Електронний варіант термінологічного словника. Атомобільна мехатроніка

Подождите немного. Документ загружается.

Харківський національний автомобілно – дорожній університет

Автомобільний факультет

Кафедра мехатроніки автотранспортних засобів

АТОМОБІЛЬНА МЕХАТРОНІКА

(Automotive mechatronics)

Електронний варіант термінологічного словника

ЗМІСТ

ПЕРЕДМОВА

1 ЗАГАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ

2 ТЕОРЕТИЧНІ ЗАСАДИ

3 ОБЧИСЛЮВАЛЬНІ КОМПЛЕКСИ ТА

МІКРОМІНІТЮАРИЗАЦІЯ

4 АВТОНОМНІ ТА РОЗПОДІЛЕНІ СИСТЕМИ

5 НЕОЛОГІЗМ МЕХАТРОНІКА

6 МЕХАТРОНИЗАЦИЯ ТА ИНТЕЛЕКТУАЛІЗАЦИЯ

ТРАНСПОРТНИХ МАШИН І СИСТЕМ

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

АБЕТКОВИЙ ПОКАЖЧИК

ПЕРЕДУМОВА

Зараз у ряді системних досліджень, зв'язаних з аналізом і синтезом

складних організаційно-технічних систем, транспортних комплексів і

розробкою їхньої елементної бази, велика увага приділяється новій

дисципліні, що знаходиться на стику традиційних механічних, нових

електронних і інформаційних технологій [1,2]. Ця дисципліна – мехатроніка

(mechatronics).

Можна стверджувати, що об’єктом вивчення цієї дисципліни є процеси

узгодження електричних (електронних), механічних та інформаційних частин

складних систем. Відповідно до транспортних додатків – визначення

архітектури, програмно-апаратного забезпечення робочих процесів

транспортних машин та систем. Предметом вивчення саме автомобільної

меатроніки (або більш широке визначення транспортна мехатроніка) є

мехатронні системи, пристрої та прилади автомобілів.

Однак, незважаючи на великі практичні досягнення в області

автомобільної електроніки [3], електромеханіки і робототехніки [4], не

можна затверджувати про те, що існують відмітні властивості цієї

дисципліни, система аксіом, що склався понятійний і математичний апарат,

принципи практичної реалізації аналізу і синтезу мехатронних систем. Тому

розглянемо загальні проблеми мехатроніки транспортних машин та систем

саме неологізм „мехатроніка”. Визначимо основні складові цієї дисципліни

стосовно саме теорії аналізу та синтезу автомобільних мехатронних систем.

Для висвітлення цих проблем прийнята форма термінологічного

словника, у котрому зміст відбиває сенс основних визначень автомобільної

мехатроніки від звичайного визначення цього наукового спрямування до

методологічної основи вивчення саме мехатроніки. У словник ввійшли

тільки основні визначення мехатроніки, що близьки застосуванню цього

наукового напряму на транспорті взагалі та автотранспорті окремо. У зв’язку

з комплексністю цієї дисципліни увага приділена фундаментальним

поняттям з обмеженим застосуванням суміжних визначень, які більш

ретельно розглянуто у виданнях з механіки, електроніки, інформатиці та

саме автомобільному довіднику [2].

Це видання має дві форми представлення: електронна форма;

звичайний словник. Розглянемо правила користування довідковим

матеріалом цього словника. Він має декілька застосувань: для знайомлення

з проблемою використання методології мехатроніки в задачах аналізу та

синтезу транспортних машин та систем; для отримання довідки про значення

будь – якого поняття з визначеної предметної області.

У першому застосуванні треба ретельно прочитати усі розділи. У разі

виникнення запитань по тексту треба звертатися до абеткового покажчика та

більш ретельно вивчати відповідні розділи та їх складові. У складних

ситуаціях можна звертатися до списку літератури та знайти відповідні

видання. Такий алгоритм роботи відповідає звичайної формі словника. Але

при застосуванні електронної форми процедура пошуку необхідної

інформації значно скорочена за рахунок перехресних посилань. Усі

визначення, довідкові матеріали, літературні джерела, позиції абеткового

покажчика мають відповідні

закладки. Тому за рахунок апарату посилань можна легко переходити від

одного до другого потрібного матеріалу. Внаслідок такої побудови

електронної форми довідкового матеріалу її перш – за – все доцільно

використовувати для другого застосування - отримання довідки.

Саме термінологічний словник узагальнює матеріали досліджень за

тематикою “Розробка теорії аналізу та синтезу мехатронних систем.

Створення термінологічного довідника з автомобільної електроніки”, які

були виконані у 2003-2004 році викладачами кафедри мехатроніки

автотранспортних засобів Алексієвим О.П., Алексієвим В.О., Богаевським

О.Б., Бороденко Ю.М., Биковим О.М., Нероновим С.М., Калмиковим В.І.,

Рожковаю С.Е., Серіковим С.А., Сергієнко О.Ю., Смирновим О.П., Тирсою

В.В., Чаплигіним Е.О., Шапошніковою О.П..

Перехід → заголовок → початок розділу → до змісту

→ до абеткового покажчика

1 ЗАГАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ

Теоретичними підставами мехатроніки служать такі дисципліни як

теорія систем, теорія керування, що на інформаційній основі дозволяють

узагальнити, виконати моделювання і досліджувати схемотехнічні рішення

по створенню конкретного мехатронного комплексу. Мехатроніка на

транспорті є продовженням автоматизації керування, удосконалювання

підсистем і ланок транспортних засобів, втілення гнучких

комп’ютеризованих систем транспортного комплексу [5]. Зараз

транспортний засіб і транспортна система ґрунтуються на використанні як

механічних, так і електронних та інформаційних технологій. Тому рішення

задач аналізу і синтезу транспортного комплексу в цілому, складових його

елементів зокрема повинні ґрунтуватися саме транспортної мехатроніки:

науці, що розглядає основні принципи раціонального сполучення цих трьох

складових практично всіх сучасних транспортних машин та систем.

Транспортний комплекс складається з різних складових. Однак, його

основною частиною є транспортний засіб, що забезпечує переміщення

людей і вантажів у просторі, а в загальному випадку і часі. Сучасний

транспортний засіб є своєрідним транспортним роботом, відмітної

особливістю якого є наявність гнучкої комп’ютеризованої системи, що

забезпечує навігацію і власне керування процесом руху транспортних

засобів. Тому основна проблема аналізу і синтезу транспортного комплексу в

цілому і його підсистем і ланок полягає в раціональному сполученні різних

за своєю фізичною природою складових частин: складних динамічних

механізмів, електромеханічних, електронних приборів і пристроїв, різних

чутливих елементів, датчиків, бортової обчислювальної мережі.

Тому саме мехатроніка визначає наукові основи аналізу і синтезу

транспортних засобів і транспортних комплексів. Дослідження, що

проводилися по цій дисципліні, в основному, присвячувалися проблемі

створення досконалих промислових роботів, гнучких роботизованих

виробництв [4]. Що стосується мехатроніки транспортних засобів, слід

зазначити певні труднощі, навіть термінологічного характеру. Якщо в

одному випадку під цією дисципліною розуміється автоелектроніка [3], то в

іншому - це сукупність механічної, електронної і інформаційної технологій

[2]. Розглянемо вплив цієї нової науки на удосконалювання таких

транспортних засобів як автомобілі.

Мехатронні системи знаходять широке застосування на транспорті [5].

Це відноситься, насамперед, до удосконалювання транспортних засобів,

розвиткові транспортних комплексів і роботизації промислового

виробництва транспортних засобів. Відмінною рисою всякої мехатронної

системи є те, що вона направлена на удосконалювання робочих процесів

машин і механізмів, що призначені для реалізації механічних технологій. Для

транспортного засобу - це процес переміщення в просторі. Для автомобіля -

рух по автомобільній дорозі з метою перевезення людей і вантажів. Для того

щоб забезпечити механічне пересування транспортного засобу, роботу його

механізмів і агрегатів не можна обійтися без електротехнологій. Особливо

це відноситься до сучасних транспортних засобів, у яких робота різних

агрегатів і вузлів пов'язана з використанням електричних, електромеханічних

і електронних приладів і пристроїв. Для автотранспортних засобів

електротехнології є основою, як електронних систем автомобільних двигунів,

так і інших агрегатів автомобілів, зчеплення, коробки передач, кермових

приводів, гальмових пристроїв, підвіски. Поєднує механічну і електронну

(електричну) технології процеси взаємодії механічних і електричних

пристроїв [6,7]. Ця взаємодія ґрунтується на реалізації процесів керування,

застосуванні обчислювальних пристроїв, мікрокомп'ютерів. Практично

раціональне сполучення механічних і електротехнологій знаходить своє

відбиття в інформаційній технології на логічному і фізичному рівні

керування агрегатами, підсистемами і ланками транспортних засобів. Так,

бортовий обчислювальний комплекс сучасного автомобіля (АБОК) дозволяє

визначити необхідні терміни обслуговування його вузлів і агрегатів,

забезпечує діагностику несправностей відповідної транспортної машини.

Маршрутний комп'ютер і навігаційна система, що входять до складу

сучасного АБОК, дозволяють раціонально керувати рухом автомобіля.

Автомобільний парк нашої країни досить різноманітний і вимагає

спеціальних заходів щодо удосконаленню його експлуатації. Задача

раціональної навігації, створення гнучких комп'ютеризованих комплексів для

рішення задач управління рухом автомобілів різних типорозмірів актуальні

для України. Тому сьогодні усі виробники автомобільних електронних

приладів і пристроїв розробляють нові автомобільні комп'ютери. Вони

умонтовуються в автомобільні керуючи системи, які можна визначити як

гнучкі комп'ютеризовані комплекси. Такі комплекси іноді називають

телематичними (telematics) системами (http:// www.computerra.ru/ online/

firstpage/ newsofday/ 8602/). Вони доповнюють саме мехатронні системи та

забезпечують своєрідний зв’язок між автомобільними механікою,

електронікою, інформатикою. Телематичні системи є засіб організації

телекомунікаційних зв’язків як усередині так і поза автомобілю. Завдяки

телематиці сучасний транспортний засіб стає ланцюгом транспортної

інфраструктури міста або регіону.

Втілення на автомобільному транспорті телематиці, елементів,

підсистем та ланок мехатронних систем є процес мехатронізації. Його зміст -

це оснащення існуючих транспортних засобів новими електронними

приладами. Таке часткове реконструювання транспортних засобів дозволяє

швидко модернізувати існуючі автомобілі і створити практично нові

мехатронні транспортні системи. Це - своєрідний перехідний процес до

дійсного мехатронізації транспортних засобів і систем.

Треба відзначити, що з початку 2001 року всі автомобілі Mercedes Benz

американського ринку вже обладналися телематичною системою Motorola

Tele Aid. У Німеччині можна придбати телематичні системи для Ford Focus.

На автомобільному ринку відомі телематичні системи OnStar від General

Motors і palm-образна система Delphi спільного підприємства Delphi

Automatbdt Systems і Palm. Що стосується автомобільних навігаційних

систем, то ці системи можуть розглядатися як складові частини

автомобільних обчислювальних комплексів автомобільної інформаційної

системи, що дозволяє не тільки визначити розташування автомобіля на

дорозі, але і керувати його рухом. При цьому забезпечується найбільш

раціональний режим витрат палива, часу й оптимізація інших

експлуатаційних характеристик конкретного транспортного засобу. Це

система інформації, що повинна бути побудована по модульному принципі.

Вона може трансформуватися в залежності від основного призначення.

Проте, незалежно від основного напрямку використання, така система,

насамперед, повинна здійснювати моніторинг транспортного засобу, на

якому вона встановлена.

Мехатронізація транспортних засобів заснована на створенні

автомобільних телематичних систем у складі автомобільних бортових

обчислювальних комплексів (АБОК). На даному етапі мехатронізації

транспортних засобів виправдано створювати такі системи не тільки

засобами промислового виробництва, але й на базі експериментального

виробництва. Практично такі системи знаходять своє застосування,

насамперед, для оснащення спеціальних автомобілів. Наприклад, доцільно

такими автомобільними мехатроннимі телематичнимі системами обладнати

базові транспортні засоби пересувних випробувальних лабораторій,

використовувати таке нестандартне устаткування для концептуальних

реалізацій експериментальних автомобілів.

До цього слід додати про розвиток саме процесу мехатронізації. Він

полягає у тому, що паралельно йде інтелектуалізація транспортних машин та

систем. Інтелектуалізація теж базується на інформатиці і застосуванні АБОК

в так званих думаючих або SMART- автомобілях. Розглянемо основні

терміни і визначення систем, що досліджуються. Слід відмітити, що в

комплексі технологій розглядається не саме електронні, а більш загальні

електричні компоненти. Це зв'язано з тим, що в мехатроніці велику роль грає

не тільки аналіз керуючих процесів, але і робота електричних виконавчих

механізмів.

Перехід → початок розділу

→ до змісту

→ заголовок → до абеткового покажчика

2 ТЕОРЕТИЧНІ ЗАСАДИ МЕХАТРОНІКИ

Визначимо теоретичну основу мехатронних систем, як сукупність

методів формалізації і математичного опису, прийнятих у механіці,

електротехніки й інформатиці.

У мехатроніці математичний апарат від прикладної механіки до

цифрових методів є об'єднання різних математичних методів і засобів (рис.1).

Аналіз систем досліджуваного типу припускає послідовність їх

узагальненого, графічного, аналітичного й алгоритмічного опису.

Рис. 1- Мехатроніка: I- засоби узагальненого опису; II- математичний

апарат; III-теоретичні основи; IV- базові дисципліни; V- складові

частини мехатроніки.

Аналіз і синтез мехатронних систем зв'язаний з узагальненням і

розробкою єдиного математичного апарата алгоритмізації процесів взаємодії

Механіка

Електротехніка

Інформатика

Електромеханіка

Автоматика

Обчислювальна

техніка

Теорія

електроприводу

Теорія

управління

Теорія

программування

и алгоритмізації

Прикладна

механіка

Діференціальне

та інтегральне числення

Цифрові методи

Теоретико-множинний опис (теория операторів)

III

Мехатроніка

їх елементів. Такий апарат використовує теорію множин, з її динамічною

складовою – теорією операторів, що описує перетворення елементів множин

у метричних просторах.

Різні частини мехатронних систем, є єдиним цілим і поєднуються на

основі інформаційних процесів перетворення даних. Їх раціональний аналіз і

синтез повинен ґрунтуватися на методології створення систем інформації для

підготовки керуючих рішень у складних технічних системах [8]. Визначимо

моделі досліджуваних систем у вигляді операторних перетворень класу F:



Q, де Q - простір станів, а пари (F, Q) - системна динаміка. Розглянемо

окремий випадок для

]),([)( tUQtQ





де: Q(t) - образ оператора Q; U(



) - прообраз оператора; t - час;



змінна прообразу оператора.

Розглянемо імітаційну модель організаційно-технічної системи з

високим рівнем автоматизації, у котру входять мехатронні системи. Це

динамічна модель виду

]),([)( ttKQtQ



, де K

(t) - динамічна функція, що

відповідає i-му об'єктові в системі, що досліджується.

Реальна інтерпретація K

(t) - ефективність роботи складової частини

системи. Саме представлення цього параметра не як продуктивності або

пропускної здатності в технічній системі, а як “ефективності”, що

визначається у відсотковому співвідношенні до максимально можливого, є

особливістю запропонованої моделі.

На основі цього представимо рішення задачі опису процесу навігації

мобільного інформаційно-обчислювального комплексу (ІОК), розробленого в

ХНАДУ для обстеження автомобільних доріг . Ця система дозволяє провести

аналіз параметрів, що визначають геометрію дороги і якість покриття.

Безпосереднім "виходом" цієї системи є швидкість і траєкторія руху

транспортного засобу [9,10].

Нехай, L – множина точок транспортної комунікації, що складає з

підмножин

L L L ,,



- відповідно, зареєстрованих значень поточних

параметрів напрямку руху, подовжнього і поперечного ухилу траси.

L L LL 



Тоді стан об'єкта, орієнтація в просторі транспортного засобу, на якому

встановлене устаткування мобільної лабораторії і характеристики

дорожнього середовища, можна описати таким чином:

'''''' S S SS 

де S- стан об'єкта, S’, S’’, S’’’ – характеристики об'єкта в певний момент

часу (поточні координати, подовжній і поперечний ухили дороги).

Сам процес реєстрації даних у реальному часі для аналізу роботи

мобільного ІОК, що забезпечує моніторинг транспортних комунікацій,

можна представити у вигляді графічної інтерпретації аналізу просторово-

часових параметрів його базового транспортного засобу (рис. 2).

Рис.2 - Графічна схема реєстрації даних в організаційно-технічній системі

Направлінн

руху



)(l



Профіль

повздовжній

Профіль

поперечний

)(lr

)(lp

]),([)(

''''

tlpStS



]),([)(

''''''

tlrStS



]),([)(

tlStS





Стан об’єкту

]),(),(),([)(

l t St StSStS

'''''

