Что относится к особенностям потока информации водителя
Обновлено: 05.07.2024
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Жаров С. П.
Курганский государственный университет, г. Курган
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ИНФОРМАЦИОННОЙ ЗАГРУЗКИ ВОДИТЕЛЯ ПРИ ДВИЖЕНИИ В ТРАНСПОРТНОМ ПОТОКЕ
В последние годы в связи с резким увеличением количества автомобилей на дорогах, произошло повышение информационной загрузки водителя от внешних факторов, одновременно с этим возросла и информационная загрузка по внутренним информационным каналам (приборная панель, аудио- и видеотехника в автомобиле).
С позиции теории информации процесс управления режимами движения автомобиля может быть охарактеризован тенденцией упорядочения, связанной с уменьшением возможного многообразия состояний системы А-В-Д. При этом многообразие возможных возмущений в системе должно компенсироваться таким же многообразием управляющих воздействий.
В качестве возмущающего воздействия могут быть изменение макро- и микропрофиля дороги, изменение интенсивности транспортного потока, ограничения по безопасности движения, считывание информации с приборов и т.д.
Важной задачей при управлении автомобилем является обеспечение с определенной точностью некоторых
требуемых значений скорости определяющих состояние системы А-В-Д при действующих в ней возмущениях.
Можно сказать, что процесс управления протекает удовлетворительно, если разница между требуемой скоростью V и действительной V' не превышает определенной величины Sv [1]:
где у', У - требуемая и действительная скорость движения;
8 - порог различимости по скорости.
Аналогично можно записать:
¿0:])=\1'-]) ', V) > 8у , то два любых режима и можно назвать 8 -различимыми, если Ъ(у \ V)
Рассуждая аналогично, можно записать:
По своему смыслу эти величины представляют собой максимальную энтропию системы А-В-Д относительно скоростного режима и режима ускорения, и в принципе этот максимум достигается тогда, когда все скоростные режимы, отличающиеся на величину порога различимости 8у, 8 , равновероятны. На практике скорость автомобиля и его ускорение могут принимать различное
значение У1 е |V_/г- е |у'| не с равной вероятностью, а в
соответствии с некотором законом распределения так, что каждому скоростному режиму \ или режиму ускорения ] в определенный момент времени может быть поставлена его реализация £)(/.,
Тогда энтропия системы А-В-Д относительно скоростного режима определяется:
Я (v, = £ р(у„01од 2 Р(У„1). (6)
Для режима ускорения:
Я (], I; £ РСЦ) Юд 2 1%Л), (7)
где но (у, у, но С у, у - энтропия системы А-В-Д относительно скоростного режима и режима ускорения;
Р(у/Л), -теоретические вероятности рас-
пределения скорости и ускорения автомобиля.
Энтропия характеризует неопределенность состояния системы относительно данного режима и выступает в роли информационного потенциала.
Осуществляя управление автомобилем, водитель выдерживает определенный скоростной режим, тем самым изменяя априорные вероятности данных событий до некоторого нового значения р(у л), р(]- л), которому соответствует новое значение энтропии системы А-В-Д по скоростному режиму и режиму ускорения:
я (у , р(у Л) Юд 2 р(у Л), (8)
Я/./, V £ РО Л) ¡од РО Л), (9)
где Ну (у, (],[)— энтропия системы А-В-Д
относительно скоростного режима и режима ускорения соответственно с учетом управляющих действий водителя;
Р(У Л), РО 'V ~ вероятность реальных распреде-
лений скорости и ускорения автомобиля с учетом управляющих действий водителя.
Таким образом, сущность управления осуществляемого водителем заключается в изменении энтропии в сторону уменьшения, при этом в реальных условиях это изменение определено информацией возмущающих воздействий дорожно-транспортной ситуации 3^ и информацией возмущающих воздействий профиля дороги J
[Ну(У , 1)+ Ну(], 1)]= + (10)
где ан - разность энтропии системы А-В-Д до и после процесса управления.
Процесс движения автомобиля характеризуется определенным ритмом поступления информации о дорожной обстановке и режимах работы автомобиля к водителю, а затем от водителя через органы управления к автомобилю.
Возмущающее действие среды движения проявляется в возникновении ситуаций, которые приводят к необходимости изменения режима движения автомобиля. Многообразие этого воздействия оценивается энтропией возникновения подобных ситуаций, и количественно может быть оценено информацией, поступающей к водителю от дорожно-транспортных помех:
где Jт-информация возмущающих воздействий дорожно-транспортных помех;
Р- вероятность /-Й ситуации, приводящей к необходимости отклонения от заданных режимов движения;
п - число таких ситуаций.
Одним из основных возмущающих факторов при движении автомобиля является воздействие транспортного потока. При движении в транспортном потоке необходимость в обгоне пропорциональна интенсивности потока в прямом направлении, вероятность необходимости в обгоне в момент времени ^ равна:
р2 = 0-ЛА/36ОО ; (12)
где Р1 - вероятность появления впереди автомобиля с меньшей скоростью;
Л/, - интенсивность транспортного потока в попутном направлении;
^ - интервал времени; е - основание натурального логарифма.
Возможность обгона зависит от наличия в потоке встречного направления времени t2 достаточного для совершения обгона, которое должно быть в два раза больше необходимого на обгон времени. Среднее значение времени обгона находится в пределах 10. 13 секунд [1]. Следовательно, интервал времени, необходимый для безопасного обгона, принимаем равным 25 с. Вероятность наличия данного интервала времени на встречной полосе равна:
где Р2 - вероятность наличия интервала времени на встречной полосе;
t2 - величина интервала времени на встречной полосе, необходимого для безопасного обгона.
При наступлении событий 1 и 2 обгон возможен, вероятность невозможного обгона наступает при отсутствии интервала времени в период времени ^ , когда в попутном направлении появился автомобиль с меньшей скоростью, и эта вероятность равна:
где Р - вероятность невозможного обгона.
При условии одинаковой интенсивности движения по обеим полосам:
Таким образом, вероятностное воздействие транспортного потока на исследуемый автомобиль описывается приведенными выше зависимостями. Информация от этих воздействий определяется выражением:
Л = Р1 юд2Р1 + /\ юд2р2 + р3 юд2р3. (16)
Сильным возмущающим воздействием в определенных условиях движения обладает профиль и характеристика дорожного покрытия. Количество этих воздействий можно оценить информацией:
где А - математическое ожидание числа изменений макропрофиля дороги;
В - математическое ожидание числа изменений микропрофиля дороги;
Т - время движения автомобиля.
Объективную информацию о скоростном режиме автомобиля водитель получает от спидометра. Количественная оценка этой информации определяется по зависимости [3]:
где 3 — информация о скоростном режиме автомобиля;
- среднеквадратичное отклонение скорости автомобиля за время наблюдения;
Л\ - цена деления шкалы спидометра.
Кроме того, водитель получает информацию о скоростном режиме работы двигателя, которая поступает от тахометра и определяется аналогично:
где ип - информация о скоростном режиме двигателя; вп- среднеквадратичное отклонение частоты вращения коленчатого вала двигателя;
Ап - цена деления шкалы тахометра.
Данная информация представляет собой приборную информацию и используется водителем для принятия решений по управлению автомобилем.
Для автомобиля с дизелем, оснащенным всережим-ным регулятором, управляющие действия будут форми-
роваться под действием информационных потоков трех контуров управления.
Первый контур управления, компенсирующий многообразие возмущающих воздействий дороги на двигатель, основан на управляющем действии всережимного регулятора на рейку ТНВД. Естественно, что как возмущающие воздействия дороги, так и изменение положения рейки ТНВД есть величины непрерывные и случайные. Это дает основание применить к определению многообразия управляющих воздействий первого контура зависимость [3]
■J, j f(h) log2f(h) d(h) log2Ah
Таким образом, выше показана принципиальная возможность оценки информационных процессов, происходящих при функционировании системы А-В-Д. Схема формирования информационных потоков в системе А-В-Д показана на рис. 1.
Водитель является активным элементом этой системы, но в то же время его информационная пропускная способность ограничена психофизиологическими характеристиками. Это приводит к тому, что те потенциальные качества, которые заложены в конструкцию автомобиля при его проектировании, не используются полностью.
где h min, h max - реальные значения по минимуму и максимуму хода рейки;
Ah - интервал квантования хода рейки.
Второй контур управления призван компенсировать многообразие возмущающих воздействий дорожных условий через педаль управления подачей топлива и тормозной педали в том случае, если многообразия управляющих воздействий по первому контуру недостаточно.
Многообразие управляющих воздействий по второму контуру управления оценивается количеством информации, которое вычисляется по экспериментальным данным:
где Х - математическое ожидание числа перемещений педали подачи топлива и тормозной педали в единицу времени;
О - время наблюдения.
Третий контур управления призван компенсировать возмущающие воздействия внешних факторов через дискретные преобразования множества управляющих воздействий изменения передаточного числа КП. В рамках рассматриваемой задачи определяем многообразие воздействий в третьем контуре по экспериментальным данным, используя аналогичную зависимость:
где а - математическое ожидание числа переключений передач в единицу времени;
33~ количество информации по третьему контуру управления.
Информация по второму и третьему контурам управления представляет собой командную информацию, передаваемую водителем через педаль подачи топлива и рычаг переключения передач к автомобилю.
В свою очередь информационные потоки, описанные выше, формируются в подсистемах ВОДИТЕПЬ-АВ-ТОМОБИЛЬ (В-А) и АВТОМОБИЛЬ-ДОРОГА (А-Д), под действием возмущающих факторов дорожных условий и среды движения, информация о которых поступает от того или иного источника на сенсорные входы водителя [1], преобразуется им в моторную реакцию на рычагах управления.
Рис. 1. Схема формирования информационных потоков
Количество информации, в единицу времени поступающее к водителю автомобиля, формируется под действием вышеописанных факторов, при этом система информационного обеспечения водителя, включающая в себя указатели приборной панели автомобиля, органы управления и устройства автоматического управления должны быть спроектированы так, чтобы, с одной стороны, оптимизировать процесс управления посредством предоставления водителю необходимой информации и частичной автоматизации процесса управления, а с другой стороны, избежать информационной перегрузки водителя:
Зш Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Таким образом, удельное количество информации,
поступающее к водителю от приборов автомобиля, зависит в основном от их конструкции (формы предоставления информации, цены деления шкалы прибора и т.д.).
Управление скоростными режимами водитель в большей степени осуществляет через педаль подачи топлива, при этом количество воздействий возрастает от 140 нажатий в час до 400 при движении соответственно в транспортном потоке интенсивностью 200 и 600 авт/ч (табл. 4).
Характеристика управляющих действий водителя при движении автомобиля
Показатель портного потока
1. Число переключений передач в час 115 43 12
2. Количество информация по третьему 0,736 0,375 0,236
контуру управления, бит/с 0,794 0,397 0,256
3. Число перемещений педали подачи 360 205 150
топлива и тормозной педали в час 400 240 150
4. Количество информации по второму 4,69 26 1,075
контуру управления, бит/с 4,33 2,98 1,075
Для полной характеристики информационных связей в системе А-В-Д необходимо оценить внешнюю информацию, поступающую к водителю от дороги и транспортного потока.
Количественно информационное воздействие транспортного потока оценивается по формуле (16). Кроме транспортного потока информационное воздействие на водителя оказывают средства регулирования движения. Количественно данный поток можно рассчитать, используя показатель удельного количества остановок (табл. 5). Возмущающее воздействие профиля дороги оценивается формулой (17). Макропрофиль можно оттенить удельным количеством уклонов, учитывая, что экспериментальные исследования проводились на равнинной местности, возмущающее воздействие макропрофиля невелико. Математическое ожидание числа изменений свойств микропрофиля может быть оценено посредством показаний толчкомера [4]. Данные расчетов сведены в таблицу 5.
Количество информации, поступающее к водителю от средств дорожного регулирования и профиля дороги
Показатель Интенсивность транспортного потока
600 авт/ч 400 авт/ч 200 авт/ч
1. Удельное количество остановок (ост/км) 0,4 0,2 -
2. Математическое ожидание числа изменений макропрофиля (уклон/км) - 0,2 0,2
3. Математическое ожидание числа изменений микропрофиля (см/км) 100. 200 100. 200 100. 200
4. Средняя скорость движения автомобиля (км/ч) 43,2 54,2 64,6
5. Количество информации, поступающее к водителю, бит/км (бит/с) 9,47 (0,943) 9,21 (0,574) 8,92 (0,16)
Таким образом, водитель во время движения автомобиля является центральным управляющим звеном в системе А-В-Д, так как через него проходят все основные информационные потоки, на основании которых он избирает алгоритм управления движением автомобиля. Однако его информационная пропускная способность невысока, так для нормальных условий работы она находится в пределах 3,5. 9,5 бит/с [1]. Кратковременно, в моменты пиковых информационных нагрузок, информационная пропускная способность водителя может достигать 16 бит/с.
Учитывая массовость профессии водителя и отсутствие специальных психологических тестов для водителя при приеме на работу, при конструировании автомобиля необходимо ориентироваться на способности нормального человека.
Повышение интенсивности транспортного потока приводит к увеличению информационной нагрузки на водителя, при этом резко возрастает количество управляющих воздействий водителя на органы управления автомобилем. Рассчитанная информационная загрузка водителя находится на пределе его информационной пропускной способности, а при интенсивности транспортного порока выше 500 авт/ч превышает её. Следовательно, для автомобилей КамАЗ при существующей конструкции системы информационного обеспечения часть управляющих воздействий необходимо передать автоматической системе управления.
1. Жаров С.П. Разработка системы информационного обеспечения
водителя с целью повышения топливной экономичности грузового автомобиля с дизелем: Дис. канд. техн.наук.- Курган, 1992.-180с.
2. Васильев В.И., Глазырин А.В., Шарыпов А.В., Жаров С.П. Приложе-
3. Жаров С.П. Приложение транспортной психологии к оценке системы
Курганский государственный университет, г. Курган
ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛООБМЕНА В ТРАНСМИССИОННЫХ РЕДУКТОРАХ С НЕОДНОРОДНОЙ КОМПОНОВКОЙ
Большинство трансмиссионных редукторов автомобилей (коробки передач, раздаточные коробки, колесные редукторы) можно считать агрегатами с однородной компоновкой. Для них характерна высокая плотность размещения зубчатых колес, малые торцевые и радиальные зазоры между зубчатыми колесами и картером, достаточно равномерная по объему редуктора интенсивность гидродинамических процессов. Рассмотрение теплообмена в таких редукторах подчиняется классической схеме: тепловыделение за счет потерь мощности, теплообмен между зубчатыми колесами и масляной ванной, внутренняя теплоотдача (от масла к картеру), теплопроводность через стенки картера, внешняя теплоотдача (от картера в окружающую среду). Для всех этих процессов имеются расчетные зависимости, позволяющие спрогнозировать тепловое состояние и уровень потерь мощности редуктора на различных режимах работы.
В то же время существуют конструкции трансмиссионных редукторов, компоновочные решения которых не позволяют применить классическую схему для описания протекающих в них процессов теплопередачи. Вызвано это неоднородностью компоновки внутреннего пространства редуктора, из-за чего в различных зонах картера характер или интенсивность теплообменных процессов различны.
Среди существующих конструкций трансмиссионных редукторов можно выделить две основные неоднородности компоновки с точки зрения протекания теплообмена.
Читайте также: