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 PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
Abstract
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
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 (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.
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 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 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
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
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 измеренного Zr-Rо (от формирователя разности измеренного расстояния и опорной дистанции 4) и оцененного (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 (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 производная от оценки величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля), о скорости изменения величины оценка величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля), о скорости изменения величины оценка отклонения измеренного расстояния от опорной дистанции), о скорости изменения величины оценка относительной скорости), соответственно. Все это позволяет на выходе второго интегратора 16 сформировать оценку 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 равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля. Полученная на выходе третьего формирователя разности 27 разность поступает на третий вход четвертого сумматора 25 для корректировки оцененной величины скорости изменения относительной скорости 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 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:
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
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
где Zr= R1-R2+εr - измеренное расстояние; ZV= r2+εV - 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; относительная скорость; εr и εV - инструментальные погрешности измерителей расстояния и относительной скорости, соответственно; 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
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; relative speed; ε r and ε V are the instrumental errors of the distance and relative velocity meters, respectively; estimates of r 1 , r 2 , respectively.
Вектор состояния системы r = (r1, r2, F, f1)T имеет свои производную и оценку
где оценка величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля; скорость изменения величины
Полученная разность векторов (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 поступает в виде вектора выхода 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 and assessment
Where 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; rate of change
The resulting vector difference (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
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 после интегрирования в интеграторе 34, и к уменьшению элементов вектора Так как в оцененный вектор состояния входит, кроме элементов , еще и элемент являющийся оценкой величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля, то уменьшается также и величина В целом это приводит к уменьшению величины управления (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 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 after integration in the integrator 34, and to reduce the elements of the vector Since in the estimated state vector included except items , also an element 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 In general, this leads to a decrease in the amount of control (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 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 после интегрирования в интеграторе 34, и к увеличению элементов вектора состояния Так как в оцененный вектор состояния входит, кроме элементов , еще и элемент являющийся оценкой величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля, то увеличивается также и величина Все это приводит к возрастанию величины управления (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 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 after integration in the integrator 34, and to increase the elements of the state vector Since in the estimated state vector included except items , also an element 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 All this leads to an increase in control (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 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 (включая компоненту ), который изменяется в соответствии с изменениями элементов вектора измерения Z = (Zr, ZV)T. Выработанная в заявленном устройстве оцененная величина 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 (including component ), 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 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 которая обеспечивает снижение ошибок слежения.Thus, in comparison with the prototype of the claimed device contains in the control of W an additional component 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 называемого вектором ошибки оценивания. Следовательно величины элементов матрицы обратной связи K влияют на точность определения оценки 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 called the estimation error vector. Therefore, the values of the elements of the feedback matrix K affect the accuracy of determining the estimate in relation to the value F. The application of the order of selection of the elements of the feedback matrix K, given in
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:
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:
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):
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)):
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:
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 на основе измерений расстояния Zr и относительной скорости ZV.Next, we consider equations (1 ... 3) in expanded form:
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 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:
Уравнения измерений соответственно имеют вид:
Zr= R1-R2+εr, (5)
ZV= r2+εV, (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:
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 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 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 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 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
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 F(t0)=F0,
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
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 F (t 0 ) = F 0 ,
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):
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:
где 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;
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):
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:
Where 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;
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):
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):
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:
где амплитуда колебательной составляющей ускорения;
ωi - круговая частота колебательного процесса.We carry out
Where 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 известны, обозначим их соответственно
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
Выполняем п. 3 порядка процедур и определяем вектор KV. В этом случае в формировании оценки 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 known, we denote them accordingly
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
We perform
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
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):
r(0) = r0,
Формируем управление в виде суммы трех составляющих, первые две из которых аналогичны прототипу, а третья является оценкой величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля:
С учетом выражения (11) приводим уравнения (3,4) к виду:
r(0) = r0,
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 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 где εZ - величина, размер которой определяется ошибками слежения по положению и скорости.Taking into account the foregoing, we return to equations (3.4):
r (0) = r 0 ,
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 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:
In view of expression (11), we reduce equations (3.4) to the form:
r (0) = r 0 ,
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 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 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 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 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 осуществляет слежение за истинным значением величины F и что оцененная величина близка к величине F. Это позволяет осуществлять упомянутую нами ранее минимизацию правой части уравнения (3). С этой целью записываем уравнение (7) без обратной связи: для точного значения вектора состояния r совместно с уравнением выхода y = Hr. Тогда система уравнений относительного движения автомобилей приобретает следующий вид:
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 monitors the true value of F and that the estimated value 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: 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:
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]:
что позволяет, используя измерения только лишь расстояния и относительной скорости: Z = (Zr, ZV)T, получать оценку всех элементов вектора в том числе и искомого
Представляем систему уравнений (7) в том виде, в котором она разработана нами для заявленного устройства (см. систему уравнений 8):
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:
где Δr = (Δr1,Δr2,ΔF,Δf1)T - вектор ошибки оценивания;
компонента вектора ошибки оценивания по положению;
компонента вектора ошибки оценивания относительной скорости;
компонента вектора ошибки оценивания величины, равной сумме ускорения впереди едущего транспортного средства и удельных сил сопротивления качению и воздуху автомобиля;
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]:
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 including the desired
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):
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:
where Δr = (Δr 1 , Δr 2 , ΔF, Δf 1 ) T is the vector of estimation error;
component of the position estimation error vector;
component of the error estimation vector of the relative speed;
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;
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 к истинному вектору r = (r1, r2, F, f1), а, следовательно, 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 to the true vector r = (r 1 , r 2 , F, f 1 ), and therefore to F.
Представляем систему уравнений ошибок оценивания (13) в матричном виде:
где
Тогда характеристическое уравнение [5, стр. 56], [6, стр. 51- 53] для матрицы принимает вид
которое по содержанию совпадает с характеристическим уравнением для матричного уравнения (9):
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 осуществляют слежение за соответствующими элементами вектора r = (к1,к2, F,f1), в том числе элемент осуществляет слежение за F.We present the system of equations of estimation errors (13) in matrix form:
Where
Then the characteristic equation [5, p. 56], [6, p. 51-53] for the matrix takes the form
which in content coincides with the characteristic equation for the matrix equation (9):
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 |.
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 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 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,
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
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,
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
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
Начальные условия, опорная дистанция и предельные значения параметров выбраны равными:
(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 selected equal to:
(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:
(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:
(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
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 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
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
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 функционала качества управления I. Значение нормы матрицы 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 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 functional quality management I. The value of the norm of the matrix on level lines decreases as it moves toward the
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
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
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)
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)
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 |
-
1999
- 1999-08-17 RU RU99117867/09A patent/RU2161814C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
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 |