Теоретическое и экспериментальное исследование управляемого движения автомобиля более 70 лет находится в сфере внимания многочисленных научных школ и отдельных авторов, как отечественных, так и зарубежных.

В СССР и в РФ работа в указанной области велась в нескольких научных центрах. Широкую известность получили работы Е.А. Чудакова, Я.М. Певзнера, Л.Л. Гинцбурга, заложившие фундамент теории движения автомобиля в широком смысле этого слова.

Научные школы активно работали и в МАДИ. Наибольшее влияние на формирование научного направления настоящей диссертации оказали работы ученых, долгое время работавших на кафедре «Автомобили»: д.т.н. А.С. Литвинова, д.т.н. Я.Е. Фаробина. Научное направление об автомобиле, как объекте программного управления, на протяжении многих лет развивал д.т.н. А.А. Юрчевский.

Системное исследование управляемого движения автомобиля проводилось в 60-80 гг. в МАДИ, на кафедре теоретической механики, в научной школе, создателем и руководителем которой был профессор, д.т.н. А.А. Хачатуров.

Ретроспективный взгляд на исследования, проведенные за полувековой период в области устойчивости и управляемости автомобиля, показывает что, несмотря на многочисленные разнообразные терминологические трактовки свойств устойчивости и управляемости, предмет исследования достаточно четко определен в последнее время, как комплексное рассмотрение системы ВОДИТЕЛЬ – АВТОМОБИЛЬ – ДОРОГА (СРЕДА).

Достаточно полное представление о предмете исследования можно сделать, рассматривая только один информационный кластер - диссертационные работы по специальности 05.05.03 - колесные и гусеничные машины. Ограничимся только некоторыми «реперными» точками из указанного информационного кластера, чтобы оценить вектор научной проработки и достигнутый уровень, в той области, которая составляет предмет исследования настоящей диссертации.

1) В диссертации «Повышение надежности управления боковым движением автомобиля» Майбороды О.В., 1982 написано следующее: «Трудности создания теории управления автомобилем связаны со сложностью системы "водитель-автомобиль". При наличии значительного объема информации о динамических свойствах автомобиля до сих пор нет окончательной ясности в вопросе о том, какие характеристики автомобиля необходимы и достаточны для описания его как объекта управления. Достоверной математической модели водителя в настоящее время нет, и не приходится надеяться на решение этой проблемы в ближайшее время. Необходимо отметить, что даже в случае ее решения, вопрос создания теории управления автомобилем будет далек от своего разрешения. В этом случае появилась бы возможность замены натурного эксперимента расчетным, но по-прежнему осталась бы проблема оценки результатов эксперимента. На основании результатов натурного или расчетного эксперимента необходимо оценить надежность деятельности водителя в реальных условиях. Решение этой проблемы возможно только с позиций изучения психических проявлений водителя в его деятельности по управлению автомобилем».

2) Одной из последних (2009 год) диссертаций, родственных по предмету исследования с настоящей, является работа Катанаева Н. К. «Параметрическая идентификация объекта управления человеко-машинной системы «АВТОМОБИЛЬ-СРЕДА-ВОДИТЕЛЬ». Из этой работы сделаем текстовую выборку, которая интерпретирует некоторые важные аспекты настоящей диссертации: «К фундаментальным исследованиям в области формирования теории управляемости и устойчивости следует отнести работы А.С.Литвинова. Процесс управления им рассматривается как "совокупность действий водителя, обеспечивающих желательное изменение параметров движения автомобиля, в частном случае, сохранение их постоянным". Обратим внимание на определение управляемости: "Совокупность свойств системы автомобиль - водитель, определяющих степень возможности сближения желательных и фактических изменений параметров движения, можно назвать управляемостью этой системы"». А.С.Литвинов свойством управляемости наделяет не изолированный автомобиль, а систему, включающую объект управления и водителя. В этом просматривается перспективный и, по сути, правильный системный подход к изучению проблемы управляемого движения. А.С.Литвинов не ставит жесткого требования абсолютно точного совпадения заданных и действительных параметров движения. Это положение свойственно для всех замкнутых, следящих систем. Именно к такому классу систем можно отнести систему автомобиль - водитель. Появляется так называемый, системный подход к изучению свойств объекта управления — автомобилю».

Таким образом, можно констатировать:

а) Практически все исследователи считают ключевым элементом системы АВТОМОБИЛЬ-ВОДИТЕЛЬ звено ВОДИТЕЛЬ;

б) Звено ВОДИТЕЛЬ наименее изучено и устойчивое понимание способов описания его функционирования в системе в настоящее время отсутствует.

Указанные обстоятельства определили предмет исследования диссертации как математическое описание звена ВОДИТЕЛЬ в системе ВОДИТЕЛЬ-АВТОМОБИЛЬ-ДОРОГА (СРЕДА) (рис. 1).

?????????????. РУ - рулевое управление

В диссертации рассмотрены различные способы описания управляемого движения: управление по заданному («жесткому») закону поворота рулевого колеса, управление по «жесткой» связи направляющей точки с заданной траекторией, управлении с оптимизацией по целевой функции. А также предложена обобщенная модель объекта УПРАВЛЯЕМЫЙ АВТОМОБИЛЬ (рис.2)

Рис. 2. Обобщенная модель объекта УПРАВЛЯЕМЫЙ АВТОМОБИЛЬ

Для математического описания алгоритма управления введены базисные понятия, показанные на рис. 3.

Во второй главе дан теоретический аппарат построения математической модели управляемого курсового движения автомобиля при выполнении типового маневра. Для построения алгоритма оптимального управления курсовым движением автомобиля по направляющей точке рассматривается плоская модель курсового движения, показанная на рис.4.

Рис. 3. Базисные понятия для описания процесса управления курсовым движенем

Рис. 4. Плоская модель курсового движения:

V =const– скорость автомобиля, у – боковое перемещение центра тяжести С, уК– боковое перемещение направляющей точки К, ? – курсовой угол, ? – угол поворота управляемых колес, l – расстояние до направляющей точки, L – база автомобиля, а и b – расстояние от центра тяжести до передних и задних колес соответственно.

Скорость автомобиля считается постоянной. Углы ? и ? считаются малыми. Рассматривается линейная модель курсового движения автомобиля. Тогда:

А1 и А2 – соответствующие передаточные характеристики,

р = d/dt – оператор дифференцирования.

Для целей исследования управляемого движения автомобиля можно

принять

М – масса автомобиля,

J – центральный момент инерции для вертикальной оси,

К1 и К2 – коэффициенты бокового увода для передней и задней осей соответственно.

Простейшая одноконтурная схема система автоматического регулирования курсового движения показана на рис. 5.

Рис. 5. Простейшая одноконтурная схема:

y0 – заданная или желаемая траектория автомобиля, ?у=у0-у – отклонение от заданной траектории, НВ – передаточная характеристика водителя (или автомата).

Далее решается следующая задача оптимизации: найти минимум функ-

ционала

при условии, что ограничен функционал безопасности

Решение этой задачи дало следующий вид передаточной функции водителя

Параметрами этой передаточной функции являются:

- параметр интенсивности управления,

- параметр уровня «шума», то есть помех, при отслеживании заданной траектории движения водителем

. (10)

В алгоритм управляемого движения также входят: