Регистрация / Вход
Прислать материал

14.625.21.0006

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.625.21.0006
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ"
Название доклада
Создание экспериментального образца наземного беспилотного транспортного средства на электротяге
Докладчик
Сайкин Андрей Михайлович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью исследования является создание экспериментального образца наземного беспилотного экологически чистого для окружающей среды и пассажиров транспортного средства на электротяге.
Задачами для достижения поставленной цели в настоящем ПНИ являются:
1. В части ТС на электротяге - совершенствование конструкции аккумуляторной батареи, разработка тягового модуля, систем контроля и балансировки заряда, а также систем, направленных на поддержание оптимального диапазона температур элементов накопителя энергии.
2. В части беспилотного управления ТС - решение задачи разработки системы управления движением ТС, обеспечивающей:
 - распознавание окружающей обстановки: дорожных знаков, дорожной разметки, определение движущегося впереди транспортного средства, распознавание препятствий, границ дорожного полотна и продольной оси полотна, направления движения транспортного средства по отношению к продольной оси;
 - управление приводами органов управления скоростью движения, направлением движения (реверс и рулевое управление), тормозной системой, а также задача выбора приводов управления;
 - управление движением с помощью информационно-управляющей системы на основе алгоритмов, разрабатываемых для каждой подсистемы в соответствии с методом построения открытых систем.
3. В части экологической безопасности – решение задачи обеспечения гарантированных безопасных уровней содержания приоритетных вредных веществ в воздухе салона беспилотного ТС на электротяге.
Актуальность и новизна исследования
Международный опыт, основанный на тенденциях повышения безопасности, снижения токсичности, расхода топлива и повышения энергоэффективности ТС, свидетельствует о приоритетности разработок по созданию беспилотных ТС и электромобилей.
Важнейшими преимуществами электромобилей является:
- исключение выброса вредных веществ в атмосферу;
- снижении уровня шума до 3 дБ, по сравнению с ТС с ДВС;
- возможное снижение эксплуатационных затрат на 20-30%.
Дополнительный стимул к разработке электромобилей придает интенсивное развитие технологий химических накопителей энергии, применяемых в составе электромобилей.
По оценкам международных экспертов и ведущих производителей АТС, применение беспилотных ТС позволит существенно сократить количество ДТП.
Разработка сложнейших интеллектуальных базовых систем управления, алгоритмов управления движением, программного обеспечения и приводов управления, элементной базы автоматически управляемых беспилотных ТС, предназначенных для эксплуатации на дорогах общего пользования, является основой для создания беспилотных ТС гражданского и военного назначения.
Важнейшей задачей является обеспечение гарантированных безопасных уровней содержания вредных веществ в воздухе салона ТС. Современные салонные фильтры малоэффективны по очистке воздуха от тонкой пыли (менее 2 мкм) и углеводородам и не очищают воздух от наиболее опасных оксидов азота и углерода.
Новизна исследования заключается в разработке перспективного наземного беспилотного «экологически чистого» транспортного средства на электротяге, включающего разработку тягового модуля, систем управления движением, очистки и раздачи воздуха в салоне, накопления электроэнергии.
Описание исследования

В процессе выполнения ПНИ сформулированы общие принципы разработки следующих систем экспериментального образца БТСЭТ - тягового модуля (ТМ), системы управления движением  (СУД), системы очистки и раздачи воздуха (СОВ) и системы накопления электроэнергии (СНЭ).

В рамках ПНИ разработаны Программы и методики исследовательских испытаний ТМ, СУД, СОВ, БТСЭТ в целом и СНЭ, а также прототипы специального программного обеспечения СУД экспериментального образца БТСЭТ, СНЭ, включающие текст программы, описание программы, описание применения и руководство системного программиста.

В части ТМ разработаны системы мониторинга и активной балансировки всех элементов АКБ, а также поддержания оптимального диапазона температур элементов накопителя энергии. Также была разработана методика расчета требуемой величины балансировочного тока, применен принцип термостатирования. Испытания ТМ на основе разработанных программы и методики испытаний проведены в соответствии с ГОСТ 12.3.019-80 на динамометрическом стенде, измерения регистрировались с помощью программно-аппаратного комплекса CANalyzer в сочетании с разработанным в ФГУП «НАМИ» аппаратным модулем и программным обеспечением сбора и обработки данных.

Для СУД разработаны системы технического зрения, управления приводами органов управления, информационно–управляющая система. В разработанных алгоритмах управления движением реализованы следующие решения: в алгоритме распознавания систем технического зрения реализован алгоритм Виолы–Джонса; для управления приводами органов управления ТС использована имитация сигнала электронных органов управления на базе интегрированных систем; для информационно–управляющей системы БТСЭТ разработан аппарат нечёткой логики.

При испытаниях СУД проводилась проверка параметров разработанной системы на соответствие техническим требованиям технического задания ПНИ.

В процессе отработки функционирования СУД проведены испытания следующих алгоритмов: пуск и остановка ТМ; трогание с места; торможение; движение 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 (дистанция ±1 м); определение дорожных знаков на расстоянии не менее 100 м; определение положения БТСЭТ с точностью ±10 м не более 3 м; отслеживание маршрута движения по карте местности.

В части обеспечения экологической безопасности, а именно - соблюдения гигиенических нормативов по содержанию вредных веществ в воздухе салона перспективного БТСЭТ, разработана СОВ, основанная на применении особо тонких бумажных фильтров, поглотителей, катализаторов и модифицированных углей, которая обеспечивает эффективную очистку воздуха от мелкодисперсной пыли с размером частиц менее 1 мкм, оксидов азота, углерода, углеводородов, озона и других газообразных вредных веществ.

При испытаниях СОВ измерялись следующие параметры: фактическое содержание в воздухе салона диоксида азота, оксида азота, озона, твердых частиц, оксида углерода, метана, предельных алифатических углеводородов, формальдегида. Расчету подлежали следующие показатели: оценка соответствия содержания ВВ в воздухе салона требованиям ПДКмр., определение эффективности очистки воздуха.

В соответствии с программой и методикой исследовательских испытаний СНЭ проведена оценка соответствия характеристик СНЭ требованиям по 26 показателям, сформулированным в пунктах 4.3.1.2, 4.3.1.7, 4.3.1.8 Технического задания.

Испытания БТСЭТ в целом проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 15.201 при нормальных климатических условиях по следующим показателям: время разгона до 100 км/ч., максимальная скорость движения, запас хода.

Результаты исследования

Результатом ПНИ является наземное беспилотное экологически чистое для окружающей среды и пассажиров ТС на электротяге на базе автомобиля «Лада Калина».

Технические характеристики БТСЭТ в целом:

  • повышение общей энергоэффективности использования энергии аккумуляторной батареи на 10-15%;
  • запас хода – не менее 50 км;
  • обеспечиваемая максимальная скорость – не менее 120 км/ч;
  • время разгона до 100 км/ч – не более 20 сек.

Разработанный экспериментальный образец ТМ БТСЭТ включает: тяговый электродвигатель, преобразователь.

Технические характеристики ТМ БТСЭТ:

  • номинальная мощность – не менее 30 кВт;
  • максимальная мощность в течение 10 сек – не менее 70 кВт;
  • мощность при рекуперативном торможении – не менее 30 кВт.

Разработанный экспериментальный образец СНЭ БТСЭТ включает: АКБ, специальное ПО системы мониторинга и балансировки единичных аккумуляторов АКБ.

 Технические характеристики АКБ БТСЭТ:

  • энергоёмкость– не менее 12 кВт·ч;
  • номинальное напряжение – не менее 300 В;
  • максимальный ток разряда – не менее 250 А;
  • максимальный ток заряда – не менее 100 А;
  • время полного заряда от бортового зарядного устройства – не более 6 ч;
  • время ускоренного заряда – не более 1,5 ч;
  • температура эксплуатации –30…+50°С.

Разработанный экспериментальный образец СУД БТСЭТ 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 СУД, обеспечивающее включение и выключение электросистемы; режим прямолинейного движения; режим поворота; распознавание препятствий; определение дорожных знаков, дорожной разметки; определение местоположения; поддержание заданного расстояния за впереди идущим транспортным средством; поддержание скорости движения; подача звуковой и световой сигнализации.

Технические характеристики СУД:

  • обеспечение максимальной скорости движения – 30 км/ч;
  • распознавание препятствий – участников дорожного движения;
  • распознавание дорожных знаков – не менее 30 знаков;
  • определение дорожной разметки – основной, на прямолинейных участках дороги;
  • определение местоположения – с точностью до 5 м;
  • поддержания заданного расстояния за впереди идущим автомобилем – на расстоянии до 3 м;
  • поддержания скорости движения – с точностью до 3 км/ч;
  • подачи звуковой и световой сигнализации – с быстродействием до 0,5 сек.

Разработанный экспериментальный образец СОВ в салоне БТСЭТ включает: устройство для очистки воздуха; системы воздуховодов; газоанализатор измерения содержания CO, NO2 в воздухе салона ТС.

Технические характеристики СОВ:

  • содержание вредных веществ в воздухе салона не превышает предельно допустимых максимальных разовых концентраций, установленных ГН 2.1.6.1338 и ГН 2.1.6.1339;
  • эффективность очистки нормируемых вредных веществ в воздухе салона составляет не менее 70-80%.

По результатам работ было установлено соответствие всех технических характеристик экспериментальных образцов – тягового модуля, системы управления движением, системы очистки и раздачи воздуха в салоне, экспериментального образца системы накопления электроэнергии и БТСЭТ в целом требованиям Технического задания.

Практическая значимость исследования
Разработанное в рамках настоящего ПНИ ТС на электротяге как перспективное наземное беспилотное экологически чистое ТС реализовано в такой постановке впервые в мировой практике.
Достигнутый уровень показателей БТСЭТ в целом и его составляющих частей - ТМ, СУД, СНЭ приближен к уровню показателей мировых аналогов; уровень показателей СОВ в салоне существенно превосходит их уровень.
По результатам проведенной ПНИ в РФ созданы основы для разработки перспективных моделей электромобилей, беспилотных ТС, экологически чистых ТС как в отдельности, так и при их комплексном применении.
Достигнутые результаты ПНИ могут быть использованы при разработке экологически чистых электромобилей, беспилотных транспортных средств, в т.ч. на электротяге, для легковых и грузовых автомобилей гражданского и военного назначения путем применения в них разработанных базовых систем управления движением, технического зрения, навигации, алгоритмов управления, программного обеспечения, а также конструктивных решений по трансмиссиям ТС с электроприводом, тяговых АКБ, приводов управления беспилотных ТС, систем очистки и раздачи воздуха в салонах, а их параметры и свойства должны комплексироваться с интеллектуальными средствами управления будущей дорожной инфраструктурой, например, AutoNet.
Возможные ограничения и риски при внедрении результатов связаны с отставанием в разработке интеллектуальных транспортных систем (инфраструктуры дорог) для эксплуатации беспилотных ТС и с плохим качеством дорожного покрытия, установленных дорожных знаков и дорожной разметки.
Перспективы использования результатов ПНИ заключаются также в том, что могут быть использованы при разработке нормативной документации (Правил ЕЭК ООН, технических регламентов, ГОСТов) в части интеллектуальных систем безопасности и активной безопасности, экологической безопасности ТС, а также при разработке интеллектуальных систем управления будущей дорожной инфраструктуры, для разработки законодательства по транспортной безопасности при эксплуатации беспилотных ТС.
Результаты ПНИ внесут вклад в развитие и популяризацию науки и обеспечение развития материально-технической и информационной инфраструктуры.