Введение
1 Предметная область, проблема управления, требования к управлению 7
1.1 Анализ предметной области 7
1.1.1 Описание исполнительных механизмов автомобиля 8
1.1.2 Способы организации передачи данных в автомобиле 16
1.1.3 Классификация автоматических систем управления 24
1.2 Проблема управления движением ТС 27
1.3 Определение требований к качеству процесса движения ТС 30
1.4 Вывод по главе 32
2 Проектирование аппаратной части системы управления 33
2.1 Разработка функциональной схемы системы управления 33
2.2 Разработка структурной схемы системы управления 38
2.3 Выбор контроллера 45
2.4 Разработка электрической принципиальной схемы 50
2.4 Вывод по главе 58
3 Разработка программной части системы управления 59
3.1 Исследование математической модели 59
3.2 Разработка алгоритмов управления 61
3.2.1 Управление рулевым механизмом 61
3.2.2 Управление ускорением и тормозной системой БТС 64
3.3 Выбор средств разработки и языков программирования 68
3.4 Реализация управляющей программы 71
3.5 Вывод по главе 76
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 78
ПРИЛОЖЕНИЕ А 79
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
В настоящее время машиностроение России представляет собой комплекс отраслей промышленности, а также интеллектуальный потенциал работников машиностроительной отрасли, изготавливающих средства производства, транспорт, предметы потребления, аграрную и оборонную технику. Развитие этой отрасли приводит к решению новых задач и разработку новых технологий по созданию и внедрению инновационных продуктов. Особая роль в современном машиностроении уделена созданию автоматического транспортного средства.
ГУП «Авторобот» получил один испытательный автомобиль (КАМАЗ- 5350) для проведения полевых исследований по автоматическому вождению. Проект поддерживает несколько задач, направленных на исследование автоматического вождения, предотвращение столкновений, решение задачи на разработку системы помощи водителю и обеспечение безопасности дорожного движения.
В данной ВКР в качестве объекта исследования рассмотрен прототип беспилотного автомобиля КАМАЗ-5350.
Целью ВКР является повышение безопасности дорожного движения, что достигается путем синтеза автоматической системы управления движением автомобиля. При таком подходе к решению этой проблемы основные функции по управлению движением возлагаются на автоматическую систему, оставляя за водителем приоритетное право принятия решений в случае возникновения непредвиденных ситуаций. В соответствии с указанной целью в работе решаются следующие задачи:
а) Анализ предметной области.
б) Определение проблемы управления движением автомобиля.
в) Постановка требований к качеству управления движением автомобиля.
г) Разработка функциональной модели системы управления.
д) Разработка структурной схемы системы управления.
е) Выбор контроллера.
ж) Разработка электрической принципиальной схемы системы управления.
з) Исследование математической модели процесса движения.
и) Разработка алгоритмов управления.
к) Разработка управляющей программы.
Актуальность темы
Преимуществом при использовании систем автоматического управления транспортным средством можно считать исключение человеческого фактора при выполнении поставленной задачи. Актуальность темы исследования обусловлена большой социально-экономической значимостью задачи повышения безопасности движения. В условиях отсутствия человеческого контроля, управление транспортным средством перекладываются на автоматическую систему, возникает потребность в качественном автоматическом управлении и маневрировании транспортным средством.
Методы исследований
В процессе исследований использовались методы теории автоматического управления, теория автомобилестроения, математическое моделирование.
В первой главе исследуется КАМАЗ-5350 как объект управления.
Раскрывается проблематика сложности управления транспортным средством.
На основе анализа определяются требования системе управления.
Во второй главе описывается функциональная модель системы управления в среде IDEF0. На ее основе разрабатывается структурная и электрическая схемы, описывающие основные элементы системы управления.
Третья глава посвящена описанию математической модели движения БТС, производится ее обоснование. Глава включает программную реализацию алгоритма управления на языке Си для микроконтроллера STM32E407.
Практическая ценность полученных результатов заключается в том, что на основе исследованных подходов разработан алгоритм управления специфическим транспортным средством. Полученный алгоритм позволяет производить оптимальное управление исполнительными механизмами. Проведенные в ВКР исследования привели к созданию алгоритма управления, обеспечивающего безопасное управление штатным режимом движения транспортного средства со специфической конструкцией.
