Высокоточные косвенные измерения оказываются возможными лишь с применением оригинальных математических моделей и алгоритмов решения некорректных задач.
Естественно , что для технической реализации таких систем необходимо использование современной компьютерной техники и средств отображения информации, стоимость и функциональные возможности которых, подчинясь известному закону Мура “ удваивают свои возможности и вдвое снижаются в цене каждые 18 месяцев “, что создает условия для заметного снижения стоимости аппаратных средств данного типа систем.
Следует отметить, что уже сегодня разработаны отечественные многофункциональные системы активной безопасности предусматривающие индикацию водителю информации о приближении к границам опасных режимов, а собственно управление тормозами, акселератором , трансмиссией и рулевым колесом выполняется водителем .
Цены на такие системы сегодня не превышают 150-250 долларов США в зависимости от объемов функций, их установка на автомобили не вызывает затруднений, что снижает остроту экономического аспекта проблемы для автомобилей низшей ценовой категории .
Для автомобилей средней ценовой категории автоматическое выполнение некоторых функций , например стабилизации продольных скольжений колес, требует дополнительных исполнительных устройств ( управляемых гидроклапанов, гидронасосов и др) , что, естественно, заметно увеличивает цены на системы этого класса .
Для автомобилей высокой ценовой категории может предусматриваться автоматическое выполнение большинства функций управления за счет введения в состав системы датчиков дистанций, состояния внешней среды и др.
Общими функциями для интеллектуальных систем активной безопасности различных ценовых категорий являются косвенные измерения координат состояния и их динамических границ, а также индикация приближения к границам опасных режимов. Выбор уровня автоматизации управления и необходимой для этого конфигурации технических средств остается в этом случае за владельцем автомобиля любой ценовой категории.
В качестве примера интеллектуальной системы активной безопасности рассмотрим отечественную компьютерную систему ИНКА –ПЛЮС.
Технические решения , положенное в основу ИНКА- системы , запатентованы в России, зарегистрированы во Всемирной организации интеллектуальной собственности (WIPO).
К числу основных функций ИНКА- системы относятся:
измерение разностей давлений в парах шин и индикация их отклонений от номиналов ;
индикация скоростей вращения колес и индикация блокировок и пробуксовок колес;
измерение и индикация дополнительных углов развала колес.
В состав ИНКА- системы входят:
блок обработки и индикации информации (ИНКА- ПЛЮС) , устанавливаемый на приборной панели ( фото1 ) в удобном для водителя месте;
датчики первичной информации индукционого типа , измеряющие приращения углов поворота колес ( фото 2);
кабеля связи, выполняющие коммутацию датчиков с блоком обработки и индикации информации ;
соединителя питания блока ИНКА-ПЛЮС , подключенного в штатное гнездо прикуривателя ;
Фото1 блок обработки и индикации ИНКА-ПЛЮС
Фото2 датчик индукционного типа
Датчики ИНКА- системы состоят из двух диаметрально расположенных постоянных магнитов, наклеиваемых внутри обода и индукционной катушки, устанавливаемой на тормозном щите с помощью кронштейна.
Датчики ИНКА-системы не подвержены влиянию температур в диапазоне –40+120 град С, загрязнений, вибраций, влаги и других реальных факторов. Срок их службы практически не ограничен, а их установка не требует внесения изменений в конструкцию агрегатов автомобиля.
Датчики ИНКА-системы подключены к блоку обработки и индикации информации по токовой схеме, что позволяет полностью подавить электромагнитные помехи от распределителя зажигания и других источников помех.
Датчики ИНКА-системы не требуют подключения к источнику питания и не нуждаются в повторных настройках, регулировках и техническом обслуживании в процессе эксплуатации .
На лицевой панели блока ИНКА-ПЛЮС выведены 4 группы по 3 светодиода в каждой, расположение групп светодиодов соответствует расположению колес автомобиля ( вид сверху)
Верхний светодиод зеленого свечения служит для индикации нормального уровня давления в шине. При отклонении от номинала на 0.25 –0.35 бара верхний светодиод мигает с частой 1 Гц .
Средний светодиод красного свечения служит для индикации отклонения давления от номинала . При отклонении давления от номинала в диапазоне 0.35- 0.45 бар предусматривается мигание с частотой 1Гц, при отклонении более 0.45 бар-постоянное свечение красного светодиода. Нижний светодиод группы зеленого свечения предназначен для отображения сигналов с датчиков первичной информации.
Кнопка настройки, расположена на торцевой поверхности блока ИНКА-ПЛЮС и предназначена для активации режима настройки косвенных измерений давлений.
Принцип действия ИНКА-системы основан на прецизионном измерении разностей частот вращения колес автомобиля , возникающих при снижении давления в одном из колес пары и соответствующем изменении статического радиуса этого колеса.
Экспериментально установлено , что для шин со статическими радиусами , порядка 280- 320 мм, изменение давления на 1 бар сопровождается изменением статического радиуса шины примерно на 1 мм.
Точность измерения разностей давления в парах колес не зависит от скорости движения автомобиля и состояния дорожного покрытия.
Возможные искажения, возникающие при скольжениях колес и при движении на виражах, обнаруживается алгоритмически и не влияют на результаты измерений.
Необходимость настройки системы может возникать в следующих случаях:
при замене или перестановке колес;
при изменении номиналов давлений ;
при индикации ненулевых отклонений от номиналов в результате различного износа шин в парах колес.
Режим настройки активируется нажатием кнопки настройки при включенном питании и выполняется полностью автоматически . Завершение цикла настройки отображается на красном индикаторе правого заднего колеса при его включении на интервале 1 секунда .Номинальные значения давлений в шинах устанавливаются водителем на холодных шинах обычным образом . Индикация блокировок и пробуксовок колес выполняется с помощью светодиодов состояния датчиков колес. Блокировка колеса сопровождается пропаданием свечения на соответствующем светодиоде, пробуксовка колеса на скоростях менее 20 км/ч сопровождается появлением свечения на светодиоде буксующего колеса.
Увеличение несоосности датчика и магнитов, соответствующая увеличению углов дополнительного развала колес, сопровождается возрастанием скорости , на которой возникает свечение светодиода состояния датчика колеса.
В таблице 1 приведены технические характеристики системы ИНКА-ПЛЮС.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ИНКА-СИСТЕМ табл 1
Диапазон измерения давлений , бар
0- 2.5
Относительная погрешность , %
менее 5
Диапазон скоростей автомобиля , км/ч
от 4 до 410
Потребляемая мощность от сети , Вт
менее 1
Напряжение бортовой сети , B
от 9 до 15
Масса комплекта , кг
менее 0.5
В таблице 2 приведены сравнительные характеристики зарубежных систем аналогичного назначения, принцип действия которых основан на непосредственном измерении давлений в полости шин и передаче информации по радиоканалу .
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ табл 2
Модель системы
Ограничения на типы шин
Трудоемкость
монтажа
Срок эксплуатации
Скорость мин. км/ч
Скорость макс км/ч
Цена
$
Демонтаж колес
Балансирв-ка колес
Michelin Zero Pressure
(Франция)
Бескамерные шины без металло-корда
требуется
требуется
Ограничен ресурсом источников питания датчиков
0
150
400
Tire Monitors
(Тайвань)
Бескамерные шины без металло-корда
требуется
требуется
Ограничен ресурсом источников питания датчиков
0
150
200
RoadSnoop
(Финлян-дия)
Бескамерные шины без металло-корда
требуется
требуется
Ограничен ресурсом источников питания датчиков
20
250
300
ИНКА-
ПЛЮС
(Россия)
Шины одной модели
не требуется
не требуется
нет ограничений
4
410
150
Применение беспроводной схемы передачи данных по радиоканалу в рассматриваемых системах ограничивает их применение шинами без металлокорда , являющегося экраном для радиоволн , а конструкция датчика давления размещенного на ободе внутри шины, ограничивает применение этих систем для камерных шин . Величины перегрузок, действующих на элементы конструкции датчика и элементы питания при вращении колеса превосходят 250 g на скоростях более 144 км/ч . Отметим, что перегрузки в 200 g отмечаются при падении самолетов со скоростью 720 км/ч и образовании в местах падения воронки глубиной 10 м . При этом стрелки приборов пробивают циферблаты и тем самым сохраняют показания приборов в момент касания земли самолетом.
Масса датчиков давления этих систем составляет 20 - 40 грамм, что требует дополнительной балансировки колес, а для их установки внутри обода необходим демонтаж колеса . К этому следует добавить ограниченный ресурс источников питания датчиков, который значительно снижается при низких и высоких температурах.
Для ИНКА –систем отсутствуют ограничения по типам шин , необходимости демонтажа и дополнительной балансировки колес, по сроку эксплуатации , что определяется использованием датчиков индукционного типа , проводной линии связи и схемы расположения магнитов на ободе колеса.
Идеология построения ИНКА- систем допускает наращивание функций косвенных измерений переменных состояния и их динамических границ программным путем без увеличения количества датчиков первичной информации , что обеспечивает как полную наблюдаемость и управляемость объекта в движении, так и решение задачи предотвращения столкновений в ее наиболее полной алгоритмически разрешимой постановкe. Относительно низкая стоимость комплекта ИНКА –системы и отсутствие ограничений по установке датчиков позволяют оснащать ими все модели автомобилей, включая автомобили низших ценовых категорий .