является человеческий фактор. Зависимость процесса управления движением автомобиля от психофизиологического состояния водителя создает трудности в решении проблемы обеспечения безопасности движения. Устранение указанной зависимости следует решать путем автоматизации управления движением автомобиля в рамках концепции интеллектуального транспортного средства.

Существует несколько задач, решение которых должны решать интеллектуальные автомобили, наиболее важной из которых является анализ и прогнозирование возможных опасных ситуаций, и автоматическое предотвращение столкновения автомобилей (Collision Avoidance System).

В основе алгоритмического обеспечения систем поддержания дистанции лежит решение задачи вычисления ускорения управляемого автомобиля, обеспечивающего:

– достижение желаемой скорости в свободных условиях движения;

– поддержание безопасной дистанции в условиях следования за лидером;

– комфортное для пассажиров ускорение и замедление автомобиля.

Обеспечение комфортных значений ускорения и замедления при работе системы поддержания дистанции определено и условиями обеспечения безопасности движения в потоке автомобилей, не оборудованных устройствами поддержания дистанции. Водители прочих автомобилей должны иметь возможность своевременного изменения собственной скорости движения.

Рассмотрим движение пары автомобилей (рис.1), где автомобиль с индексом n+1 является лидером, а с индексом n – ведомым. Дистанция между автомобилями – . Скорость ведомого автомобиля будем определять исходя из реализации стратегий поддержания желаемой скорости при соблюдении безопасной дистанции:

,

где - скорость обеспечивающая, реализующая стратегию достижения желаемой скорости; - безопасная скорость движения; τ – время реакции системы управления ведомого автомобиля (c).

Рис. 1 Схема движения за лидером

Для вычисления значений желаемой скорости могут быть использованы зависимости, предложенные П. Гиппсом [1]:

    (1)

где  v(n,t) – скорость автомобиля n во время t; V*(n)  – желательная скорость автомобиля n;  a(n) – максимальное ускорение автомобиля; τ– время реакции водителя.

        (2)

где d(n)<0 – максимальное замедление автомобиля n;  δ(n,n+1) – дистанция между автомобилями;   x(n+1,t)– положение автомобиля – лидера;   s(n+1) – эффективная длина автомобиля n+1;  d’(n+1) – вычисленное желательное замедление лидера.

Формула (2) модели П. Гиппса имеет два существенных недостатка: при равномерном движении лидера имеем деление на ноль; при определенных значениях дистанции, скоростей лидера и ведомого автомобиля результат вычисления имеет комплексное значение. Указанных недостатков лишена модель безопасной скорости, предложенная С.Крауссом [2]:

,            (3)

где b – максимальное замедление (м/с²).

Использование приведенных зависимостей требует определение скорости лидера, которая не может быть непосредственно измерена. при управлении автомобилем системой поддержания дистанции имеется возможность измерения только собственной скорости автомобиля v(t) и дистанции d(t) до впереди идущего автомобиля.

В общем случае дистанция между автомобилями в момент времени (t+τ)  может быть определена как:

.        (4)

Учитывая малость интервала t примем следующие допущения:

– скорость движения в интервале t ведущего автомобиля постоянна;

– изменение скорости лидера происходит в конце интервала t мгновенно.

С учетом приведенных допущений запишем выражение:

,

где   – эквивалентная скорость.

Формула (4) примет вид:

,

откуда выразим :

.            (5)

Алгоритм вычисления скорости движения, обеспечивающей поддержания безопасной дистанции между автомобилями, может быть представлен в виде блок схемы (рис. 2). Он предусматривает:

– оценку скорости лидера;

– вычисление безопасной скорости;

– вычисление желаемой скорости;

– принятие к реализации минимальной из безопасной или желаемой скорости.

Рис. 2 Алгоритм вычисления скорости движения в системе поддержания дистанции

Для оценки работоспособности предложенного алгоритма поддержания дистанции проведено исследование его работы в характерных режимах движения:

– остановка ведомого автомобиля перед препятствием;

– следование ведомого автомобиля за лидером, скорость которого менее желаемой;

– следование за лидером, скорость которого более желаемой.

Для проведения исследования разработана компьютерная программа на языке программирования Python, имитирующая работу системы поддержания дистанции при движении двух автомобилей. При проведении исследования фиксировалась дистанция между автомобилями, скорость и ускорение ведомого. Скорость ведущего автомобиля являлась входным параметром модели.

При исследовании режима остановки автомобиля перед препятствием, проведена оценка работы системы поддержания дистанции в условиях недостаточной видимости при нахождении на проезжей части неподвижного объекта (остановившегося автомобиля, поваленного дерева и т.д.).

Алгоритм обеспечил плавное снижение скорости с установленным замедлением, обеспечив остановку перед препятствием (рис. 2).

Рис. 3 Результаты исследования алгоритма поддержания дистанции при остановке ведомого автомобиля перед препятствием

На начальном участке осуществлялась стратегия достижения желаемой скорости, на дистанции 65 м преобладающей становится стратегия поддержание безопасной дистанции.

В режиме следование ведомого автомобиля за лидером, скорость которого менее желаемой, ведомый автомобиль догоняет лидера и продолжает движение вслед за ним.

В начальный период моделирования (рис. 4), ведомый автомобиль выполнял ускорение с целью достижения желаемой скорости. В последующем проведена синхронизация скорости движения с лидером.

Рис. 4. Результаты исследования алгоритма поддержания дистанции при следование ведомого автомобиля за лидером, скорость которого менее желаемой

В результате работы алгоритма установилась стабильная дистанция между лидером и ведомым автомобилем равная 10 м, что соответствует насыщенному движению потока при плотности на полосу движения 66,7 авт/км.

В режиме следования за лидером, скорость которого более желаемой, воспроизведена ситуация выезда пары автомобилей с проблемного участка, на котором скорость движения была ниже желательной (участок с неблагоприятными дорожными условиями, место проведения ремонтных работ, затор и т.д.). Разгон лидера происходил равномерно, и по истечении 13 с начала исследования дистанция между ведомым автомобилем и лидером увеличилась свыше 50 м (рис. 5). По истечении указанного периода, движение ведомого автомобиля осуществлялось без взаимодействия с лидером, при этом его скорость асимптотически приближалась к желаемой.

Рис. 5 Результаты исследования алгоритма поддержания дистанции при следование за лидером, скорость которого более желаемой.

Проведенные исследования работы алгоритма поддержания дистанции показали его работоспособность и возможность использования в реальных системах. Следует отметить, что взаимодействие лидера и ведомого автомобиля в диапазоне исследуемых скоростей возникало при дистанции между ними 55-60 м.

К таким системам относят:

1)  антиблокировочную систему (ABS), антипробуксовочную систему (ASR, ASC, A-TRAC, DSA, DTC, ETC, ETS, STC, TCS, TRC – в зависимости от производителя автомобиля);

2)  систему курсовой устойчивости (ESP, ESC, DSC, DTSC, VSA, VSC, VDC);

3)  систему распределения тормозных усилий (EBD, EBV);

4)  систему экстренного торможения (BA, BAS, EBA, AFU);

5)  систему обнаружения пешеходов (Pedestrian Detection System, Advanced Pedestrian Detection System, EyeSight);

6)  систему электронной блокировки дифференциала (EDS).

Кроме систем активной безопасности с тормозной системой тесно увязаны, так называемые, вспомогательные системы активной безопасности (ассистенты), которые помогают водителю при вождении, используя при этом тормозную систему и рулевое управление автомобиля.

К таким системам относят: парковочную систему; систему кругового обзора; адаптивный круиз-контроль; систему аварийного рулевого управления; систему помощи движению по полосе; систему помощи при перестроении; автомобильную систему ночного видения; систему распознавания дорожных знаков; систему контроля усталости водителя; систему помощи при спуске; систему помощи при подъеме и другие системы.

Таким образом, от тормозной системы зависит работа множества основных и вспомогательных систем безопасности автомобиля, соответственно обеспечение надлежащего технического состояния тормозной системы является весьма актуальной задачей авторемонтного производства.

Тормозная система современного автомобиля в общем случае включает в себя несколько подсистем – механическую (тросы, тяги, тормозные диски и барабаны, суппорта, тормозные колодки и т.д.), гидравлическую и (или) пневматическую (гидравлические и вакуумные усилители,  тормозные цилиндры, распределители, трубопроводы и т.д.), электронную (блоки управления, контрольные датчики, сигнализаторы и т.д.). Соответственно, все они взаимосвязаны и имеют свои специфические дефекты, образующиеся при эксплуатации автомобиля.

Особое место в тормозной системе занимает механическая составляющая, элементы которой подвержены максимальным нагрузкам и получают наибольшие повреждения и износ при эксплуатации. Как правило, деталям механической части тормозной системы присущи такие эксплуатационные дефекты, как трещины, сколы, коробление (нарушение макрогеометрии), износ рабочих поверхностей. Очень распространённым дефектом тормозной системы является нарушение макрогеометрии тормозных дисков, ввиду интенсивного изнашивания рабочих поверхностей и коробления из-за цикличного нагрева-охлаждения.

В процессе эксплуатации автомобиля тормозные диски изнашиваются от трения с антифрикционными накладками тормозных колодок. Величина этого изнашивания зависит от условий эксплуатации автомобиля, от класса автомобиля и от квалификации водителя. В конечном итоге наступает такой момент, когда выработка рабочей поверхности тормозного диска достигает критических значений (1-2 мм на сторону) и дальнейшая эксплуатация автомобиля становится не безлопастной. Изнашивание рабочих поверхностей приводит к уменьшению толщины тормозного диска, его ослаблению, снижению эффективности взаимодействия с тормозными колодками, появлению бурта по краям зоны изнашивания, появлению скрипов при торможении и увеличению вероятности коробления дисков.

Вместе с изнашиванием рабочих поверхностей при эксплуатации возникает нарушение их плоскостей, вызываемое короблением под воздействием температуры и нагружения. Такое коробление очень часто возникает в режиме городской эксплуатации автомобиля, когда происходят частые интенсивные торможения, влекущие за собой перегрев тормозных дисков. А если автомобиль с перегретыми тормозными дисками преодолевает водную преграду (лужи, ручьи и т.д.), то в результате резкого охлаждения коробление практически неминуемо. Также и при эксплуатации в зимний период происходит частая смена температуры тормозных дисков от интенсивного нагрева при торможении (зимой водители значительно чаще используют тормоза, опасаясь заносов и скольжения) до, не менее интенсивного, охлаждения окружающей средой [4].

Кроме того, при эксплуатации автомобилей возникает микродеформация тормозных дисков от ударных нагрузок, передающихся от дорожного покрытия через связующие элементы (колесо, ступичный подшипник, ступица).

В результате деформаций и коробления рабочие поверхности становятся волнообразными, что приводит к изменению работы всей тормозной системы. При этом уменьшается площадь контакта рабочих поверхностей диска с антифрикционными накладками тормозных колодок, возникают вибрации, предающиеся на все рулевое управление и автомобиль в целом, происходит ускоренный износ накладок тормозных колодок, снижается эффективность и равномерность торможения автомобиля, что, в конечном итоге, отрицательно сказывается на безопасности эксплуатации автомобиля.

В современном автомобилестроении к макрогеометрии тормозных дисков автомобилей предъявляются весьма строгие требования: отклонения от плоскости рабочих поверхностей тормозного диска не более 0,1 мм, а боковое биение допускается не более 0,05 мм [3]. Такие высокие требования обусловлены все возрастающими требованиями по обеспечению безопасности дорожного движения, увеличением скоростных режимов, мощностей и совершенствованием систем управления автомобилем.

От состояния макрогеометрии тормозных дисков автомобилей напрямую зависит эффективность и надежность работы всей тормозной системы, а также других основных и вспомогательных систем активной безопасности. Эти системы в своей работе используют данные датчиков, показания которых, в основном, зависят от эффективности взаимодействия пары трения тормозной диск – тормозные колодки. От этого зависит точность и своевременность срабатывание этих систем безопасности, слаженность их взаимодействия, эффективность каждой системы в отдельности и управляемость автомобиля в целом, будут эти системы помогать водителю или создавать помехи и, в конечном итоге, скажется на безопасности и долговечности автомобиля.

Таким образом, нарушение макрогеометрии тормозных дисков ведет к снижению безопасности управления автомобилем, преждевременному износу элементов тормозной системы, отрицательно сказывается на работе остальных штатных систем активной безопасности современного автомобиля. Соответственно работы по предотвращению появления и устранению появившихся дефектов макрогеометрии тормозных дисков автомобилей является актуальной задачей.

Устранение дефектов макрогеометрии тормозных дисков автомобилей возможно при небольших значениях отклонений от нормы. При достижении критических значений износа рабочих поверхностей, а также при  сильном короблении диска, восстановление технически исправного состояния невозможно или не рационально (не рентабельно). В авторемонтном производстве для восстановления макрогеометрии тормозных дисков автомобилей применяются, в основном,  технологии и оборудование, позволяющее устранить дефекты при помощи механической обработки (снятия слоя материала).

Несмотря на то, что при снятии слоя материала с рабочих поверхностей тормозного диска происходит снижение общей прочности ресурс тормозного диска (и тормозных колодок) при этом увеличивается ввиду устранения отрицательного воздействия дефектов макрогеометрии диска на все системы активной безопасности и восстановления эффективности их работы.

Механическая обработка осуществляется, как правило, на металлорежущем оборудовании с применением специализированных приспособлений или на специальных станках, предназначенных только для таких операций. Основной проблемой такого оборудования и приспособлений является обеспечение требуемой геометрической точности механической обработки тормозных дисков. Для этого прибегают к позиционированию обрабатываемых дисков относительно базовых поверхностей. Точного позиционирования и механической обработки тормозных дисков добиваются применением разнообразных средств и систем измерения, начиная от механических (индикаторные головки) до электронных, световых и их комбинации. Существуют даже устройства позволяющие проводить механическую обработку тормозных дисков непосредственно на автомобиле, без демонтажа дисков со ступицы.

Основными направлениями совершенствования оборудования для восстановления макрогеометрии тормозных дисков автомобилей является повышение точности обработки, снижение отрицательного воздействия такой обработки на ресурс дисков, повышение производительности технологического процесса обработки, снижение трудоёмкости и себестоимости восстановления макрогеометрии тормозных дисков.

Исходя из выше изложенного, заключаем – восстановление макрогеометрии тормозных дисков и совершенствование оборудования для его реализации является актуальной задачей авторемонтного производства на сегодняшний день.