value equal to the sum of the acceleration ahead of the traveling vehicle and the specific forces of rolling and air resistance of the car. The control unit 6 generates control W of the vehicle's engine-brake system on the basis of data on the measured relative speed, the deviation of the measured distance from the reference distance, and also on the basis of an estimate of the value equal to the sum of the acceleration in front of the traveling vehicle and the specific rolling and air resistance forces of the vehicle. The specific gravity sensor 7 measures the value of the specific (per unit mass of the car) force u developed by the engine-brake system of the car.

Функционирование заявленного устройства управления продольным движением автомобиля обеспечивают связи формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции 4 и измерителя относительной скорости 3 с блоком оценивания 5, в котором производится формирование оценки

Figure 00000003
величины, равной сумме ускорения ведущего автомобиля и удельных сил сопротивления качению и воздуху ведомого, управляемого автомобиля. В свою очередь формирователь разности измеренного расстояния и опорной дистанции 4 на своем выходе формирует величину Zr-Rо, равную отклонению расстояния между автомобилем и впереди едущим транспортным средством от опорной дистанции между ними на основе данных, поступающих от измерителя расстояния 1 и задатчика опорной дистанции 2. От формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции 4 и измерителя относительной скорости 3, а также от блока оценивания 5 в блок управления 6 направляются для формирования управления двигательно-тормозной системой автомобиля текущие данные о величине относительной скорости ZV, об отклонении расстояния между автомобилем и впереди едущим транспортным средством от опорной дистанции Zr-Rо а также об оцененной величине
Figure 00000004
Связь датчика удельной силы 7 обеспечивает поступление в блок оценивания 5 текущих данных о величине удельной силы u, развиваемой двигательно-тормозной системой автомобиля.The operation of the claimed device for controlling the longitudinal movement of the car is ensured by the relationship between the shaper of the difference between the measured distance and the reference distance 4 and the relative speed meter 3 with the evaluation unit 5, in which the evaluation is generated
Figure 00000003
a value equal to the sum of the acceleration of the driving car and the specific forces of rolling resistance and air of the driven, controlled car. In turn, the shaper of the difference in the measured distance and the reference distance 4 at its output generates a value of Z r -R о equal to the deviation of the distance between the vehicle and the vehicle in front from the reference distance between them based on data from the distance meter 1 and the reference distance setter 2. From the shaper of the difference of the measured distance and the reference distance 4 and the relative speed meter 3, as well as from the evaluation unit 5, the control unit 6 is sent to form a motor control flax-brake system of the car current data on the value of the relative speed Z V , on the deviation of the distance between the vehicle and the vehicle in front from the reference distance Z r -R о, as well as on the estimated value
Figure 00000004
The connection of the specific gravity sensor 7 ensures the receipt of current data on the specific gravity u developed by the motor-brake system of the vehicle in the evaluation unit 5.

В развернутом виде (фиг. 2) заявленное устройство следящего управления продольным движением автомобиля состоит из измерителей расстояния 1 и относительной скорости 3; задатчика опорной дистанции 2; формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции 4; первого 9, третьего 13, пятого 19, седьмого 22 усилителей электрических сигналов с коэффициентами усиления mkX4, mkX3, mkX1 и mkX2, соответственно; второго 11, четвертого 15, шестого 20, восьмого 21 усилителей электрических сигналов с коэффициентами усиления kV4, kV3, kV1 и kV2, соответственно; первого 12, второго 16, третьего 23, четвертого 26 интеграторов электрических сигналов; первого 10, второго 14, третьего 24, четвертого 25 сумматоров и сумматора 29; первого 17, второго 18, третьего 27 формирователей разности и формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции 4; усилителей электрических сигналов 28, 30 с коэффициентами усиления p1, p2, соответственно; датчика удельной силы 7, развиваемой двигательно-тормозной системой автомобиля.In expanded form (Fig. 2), the claimed device for tracking the longitudinal control of the vehicle consists of distance meters 1 and relative speed 3; reference distance setter 2; shaper of the difference between the measured distance and the reference distance 4; first 9, third 13, fifth 19, seventh 22 electric signal amplifiers with amplification factors mk X4 , mk X3 , mk X1 and mk X2 , respectively; second 11, fourth 15, sixth 20, eighth 21 electric signal amplifiers with amplification factors k V4 , k V3 , k V1 and k V2 , respectively; the first 12, second 16, third 23, fourth 26 integrators of electrical signals; first 10, second 14, third 24, fourth 25 adders and adder 29; the first 17, second 18, third 27 forwarders of the difference and the former of the difference of the measured distance and the reference distance 4; amplifiers of electrical signals 28, 30 with gains p 1 , p 2 , respectively; specific gravity sensor 7 developed by the engine-brake system of the car.

Заявленное устройство следящего управления продольным движением автомобиля в более детальном изложении применительно к развернутой блок-схеме устройства следящего управления продольным движением автомобиля (фиг. 2) работает следующим образом: измерители расстояния 1 и относительной скорости 3 измеряют расстояние Zr и относительную скорость ZV между автомобилем и впереди едущим транспортным средством, а после сравнения измеренного расстояния Zr в формирователе разности 4 с опорным значением дистанции Rо вырабатываемым задатчиком опорной дистанции 2, на выходе формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции 4 вырабатываются электрические сигналы, пропорциональные отклонению Zr-Rо измеренного расстояния от опорной дистанции. Текущие данные об относительной скорости ZV и отклонении Zr-Rо измеренного расстояния от опорной дистанции направляются в блок оценивания 5 на вторые входы второго 18 и первого 17 формирователей разности, соответственно, а через усилители 30 и 28 - в сумматор 29 блока управления 6, в котором управление W формируется как сумма величин, пропорциональных относительной скорости ZV и отклонению Zr-Rо измеренного расстояния от опорной дистанции. На выходе первого формирователя разности 17 формируется разность

Figure 00000005
измеренного Zr-Rо (от формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции 4) и оцененного
Figure 00000006
(от третьего интегратора 23) отклонений расстояния от опорной дистанции, а на выходе второго формирователя разности 18 формируется разность измеренной ZV (от измерителя скорости 3) и оцененной
Figure 00000007
(от четвертого интегратора 26) величин относительной скорости. С выхода первого 17 и второго 18 формирователей разности сигналы через первый 9, третий 13, пятый 19, седьмой 22 усилители и второй 11, четвертый 15, шестой 20, восьмой 21 усилители, соответственно, поступают на первый 10, второй 14, третий 24, четвертый 25 сумматоры, с выхода которых направляются на входы первого 12, второго 16, третьего 23, четвертого 26 интеграторов, соответственно. На выходах первого 10, второго 14, третьего 24, четвертого 25 сумматоров формируются данные о скорости изменения величины
Figure 00000008
производная от
Figure 00000009
оценки величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля), о скорости изменения величины
Figure 00000010
оценка величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля), о скорости изменения величины
Figure 00000011
оценка отклонения измеренного расстояния от опорной дистанции), о скорости изменения величины
Figure 00000012
оценка относительной скорости), соответственно. Все это позволяет на выходе второго интегратора 16 сформировать оценку
Figure 00000013
величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля, которая направляется в блок управления 6 (на сумматор 29) для формирования дополнительного слагаемого управления двигательно-тормозной системой автомобиля. Данные о величине удельной силы u, развиваемой двигательно-тормозной системой автомобиля, с помощью датчика удельной силы 7 направляются в блок оценивания 5 на второй вход третьего формирователя разности 27, на первый вход которого поступают данные об оцененной величине
Figure 00000014
равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля. Полученная на выходе третьего формирователя разности 27 разность
Figure 00000015
поступает на третий вход четвертого сумматора 25 для корректировки оцененной величины скорости изменения относительной скорости
Figure 00000016
автомобиля, которая после интегрирования в четвертом интеграторе 26 поступает одновременно на первый вход второго формирователя разности 18 и на третий вход третьего сумматора 24 для коррекции скорости изменения оценки
Figure 00000017
отклонения измеренного расстояния от опорной дистанции. При этом, если данные о расстоянии и относительной скорости между автомобилем и впереди едущим транспортным средством получаются непосредственно путем измерений указанных величин, то данные о величине, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля, вырабатываются с помощью блока оценивания 5, не требующего дополнительных измерений.The claimed device for monitoring the longitudinal movement of the car in more detail with reference to the expanded block diagram of the device for monitoring the longitudinal movement of the car (Fig. 2) works as follows: distance meters 1 and relative speed 3 measure the distance Z r and the relative speed Z V between the car and traveling ahead of the vehicle, and then comparing the measured distance Z r 4 in the shaper difference with a reference value of the distance r of supports produced by setter oh distance 2, the output of the difference former of the measured distance and the reference distance 4 produced electrical signals proportional to the deviation Z r -R a measured distance from the reference distance. Current data on the relative speed Z V and the deviation Z r -R about the measured distance from the reference distance are sent to the evaluation unit 5 to the second inputs of the second 18 and first 17 difference shapers, respectively, and through amplifiers 30 and 28 to the adder 29 of the control unit 6 , in which the control W is formed as the sum of values proportional to the relative speed Z V and the deviation Z r -R about the measured distance from the reference distance. At the output of the first shaper of difference 17, a difference is formed
Figure 00000005
measured Z r -R about (from the shaper of the difference between the measured distance and the reference distance 4) and estimated
Figure 00000006
(from the third integrator 23) deviations of the distance from the reference distance, and at the output of the second shaper of difference 18, the difference of the measured Z V (from the speed meter 3) and the estimated
Figure 00000007
(from the fourth integrator 26) of relative velocity values. From the output of the first 17 and second 18 shapers of the difference, the signals through the first 9, third 13, fifth 19, seventh 22 amplifiers and second 11, fourth 15, sixth 20, eighth 21 amplifiers, respectively, go to the first 10, second 14, third 24, fourth 25 adders, from the output of which are directed to the inputs of the first 12, second 16, third 23, fourth 26 integrators, respectively. The outputs of the first 10, second 14, third 24, fourth 25 adders are formed data on the rate of change of magnitude
Figure 00000008
derivative of
Figure 00000009
estimates of the value equal to the sum of the acceleration in front of the traveling vehicle and the specific forces of rolling resistance and air of the car), the rate of change
Figure 00000010
estimation of a value equal to the sum of the acceleration ahead of the traveling vehicle and the specific forces of rolling resistance and air of the car), the rate of change
Figure 00000011
estimation of deviation of the measured distance from the reference distance), the rate of change of magnitude
Figure 00000012
relative velocity estimation), respectively. All this allows the output of the second integrator 16 to form an estimate
Figure 00000013
a value equal to the sum of the acceleration in front of the traveling vehicle and the specific forces of rolling and air resistance of the car, which is sent to the control unit 6 (to the adder 29) to form an additional term for controlling the engine-brake system of the car. Data on the magnitude of the specific force u developed by the engine-brake system of the car, using the specific gravity sensor 7 is sent to the evaluation unit 5 to the second input of the third difference shaper 27, the first input of which receives data on the estimated value
Figure 00000014
equal to the sum of the acceleration ahead of the traveling vehicle and the specific forces of rolling resistance and air of the car. The difference obtained at the output of the third difference shaper 27
Figure 00000015
enters the third input of the fourth adder 25 to adjust the estimated magnitude of the rate of change of relative velocity
Figure 00000016
a car, which, after integration in the fourth integrator 26, simultaneously arrives at the first input of the second difference driver 18 and at the third input of the third adder 24 to correct the rate of change in the estimate
Figure 00000017
deviations of the measured distance from the reference distance. Moreover, if data on the distance and relative speed between the vehicle and the vehicle in front is obtained directly by measuring the indicated values, then data on the value equal to the sum of the acceleration in front of the vehicle and the specific rolling and air resistance forces of the vehicle are generated using the evaluation unit 5, not requiring additional measurements.

Таким образом, заявленное устройство осуществляет выработку управления двигательно-тормозной системой автомобиля на основе данных об отклонении измеренного расстояния от опорной дистанции, данных измерения относительной скорости и данных оценки величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля. Thus, the claimed device performs generation of control of the engine-brake system of the car based on data on the deviation of the measured distance from the reference distance, data on measuring the relative speed and data on estimating a value equal to the sum of the acceleration in front of the traveling vehicle and the specific rolling and air resistance forces of the car.

Функциональная блок-схема заявленного устройства следящего управления продольным движением автомобиля представлена на фиг. 3. Основной составной частью заявленного устройства является блок оценивания 5, который содержит усилитель 31, формирователь разности 32, сумматор 33, интегратор 34, усилитель 35, усилитель 36. Элементы блока оценивания 5, представленные на фиг. 3, являются многоканальными. Так, усилитель 31 эквивалентно представляет первый 9 (фиг. 2), второй 11, третий 13, четвертый 15, пятый 19, шестой 20, седьмой 22, восьмой 21 усилители; формирователь разности 32 (фиг. 3) эквивалентно представляет первый 17 (фиг. 2)и второй 18 формирователи разности; сумматор 33 (фиг. 3) эквивалентно представляет первый 10 (фиг. 2), второй 14, третий 24, четвертый 25 сумматоры; интегратор 34 (фиг. 3) эквивалентно представляет первый 12 (фиг. 2), второй 16, третий 23, четвертый 26 интеграторы; многоканальность усилителя (с коэффициентами усиления, равными единице) 35 (фиг. 3) выражается в том, что на вход формирователя разности 32 подаются сигналы от третьего 23 (фиг. 2) и четвертого 26 интеграторов и, наконец, многоканальность усилителя (с коэффициентами усиления равными единице) 36 (фиг. 3) выражается в структуре соединения элементов интегратора 34 и сумматора 33 между собой. Кроме блока оценивания 5, на функциональной блок-схеме изображены элементы 1,2, 3,4, 5, 6, 7 и 8, назначение которых соответствует блок-схемам (фиг. 1 и 2). A functional block diagram of the claimed device for monitoring longitudinal control of a vehicle is shown in FIG. 3. The main component of the claimed device is an evaluation unit 5, which comprises an amplifier 31, a difference shaper 32, an adder 33, an integrator 34, an amplifier 35, an amplifier 36. The elements of the evaluation unit 5 shown in FIG. 3 are multi-channel. So, the amplifier 31 equivalently represents the first 9 (Fig. 2), second 11, third 13, fourth 15, fifth 19, sixth 20, seventh 22, eighth 21 amplifiers; difference shaper 32 (FIG. 3) equally represents the first 17 (FIG. 2) and second 18 difference shapers; the adder 33 (Fig. 3) equivalently represents the first 10 (Fig. 2), second 14, third 24, fourth 25 adders; the integrator 34 (Fig. 3) equivalently represents the first 12 (Fig. 2), second 16, third 23, fourth 26 integrators; the multichannel amplifier (with amplification factors equal to unity) 35 (Fig. 3) is expressed in that signals from the third 23 (Fig. 2) and fourth 26 integrators are fed to the input of the difference shaper 32 and, finally, the multichannel amplifier (with amplification factors equal to unity) 36 (Fig. 3) is expressed in the structure of the connection of the elements of the integrator 34 and the adder 33 with each other. In addition to the evaluation unit 5, the functional block diagram shows the elements 1,2, 3,4, 5, 6, 7 and 8, the purpose of which corresponds to the block diagrams (Fig. 1 and 2).

Функциональная блок-схема (фиг. 3) позволяет рассматривать работу элементов обратной связи заявленного устройства следящего управления продольным движением автомобиля. Из функциональной блок-схемы следует, что в формирователе разности 32 производится сравнение измеряемого вектора (Zr - Rо, ZV)T с оцененным вектором состояния на выходе системы

Figure 00000018

где Zr= R1-R2r - измеренное расстояние; ZV= r2V - измеренная относительная скорость; r1 = R1-R2-Rо - отклонение расстояния R1-R2 от опорной дистанции Rо, R1 - положение (координата на траектории движения) впереди едущего транспортного средства; R2 - положение (координата на траектории движения) автомобиля; Rо - опорная дистанция;
Figure 00000019
относительная скорость; εr и εV - инструментальные погрешности измерителей расстояния и относительной скорости, соответственно;
Figure 00000020
оценки величин r1, r2, соответственно.The functional block diagram (Fig. 3) allows you to consider the operation of the feedback elements of the claimed device tracking the longitudinal control of the vehicle. From the functional block diagram it follows that in the shaper of difference 32, the measured vector (Z r - R о , Z V ) T is compared with the estimated state vector at the system output
Figure 00000018

where Z r = R 1 -R 2 + ε r is the measured distance; Z V = r 2 + ε V is the measured relative velocity; r 1 = R 1 -R 2 -R o - deviation of the distance R 1 -R 2 from the reference distance R o , R 1 - position (coordinate on the trajectory of movement) in front of the traveling vehicle; R 2 - position (coordinate on the motion path) of the car; R about - reference distance;
Figure 00000019
relative speed; ε r and ε V are the instrumental errors of the distance and relative velocity meters, respectively;
Figure 00000020
estimates of r 1 , r 2 , respectively.

Вектор состояния системы r = (r1, r2, F, f1)T имеет свои производную

Figure 00000021
и оценку
Figure 00000022

где
Figure 00000023
оценка величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля;
Figure 00000024
скорость изменения величины
Figure 00000025

Полученная разность векторов
Figure 00000026
(разность измеренных и оцененных в блоке оценивания 5 отклонений расстояния от опорной дистанции и относительной скорости) через матрицу обратной связи K (усилитель 31) поступает для коррекции оцениваемых величин на вход сумматора 33. С выхода интегратора 34 сигнал через матриц динамики системы Ф (усилитель 36) направляется на вход сумматора 33. Матрица динамики системы Ф отражает структуру уравнений, описывающих систему "автомобиль - впереди едущее транспортное средство", что отображается в структуре соединения элементов интегратора 34 и сумматора 33 между собой. Через матрицу вектора выхода H (усилитель 35) оценка вектора состояния
Figure 00000027
поступает в виде вектора выхода
Figure 00000028
на вход формирователя разности 32 для сравнения с измерениями ZV и Zr-Rо.The state vector of the system r = (r 1 , r 2 , F, f 1 ) T has its derivative
Figure 00000021
and assessment
Figure 00000022

Where
Figure 00000023
estimation of the value equal to the sum of the acceleration in front of the traveling vehicle and the specific forces of rolling resistance and air of the car;
Figure 00000024
rate of change
Figure 00000025

The resulting vector difference
Figure 00000026
(the difference between the deviations of the distance from the reference distance and the relative velocity measured and evaluated in the evaluation unit 5) is fed through the feedback matrix K (amplifier 31) to correct the estimated values at the input of the adder 33. From the output of the integrator 34, the signal through the dynamics matrices of system F (amplifier 36 ) is directed to the input of the adder 33. The matrix of dynamics of the system Ф reflects the structure of equations describing the system "car - driving vehicle ahead", which is displayed in the connection structure of the elements of the integrator 34 and the sum torus 33 among themselves. Through the matrix of the output vector H (amplifier 35), an estimate of the state vector
Figure 00000027
comes in the form of an output vector
Figure 00000028
to the input of the shaper difference 32 for comparison with measurements of Z V and Z r -R about .

Рассмотрим два основных режима работы заявленного устройства. Consider the two main modes of operation of the claimed device.

Пусть величина элемента Zr вектора измерений Z = (Zr, ZV)T в какой-то момент времени уменьшается относительно опорной дистанции Rо за счет замедления движения впереди едущего транспортного средства, т.е. за счет уменьшения относительной скорости ZV; тогда полученные на выходе формирователя разности 32 уменьшающиеся отрицательные значения элементов вектора Δr через усилитель 31 поступают на вход сумматора 33, что приводит к уменьшению элементов вектора

Figure 00000029
после интегрирования в интеграторе 34, и к уменьшению элементов вектора
Figure 00000030
Так как в оцененный вектор состояния
Figure 00000031
входит, кроме элементов
Figure 00000032
, еще и элемент
Figure 00000033
являющийся оценкой величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля, то уменьшается также и величина
Figure 00000034
В целом это приводит к уменьшению величины управления
Figure 00000035
(блок 6), а затем и удельной силы u, развиваемой двигательно-тормозной системой автомобиля 8, т.е. - к замедлению движения автомобиля и восстановлению расстояния Zr, близкого к опорной дистанции Rо. В свою очередь уменьшающееся значение удельной силы u, которое поступает на вход сумматора 33, приводит к дополнительному уменьшению величины
Figure 00000036
а следовательно, к дополнительному уменьшению величины управления W, что затем приводит к дополнительному увеличению замедления автомобиля и к дополнительному восстановлению расстояния Zr, еще более близкого к опорной дистанции Rо и т.д. В результате указанных процессов уменьшающаяся величина удельной силы u, развиваемой двигательно-тормозной системой автомобиля, приводит к замедлению его движения и восстановлению расстояния Zr до заданной величины опорной дистанции Rо.Let the value of the element Z r of the measurement vector Z = (Z r , Z V ) T at some point in time decrease relative to the reference distance R о due to the deceleration of movement in front of the traveling vehicle, i.e. by reducing the relative speed Z V ; then the decreasing negative values of the elements of the vector Δr obtained at the output of the difference shaper 32 through the amplifier 31 go to the input of the adder 33, which leads to a decrease in the elements of the vector
Figure 00000029
after integration in the integrator 34, and to reduce the elements of the vector
Figure 00000030
Since in the estimated state vector
Figure 00000031
included except items
Figure 00000032
, also an element
Figure 00000033
which is an estimate of the value equal to the sum of the acceleration in front of the traveling vehicle and the specific forces of rolling resistance and air of the car, the value also decreases
Figure 00000034
In general, this leads to a decrease in the amount of control
Figure 00000035
(block 6), and then the specific force u developed by the engine-brake system of the car 8, i.e. - to slow down the vehicle and restore the distance Z r close to the reference distance R about . In turn, the decreasing value of the specific force u, which is fed to the input of the adder 33, leads to an additional decrease in
Figure 00000036
and consequently, to an additional decrease in the control value W, which then leads to an additional increase in vehicle deceleration and to an additional restoration of the distance Z r , even closer to the reference distance R about , etc. As a result of these processes, a decreasing value of the specific force u developed by the motor-brake system of the car leads to a slowdown in its movement and restoration of the distance Z r to a given value of the reference distance R about .

Рассмотрим второй режим работы заявленного устройства. Consider the second mode of operation of the claimed device.

Пусть величина элемента Zr вектора измерений Z = (Zr, ZV)T в какой-то момент времени увеличивается относительно опорной дистанции Rо за счет увеличения скорости движения впереди едущего транспортного средства, т.е. за счет увеличения относительной скорости ZV; тогда полученные на выходе формирователя разности 32 увеличивающиеся положительные значения элементов вектора Δr через усилитель 31 поступают на вход сумматора 33, что приводит к увеличению элементов вектора

Figure 00000037
после интегрирования в интеграторе 34, и к увеличению элементов вектора состояния
Figure 00000038
Так как в оцененный вектор состояния
Figure 00000039
входит, кроме элементов
Figure 00000040
, еще и элемент
Figure 00000041
являющийся оценкой величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля, то увеличивается также и величина
Figure 00000042
Все это приводит к возрастанию величины управления
Figure 00000043
(блок управления 6), а затем и удельной силы u, развиваемой двигательно-тормозной системой автомобиля 8, т.е. - к ускорению движения автомобиля и восстановлению расстояния Zr, близкого к опорной дистанции Rо. В свою очередь увеличивающееся значение силы u, которое поступает на вход сумматора 33, приводит к дополнительному возрастанию величины
Figure 00000044
а следовательно, к дополнительному возрастанию величины управления W, что затем приводит к дополнительному увеличению скорости автомобиля и к дополнительному восстановлению расстояния Zr еще более близкого к опорной дистанции Rо и т.д. В результате указанных процессов увеличивающаяся удельная сила u, развиваемая двигательно-тормозной системой автомобиля, приводит к ускорению его движения и восстановлению расстояния Zк до заданной величины опорной дистанции Rо.Let the value of the element Z r of the measurement vector Z = (Z r , Z V ) T at some point in time increase relative to the reference distance R about due to an increase in the speed of movement in front of the traveling vehicle, i.e. by increasing the relative speed Z V ; then the increasing positive values of the elements of the vector Δr obtained at the output of the difference shaper 32 through the amplifier 31 are fed to the input of the adder 33, which leads to an increase in the elements of the vector
Figure 00000037
after integration in the integrator 34, and to increase the elements of the state vector
Figure 00000038
Since in the estimated state vector
Figure 00000039
included except items
Figure 00000040
, also an element
Figure 00000041
which is an estimate of the value equal to the sum of the acceleration in front of the traveling vehicle and the specific forces of rolling resistance and air of the car, the value also increases
Figure 00000042
All this leads to an increase in control
Figure 00000043
(control unit 6), and then the specific force u developed by the engine-brake system of the car 8, i.e. - to accelerate the movement of the car and restore the distance Z r close to the reference distance R about . In turn, the increasing value of the force u, which is input to the adder 33, leads to an additional increase in
Figure 00000044
and consequently, to an additional increase in the control value W, which then leads to an additional increase in the vehicle speed and to an additional restoration of the distance Z r even closer to the reference distance R о , etc. As a result of these processes, the increasing specific force u developed by the motor-brake system of the car leads to an acceleration of its movement and restoration of the distance Z to to a given value of the reference distance R about .

Следовательно, в заявленном устройстве формируется оцененный вектор состояния

Figure 00000045
(включая компоненту
Figure 00000046
), который изменяется в соответствии с изменениями элементов вектора измерения Z = (Zr, ZV)T. Выработанная в заявленном устройстве оцененная величина
Figure 00000047
наряду с Zr и ZV используется для формирования управления W, что обуславливает у заявленного устройства свойства следящего управления продольным движением автомобиля.Therefore, an estimated state vector is generated in the claimed device
Figure 00000045
(including component
Figure 00000046
), which changes in accordance with changes in the elements of the measurement vector Z = (Z r , Z V ) T. The estimated value generated in the claimed device
Figure 00000047
along with Z r and Z V it is used to form the control W, which determines the properties of the tracking device for the longitudinal movement of the vehicle in the claimed device.

Таким образом, в сравнении с прототипом заявленное устройство содержит в управлении W дополнительную компоненту

Figure 00000048
которая обеспечивает снижение ошибок слежения.Thus, in comparison with the prototype of the claimed device contains in the control of W an additional component
Figure 00000048
which provides reduced tracking errors.

Величины параметров элементов (фиг. 3) непосредственно влияют на значения ошибок слежения. Так величины элементов матрицы обратной связи K (усилитель 31) обуславливают динамические свойства оценивания, т.е. величину вектора

Figure 00000049
называемого вектором ошибки оценивания. Следовательно величины элементов матрицы обратной связи K влияют на точность определения оценки
Figure 00000050
по отношению к величине F. Применение порядка выбора элементов матрицы обратной связи K, приведенного в приложении 1, минимизирует ошибки слежения, реализуемые заявленным устройством следящего управления продольным движением автомобиля.The values of the parameters of the elements (Fig. 3) directly affect the values of tracking errors. So the values of the elements of the feedback matrix K (amplifier 31) determine the dynamic properties of the estimation, i.e. vector value
Figure 00000049
called the estimation error vector. Therefore, the values of the elements of the feedback matrix K affect the accuracy of determining the estimate
Figure 00000050
in relation to the value F. The application of the order of selection of the elements of the feedback matrix K, given in Appendix 1, minimizes the tracking errors implemented by the claimed tracking device for longitudinal control of the vehicle.

Для более детального описания работы заявленного устройства следящего управления продольным движением автомобиля обращаемся к аналитическим выражениям, описывающим протекающие в нем процессы. For a more detailed description of the operation of the claimed device tracking the longitudinal control of the car, we turn to analytical expressions describing the processes taking place in it.

Уравнения продольного движения автомобиля и впереди едущего транспортного средства в удельных силах (ускорениях) на единицу массы имеют вид:

Figure 00000051

где значения индекса i относятся соответственно к впереди едущему транспортному средству (i=1) и к автомобилю (i=2),
Fi - удельная сила i-го автомобиля.The equations of the longitudinal movement of the car and the vehicle in front in terms of specific forces (accelerations) per unit mass have the form:
Figure 00000051

where the values of the index i refer respectively to the front of the traveling vehicle (i = 1) and to the car (i = 2),
F i - specific power of the i-th car.

Соотношение удельных сил, действующих на автомобиль, либо на впереди едущее транспортное средство, записываем в следующем виде [1, стр. 3-11]:,
Fi=(Di-Ti)-(Ai+Qi), i=1,2, (2)
где (Di-Ti) - удельная (нормированная к массе автомобиля (i=1) либо к массе впереди едущего транспортного средства (i=2)) сила, развиваемая его двигательно-тормозной системой;
Di - удельная (нормированная к массе автомобиля (i=1) либо к массе впереди едущего транспортного средства (i=2)) сила, развиваемая его двигательной системой;
Ti - удельная (нормированная к массе автомобиля (i=1) либо к массе впереди едущего транспортного средства (i=2)) сила, развиваемая его тормозной системой;
Ai - удельная (нормированная к массе автомобиля (i=1) либо к массе впереди едущего транспортного средства (i=2)) сила сопротивления воздуху (сила аэродинамического сопротивления);
Q - удельная (нормированная к массе автомобиля (i=1) либо к массе впереди едущего транспортного средства (i=2)) сила сопротивления качению; (Ai + Qi) - удельная (нормированная к массе автомобиля (i=1) либо к массе впереди едущего транспортного средства (i=2)) сила сопротивления качению и воздуху.
The ratio of the specific forces acting on the car or on the vehicle in front is written as follows [1, p. 3-11] :,
F i = (D i -T i ) - (A i + Q i ), i = 1,2, (2)
where (D i -T i ) - specific (normalized to the mass of the car (i = 1) or to the mass in front of the traveling vehicle (i = 2)) force developed by its motor-brake system;
D i - specific (normalized to the mass of the car (i = 1) or to the mass in front of the traveling vehicle (i = 2)) force developed by its propulsion system;
T i - specific (normalized to the mass of the car (i = 1) or to the mass of the vehicle in front (i = 2)) the force developed by its braking system;
A i - specific (normalized to the mass of the car (i = 1) or to the mass in front of the traveling vehicle (i = 2)) the force of resistance to air (force of aerodynamic resistance);
Q - specific (normalized to the mass of the car (i = 1) or to the mass in front of the traveling vehicle (i = 2)) rolling resistance force; (A i + Q i ) - specific (normalized to the mass of the car (i = 1) or to the mass in front of the traveling vehicle (i = 2)) rolling resistance and air.

Учитывая, что в рассматриваемой задаче определяющее значение имеет относительное движение автомобиля по отношению к впереди едущему транспортному средству, записываем уравнение (1) в отклонениях от опорной дистанции Rо (вычитаем из первого уравнения системы (1) второе):

Figure 00000052

где r1 = R1-R2-Rо - компонента положения вектора состояния r,
F = F1+(A2 +Q2) - величина, равная сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля; u= D2-T2 - удельная сила, развиваемая двигательно-тормозной системой автомобиля; причем u- ≅ u ≅ u+, что отвечает физическим представлениям о конечной мощности, развиваемой двигательно-тормозной системой автомобиля,
где u- - минимальная предельная величина удельной силы u;
u+ - максимальная предельная величина удельной силы u.Given that in the problem under consideration, the relative movement of the car with respect to the vehicle in front is of decisive importance, we write equation (1) in deviations from the reference distance R о (we subtract the second from the first equation of system (1)):
Figure 00000052

where r 1 = R 1 -R 2 -R o - component of the position of the state vector r,
F = F 1 + (A 2 + Q 2 ) - a value equal to the sum of the acceleration in front of the traveling vehicle and the specific forces of rolling resistance and air of the car; u = D 2 -T 2 - specific force developed by the engine-brake system of the car; moreover, u - ≅ u ≅ u + , which corresponds to physical ideas about the final power developed by the engine-brake system of the car,
where u - is the minimum limit value of the specific force u;
u + is the maximum limit value of the specific force u.

Далее рассматриваем уравнения (1...3) в развернутом виде:

Figure 00000053

Figure 00000054

Figure 00000055

Из последнего уравнения следует, что ошибки слежения r1 = R1-R2-Rо по положению тем меньше, чем меньше правая часть этого уравнения, т.е. чем ближе величина удельной силы (D2 - T2) к величине F1 +(A2 + Q2), равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля. Это означает, что удельную силу (D2-T2) слезет формировать близкой по величине к F1 + (A2 + Q2). Однако величина F1 + (A2 + Q2) может быть непосредственно измерена, что требует применения других подходов к определению величины F1 +(A2 +Q2) Для разрешения данной задачи нами применено линейное оценивание [4, стр. 11-16], [5, стр. 258-275] . Это позволяет получать текущие значения величины F1 +(A2 +Q2) в виде ее оценки
Figure 00000056
на основе измерений расстояния Zr и относительной скорости ZV.Next, we consider equations (1 ... 3) in expanded form:
Figure 00000053

Figure 00000054

Figure 00000055

From the last equation it follows that the tracking errors r 1 = R 1 -R 2 -R о in position the smaller, the smaller the right side of this equation, i.e. the closer the specific force (D 2 - T 2 ) to the value of F 1 + (A 2 + Q 2 ), equal to the sum of the acceleration in front of the traveling vehicle and the specific forces of rolling resistance and air of the car. This means that the specific force (D 2 -T 2 ) will peel off to form close to F 1 + (A 2 + Q 2 ). However, the value of F 1 + (A 2 + Q 2 ) can be directly measured, which requires the use of other approaches to determine the value of F 1 + (A 2 + Q 2 ). To solve this problem, we used linear estimation [4, p. 11- 16], [5, p. 258-275]. This allows you to get the current values of the value of F 1 + (A 2 + Q 2 ) in the form of its assessment
Figure 00000056
based on measurements of distance Z r and relative speed Z V.

Удельная сила u =D2-T2 реализуется в результате реакции двигательно-тормозной системы на управление W, которое сформировано на основе данных измерений относительной скорости и отклонения измеренного расстояния от опорной дистанции между автомобилем и впереди едущим транспортным средством, а также на основе оценки величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля.The specific force u = D 2 -T 2 is realized as a result of the reaction of the engine-brake system to the control W, which is formed on the basis of measurements of the relative speed and deviation of the measured distance from the reference distance between the vehicle and the vehicle in front, and also on the basis of an estimate of the value equal to the sum of the acceleration ahead of the traveling vehicle and the specific forces of rolling resistance and air of the car.

Связь между удельной силой u и управлением W с учетом характерного времени (τd) запаздывания за счет инерционной реакции двигательно-тормозной системы на управление W представляем следующим образом:

Figure 00000057

Уравнения измерений соответственно имеют вид:
Zr= R1-R2r, (5)
ZV= r2V, (6)
где Zr и ZV - измеренные значения расстояния между автомобилем и впереди едущим транспортным средством и относительной скорости между автомобилем и впереди едущим транспортным средством;
r2 - точное значение относительной скорости;
εr и εV - инструментальные погрешности измерителей расстояния и относительной скорости, соответственно.The relationship between the specific force u and the control W, taking into account the characteristic delay time (τ d ) due to the inertial reaction of the engine-brake system to the control W, is presented as follows:
Figure 00000057

The measurement equations respectively have the form:
Z r = R 1 -R 2 + ε r , (5)
Z V = r 2 + ε V , (6)
where Z r and Z V are the measured values of the distance between the vehicle and the vehicle in front and the relative speed between the vehicle and the vehicle in front;
r 2 is the exact value of the relative speed;
ε r and ε V are the instrumental errors of distance and relative velocity meters, respectively.

Анализ приведенных уравнений раскрывает сущность работы заявленного устройства и предусматривает освещение двух вопросов:
- определения силы

Figure 00000058
являющейся оценкой величины силы F, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля;
- формирования управления W как функции оцененной величины
Figure 00000059
измеренных отклонения расстояния Zr от опорной дистанции Rо и относительной скорости ZV.The analysis of the above equations reveals the essence of the claimed device and provides for coverage of two issues:
- definitions of strength
Figure 00000058
which is an estimate of the value of the force F equal to the sum of the acceleration in front of the traveling vehicle and the specific forces of rolling resistance and air of the car;
- the formation of control W as a function of the estimated value
Figure 00000059
the measured deviations of the distance Z r from the reference distance R about and the relative speed Z V.

Для сравнения приводим перечень параметров, формирующих управление в прототипе и заявленном устройстве, см. таблицу. В устройстве-прототипе для формирования управления двигательно-тормозной системой используются только измерения типа Zr и ZV, в заявленном устройстве для формирования управления, кроме измерений типа Zr и ZV, используется дополнительно оцененная величина

Figure 00000060

Для оценки величины F в каждой точке t0 временного интервала слежения нами принята аппроксимация указанной функции полиномом первой степени:
F=F0+f1(t-t0), F0=const, f1=const, t-t0= Δt→ ε,
или
Figure 00000061
F(t0)=F0,
Figure 00000062

где ε - бесконечно малая величина.For comparison, we list the parameters that form the control in the prototype and the claimed device, see table. In the prototype device for forming control of the engine-brake system, only measurements of the type Z r and Z V are used , in the claimed device for forming control, in addition to measurements of the type Z r and Z V , an additionally estimated value is used
Figure 00000060

To estimate the value of F at each point t 0 of the tracking time interval, we adopted an approximation of this function by a polynomial of the first degree:
F = F 0 + f 1 (tt 0 ), F 0 = const, f 1 = const, tt 0 = Δt → ε,
or
Figure 00000061
F (t 0 ) = F 0 ,
Figure 00000062

where ε is an infinitesimal quantity.

Далее излагаем сущность процесса оценивания величины силы F, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля. Next, we describe the essence of the process of estimating the magnitude of the force F, equal to the sum of the acceleration in front of the traveling vehicle and the specific forces of rolling resistance and air of the car.

Для этого обращаемся к матричному уравнению, реализующему процесс линейного оценивания в общем виде [4, стр. 15), [5, стр. 275], (фиг. 3):

Figure 00000063

Figure 00000064

для которого нами разработана конкретная система уравнений, реализованная в блоке оценивания 5 (фиг. 1,2,3), позволяющая получать оценку величины силы F, в следующем виде:
Figure 00000065

где
Figure 00000066
оценка вектора состояния;
Z = (Zr, ZV)T - вектор измерений;
U = bu - вектор удельной силы, развиваемой двигательно-тормозной системой автомобиля;
Ф - матрица динамики системы;
K - матрица обратной связи;
H - матрица вектора выхода;
m -весовой коэффициент;
Figure 00000067

Figure 00000068

Figure 00000069

b=[0-1 0 0]T.For this, we turn to the matrix equation that implements the linear estimation process in general form [4, p. 15), [5, p. 275], (Fig. 3):
Figure 00000063

Figure 00000064

for which we have developed a specific system of equations implemented in the evaluation unit 5 (Fig. 1, 2, 3), allowing to obtain an estimate of the magnitude of the force F, in the following form:
Figure 00000065

Where
Figure 00000066
state vector estimation;
Z = (Z r , Z V ) T is the vector of measurements;
U = bu is the vector of the specific force developed by the engine-brake system of the car;
Ф - matrix of system dynamics;
K is the feedback matrix;
H is the matrix of the output vector;
m is the weight coefficient;
Figure 00000067

Figure 00000068

Figure 00000069

b = [0-1 0 0] T.

Сложность принятия решения о выборе элементов матрицы обратной связи K обусловлена неопределенностью и динамичностью движения автомобилей в городском транспортном потоке, что делает нецелесообразным применение такого хорошо формализованного порядка выбора элементов матрицы обратной связи K, каковым является фильтр Калмана [4, стр. 28-29, стр. 86-97]. The difficulty in deciding on the choice of elements of the feedback matrix K is due to the uncertainty and dynamism of the movement of cars in urban traffic, which makes it impractical to use such a well-formalized procedure for choosing elements of the feedback matrix K, which is the Kalman filter [4, p. 28-29, p. . 86-97].

В свете этого наиболее целесообразным видится модальный подход [5, стр. 299-357] к выбору элементов матрицы обратной связи K, когда все собственные числа λγ оператора (Ф - КН) полагаются равными и отрицательными, т.е. λγ= λ0,∀γ, γ = 1,2,3,4), а выбор конкретного значения параметра λ0<0 осуществляется в процессе вычисления элементов матрицы обратной связи K.In light of this, the modal approach [5, p. 299-357] to the selection of elements of the feedback matrix K, when all the eigenvalues λ γ of the operator (Ф - КН) are assumed to be equal and negative, seems to be most appropriate. λ γ = λ 0 , ∀γ, γ = 1,2,3,4), and the choice of a specific value of the parameter λ 0 <0 is carried out in the process of calculating the elements of the feedback matrix K.

В связи с изложенным, определяем зависимость между элементами матрицы обратной связи K и параметром λ0 через характеристическое уравнение [5, стр. 56-57], [6, стр. 51-53] вида:
|Ф-KH-Eλ| = (λ-λ0)4, (9)
где E - единичная матрица размера 4х4.
In connection with the above, we determine the relationship between the elements of the feedback matrix K and the parameter λ 0 through the characteristic equation [5, p. 56-57], [6, p. 51-53] of the form:
| F-KH-Eλ | = (λ-λ 0 ) 4 , (9)
where E is a 4x4 unit matrix.

Принимая во внимание, что техническим результатом от применения заявленного устройства следящего управления продольным движением автомобиля является снижение ошибок слежения по положению (r1), далее, при определении оптимальных параметров заявленного устройства, рассматриваем показатель, характеризующий указанный технический результат, в виде среднеквадратического значения ошибки слежения по положению (необходимость в осреднении вызвана наличием ошибок измерений и требованиями точного определения параметров устройства):

Figure 00000070

где величина ошибки слежения r1 получена численным решением системы уравнений (3,4,5,6,8,11).Taking into account that the technical result from the use of the claimed device for monitoring the longitudinal movement of the car is to reduce tracking errors by position (r 1 ), then, when determining the optimal parameters of the claimed device, we consider the indicator characterizing the specified technical result in the form of the mean square value of the tracking error by position (the need for averaging is caused by the presence of measurement errors and the requirements for accurate determination of device parameters):
Figure 00000070

where the value of the tracking error r 1 is obtained by numerically solving the system of equations (3,4,5,6,8,11).

Для выбора значения параметра λ0 и определения элементов матрицы обратной связи K придерживаемся далее порядка, содержащего следующие последовательно выполняемые процедуры:
1. Определение из уравнений системы (8) зависимости элементов вектора Kx от величины параметра λ0 при условии m =1 и KV=0 (приложение 1).
To select the value of the parameter λ 0 and determine the elements of the feedback matrix K, we follow the order containing the following sequentially performed procedures:
1. The determination from the equations of system (8) of the dependence of the elements of the vector K x on the value of the parameter λ 0 under the condition m = 1 and K V = 0 (Appendix 1).

2. Определение численным решением системы уравнений (3, 4, 5, 6, 8) оптимального значения параметра λ0, при котором среднеквадратическое значение q ошибки слежения по положению (10) минимально.2. The numerical solution of the system of equations (3, 4, 5, 6, 8) determines the optimal value of the parameter λ 0 at which the rms value q of the tracking error in position (10) is minimal.

3. Определение из уравнений (8) зависимости элементов вектора KV от параметра λ0 при произвольном значении весового коэффициента m и сохранении динамических свойств оценки, определенных выбранным значением параметра λ0 и полученными зависимостями элементов вектора Kx от величины параметра λ0 (приложение 1).3. The determination from equations (8) of the dependence of the elements of the vector K V on the parameter λ 0 for an arbitrary value of the weight coefficient m and the preservation of the dynamic properties of the estimate determined by the selected value of the parameter λ 0 and the obtained dependences of the elements of the vector K x on the value of the parameter λ 0 (Appendix 1 )

4. Определение численным решением системы уравнений (3, 4, 5, 6, 8) оптимального значения весового коэффициента m, при котором среднеквадратическое значение q ошибки слежения по положению (10) минимально. 4. Determination by numerical solution of the system of equations (3, 4, 5, 6, 8) of the optimal value of the weight coefficient m, at which the rms value q of the tracking error in position (10) is minimal.

Содержание указанных процедур поясняется ниже. The content of these procedures is explained below.

Выполняем п. 1 упомянутого выше порядка процедур (подробное изложение - в приложении 1). Для выполнения вычислений по п. 2 порядка процедур предварительно определяем основные характеристики динамики транспортного потока. Так на отдельных интервалах времени в нестационарном режиме движение в потоке автомобилей имеет колебательный характер в продольном направлении, в связи с этим далее рассматриваем случай, когда ускорение, с которым движется автомобиль, описывается периодической функцией вида:

Figure 00000071

где
Figure 00000072
амплитуда колебательной составляющей ускорения;
ωi - круговая частота колебательного процесса.We carry out paragraph 1 of the above procedures (a detailed exposition is in Appendix 1). To perform calculations according to claim 2 of the order of the procedures, we first determine the main characteristics of the dynamics of the traffic flow. So at separate time intervals in an unsteady mode, the movement in the flow of cars is oscillatory in the longitudinal direction, in this regard, we further consider the case when the acceleration with which the car moves is described by a periodic function of the form:
Figure 00000071

Where
Figure 00000072
amplitude of the vibrational component of acceleration;
ω i is the circular frequency of the oscillatory process.

Для конкретных моделей автомобилей предельные наибольшие значения параметров

Figure 00000073
известны, обозначим их соответственно
Figure 00000074

Зафиксировав все параметры модели заявляемого устройства и варьируя только величину параметра λ0, выполняем по п. 2 порядка процедур многократное вычисление q (для различных значений параметра λ0 на интервале времени [0,T] , T = 2πN/ω * i . B качестве величины N принимается число, которое обеспечивает при прочих постоянных параметрах определение величины q с требуемой точностью, различия вычисляемых значений которой обусловлены случайным характером величины r1 из-за инструментальных погрешностей измерений (5, 6). Таким образом, повторяя вычисления выражения (10), строим график функции q = q(λ0). На указанном графике требуемое оптимальное значение λ0 выбрано как абсцисса минимума функции q, т.е. из условия
Figure 00000075

Выполняем п. 3 порядка процедур и определяем вектор KV. В этом случае в формировании оценки
Figure 00000076
участвуют данные обоих видов измерений: Zr и ZV. Однако динамические свойства оценивания остаются неизменными, так как обусловлены выбранным значением параметра λ0 и полученными зависимостями элементов вектора Kx от величины параметра λ0 (приложение 1).For specific car models, maximum limit values
Figure 00000073
known, we denote them accordingly
Figure 00000074

Having fixed all the parameters of the model of the claimed device and varying only the value of the parameter λ 0 , we perform q calculation repeatedly according to clause 2 of the procedure (for different values of the parameter λ 0 on the time interval [0, T], T = 2πN / ω * i . The quantity N is taken as the number that provides, with other constant parameters, the determination of q with the required accuracy, the differences in the calculated values of which are caused by the random nature of the value of r 1 due to instrumental measurement errors (5, 6). Thus, repeating the calculations of expression (10), we plot the function q = q (λ 0 ). In the graph, the required optimal value λ 0 is selected as the abscissa of the minimum of the function q, i.e. from the condition
Figure 00000075

We perform step 3 of the order of the procedures and determine the vector K V. In this case, in the formation of the assessment
Figure 00000076
Both types of measurements are involved: Z r and Z V. However, the dynamic properties of the estimation remain unchanged, as they are caused by the chosen value of the parameter λ 0 and the obtained dependences of the elements of the vector K x on the value of the parameter λ 0 (Appendix 1).

Выполняем п. 4 порядка процедур. Для этого, зафиксировав все параметры модели заявленного устройства и варьируя величину весового коэффициента m, проводим аналогичные пункту 2 вычисления. Повторяя вычисления выражения (10) для различных значений весового коэффициента m, строим график функции q = q(m). Требуемая величина весового коэффициента m выбрана на графике как абсцисса минимума функции q, т.е. из условия m = arg minm q(m).We perform step 4 of the procedure. To do this, fixing all the parameters of the model of the claimed device and varying the value of the weight coefficient m, we carry out the calculations similar to paragraph 2. Repeating the calculations of expression (10) for various values of the weight coefficient m, we plot the function q = q (m). The required value of the weight coefficient m is selected on the graph as the abscissa of the minimum of the function q, i.e. from the condition m = arg min m q (m).

Таким образом, блок оценивания 5 (фиг. 1,2,3) выполняет оценивание величины F, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля, при этом параметры блока оценивания заявленного устройства выбраны оптимальными. Thus, the evaluation unit 5 (Fig. 1, 2, 3) evaluates the value of F equal to the sum of the acceleration ahead of the traveling vehicle and the specific rolling resistance and air resistance of the vehicle, while the parameters of the evaluation unit of the claimed device are selected optimal.

Принимая во внимание вышеизложенное, возвращаемся к уравнениям (3,4):

Figure 00000077

r(0) = r0,
Figure 00000078

Figure 00000079

Формируем управление в виде суммы трех составляющих, первые две из которых аналогичны прототипу, а третья является оценкой
Figure 00000080
величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля:
Figure 00000081

С учетом выражения (11) приводим уравнения (3,4) к виду:
Figure 00000082

r(0) = r0,
Figure 00000083

Figure 00000084

Из этих выражений следует, что, с некоторым запаздыванием τd (значение τd для конкретных автомобилей известно исходя из инерционных свойств их двигательно-тормозных систем), величина удельной силы u стремится к значению управления
Figure 00000085
В процессе слежения величина [p1(Zr-R0)+p2ZV]→ εZ, т.е. минимизируется, из этого следует, что в процессе слежения удельная сила u стремится к величине
Figure 00000086
где εZ - величина, размер которой определяется ошибками слежения по положению и скорости.Taking into account the foregoing, we return to equations (3.4):
Figure 00000077

r (0) = r 0 ,
Figure 00000078

Figure 00000079

We form the control in the form of the sum of three components, the first two of which are similar to the prototype, and the third is an estimate
Figure 00000080
a value equal to the sum of the acceleration ahead of the traveling vehicle and the specific forces of rolling resistance and air of the car:
Figure 00000081

In view of expression (11), we reduce equations (3.4) to the form:
Figure 00000082

r (0) = r 0 ,
Figure 00000083

Figure 00000084

From these expressions it follows that, with some delay τ d (the value of τ d for specific cars is known based on the inertial properties of their motor-brake systems), the value of the specific force u tends to the control value
Figure 00000085
In the process of tracking, the quantity [p 1 (Z r -R 0 ) + p 2 Z V ] → ε Z , i.e. minimized, it follows that in the process of tracking the specific force u tends to the value
Figure 00000086
where ε Z is a quantity whose size is determined by tracking errors in position and velocity.

Следовательно величина удельной силы u, близкая к значению величины F, см правую часть уравнения (3), компенсирует величину F. Таким образом, осуществляется минимизация правой части уравнения (3) путем компенсации величины F удельной силой u, близкой к оценке

Figure 00000087
В устройстве-прототипе подобная компенсация не осуществляется. За счет минимизации сил в правой части уравнения (3), в заявленном устройстве реализуется достижение нового технического результата, заключающегося в снижении ошибок слежения по положению.Therefore, the specific force u close to the value of F, see the right-hand side of equation (3), compensates for the value F. Thus, the right-hand side of equation (3) is minimized by compensating for the F specific gravity u close to the estimate
Figure 00000087
In the prototype device, such compensation is not carried out. By minimizing the forces on the right side of equation (3), the claimed device achieves the achievement of a new technical result, which consists in reducing tracking errors by position.

Далее рассматриваем детально процесс формирования ошибки оценивания Δr. Показываем, что оцененная величина

Figure 00000088
осуществляет слежение за истинным значением величины F и что оцененная величина
Figure 00000089
близка к величине F. Это позволяет осуществлять упомянутую нами ранее минимизацию правой части уравнения (3). С этой целью записываем уравнение (7) без обратной связи:
Figure 00000090
для точного значения вектора состояния r совместно с уравнением выхода y = Hr. Тогда система уравнений относительного движения автомобилей приобретает следующий вид:
Figure 00000091

Как упоминалось ранее, нами принята аппроксимация силы F полиномом первой степени в каждой точке интервала слежения t0, а именно: F = F0 + f1(t-t0), F0 = const, f1 = const, t-t0= Δt, Δt→ ε, где ε - бесконечно малый промежуток времени. Данная система уравнений (12) позволяет получить точное значение вектора состояния r = (r1, r2, F, f1), если известны, т.е. точно измерены в каждый момент времени t0 интервала слежения величины F0 и f1.Next, we consider in detail the process of formation of the estimation error Δr. We show that the estimated value
Figure 00000088
monitors the true value of F and that the estimated value
Figure 00000089
is close to F. This allows us to minimize the right-hand side of equation (3), which we mentioned earlier. For this purpose, we write equation (7) without feedback:
Figure 00000090
for the exact value of the state vector r together with the output equation y = Hr. Then the system of equations of relative motion of cars takes the following form:
Figure 00000091

As mentioned earlier, we adopted the approximation of the force F by a polynomial of the first degree at each point of the tracking interval t 0 , namely: F = F 0 + f 1 (tt 0 ), F 0 = const, f 1 = const, tt 0 = Δt, Δt → ε, where ε is an infinitesimal period of time. This system of equations (12) allows us to obtain the exact value of the state vector r = (r 1 , r 2 , F, f 1 ), if known, i.e. the values of F 0 and f 1 are accurately measured at each time t 0 of the tracking interval.

Для исключения данного практически невыполнимого условия охватываем систему обратной связью (см. уравнение 7) [4, стр. 15], [5, стр. 275]:

Figure 00000092

что позволяет, используя измерения только лишь расстояния и относительной скорости: Z = (Zr, ZV)T, получать оценку всех элементов вектора
Figure 00000093
в том числе и искомого
Figure 00000094

Представляем систему уравнений (7) в том виде, в котором она разработана нами для заявленного устройства (см. систему уравнений 8):
Figure 00000095

Figure 00000096

Figure 00000097

Figure 00000098

Вычитаем уравнения системы (8) из уравнений (12) и, опуская члены, содержащие случайные величины ошибок измерений как не влияющие на дальнейшие выводы, представляем результат в следующем виде:
Figure 00000099

где Δr = (Δr1,Δr2,ΔF,Δf1)T - вектор ошибки оценивания;
Figure 00000100
компонента вектора ошибки оценивания по положению;
Figure 00000101
компонента вектора ошибки оценивания относительной скорости;
Figure 00000102
компонента вектора ошибки оценивания величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля;
Figure 00000103
компонента вектора ошибки оценивания производной от величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля.To eliminate this practically impossible condition, we cover the system with feedback (see equation 7) [4, p. 15], [5, p. 275]:
Figure 00000092

which allows, using measurements of only distance and relative speed: Z = (Z r , Z V ) T , to obtain an estimate of all elements of the vector
Figure 00000093
including the desired
Figure 00000094

We represent the system of equations (7) in the form in which it was developed by us for the claimed device (see system of equations 8):
Figure 00000095

Figure 00000096

Figure 00000097

Figure 00000098

Subtract the equations of system (8) from equations (12) and, omitting the terms containing random values of measurement errors as not affecting further conclusions, we present the result in the following form:
Figure 00000099

where Δr = (Δr 1 , Δr 2 , ΔF, Δf 1 ) T is the vector of estimation error;
Figure 00000100
component of the position estimation error vector;
Figure 00000101
component of the error estimation vector of the relative speed;
Figure 00000102
a component of the error estimation vector of a quantity equal to the sum of the acceleration ahead of the traveling vehicle and the specific rolling resistance and air resistance forces of the vehicle;
Figure 00000103
component of the error estimation vector of the derivative of a value equal to the sum of the acceleration in front of the traveling vehicle and the specific forces of rolling resistance and air of the car.

Система уравнений (13) представляет собой уравнения для вектора ошибки оценивания Δr = (Δr1,Δr2,ΔF,Δf1) величина которого свидетельствует о том, насколько близок вектор оценки

Figure 00000104
к истинному вектору r = (r1, r2, F, f1), а, следовательно,
Figure 00000105
к F.System of equations (13) is an equation for the estimation error vector Δr = (Δr 1 , Δr 2 , ΔF, Δf 1 ) whose value indicates how close the estimation vector is
Figure 00000104
to the true vector r = (r 1 , r 2 , F, f 1 ), and therefore
Figure 00000105
to F.

Представляем систему уравнений ошибок оценивания (13) в матричном виде:

Figure 00000106

где
Figure 00000107

Тогда характеристическое уравнение [5, стр. 56], [6, стр. 51- 53] для матрицы
Figure 00000108
принимает вид
Figure 00000109

которое по содержанию совпадает с характеристическим уравнением для матричного уравнения (9):
Figure 00000110

Таким образом, решения, полученные для характеристического уравнения вида |Ф-KH-Eλ| (см. уравнение 9), полностью применимы для характеристического уравнения вида |AΔ-Eλ|.
В приложении 1 подробно рассмотрен порядок определения элементов матрицы обратной связи K, весового коэффициента m и параметра λ0. Совпадающие характеристические уравнения |AΔ-Eλ| и |Ф-KH-Eλ| дают одни и те же значения оптимальных величин параметра λ0 и весового коэффициента m. Так как параметр λ0<0, что означает асимптотическую устойчивость уравнений (13) для ошибки оценивания Δr, то с течением времени и со скоростью, определяемой величиной параметра λ0, ошибка оценивания Δr стремится к нулю. Таким образом, из рассмотрения ошибки оценивания Δr следует, что элементы вектора
Figure 00000111
осуществляют слежение за соответствующими элементами вектора r = (к12, F,f1), в том числе элемент
Figure 00000112
осуществляет слежение за F.We present the system of equations of estimation errors (13) in matrix form:
Figure 00000106

Where
Figure 00000107

Then the characteristic equation [5, p. 56], [6, p. 51-53] for the matrix
Figure 00000108
takes the form
Figure 00000109

which in content coincides with the characteristic equation for the matrix equation (9):
Figure 00000110

Thus, the solutions obtained for the characteristic equation of the form | Ф-KH-Eλ | (see equation 9) are fully applicable for a characteristic equation of the form | A Δ -Eλ |.
Appendix 1 describes in detail the procedure for determining the elements of the feedback matrix K, weight coefficient m, and parameter λ 0 . Matching characteristic equations | A Δ -Eλ | and | Φ-KH-Eλ | give the same values of the optimal values of the parameter λ 0 and the weight coefficient m. Since the parameter λ 0 <0, which means the asymptotic stability of equations (13) for the estimation error Δr, then over time and at a speed determined by the value of the parameter λ 0 , the estimation error Δr tends to zero. Thus, from consideration of the estimation error Δr it follows that the elements of the vector
Figure 00000111
track the corresponding elements of the vector r = (k 1 , k 2 , F, f 1 ), including the element
Figure 00000112
monitors F.

Все вышеизложенное является обоснованием достижения технического результата от применения заявленного устройства, заключающегося в снижении ошибок слежения за счет упомянутой ранее минимизации правой части уравнения (3). All of the above is the rationale for achieving a technical result from the use of the claimed device, which consists in reducing tracking errors due to the aforementioned minimization of the right side of equation (3).

Смысл оптимальности значений параметра λ0 и весового коэффициента m состоит в том, что при оптимальных значениях параметра λ0 и весового коэффициента m величина ошибки оценивания Δr является минимально возможной. При отклонении параметра λ0 и весового коэффициента m от своих оптимальных значений ошибка оценивания Δr увеличивается. Так, при увеличении значения параметра λ0 расширяется частотная полоса пропускания блока оценивания, соответственно, возрастает влияние ошибок измерений (случайные величины), что приводит к увеличению ошибок оценивания, а, следовательно, и ошибок слежения. При уменьшении параметра λ0 ошибки слежения возрастают за счет увеличения инерционности процесса оценивания и ухудшения слежения вектора

Figure 00000113
за его истинным значением r, что также приводит к увеличению ошибок оценивания, а, следовательно, и ошибок слежения. Применение оптимальной величины весового коэффициента m позволяет дополнительно уменьшить ошибку оценивания за счет оптимального соотношения влияния данных измерений расстояния Zr и относительной скорости ZV на формирование ошибки оценивания.The meaning of the optimality of the values of the parameter λ 0 and the weight coefficient m is that, at the optimal values of the parameter λ 0 and the weight coefficient m, the value of the estimation error Δr is the minimum possible. If the parameter λ 0 and the weight coefficient m deviate from their optimal values, the estimation error Δr increases. So, as the value of parameter λ 0 increases, the frequency bandwidth of the estimation unit expands, and accordingly, the influence of measurement errors (random variables) increases, which leads to an increase in estimation errors, and, consequently, tracking errors. With a decrease in the parameter λ 0 , tracking errors increase due to an increase in the inertia of the estimation process and deterioration of vector tracking
Figure 00000113
beyond its true value of r, which also leads to an increase in estimation errors, and, consequently, tracking errors. The use of the optimal value of the weight coefficient m allows one to further reduce the estimation error due to the optimal ratio of the influence of the measurement data of the distance Z r and the relative speed Z V on the formation of the estimation error.

Рассмотрим еще один вопрос, связанный с пояснением работы заявленного устройства, о выборе значений коэффициентов чувствительности слежения по положению (p1) и скорости (p2).Consider another question related to the explanation of the operation of the claimed device, the choice of values of the sensitivity coefficients for tracking position (p 1 ) and speed (p 2 ).

Указанные коэффициенты не могут выбираться только из соображений требуемой чувствительности слежения по положению или скорости. В зависимости от величин коэффициентов чувствительности слежения по положению (p1) и скорости (p2) данные измерений расстояния Zr и относительной скорости ZV принимают различное участие в формировании управления W (см. уравнение 11): весовое соотношение данных измерений расстояния Zr и относительной скорости ZV предопределяет различную динамику управления. Нами показано (приложение 2), что существуют оптимальные значения коэффициентов чувствительности слежения по положению (p1) и скорости (p2), при которых обеспечивается минимизация переходных процессов и наилучшее управление.The indicated coefficients cannot be selected solely for reasons of the required tracking sensitivity by position or speed. Depending on the values of the tracking sensitivity coefficients for the position (p 1 ) and speed (p 2 ), the measurement data of the distance Z r and the relative velocity Z V take different part in the formation of the control W (see equation 11): the weight ratio of the measurement data of the distance Z r and relative speed Z V predetermines various control dynamics. We have shown (Appendix 2) that there are optimal values of tracking sensitivity coefficients by position (p 1 ) and speed (p 2 ), at which minimization of transient processes and best control are provided.

В настоящее время заявленное устройство находится в стадии макетирования, его расчетные характеристики приводятся ниже. Представленные результаты вычисления параметров и характеристик заявленного устройства подтверждают выводы, приведенные в описании его работы, возможность осуществления изобретения и достижения технического результата. Currently, the claimed device is in the process of prototyping, its design characteristics are given below. The presented results of calculating the parameters and characteristics of the claimed device confirm the conclusions given in the description of its operation, the possibility of implementing the invention and achieving a technical result.

Вычисления выполнены для системы уравнений (3, 4, 5, 6, 8, 11), включающей уравнения движения автомобиля и впереди едущего транспортного средства, двигательно-тормозной системы автомобиля, измерений, оценивания и формирования управления. The calculations are performed for the system of equations (3, 4, 5, 6, 8, 11), which includes the equations of motion of the car and the vehicle in front, the engine-brake system of the car, measurements, estimation and control formation.

Вычисления выполнены применительно к автомобилям Mazda RX-7 (впереди едущее транспортное средство) и Mercedes SL600 [7] (автомобиль, управляемый с помощью заявленного устройства), со следующими выбранными нами значениями параметров:
1) a1=0,0287 с-1, a2=0,0281 с-1 - удельные аэродинамические сопротивления впереди едущего транспортного средства и автомобиля, соответственно,

Figure 00000114

2) u1 + = 5,2 м/с2, u2 + = 4,55 м/с2 - предельные значения удельной силы u, развиваемые двигателями впереди едущего транспортного средства и автомобиля, соответственно;
|u - 1 | = 7,0м/c2,|u - 2 | = 6,0м/c2 - предельные значения удельной силы u, развиваемые тормозными системами впереди едущего транспортного средства и автомобиля, соответственно;
3) τd1≈ τd2= τd= 0,4c - постоянная времени двигательно-тормозных систем впереди едущего транспортного средства и автомобиля.The calculations were performed with respect to the Mazda RX-7 (a vehicle in front) and Mercedes SL600 [7] (a car driven by the claimed device) with the following parameter values:
1) a 1 = 0.0287 s -1 , a 2 = 0.0281 s -1 - specific aerodynamic drag in front of a traveling vehicle and car, respectively,
Figure 00000114

2) u 1 + = 5.2 m / s 2 , u 2 + = 4.55 m / s 2 - the ultimate values of the specific force u developed by the engines in front of the traveling vehicle and car, respectively;
| u - 1 | = 7.0m / s 2 , | u - 2 | = 6.0m / s 2 - ultimate values of specific force u developed by brake systems in front of a traveling vehicle and a car, respectively;
3) τ d1 ≈ τ d2 = τ d = 0.4c is the time constant of the engine-brake systems in front of the traveling vehicle and car.

Удельные силы сопротивления качению приняты равными Q1=Q2=0,15 м/c2. Среднеквадратяческие погрешности измерений расстояния и скорости (см. уравнения 5, 6), описываемые нормальным законом распределения, приняты следующими: σr= 0,1м,σV= 0,1м/c. Характерные величины, участвующие в формировании весовой матрицы C (приложение 2), составляют: r1m = 0,6 м, r2m = 0,5 м/с, um = 3 м/с (типичные значения величин рассматриваемых параметров).The specific rolling resistance forces are taken equal to Q 1 = Q 2 = 0.15 m / s 2 . The root-mean-square errors of distance and velocity measurements (see equations 5, 6), described by the normal distribution law, are accepted as follows: σ r = 0.1 m, σ V = 0.1 m / s. The characteristic values involved in the formation of the weight matrix C (Appendix 2) are: r 1m = 0.6 m, r 2m = 0.5 m / s, u m = 3 m / s (typical values of the parameters under consideration).

Начальные условия, опорная дистанция и предельные значения параметров

Figure 00000115
выбраны равными:
Figure 00000116
(соответствует амплитуде колебаний положения впереди едущего автомобиля, равной 4 м),
ω* = 0,897c-1 (соответствует периоду колебаний положения впереди едущего автомобиля, равному 7 с).Initial conditions, reference distance and parameter limits
Figure 00000115
selected equal to:
Figure 00000116
(corresponds to the amplitude of fluctuations of the position in front of the traveling car, equal to 4 m),
ω * = 0.897c -1 (corresponds to the period of fluctuations of the position in front of the traveling car, equal to 7 s).

Эти параметры соответствуют фрагменту ситуации с умеренной динамикой, возникающей при нестационарном движении двух различных автомобилей, движущихся один за другим в городском насыщенном потоке: впереди едущий автомобиль осуществляет равномерное движение со скоростью 30 км/час и одновременно - колебания положения с амплитудой в 4 м, следующий за ним автомобиль, управляемый с помощью заявленного устройства следящего управления продольным движением автомобиля, осуществляет движение, поддерживая опорную дистанцию, равную 7 м. These parameters correspond to a fragment of a situation with moderate dynamics arising from the unsteady movement of two different cars moving one after another in an urban saturated stream: the vehicle in front drives uniformly at a speed of 30 km / h and at the same time fluctuates in position with an amplitude of 4 m, the following behind him, a car controlled by the claimed device tracking the longitudinal control of the vehicle, carries out movement, maintaining a reference distance of 7 m

Кроме того, рассматривается ситуация с выраженной динамикой, когда впереди едущее транспортное средство осуществляет экстренную остановку (наезд на препятствие), а следующий за ним автомобиль управляемый с помощью заявленного устройства следящего управления продольным движением автомобиля, выполняет торможение (после остановки автомобиля режим слежения выключается водителем). In addition, the situation with pronounced dynamics is considered when a vehicle in front makes an emergency stop (hitting an obstacle), and the next car driven by the claimed device for tracking the longitudinal movement of the car performs braking (after stopping the car, the tracking mode is turned off by the driver) .

Показано, что ошибка слежения по положению при применении заявленного устройства для управления автомобилем снижается в сравнении со случаем применения в этих же целях устройства-прототипа. It is shown that the position tracking error when using the claimed device for driving a car is reduced in comparison with the case of using the prototype device for the same purpose.

В целях сравнения заявленного устройства с прототипом решение системы уравнений (3, 4, 5, 6, 8, 11) выполнено при формировании управления в двух вариантах:

Figure 00000117
(см. уравнение 11) - заявленное устройство;
- W = p1(Zr - Rо) + p2ZV - прототип.In order to compare the claimed device with the prototype, the solution of the system of equations (3, 4, 5, 6, 8, 11) was performed when forming the control in two versions:
Figure 00000117
(see equation 11) - the claimed device;
- W = p 1 (Z r - R o ) + p 2 Z V - prototype.

Применение коэффициентов чувствительности слежения по положению p1 и скорости p2 в формировании управления в устройстве-прототипе обуславливает для прототипа достижение наилучшего возможного результата, так как выбор коэффициентов чувствительности слежения по положению p1 и скорости p2 выполнен оптимально (приложение 2). Все другие параметры прототипа и заявленного устройства также одинаковы. Все это обеспечивает создание равных условий при сравнении заявленного устройства с прототипом.The use of tracking sensitivity coefficients for the position p 1 and speed p 2 in the formation of control in the prototype device determines the best possible result for the prototype, since the choice of tracking sensitivity coefficients for the position p 1 and speed p 2 is performed optimally (Appendix 2). All other parameters of the prototype and the claimed device are also the same. All this ensures the creation of equal conditions when comparing the claimed device with the prototype.

Численные решения системы уравнений (3, 4, 5, 6, 8, 11) выполнены с использованием функции ode45 [8, стр. 204-208], с точностью вычислений 10-6.Numerical solutions of the system of equations (3, 4, 5, 6, 8, 11) are made using the function ode45 [8, p. 204–208], with an accuracy of 10–6 .

Далее представляем результаты вычисления оптимальных параметров заявленного устройства. Диаграмма зависимости среднеквадратичного значения ошибки слежения q от величины постоянной времени оценивания τ0 (фиг. 4 в осях (τ0,q), где τ0= λ - 0 1 - постоянная времени оценивания) иллюстрирует процедуру выбора оптимального значения постоянной времени оценивания τ0 (a, следовательно, оптимального значения параметра λ0 и столбца Kx матрицы обратной связи K) для случая, когда m=1 и KV=0 (см. приложение 1 и порядок процедур решения уравнения (9)). Оптимальное значение постоянной времени оценивания τ0, при котором наблюдается минимум q (см. уравнение 10) (т.е. наименьшие ошибки слежения), составило 0,275 с, что соответствует λ0= -3,64c-1. Для дальнейших вычислений выбрано λ0= -3,64c-1.
Далее принимая во внимание, что значение параметра λ0 выбрано, а элементы вектора Kx определены (см. приложение 1 и порядок процедур решения уравнения (9)), находим оптимальное значение весового коэффициента m, согласующего доли участия измерений расстояния Zr и относительной скорости ZV в оценке вектора состояния

Figure 00000118
Как показывают результаты вычислений, представленные на диаграмме зависимости среднеквадратичного значения ошибки слежения от величины весового коэффициента m (фиг. 5) оптимальным является значение: m= 0,2, при котором имеет место минимум величины q (см. уравнение 10), т.е. наименьшие ошибки слежения.Next, we present the results of calculating the optimal parameters of the claimed device. The dependence of the rms value of the tracking error q on the value of the estimation time constant τ 0 (Fig. 4 in the axes (τ 0 , q), where τ 0 = λ - 0 1 - estimation time constant) illustrates the procedure for choosing the optimal value of the estimation time constant τ 0 (a, therefore, the optimal value of the parameter λ 0 and column K x of the feedback matrix K) for the case when m = 1 and K V = 0 (see Appendix 1 and the order of procedures for solving equation (9)). The optimal value of the estimation time constant τ 0 , at which a minimum of q is observed (see equation 10) (i.e., the smallest tracking errors), was 0.275 s, which corresponds to λ 0 = -3.64 s -1 . For further calculations, λ 0 = -3.64c -1 was chosen.
Further, taking into account that the value of the parameter λ 0 is chosen, and the elements of the vector K x are determined (see Appendix 1 and the order of the procedures for solving equation (9)), we find the optimal value of the weight coefficient m, which matches the participation of measurements of distance Z r and relative speed Z V in the estimation of the state vector
Figure 00000118
As the results of calculations show, the diagram of the dependence of the rms value of the tracking error on the value of the weight coefficient m (Fig. 5) is optimal: m = 0.2, at which there is a minimum of q (see equation 10), i.e. . smallest tracking errors.

В обоих случаях при определении оптимальных значений параметра λ0 и весового коэффициента m принималось значение N=40, что обеспечило приемлемую точность (10-3) вычисления q.In both cases, when determining the optimal values of the parameter λ 0 and the weight coefficient m, the value N = 40 was taken, which ensured an acceptable accuracy (10 -3 ) of calculating q.

На диаграмме линий уровня матрицы функционала качества управления (фиг. 6) представлены результаты вычисления, иллюстрирующие процедуру выбора вектора p=(p1,p2), (приложение 2). Замкнутые кривые в области устойчивости - это линии уровня значений нормы матрицы

Figure 00000119
функционала качества управления I. Значение нормы матрицы
Figure 00000120
на линиях уровня убывает по мере движения к точке оптимума 0, в которой имеет место минимум переходных процессов, т. е. наилучшее управление соответствует точке с координатами
Figure 00000121
при этом вычисленный для этой точки спектр матрицы A составляет: Λ(A) = {-0,5;-1,0±j2,915}, что свидетельствует об асимптотической устойчивости управления (матрицы A), так как все действительные части собственных чисел матрицы A имеют отрицательные значения. Исходя из изложенного, нами выбраны значения p1=1,9 и p2=4,2, обеспечивающие наилучшее управление.The diagram of the level lines of the matrix of the functional of control quality (Fig. 6) presents the calculation results illustrating the procedure for selecting the vector p = (p 1 , p 2 ), (Appendix 2). Closed curves in the stability region are the level lines of the matrix norm values
Figure 00000119
functional quality management I. The value of the norm of the matrix
Figure 00000120
on level lines decreases as it moves toward the optimum point 0, at which a minimum of transients takes place, i.e., the best control corresponds to a point with coordinates
Figure 00000121
the spectrum of the matrix A calculated for this point is: Λ (A) = {-0.5; -1.0 ± j2.915}, which indicates the asymptotic stability of the control (matrix A), since all the real parts of the eigenvalues matrices A have negative values. Based on the foregoing, we have chosen the values p 1 = 1.9 and p 2 = 4.2, providing the best control.

Таким образом, оптимальные параметры заявленного устройства однозначно определены. Thus, the optimal parameters of the claimed device are uniquely determined.

Далее сравниваем ошибки слежения по положению при использовании прототипа и заявленного устройства для двух наиболее типичных ситуаций: умеренная и выраженная динамика процессов движения. Next, we compare position tracking errors when using the prototype and the claimed device for the two most typical situations: moderate and pronounced dynamics of motion processes.

На фиг. 7 представлены временные диаграммы ошибки слежения по положению при применении прототипа и заявленного устройства для ситуации умеренной динамики потока автомобилей. Для прототипа значение амплитуды ошибки слежения составляет около 1 м, для заявленного устройства - около 0,6 м. Это соответствует техническому результату от применения заявленного устройства, заключающемуся в снижении ошибок слежения по положению в сравнении с прототипом. In FIG. 7 presents time charts of tracking error by position when using the prototype and the claimed device for a situation of moderate dynamics of the flow of cars. For the prototype, the value of the amplitude of the tracking error is about 1 m, for the claimed device is about 0.6 m. This corresponds to the technical result from the use of the claimed device, which consists in reducing tracking errors in position in comparison with the prototype.

На фиг. 8 представлены временные диаграммы расстояния между автомобилем и впереди едущим транспортным средством при экстренной остановке последнего (наезд на препятствие). Из диаграмм следует, что автомобиль, управляемый заявленным устройством, в сравнении с автомобилем, управляемым прототипом, осуществил полную остановку на большем удалении (на 0,7 м) от экстренно остановившегося впереди ехавшего автомобиля, т.е. с меньшей ошибкой слежения. Это также подтверждает достижение технического результата от применения заявленного устройства и в условиях выраженной динамики движения. In FIG. 8 shows time diagrams of the distance between the vehicle and the vehicle in front when the latter is stopped in an emergency (collision with an obstacle). From the diagrams it follows that the car driven by the claimed device, in comparison with the car driven by the prototype, made a complete stop at a greater distance (0.7 m) from the car that was urgently stopped in front of it, i.e. with less tracking error. This also confirms the achievement of the technical result from the use of the claimed device and in conditions of pronounced dynamics of movement.

Источники информации
1. Коноплянко В.И. Основы безопасности дорожного движения. М.: ДОСААФ, 1978.
Sources of information
1. Konoplyanko V.I. The basics of road safety. M .: DOSAAF, 1978.

2. Патент Франции, N 2733608, 6 G 05 D 1/02, 1996 г. Способ и устройство для автоматического регулирования скорости движения автомобиля и расстояния, отделяющего его от впереди идущего автомобиля. "Изобретения стран мира". Вып. 92(G05) N 3/98, стр. 14. 2. French patent, N 2733608, 6 G 05 D 1/02, 1996. A method and apparatus for automatically controlling the speed of a vehicle and the distance separating it from the vehicle in front. "Inventions of the world." Vol. 92 (G05) N 3/98, p. 14.

3. Патент Германии, N 4100993, 5 G 05 D 1/02, B 60 K 31/00, 1991 г. Способ и устройство следящего управления для автомобиля. "Изобретения стран мира". Вып. 92 (G05) N 9/92, стр. 28. 3. German patent, N 4100993, 5 G 05 D 1/02, B 60 K 31/00, 1991. Method and device for servo control for a car. "Inventions of the world." Vol. 92 (G05) N 9/92, p. 28.

4. Браммер K., Зиффлинг Г. Фильтр Калмана - Бьюси. Пер. с нем. М.: Наука, 1982. 4. Brammer K., Ziffling G. Kalman Filter - Bucy. Per. with him. M .: Nauka, 1982.

5. Андреев Ю.Н. Управление конечномерными линейными объектами. М.: Наука, 1976. 5. Andreev Yu.N. Management of finite-dimensional linear objects. M .: Nauka, 1976.

6. Ланкастер П. Теория матриц. Пер. с англ. М.: Наука, 1982. 6. Lancaster P. Matrix Theory. Per. from English M .: Nauka, 1982.

7. Мир легковых автомобилей - 1999. Автокаталог, 6-й выпуск. М.: За рулем, 1998. 7. World of cars - 1999. Auto catalog, 6th issue. M .: Driving, 1998.

8. В. Г. Потемкин. Система MATLAB. Справочное пособие. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1997. 8. V. G. Potemkin. MATLAB system. Reference manual. M .: DIALOGUE-MEPhI, 1997.

9. Беллман P. Введение в теорию матриц. Пер. с англ. М.: Наука, 1969. 9. Bellman P. Introduction to matrix theory. Per. from English M .: Nauka, 1969.

Claims (1)

Устройство следящего управления продольным движением автомобиля, содержащее измерители относительной скорости и расстояния, задатчик опорной дистанции, формирователь разности измеренного расстояния и опорной дистанции, блок управления, при этом измеритель расстояния и задатчик опорной дистанции подключены ко входам формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции, выход которого подключен ко входу блока управления, к другому входу которого подключен измеритель относительной скорости, выход блока управления предназначен для подачи сигнала управления на двигательно-тормозную систему автомобиля, отличающееся тем, что в него дополнительно включены четыре интегратора, три формирователя разности, четыре сумматора, восемь усилителей и датчик удельной силы, развиваемой двигательно-тормозной системой автомобиля, при этом входы усилителей с нечетными номерами подключены к выходу первого формирователя разности, а входы усилителей с четными номерами подключены к выходу второго формирователя разности, выходы первого и второго, третьего и четвертого, пятого и шестого, седьмого и восьмого усилителей подключены попарно к первому и второму входам первого, второго, третьего и четвертого сумматоров, соответственно, кроме того, выход первого сумматора подключен ко входу первого интегратора, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора, выход второго сумматора подключен ко входу второго интегратора, выход которого подключен к первому входу третьего формирователя разности и входу блока управления одновременно, выходы третьего и четвертого сумматоров подключены соответственно ко входам третьего и четвертого интеграторов, выходы которых соответственно подключены к первым входам первого и второго формирователей разности, одновременно выход четвертого интегратора подключен к третьему входу третьего сумматора, вход датчика удельной силы подключен к двигательно-тормозной системе автомобиля, а выход датчика удельной силы подключен ко второму входу третьего формирователя разности, выход которого подключен к третьему входу четвертого сумматора, кроме того, ко второму входу первого формирователя разности подключен выход формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции, ко второму входу второго формирователя разности подключен выход измерителя относительной скорости. A device for monitoring the longitudinal movement of a vehicle, comprising relative speed and distance meters, a reference distance adjuster, a measured distance difference and a reference distance shaper, a control unit, and a distance meter and a reference distance adjuster are connected to the inputs of the measured distance difference and a reference distance shaper, the output of which connected to the input of the control unit, to the other input of which a relative speed meter is connected, the output of the control unit Designed for supplying a control signal to the engine-brake system of a car, characterized in that it additionally includes four integrators, three difference shapers, four adders, eight amplifiers and a specific force sensor developed by the engine-brake system of the car, while the inputs of amplifiers with odd the numbers are connected to the output of the first difference driver, and the inputs of the amplifiers with even numbers are connected to the output of the second difference driver, the outputs of the first and second, third and fourth, fifth of the second and sixth, seventh and eighth amplifiers are connected in pairs to the first and second inputs of the first, second, third and fourth adders, respectively, in addition, the output of the first adder is connected to the input of the first integrator, the output of which is connected to the third input of the second adder, the output of the second adder connected to the input of the second integrator, the output of which is connected to the first input of the third difference shaper and the input of the control unit at the same time, the outputs of the third and fourth adders are connected respectively to the inputs of the third and fourth integrators, the outputs of which are respectively connected to the first inputs of the first and second difference formers, the output of the fourth integrator is simultaneously connected to the third input of the third adder, the input of the specific gravity sensor is connected to the engine-brake system of the car, and the output of the specific gravity sensor is connected to the second input of the third difference shaper, the output of which is connected to the third input of the fourth adder, in addition, to the second input of the first difference shaper ene shaper output difference of the measured distance and the reference distance, the second input of the second difference generator connected to the output of the relative velocity meter.
RU99117867/09A 1999-08-17 1999-08-17 Device of follow-up control over longitudinal movement of motor vehicle RU2161814C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99117867/09A RU2161814C1 (en) 1999-08-17 1999-08-17 Device of follow-up control over longitudinal movement of motor vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99117867/09A RU2161814C1 (en) 1999-08-17 1999-08-17 Device of follow-up control over longitudinal movement of motor vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2161814C1 true RU2161814C1 (en) 2001-01-10

Family

ID=20224007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99117867/09A RU2161814C1 (en) 1999-08-17 1999-08-17 Device of follow-up control over longitudinal movement of motor vehicle

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2161814C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2479446C2 (en) * 2008-11-26 2013-04-20 СКАНИА СВ АБ (пабл) Defining acceleration characteristics
CN110989622A (en) * 2019-12-25 2020-04-10 腾讯科技(深圳)有限公司 Automatic driving control method, device, storage medium and computer equipment
RU2798078C2 (en) * 2018-08-22 2023-06-15 Ивеко С.П.А. Method and system for detecting and monitoring the cause of excessive fuel consumption

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2479446C2 (en) * 2008-11-26 2013-04-20 СКАНИА СВ АБ (пабл) Defining acceleration characteristics
RU2798078C2 (en) * 2018-08-22 2023-06-15 Ивеко С.П.А. Method and system for detecting and monitoring the cause of excessive fuel consumption
RU2798250C2 (en) * 2018-08-22 2023-06-20 Ивеко С.П.А. Method and system for determining the cause of excessive fuel consumption
CN110989622A (en) * 2019-12-25 2020-04-10 腾讯科技(深圳)有限公司 Automatic driving control method, device, storage medium and computer equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7865299B2 (en) Method and system for predicting a future position of a vehicle using numerical integration
CN103407451B (en) A kind of road longitudinal and additional forces method of estimation
CN107323454B (en) Unmanned vehicle speed adjusting device and adjusting method based on road surface flatness
CN109311482B (en) Method for determining a safe speed at a future waypoint
KR20160084836A (en) Method and device for optimizing driver assistance systems
US6256573B1 (en) System and method for controlling inter-vehicle distance to preceding vehicle for automotive vehicle equipped with the system and method
CN111746538B (en) Strict collision avoidance vehicle queue following control method and control system
CN108639065B (en) A kind of vehicle safe driving control method of view-based access control model
JPH06106936A (en) Method and device for processing sensor signal
JPH06273187A (en) Vehicle body gravity center slip angle measuring apparatus
CN107010074A (en) Regulator configuration scheme for the driver assistance system of automotive
CN111032459A (en) Method and device for determining braking-related actual values of a rail vehicle using a central sensor system for carrying out deceleration-controlled braking
SE540963C2 (en) A method for determining a change in air resistance felt by a motor vehicle
JP2005505753A (en) Method for determining directional vehicle speed
US6543278B1 (en) Apparatus for estimating road friction coefficient
RU2161814C1 (en) Device of follow-up control over longitudinal movement of motor vehicle
CN112849137B (en) Method and device for determining the dynamics of a vehicle train
JPH0855300A (en) Controller of vehicle group travel system
JPH04138970A (en) Rear wheel steering angle control method
CN112129543A (en) Method for testing side parking performance of automatic driving vehicle
EP4197821A1 (en) Tire stiffness estimation system and method
DE3925831A1 (en) MOTOR VEHICLE CONTROL OR CONTROL SYSTEM
JPH06297982A (en) Running controller for vehicle
JPS603213B2 (en) Vehicle following control method
JPH0783526B2 (en) Automatic vehicle driving method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20030818