Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание экспериментального образца наземного беспилотного транспортного средства на электротяге

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
транспортное средство, электромобиль, беспилотное транспортное средство, двигатель внутреннего сгорания, электрическая машина, накопитель электрической энергии, стартер-генераторное устройство, алгоритмы взаимодействия, программное обеспечение, энергоэффективность, энергосбережение, топливная экономичность, экологически чистый транспорт.

Цель проекта:
1. Задача проекта Разработка экспериментального образца перспективного экологически чистого наземного беспилотного транспортного средства на электротяге как нового вида научно-технической продукции, обеспечивающей создание наземных транспортных систем нового уровня по энергоэффективности, дорожной и экологической безопасности. 2. Цель проекта   Создание экспериментального образца наземного беспилотного транспортного средства на электротяге

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основные результаты проекта
- Концепция создания перспективного наземного БТСЭТ
- Описание разработанных технических решений создаваемого БТСЭТ
- Описание разработанных алгоритмов функционирования систем БТСЭТ
- Эскизная документация на БТСЭТ и его системы
- Экспериментальный образец БТСЭТ
- Программы и методики исследовательских испытаний, прототипы специального программного обеспечения систем БТСЭТ
- Описание и анализ результатов исследовательских испытаний созданных экспериментальных образцов подсистем и экспериментального образца БТСЭТ
- Обобщение и выводы по результатам проекта
- Оценка эффективности и конкурентоспособности перспективного БТСЭТ
- Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации БТСЭТ с учётом технологических возможностей и особенностей индустриального партнёра
2. Основные характеристики планируемых результатов, научной продукции
- Алгоритмы функционирования системы управления движением должны обеспечивать: запуск и остановка двигателя; трогание с места; торможение; движение вперед со скоростью до 60 км/ч; движение назад со скоростью до 5 км/ч; поворот влево-вправо; движение по полосе с нанесенной дорожной разметкой по ГОСТ Р 51256-2011; движение за ведущим автомобилем с точностью выдержки дистанции ±1м; определение дорожных знаков (не более 10 штук одновременно в зоне видимости), установленных на столбах; определение положения БТСЭТ с точностью ±10м; отслеживание маршрута движения по карте местности.
- Алгоритм функционирования системы мониторинга и балансировки единичных аккумуляторов аккумуляторной батареи тягового модуля должен обеспечивать: измерение внутренней температуры каждого модуля аккумуляторов;
измерение напряжения на каждой аккумуляторной ячейке; управление процессом балансировки; измерение токов заряда/разряда аккумуляторной батареи; вычисление остаточной емкости аккумуляторной батареи; формирование сигнала аварии при превышении величины токов заряда/разряда, подачу этого сигнала на внешние устройства;
формирование сигнала аварии; передачу информации о температуре в блоках, напряжении на аккумуляторных ячейках, остаточной емкости и величинах токов заряда/разряда.
- Прототип специального программного обеспечения системы управления движением должен: осуществлять первоначальный запуск систем БТСЭТ в течение 3 мин; обеспечивать: частоту считывания показаний датчиков не реже 10 раз в секунду; время обработки информации и принятия решения не более 1 сек; скорость распознавания дорожных знаков достаточную для их определения на каждые 10м пути; получение и обработку навигационной информации с частотой не реже 1 раза в секунду; запись параметров движения БТСЭТ.
- Прототип специального программного обеспечения системы мониторинга и балансировки единичных аккумуляторов аккумуляторной батареи тягового модуля должен обеспечивать: измерение внутренней температуры каждого модуля аккумуляторов по четырем каналам с погрешностью ± 1°С; измерение напряжения на каждой аккумуляторной ячейке в диапазоне 2÷4.2 В с погрешностью ± 0.004 В; управление процессом балансировки; измерение токов заряда/разряда аккумуляторной батареи с погрешностью ± 1 А; вычисление остаточной емкости аккумуляторной батареи с погрешностью 2.5% и др. параметры, изложенные в ТЗ на ПНИР.


Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Описание конечного продукта, места и роли проекта и его результатов в решении задачи/проблемы.
Состав экспериментального образца БТСЭТ включает базовое транспортное средство; разрабатываемые экспериментальные образцы систем БТСЭТ в составе: тяговый модуль; система накопления электроэнергии; система управления движением; система очистки и раздачи воздуха в салоне.
Технические характеристики экспериментального образца БТСЭТ:
- экспериментальный образец БТСЭТ должен обеспечить повышение общей энергоэффективности использования энергии аккумуляторной батареи на 10-15%; запас хода – не менее 50 км; максимальная скорость – не менее 120 км/час; время разгона до 100 км/час – не более 20 сек.
В качестве базового транспортного средства в составе экспериментального образец БТСЭТ использован легковой автомобиль "Лада Калина", предназначенный для эксплуатации на дорогах общего пользования полной массой до 3.5 т. и количеством мест для пассажиров 5.
Экспериментальный образец тягового модуля БТСЭТ включает тяговый электродвигатель и преобразователь. Технические характеристики экспериментального образца тягового модуля: номинальная мощность – не менее 30 кВт; максимальная мощность в течение 10 сек – не менее 70 кВт; мощность при рекуперативном торможении – не менее 30 кВт.
Экспериментальный образец системы накопления электроэнергии включает: аккумуляторную батарею тягового модуля; специальное программное обеспечение системы мониторинга и балансировки единичных аккумуляторов аккумуляторной батареи.
Экспериментальный образец аккумуляторной батареи тягового модуля БТСЭТ имеет следующие характеристики: энергоёмкость аккумуляторной батареи – не менее 12 кВт•ч; номинальное напряжение аккумуляторной батареи – не менее 300 В; максимальный ток разряда аккумуляторной батареи – не менее 250 А;
максимальный ток заряда аккумуляторной батареи – не менее 100 А; время полного заряда аккумуляторной батареи от бортового зарядного устройства – не более 6 час; время ускоренного заряда – не более 1,5 час; температура эксплуатации –30…+50°С.
Технические характеристики экспериментального образца системы мониторинга и балансировки единичных аккумуляторов аккумуляторной батареи тягового модуля: температура эксплуатации –40…+85°С; максимальное число обслуживаемых модулей батареи – 16 шт.; максимальное число аккумуляторов в модуле батареи – 12 шт.; напряжение питания системы управления – 8,5…36 В; внешний интерфейс – CAN; точность балансировки отдельных элементов – не более 0,005 В; напряжение пробоя изоляции интерфейса – 1,5 кВ; максимальный ток балансировки для исполнения – 2,5 А; точность измерения внутреннего сопротивления элементов батареи – 10%.
Система управления аккумуляторными батареями тягового модуля реализует и функции мониторинга.
Экспериментальный образец системы управления движением включает: микроконтроллер; электронный блок управления; датчики угла поворота руля, усилия нажатия педали тормоза, оборотов двигателя,
скорости движения, мощности, развиваемой электроприводом, включения и выключения электросистемы; регистрирующие устройства – радары, видеокамеры, навигаторы; исполнительные устройства – электроусилитель руля, привод педали тормоза, привод управления тягового механизма; специальное программное обеспечение системы управления движением.
Технические характеристики экспериментального образца системы управления движением: обеспечение максимальной скорости движения – 30 км/час; распознавание препятствий – участников дорожного движения;
распознавание дорожных знаков – не менее 30 знаков; определение дорожной разметки – основной, прямолинейных участках дороги; определение местоположения БТСЭТ – с точностью до 5 м; поддержание заданного расстояния за впереди идущим автомобилем – на расстоянии до 3 м; поддержания скорости движения – с точностью до 3 км/час;
подачу звуковой и световой сигнализации – с быстродействием до 0,5 сек.
Экспериментальный образец системы очистки и раздачи воздуха в салоне должен состоит из: устройства для очистки воздуха в салоне как в режиме подачи приточного воздуха, так и в режиме рециркуляции; системы воздуховодов, обеспечивающих регулируемую раздачу очищенного воздуха по всему объему салона; газоанализатора измерения содержания CO, NO2 в воздухе салона транспортного средства.
Технические характеристики экспериментального образца системы очистки и раздачи воздуха в салоне: содержание вредных веществ в воздухе салона БТСЭТ не должно превышать предельно допустимых максимальных разовых концентраций (ПДКмр), установленных ГН 2.1.6.1338 и ГН 2.1.6.1339; эффективность очистки нормируемых вредных веществ в воздухе салона должна быть не менее 70-80%.

Поставленная цель проекта - создание экспериментального образца наземного беспилотного транспортного средства на электротяге, обеспечивающего достижение перспективного уровня наземных транспортных средств по энергоэффективности, дорожной и экологической безопасности реализуется в данном проекте впервые в мире. Разрабатываемые за рубежом первые опытные образцы беспилотных электромобилей кроме ряда технических недостатков не являются экологически чистыми для пассажиров. Разработка беспилотных электромобилей в РФ не ведется, а беспилотных транспортных средств в РФ находится на уровне предмакетных образцов.В результате решения поставленных задач в настоящем проекте, разработки систем управления движением, технического зрения, навигации, алгоритмов управления, программного обеспечения, а также конструктивных решений по трасмиссиям транспортных средств с электроприводо, тяговых аккумуляторных батарей, приводов управления беспилотных транспортных средств, систем очистки и раздачи воздуха в салонах, будут созданы основы для их применения в конструкциях электромобилей, беспилотных транспортных средств, экологически чистых транспортных средств как в отдельности, так и при разработке перспективных транспортных средств.
2. Новизна научных решений.
Научная новизна работы заключается в разработке концепции создания перспективного наземного БТСЭТ, адаптированного к условиям эксплуатации, с учетом разработки перспективных конструкций электрокомпонентов, интеллектуальных систем управления движением и систем экологической безопасности в салонах.
Новизна научных решений разрабатываемого БТСЭТ заключаются также в обеспечении экологической безопасности пассажиров в салонах, одновременном комплексном управлении системой управления электротрансмиссией, системами управления движением, очистки и раздачи воздуха в салоне, которого нет во всех известных аналогах, в применении ряда унифицированных и серийно производимых элементов (датчиков, приводов, др. комплектующих).
3. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень.
Разрабатываемые за рубежом первые опытные образцы беспилотных электромобилей кроме ряда технических недостатков не являются экологически чистыми для пассажиров. Разработка беспилотных электромобилей в РФ не ведется, а разработка беспилотных транспортных средств в РФ находится на уровне предмакетных образцов. По отношению к уровню аналогичных разработок в РФ новизна заключается в разработке перспективных систем управления движением, технического зрения, навигации, алгоритмов управления, программного обеспечения, а также конструктивных решений по трансмиссиям транспортных средств с электроприводом, тяговых аккумуляторных батарей, приводов управления беспилотных транспортных средств, систем очистки и раздачи воздуха в салонах. По результатам проведенной ПНИР в РФ будут созданы основы для разработки перспективных моделей электромобилей, беспилотных транспортных средств, экологически чистых транспортных средств как в отдельности, так и при их комплексном применении. Мировой уровень разработки связан с обеспечением экологической безопасности для пассажиров беспилотных электромобилей и с одновременным комплексным управлением системой управления электротрансмиссией, системами управления движением, очистки и раздачи воздуха в салоне, которого нет во всех известных аналогах.
4. Пути и способы достижения заявленных результатов, ограничения и риски.
Заявленные результаты могут быть использованы при разработке экологически чистых электромобилей, беспилотных транспортных средств, в т.ч. на электротяге, для легковых и грузовых автомобилей, общественного пассажирского, карьерного, коммунального транспорта, строительно-дорожной техники, тракторов, комбайнов и др. техники, спецавтотранспорта путем применения в них разработанных в рамках настоящей ПНИР базовых систем управления движением, технического зрения, навигации, алгоритмов управления, программного обеспечения, а также конструктивных решений по трансмиссиям транспортных средств с электроприводом, тяговых аккумуляторных батарей, приводов управления беспилотных транспортных средств, систем очистки и раздачи воздуха в салонах.
Ограничения и риски связаны с отставанием в разработке интеллектуальных транспортных систем (инфраструктуры дорог) для эксплуатации беспилотных транспортных средств и с плохим качеством дорожного покрытия, установленных дорожных знаков и дорожной разметки.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Области применения планируемых результатов.
Легковые и грузовые автомобили, общественный пассажирский транспорт, карьерный, коммунальный транспорт, строительно-дорожная техника, тракторы, комбайны и др. техника, спецавтотранспорт, техника двойного назначения.
2. Описание практического внедрения планируемых результатов или перспектив их использования.
Основы создания базовых систем управления движением, технического зрения, навигации, алгоритмов управления, программного обеспечения, а также конструктивных решений по трансмиссиям транспортных средств с электроприводом, тяговых аккумуляторных батарей, приводов управления беспилотных транспортных средств, систем очистки и раздачи воздуха в салонах могут быть применены при разработке перспективных транспортных средств, указанных в п.1, а их параметры и свойства должны комплексироваться с интеллектуальными средствами управления будущей дорожной инфраструктурой, например AutoNet.
3. Оценка влияния планируемых результатов на разработку новых технических решений.
Планируемые результаты могут стать основой для разработки перспективных транспортных средств - электромобилей, беспилотных транспортных средств, экологически чистого транспорта, а также систем дорожной безопасности (систем активной безопасности), систем управления движением, технического зрения, навигации, систем управления трансмиссией электромобилей, систем очистки воздуха в салонах (кабинах) транспортных средств. Они могут стать основой и для разработки нормативной документации (технических регламентов, ГОСТов по выполняемой тематике.
4.Оценка влияния планируемых результатов на развитие исследований в рамках международного сотрудничества и др. Планируемые результаты могут стать основой для разработки нормативной документации (Правил ЕЭК ООН) в части интеллектуальных систем безопасности и активной безопасности, экологической безопасности транспортных средств, а также при разработке интеллектуальных систем управления будущей дорожной инфраструктуры, например AutoNet, для разработки законодательства по транспортной безопасности при эксплуатации беспилотных транспортных средств. Планируемые результаты внесут свой вклад в в развитие и популяризацию науки, обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры.

Текущие результаты проекта:
По результатам работы на этапе 2 выполнены следующие работы:
Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный образец БТСЭТ и входящие в него образцы систем:
- тягового модуля;
- системы управления движением;
- системы очистки и раздачи воздуха в салоне.
Изготовлен экспериментальный образец БТСЭТ и входящие в него системы:
- тяговый модуль;
- система управления движением;
- система очистки и раздачи воздуха в салоне.
Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный образц системы накопления электроэнергии БТСЭТ.
Изготовлена аккумуляторная батарея тягового модуля экспериментального образца БТСЭТ.
По результатам работы на этапе 3 разработаны:
Программы и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов:
- тягового модуля;
- системы управления движением;
- системы очистки и раздачи воздуха в салоне;
- БТСЭТ в целом.
Прототип специального программного обеспечения системы управления движением экспериментального образца БТСЭТ.
Программы и методики исследовательских испытаний экспериментального образца системы накопления электроэнергии.
Прототип специального программного обеспечения системы накопления электроэнергии.