Устройство для автоматического вождения транспортного средства

 

В.И. Баловне в, В.А. Соколов, Б.А. Бондврович, Г; Б. Кустарев и А.Б. Ермилов (72) Авторы изобретения

Московский ордена Трудового Красног Знамени автомобильно-дорожный институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВОЖДЕНИЯ

ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к испытательной технике.

Известно устройство для автоматического вождения трактора при испытаниях на треке, содержащее опорную траекторию и систему изменения направления движения трактора, состоящую из троса, одним концом прикрепленного к установленному в центре. круга якорю, а другим через упругий элемент к трактору. Кроме того, в этом устройстве трос охватывает установленный на рулевом . валу барабан (1).

Известно также устройство для

15 автоматического вождения трактора при испытаниях на треке, содержащее направляющую, выполненную в виде рельсового пути с тележкой, соединенной шарнирно тягой с кронштейном, установленным в передней части трактора, и систему изменения направления движения трактора (2).

Известно также устройство для а втомат ичес кого вождения т ранспортного средства при испытаниях на треке, содержащее направляющие с тележками, шарнирно соединенные тягой с транспортным средством, и систему изменения направления движения, кинематически связанную с органами управления транспортного средства 3).

Недостатком известных устройств является невозможность испытаний машины при движении ее в обратную сторону, так как в этом случае необходимо при отклонении машины по курсовому углу поворачивать рулевой вал в противоположном направлении, при тех же условиях, но при движении вперед.

Кроме того, известные устройства не различают прямого и обратного движения машины и не обеспечивают изменения управляющих воздействий при изменении условий движения. Это обуславливает невозможность имитации работы машин, типичными условиями работы которых является частое изменение направления движения на противоположное - реверсирование, как например для дорожных самоходных катков. Известные устройства не обеспечивают возможности воспроизведения управляоцих воздействий подобных управляющим воздействиям водителя — ig оператора с учетом их вероятностного характера, как по частоте, так и по продолжительности их выполнения.

Невозможна имитация ошибок при управлении машиной.

Цель изобретения - повышение точности имитации факторов, воздействующих на транспортное средство в условиях эксплуатации .

Указанная цель достигается тем, что система изменения направления движения выполнена в виде рычага, закрепленного с возможностью продольного перемещения на тяге, соединенного с передней частью транспортного средства посредством цилиндрических шарниров и установленного с возможностью поворота в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, и датчиков курсового отклонения транспортного средства, соединенных через блок формирования логико-вероятностных сигналов с приводами роботов-манипуляторов, смонтированных на органах управления транспортного средства.

Устройство снабжено траверсой, закрепленной параллельно тяге гироскопическим шарниром, установленным на траверсе, дополнительным рычагом, закрепленным на транспортном средстве с возможностью поворота в горизонтальной плоскости и соединенным с упомянутым гироскопическим., шарниром с возможностью продольного перемещения последнего, двумя датчиками линейного отклонения транспортного оредст- ва и блоком формирования логико-вероятностных сигналов, кинематически связанными между собой, причем последний .выполнен в виде блока-эадатчика частоты реверсирования, соединенного через о конечный логический элемент типа ИЛИ и поляризованное реле реверса с двумя блоками управления, каждый иэ которых соединен с выходом поляризованного реле через блок-эадатчик частоты поворо-?> тов и состоит из двух последовательно соединенных контуров, первый иэ ;кото" рых содержит логический элемент курсо949383 4 вого отклонения транспортного средства, соединенный с входом логического элемента направления поворота, на выходе которого включены приводы робота-манипулятора правого и левого поворота, а второй - логический элемент линейного отклонения транспортного средства, соединенный с входом другого логического элемента направления поворота, также соединенного с приводами робота-манипулятора правого и левого поворотов, при этом приводы роботов-манипуляторов соединены обратной связью через датчики курсового и линейного отклонения с входом логического элемента контура курсового отклонения а выход логических элементов курсового и линейного отклонения соединен

: обратной связью с входом конечного ло" гического элемента через привод робота-манипулятора возврата органа управления в нейтральное положение.

При этом приводы робота-манипулятора соединены с генератором случайных напряжений.

Кроме того, в блоке управления, соединенным с положительным выходом поляризованного реле, привод робота-манипулятора правого поворота соединен с отрицательным выходом логических -. элементов контуров курсового и линейного отклонения и привод роботаманипулятора левого поворота соединен с положительными выходами указанных логических элементов, а в блоке управления, соединенном с отрицательным выходом поляризованного реле, привод робота-манипулятора правого поворота соединен с положительным выходом логического элемента контура курсового отклонения и с отрицательным выходом логического элемента контура линейного отклонения и привод робота-манипулятора левого поворота соединен с отрицательным выходом логического элемента контура курсового отклонения и с положительным выходом логического элемента контура линейного отклонения.

На фиг. 1 изображена схема уст> ройства для автоматического вождения, .на фиг. 2 - схема соединения тяги с датчиками, на фиг. 3 - схема взаимодействия элементов системы изменения направления движения, на фиг. 4 - схема функционирования блока формирования логико-вероятностных сигналов.

949383

Устройство содержит направляющие, состоящие из натяжных тросов

1, на которые установлены тележки

2, соединенные с системой изменения направления движения, выполненной в виде тяги 3 с рычагом 4, установленным на передней части транспортного средства 5 посредством цилиндрических шарниров 6-8 и снабженным датчиками 9 и 10 курсового отклонения т ра н спорт ного сред ст ва, соединенными через блок 11 формирования логико-вероятностных сигналов с приводами 12-15 роботов-мани-. пуляторов 16 и 17, которые смонтированы на органах управления по повороту 18 и реверсированию 19 транспортного средства. На тяге 3 жестко закреплена параллельная траверса 20, на которой установлен гироскопический шарнир 21, соединенный с возможностью продольного перемещения с дополнительным рычагом 22; который закреплен с возможностью поворота на транспортном средстве . и снабжен датчиками 23 и 24 линейного отклонения транспортного средства.

Блок 11 формирования логико-вероятностных сигналов содержит блокзадатчик 25 частоты реверсирования, соединенный через конечный логический элемент 26 типа ИЛИ и поляризованного реле 27 реверса с двумя блоками 28 и 29 управления, каждый из которых соединен с выходом поляризованного реле 27 через блок-задатчик

30 частоты поворотов.

Блок 28 управления состоит иэ двух последовательно соединенных контуров, первый из которых содержит логический элемент 31 курсового отклонения, соединенный с выходом логического элемента 32 направления поворота, на выходе которого включены приводы 12 и

13 робота-манипулятора 16 правого и левого поворотов. Второй контур. содержит логический элемент 33 линейного отклонения, соединенный с входом другого логического элемента 34 направления поворота, который также соединен с приводами 12 и 13 робота-манипулятора 16 правого и левого поворотов.

Блок 29 управления также состоит из двух последовательно соединенных контуров, первый из которых содержИт логический элемент 35 курсового отклонения, соединенный с входом логического элемента 36 направления поворота, на выходе которого включены приводы 12 и 13 робота-манипулятора 16 правого и левого поворота. Второй контур содержит логический элемент 37 линейного отклонения, соединенный с входом другого логического элемента 38 направления. поворота, который соединен с приводами 12 и 13 робота-манипулятора 16 Приводы роботов-манипуляторов 12-15 соединены с генератором 39 случайных напряжений через коммутатор 40.

При д вижении т ран спорт но ro ср едст - ва 5 по треку направление его движения постоянно. отклоняется от требуе15 ч мого. При этом изменяются у глы между вектором скорости движения тележек

2, тягой 3 и рычагом 4. Это вызывает перемещение датчиков 9 и 10 отклонения по курсовому углу относительно

2О транспортного средства. При достижении предельного, заранее заданного угла отклонения транспортного средст ва по курсовому у глу, дат чи ки 9 и 10 подают сигналы блоку 11 формирования логико-вероятностных сигна25 лов. При отклонении транспортного средства по полосе движения изменяется его координата относительно центра трека и гироскопического шарнира 21. Это приводит к повороту дополнительного рычага 22 и датчиков

23 и 24 относительно транспортного средства. При достижении предельного отклонения, заранее заданного с помощью выбора зоны нечувствительности, датчики 23 и 24 подают сигна50

55 зо

45 лы блоку 11.

Блок 11 функционирует по принципу имитации логико-вероятностного закона управления транспортным средством водителем-оператором, которое может быть описано логико-вероятностной моделью, имеющей вид

© 1+ 14 t(9 т 4 ДИ Ф Ф Р э

Е К-И ФЮФИлФа ФИ(ФюФ

Условные обозначения, принятые при составлении модели: (+, 2) - переключение рычага управления механизмом ре" версирования (" Вперед, "Назад" );

949383 8

R (+л,+ п)

Р(ул,ул 2

1о д„Ил) включение рычага управле. ния механизмом поворота направляющих колес ("Влево", "Вправо" );

- удержание рычага управления механизмом поворота направляющих колес в положение "Влево", "Вправо", - отпускание рычага управления механизмом поворота направляющих колес, . транспортное средство не достигло конца прохода; выдерживается требуемое направление движения, имеется отклонение транспортного средства от требуемого направления движения "Вправо", "Влево"; — ложное логическое условие.

Для точной имитации работы операторного управления блок 11 анализирует сигналы, поступающие с датчиков 9, 10, 23, 24 подобно анализу водителем условий d, d„, d„, 1, и выдает соответствующие сигналы на приводы 12- 15 роботов-манипуляторов 16 и 17 взаимодействующих с органами управления по повороту 18 и реверсированию 19. При наличии сигнала по курсовому или линейному отклонению блок 11 формирования логико-вероятностных сигналов пропускает посредством поляризованного реле реверса

27 сигналы через блок 28 или 29 в зависимости от направления движения транспортного средства вперед или назад, определяемым конечным логическим элементом 28. Одновременно, поляризованное реле подает сигнал приводу 15 робота-манипулятора реверса

17 для включения органа 19 управления по реверсированию в положение

"Вперед" или "Назад". Если транспортное средство движется вперед, сигналы анализируются блоком 28, при этом, если есть отклонение по курсовому углу, которое определяется логическим элементом 31 путем опроса датчиков 9 и 10, определяется, какое именно имеется отклонение вправо

ИЛИ ВЛЕВО С ПОМОЩbe ЛОГИЧЕСКОГО ЭЛЕ" мента 32. Если имеется отклонение вправо, то выдается сигнал включения привода 12 робота-манипулятора 16 влево. Если имеется отклонение влево, то выдается сигнал на включение привода 13 робота-манипулятора 16 впра о

25 зо

45 во. Если курсового огклонения нет, то сигналы от датчиков проходят на второй контур к логическому элементу 33 линейного отклонения, который определяет, имеется линейное отклонение транспортного средст ва по полосе движения путем опроса датчиков 23 и 24. Если имеется, то определяется, какое именно имеется отклонение логическим элементом 32. Если вправо, то выдается сигнал приводу 21 роботу-манипулятору на включение "Вле-! во", если влево, то сигнал приводу

13 робота-манипулятора 16 включить

"Вправо". Если курсового и линейного отклонения не имеется, то выдается сигнал приводу 14 робота-манипулятора 16 возвращения органа

18 управления в нейтральное положение. После чего цикл анализа повторяетсяя с возвратом в исходное положение к конечному логическому элементу 26. Если конечный логический элемент фиксирует, что имеется направление движения транспортного средства "Назад", то сигналы от датчиков сигнализируются блоком 29, который соединен с отрицательным выходом поляризованного реле 27, которое выдает одновременно сигнал приводу

15 робота-манипулятора 17 на переключение рычага реверса 19 в положение "Назад". При этом, если имеется курсовое. отклонение, определяемое логическим элементом 35, транспортного средства вправо, определяемое логическим элементом 36, то выдается сигнал приводу 13 робота-манипулятора 16 включить рычаг 18 поворота .вправо, если влево, то приводу .12 робота-манипулятора 16 включить влево. Если курсового отклонения нет, то анализируется наличие линейного отклонения логическим элементом 37. Если оно есть| причем вправо, определенное логическим элементом 38, то выдается сигнал приводу 12 робота-манипулятора 16 включить "Влево", если влево, то приводу

13 робота-манипулятора 16 - включить

"Вправо", Если курсового и линейного отклонения нет, или оно восста,новлено, то снова выдается сигнал приводу 14 робота-манипулятора 16 установить орган 18 управления в ней55 ..тральйое положение. После чего осуществляется возврат к входу конечного логического элемента 26 анализа направления движения,и цикл повторяется.

949383 10

:ний может быть подключен к любому приводу роботов-манипуляторов с помощью коммутатора 40 и при наличии сигнала в работе привода скорость выполнения операции в данный момент времени будет определяться подаваемым генератором напряжения. Так как напряжение изменяется по любому заранее заданному закону, то операция, 30 выполняемая роботом-манипулятором, имеет вероятностный характер.

Частота реверсирования задается блоком-эадатчиком 25, который определяет время задержки прохожденИя сигналов к конечному логическому weменту 26. Блок может быть выполнен, например в виде реле-времени. При увеувеличении времени задержания прохождения сигнала частота реверсирования уменьшается, Частота реверсирований и время задержки определяются по формуле

П = =Й К

Rp t Ô o 0оп ><<> где и

Rp

Ьй„

35 (Ð (оп где f (t<> ) - плотность распределения продалжительностей выполнения действий роботами-манипуляторами;

f(t

Для этого в блоке формирования логико-вероятностных сигналов 11 гене" ратор 30 случайных величин напряже50

Yl = — И К

"Р <0+ Ъ "On де лр .

В общем случае закон логического функционирования блока 11 может быть описан зависимостями

21= Х„ г («Xg+Xg Х +Х (Х Х )

Ц =(Х Х + . X t Х (Х У3), где Х - входные сигналы; выходные сигналы, — управляющий сигнал на вклюf чение манипулятора управления рычагом реверсирования;

Z - 0 "Вперед", 2 -=1 "Назад", - управляоций сигнал на вклюI чение манипулятора управления рычагом поворота;

2у1,2 =0- включить привод 13 вправо, 20=0,Z>-f- включить привод 12 влево, =gZ о- нейтральное положение, г Ъ

2 - О - входной сигнал - движение вперед, Х =1 - входной сигнал - движение назад;

- не имеется курсового отклоХ =0 нения, 1 = 1, Х М- имеется отклонение вправо;

Х 1Х5д - имеется отклонение влево, с

y4 — 0 - не имеется линейного отклонения;

X =4„Xg=-0- имеется линейное отклонение вправо;

X1„X = О- имеется линейное отклонение

4 влево, Действия выполняемые роботами-манипуляторами, имитируются с учетом вероятностных продолжительностей их выполнения. Соблюдается условие частота выполнения операций по реверсированию роботомманипулятором; ty-время прохождения сигнала без задержки, -время задержки, постоянная величина," среднестатическая частота действий по реверсированию оператора в эксплуатации требуемый коэффициент ускорения испытаний. а0 Частота поворотов катка задается блоком-задатчиком 30, который определяет время задержки сигналов от датчиков 9, 10, 23 и 24 к логическому элементу контуров курсового отклонения 31 и 35. Нри увеличении времени задержки частота поворотов уменьшается по определенной зависимости. Частота поворотов и время задержки определяются выражением частота поворота робота-манипулятора, время прохода сигнала беэ задержки, время задержки, 949383 12

Формула изобретения а, е - постоянные коэффициенты, n - среднестатическая частота выполнения -действий по повороту водителем-оператором в эксплуатации,"

К ск- требуемый коэффициент ускорения испытаний.

Устройство позволяет автоматически производить управление транспортным средством с учетом соблюдения логико-вероятностного подобия управлению водителя-оператора. Система автоматического вождения обеспечивает одинаково точное управление транспортным средством, как при движении его вперед, так и при движении назад. Это дает возможность проводить испытания машин, типичными. условиями работы которых являются не только повороты, но и реверюирование, в частности дорожных катков. За счет изменения параметров системы можно достигать учащения выполнения операций поворотов, реверсирований в заданных пределах, что позволяет значительно ускорить процесс испытаний. Предлагаемое устройство дает возможность точной имитации факторов, воздействующих на транспортное средство в условиях эксплуатации . Это позволяет значительно повысить точность испытаний и достоверность получаемых оценок, При этом может быть снижено количество испытуемых образцов машин, необходимых для проведения испытаний, что снижает затраты на их проведение. Универсальность устройства позволяет применять его при испытаниях разнообразных транспортных средств на треках и испытательных дорогах, а в некоторых случаях и для выполнения машиной работ в автоматическом режиме.

1 . .Уст рой ст во для автоматического вождения транспортного средства, преимущественно дорожного катка, при испытаниях на треке, содержащее направляющие с тележками, шарнирно соединенные тягой с трансгюртным средством, и систему изменения направления движения, кинематически связанную с органами управления тран-.. спортного средства, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности имитации факторов, 5

1о

2О

ЭО

56

55 воздействующих на транспортное средство в условиях эксплуатации, система изменения направления движения выполнена в виде рычага, закрепленного с возможностью продольного перемещения на тяге, соединенного с передней частью транспортного средства посредством цилиндрических шарниров и установленного с возможностью поворота в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, и датчиков курсового отклонения транспортного средства „ соединенных через блок формирования логико-вероятностных сигналов с приводами роботовманипуляторов, смонтированных на органах управления транспортного средства.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, оно снабжено траверсой, закрепленной параллельно тяге, гироскопическим шарниром, установленным на траверсе, дополнительным рычагом, закрепленном на трансгюртном средстве с возможностью поворота в горизонтальной плоскости и соединенным с гироскопическим шарниром с возможностью продольного перемещения последнего двумя датчиками линейного отклонения транспортного средства, и блоком формирования логико-вероятностных сигналов, кинематически связанными между собой, причем последний

О выполнен в виде блока-задатчика частоты реверсирования, соединенного через конечный логический элемент типа ИЛИ и поляризованное реле реверса с двумя блоками управления, каждый из которых соединен с выходом поляризованного реле через блок-эадатчик частоты поворотов и состоит из двух последовательно соедиыенных контуров, первый из которых содержит логический элемент курсового отклонения транспортного средства, соединенный с входом логического элемента направления гюворота, на выходе которого включены приводы робота-манипулятора правого и левого поворотов, второй - логический элемент линейного отклонения транспортного сресредства, соединенного с входом другого логического элемента направления поворота, также соединенного с приводами робота-манипулятора право- . го и левого гюворотов, при этом приводы робота-манипулятора соединены обратной связью через датчики курсо13, вого и линейного отклонения, а выход логических элементов курсового и линейного отклонения соединен обратной связью с входом конечного логического элемента через привод роботаманипулятора возврата органа управ" ления в нейтральное положение.

3. Устройство по и. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что приводы роботов-манипуляторов соединены с генератором случайных напряжений.

4. Устройство по и. 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в блоке управления, соединенном с положи". тельным выходом поляризованного реле, привод робота-манипулятора правого поворота соединен с отрицательными выходами логических элементов контура курсового и линейного отклонения и привод робота-манипулятора левого поворота соединен с положительными выходами указанных логических элементов, а в блоке уп949383 14 . равления, соединенном с отрицательным выходом поляризованного реле, ° привод робота-манипулятора правого поворота соединен с положительным выходом логического элемента контура курсового отклонения и с отрицательным выходом логического элемента

<контура линейного отклонения и привод робота-манипулятора левого not0 ворота соединен с отрицательным выходом логического элемента контура курсового отклонения и с положительным выходом логического элемента контура линейного отклонения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР и 202605, кл. А 01 В 69/04, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

Н 464284, xa. A 01 В 69/04, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

N 599757, кл. А }1 В 69/04, 1968 (прототип).

949383

Заказ 5 3

Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l13035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5 илиал flllO Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель В.Ионова

Редактор В.Иванова Техред д. Бабинец Корректор Г.Реаетник