CC BY
9
УДК 629.017 DOI: 10.30977/ВиК2219-5548.2020.88.2.56
МОБ1ЛЬНИЙ РЕеСТРАЦ1ЙНО-ВИМ1РЮВАЛЬНИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОЦ1НЮВАННЯ ТА П1ДВИЩЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦ1ЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ КОЛ1СНИХ МАШИН
Клец Д.М., Дубшш С.О., Холодов А.П., Слинченко 1.В. Харкчвський нац1ональний автомобшьно-дорожнш ун1верситет
Анотаця. Розроблено вимоги до мобыьного реестрацтно-вим1рювального комплексу для оц1-нювання та тдвищення безпеки використання кол1сних машин з урахуванням сучасних засоб1в 7 тдход1в, а також перспективну схему роботи реестрацтно-вим1рювального комплексу з еле-ментами штучного гнтелекту. Створено сучасний мобгльний реестрацШно-вимгрювальний комплекс як основу ттелектуальног платформи управлтня та контролю руху кол1сног маши-ни. Результати досл1дження можуть бути використам для сертиф1кацИ' та експлуатацИ' ко-лгсних машин.
Ключов1 слова: реестрацШно-вимгрювальний комплекс, модульний, штучний гнтелект, експлу-атащя, кол!сна машина.
Вступ
Сучасний транспорт у вшх галузях мае стшку тенденщю до тдвищення швидкостей руху, продуктивности вантажошдйомносп та шших експлуатацшних характеристик. У цьому випадку безпека використання таких машин найчаспше безпосередньо залежить вщ квалiфiкацil водiя, дорожшх i кшма-тичних умов, про що свщчить статистика дорожньо-транспортних пригод. Домогтися ютотного зниження аваршносп можливо, зокрема, упровадженням сучасних електрон-них систем, що контролюють параметри ру-ху машини в режимi реального часу. Тому дослщження, спрямоваш на розроблення та вдосконалення мобшьного реестрацшно-вимiрювального комплексу для оцiнювання та тдвищення експлуатацшних властивостей колюних машин, е актуальними.
Анашз публжацш
Для тдвищення безпеки експлуатацп ко-люно1 машини необхщно розширювати контроль И рiзних систем i механiзмiв, забезпе-чити якiсно вищий рiвень випробувань i впроваджувати новi пристро! з широкими функщональними можливостями [1]. Використання акселерометрiв мае в цьому велике значення [2, 3].
Проведення випробувань для ощнювання та тдвищення експлуатацшних властивостей колюних машин потребуе застосування мобь льних комплекшв, як дозволяють без втру-чання в конструкщю машини здiйснювати визначення И основних параметрiв [1, 3]. На-явнi аналоги (наприклад, CORRSYS
DATRON) мають високу вартiсть, вiтчизнянi ж не дозволяють проводити низку необхщ-них випробувань у дорожшх умовах: визна-чати аеродинамiчнi параметри, показники потужностi колiсних машин i ККД [4].
Мета 1 постановка завдання
Метою роботи е створення сучасного мобшьного реестрацiйно-вимiрювального комплексу (МРВК) як основи штелектуально! платформи.
Щоб досягти поставлену мету, необхщно:
- розробити вимоги до мобшьного реест-рацiйно-вимiрювального комплексу для ощнювання та тдвищення безпеки використання колюних машин з урахуванням сучасних засобiв i пiдходiв;
- розробити перспективну схему роботи реестрацiйно-вимiрювального комплексу з елементами штучного штелекту.
Удосконалення мобшьного реестрацшно-вим1рювального комплексу
Запропоновано структурну схему забез-печення надшносп експлуатацп колюно1 машини, що грунтуеться на зниженнi впливу квалiфiкацil водiя як елемента системи «во-дiй-машина-дорожнi умови» на И стшкють положення з урахуванням результатiв мош-торингу технiчного стану (рис. 1). Для И реа-лiзацil був використаний МРВК [5, 6]. Ниш розвиток електрошки й мшропроцесорно1 техшки дозволяе отримати якiсно новий ви-мiрювальний комплекс з широкими можливостями щодо його розвитку й модершзацп.
Вщповщно до проведених дослщжень су-часних 3aco6iB i методiв побудови вимiрюва-льних систем реестрацшно-вимiрювальний комплекс, що розробляеться, повинен вщпо-вiдати таким вимогам:
- грунтуватися на сучаснiй елементнiй ба-3i з урахуванням подальшого розвитку мш-ропроцесорно! технiки;
- мати низьку вартють виготовлення;
- модульний принцип побудови;
- високий стутнь мобшьносп, малi габа-ритно-ваговi характеристики, незалежне вщ мережi колюно! машини джерело живлення;
- мати можливють пiдключення додат-кових датчикiв (акселерометри, кутомiри тощо) i пристро!в фото-вщеофксацп;
- мати змогу забезпечення бездротового зв'язку з базою даних на серверi за умови наявносп стшкого сигналу мобшьно! мережi;
- мати вщкриту операцiйну систему для подальшого вдосконалення принцитв i алго-ршмв роботи на основi сучасно! високорiв-нево! мови програмування.
Платформою мобшьного реестрацшно-вимiрювального комплексу слугуе одноплат-ний комп'ютер Raspberry Pi версп 3B+ (табл.
1). Архггектура МРВК - модульна, пщтриму-еться встановлення додаткових шерцшних датчикiв, пристро1в фотовщеофшсацп, GPS, а також пристро1в, сумюних з USB. Операцш-на система - Raspbian на основi дистрибутива Debian (GNU/Linux).
Чутливим елементом МРВК е акселерометр ADXL345 (рис. 2). Дiапазон вимiрю-вання ± 16 g. Температурний режим роботи: -40 °C ... +85 °C [7]. Результат вимiрювання вщдаеться у виглядi 16-розрядних чисел через цифровi iнтерфейси SPI / I2C. Датчик не-обхiдно встановлювати в транспортному за-собi таким чином: вюь Х датчика спрямована вперед за напрямком руху, Y - праворуч, Z -униз.
Живлення системи здшснюеться вiд аку-мулятора (PowerBank) емнiстю не нижчою нiж 6000 мАг, можливо також живлення вщ стацiонарноï мережi або автомобшьного ш-вертора. Для вщображення резyльтатiв вико-ристовуеться сенсорний екран з високою ро-здiльною здатнютю, який екрану необхiдно його пщключити до платформи Raspberry Pi за допомогою HDMI-кабелю, а також кабелю живлення.
Рис. 1. Структурна схема забезпечення надшносп експлуатацп колiсноï машини Таблиця 1 - Основш техшчш характеристики платформи
Мжро-архггектура Частота Кшьшсть ядер ОЗП GPIO USB Ethernet Wi-Fi Bluetooth
Cortex-A53 (ARM v8) 1,4 ГГц 4 1 ГБ 40 шшв 4 порти Gigabit через USB2 802.11ac 4.2
Рис. 2. Акселерометр ADXL345
Пюля пщключення вс1х модул1в МРВК 1 завершения роботи встановника система готова до роботи. На рис. 2 представлена платформа, яка працюе в мобшьному режим! (бездротова передача сигналу акселерометр1в на сервер, живлення здшснюеться вщ акуму-лятора PowerBank).
Рис. 2. Робота платформи в мобшьному ре-жимi
Програмне забезпечення МРВК - авторське, написано високорiвневою мовою про-грамування Python (версш 3.5.3). Передбаче-нi можливостi фшьтраци отриманого сигналу, записи даних на карту пам'ял, бездрото-во'1 передачi даних на транспортний портал ХНАДУ.
Для запису прискорень за трьома осями необхщно запустити авторське програмне забезпечення accel2.py (рис. 3).
пам'ять Назва файлу даеться за поточним часом у формат ГГ-ХХ-СС, наприклад: 18-05-09.csv. Архiвнi файли зручно обробляти за допомогою будь-якого табличного проце-сора або текстового редактора. Авторське програмне забезпечення дозволяе змшювати налаштування МРВК у процесi його роботи (штерфейс системи, частоту оброблення даних до 2000 разiв/сек, формат архiвних даних, стутнь фiльтрацií та iн.).
Рис. 4. Вщображення сигналу акселерометра
в режим! реального часу
Для подальшо1 автоматизаци процесу управлшня колюною машиною було розроб-лено перспективну схему роботи реестрацш-но-вим1рювального комплексу з елементами штучного штелекту (рис. 5), який дозволяе без учасл вод1я проводити необхщш ди з й управлшня та забезпечення, зокрема безпеки експлуатаци.
ПРОЦЕС ЕКСПЛУАТАЦП КОЛ1СНИХ МАШИН
Обробка даних за допомогою ПО МРВК
Отримання даних МРВК
Обробка результата на сервер!
Водш
База даних на сервер!
1нтелектуальна обробка даних за розробленими ранше алгоритмам, отримання результату, вироблення керуючого сигналу
САУ коп1сно1 машини
Рис. 3. Авторське програмне забезпечення
МРВК починае фксувати даш пiсля нати-скання на кнопку RUN на сенсорному екраш, про що свщчить анiмацiя в режимi реального часу (рис. 4). З цього моменту можна вико-нувати за'зди випробуваного транспортного засобу. Кожен запуск програми призводить до створення файлу формату csv на картi
Рис. 5. Схема функщонування реестрацшно-вимiрювального комплексу з елементами штучного штелекту
Подальший розвиток системи можливий у варiантi системи проактивного управлшня як системи динамiчноi' стабшзаци транспортних засобiв.
Висновки
1. Розроблено вимоги до мобшьного ре-естрацiйно-вимiрювального комплексу для оцiнювання та тдвищення безпеки викорис-тання колiсних машин з урахуванням сучас-них засобiв i пiдходiв.
2. Створено сучасний мобiльний реестра-цiйно-вимiрювальний комплекс як основу iнтелектyальноï платформи.
3. Розроблено перспективну схему роботи реестрацiйно-вимiрювального комплексу з елементами штучного штелекту.
Лггература
1. Применение акселерометров в системах пассивной безопасности автомобилей / Д. Клец, А. Коробко, Я. Ревтов, Д. Безъязычный // Автомобильный транспорт: сборник научных трудов. - 2009. - Вып. 24 - С.41-44.
2. Аш Ж. Датчики измерительных систем: в 2 кн. - Москва: Мир, 1992. - 480 с.
3. Accelerometers application in the automobile dynamic testing // Active Processes in Higher Technical Education to Train Specialists for Transportation and Highway Engineering and Automobile Industry: сollection of scientific works International Conference / D. Klets,
A. Korobko, M. Podrigalo, E. Voronova. -Kharkiv, 2009. - Р. 51-54.
4. Метролопчне забезпечення динамiчних ви-пробувань тягово-транспортних машин / М.А. Подригало, А.1. Коробко, Д.М. Клец,
B.1. Гацько // Тракторна енергетика в рос-линнищга: Вюник ХНТУСГ iм. Петра Васи-ленка. - 2009. - Вип. 89. - С. 87-99.
5. Пат. 51031 Украна, МПК G01P 3/00. Система для визначення параметрiв руху автотранспортних засобiв при динамiчних (квалiметричних) випробуваннях / Подригало М.А., Коробко А.1., Клец Д.М., Файст В.Л.; заявник та патентовласник Харшвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет. - № u201001136; заявл. 04.02.10; опубл. 25.06.10, Бюл. № 12.
6. Регистрационно-измерительный комплекс для проведения динамических испытаний мобильных машин / М.А. Подригало,
A.С. Полянский, Е.А. Дубинин, Д.М. Клец,
B.В. Задорожняя // Транспорт, экология -устойчивое развитие: ХХ научно-техническая конференция с международным участием; Технический университет (Варна, 1517 мая 2014 г.). - Варна, 2014. - С. 358-366.
7. https ://www. analog. com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADXL345.pdf.
References
1. Primenenie akselerometrov v sistemakh passivnoj bezopasnosti avtomobilej / D. Klets, A. Korobko, Ya. Revtov, D. Bez'yazy'chny'j //
AvtomobiFny'j transport. Sbornik nauchnykh trudov. - 2009. - Vyp. 24. - S.41-44.
2. Ash Zh. Datchiki izmeriteFny'kh sistem: V 2 kn. - Moskva: Mir, 1992. - 480 s.
3. Accelerometers application in the automobile dynamic testing // Active Processes in Higher Technical Education to Train Specialists for Transportation and Highway Engineering and Automobile Industry: sollection of scientific works International Conference / D. Klets, A. Korobko, M. Podrigalo, E. Voronova. -Kharkiv, 2009. - P. 51-54.
4. MetrologFchne zabezpechennya dinamichnikh viprobuvan tyagovo-transportnikh mashin / M.A. Podrigalo, A.I\ Korobko, D.M. Klets, VT. Gaczko // Traktorna energetika v roslinnicztvF: VFsnik KhNTUSG Fm. Petra Vasilenka. - 2009. - Vip. 89. - S. 87-99.
5. Pat. 51031 Ukrayina, MPK G01P 3/00. Sistema dlya viznachennya parametria rukhu avtotransportnikh zasobi v pri dinamichnikh (kvalFmetrichnikh) viprobuvannyakh / Podrigalo M. A., Korobko A. I\, Klets D. M., Fajst V. L.; zayavnik ta patentovlasnik KharkFvs'kij nacz. avtom.-dorozhn. unFversitet. - № u201001136; zayavl. 04.02.10; opubl. 25.06.10, Byul. № 12.
6. Registraczionno-izmeriteFny'j kompleks dlya provedeniya dinamicheskikh ispytanij mobilnykh mashin / M.A. Podrigalo, A.S. Polyanskij, E.A. Dubinin, D.M. Klets, V.V. Zadorozhnyaya // Transport, e'kologiya -ustojchivoe razvitie: ХХ nauchno-tekhnicheskaya konferencziya s mezhdunarodnym uchastiem; Tekhnicheskij universitet (Varna, 15-17 maya 2014 g.). -Varna, 2014. - S. 358-366.
7. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADXL345.pdf.
Клец Дмитро Михайлович, д.т.н., професор, +380956490409, d.m.klets@gmail.com, Дубiнiн Свген Олександрович, д.т.н., доцент, +380972239199, dubinin-rmn@ukr.net, Холодов Антон Павлович, к.т.н., доцент, +380502063644, antonkholodov23@gmail.com, Слинченко 1гор Вячеславович, астрант, +380997051873, igorslynchenko@gmail.com. Харшвський нацюнальний автомобшьно-дорожнш унiверситет.
Mobile registration and measuring complex for increasing and improving the operational properties of wheeled vehicles
Abstract. Requirements for a mobile registration and measuring complex for increasing and improving the safety of using wheeled vehicles have been developed, taking into account modern means and approaches, as well as a future scheme for the operation of a registration and measuring complex with elements of artificial intelligence. A modern mobile registration and measuring complex has been creat-
ed as the basis of an intelligent platform for the management and control of a wheeled vehicle. The results of the study can be used in the certification and operation of wheeled vehicles.
Key words: registration and measuring complex, modular, artificial intelligence, operation, wheeled vehicle.
Klets Dmytro, Dr.Sc.(Tech.), Professor, tel. +380956490409, e-mail d.m.klets@gmail.com, Dubinin Yevhen, Dr.Sc. (Tech.), Associate Professor, tel.+380972239199, e-mail dubinin-rmn@ukr. net, Kholodov Anton, PhD, Associate Professor, tel.+380502063644, antonkholodov23@gmail.com Slynchenko Ihor, Phd Student, tel.+380997051873, e-mail igorslinchenko@gmail. com. Kharkiv National Automobile and Highway University, 61002, Ukraine, Kharkov, Yaroslava Mudrogo st, 25.
Мобильный регистрационно-измерительный комплекс для оценки и повышения эксплуатационных свойств колесных машин Аннотация. Разработаны требования к мобильному регистрационно-измерительному комплексу для оценки и повышения безопасности использо-
вания колесных машин с учетом современных средств и подходов, а также перспективная схема работы регистрационно-измерительного комплекса с элементами искусственного интеллекта. Создан современный мобильный реги-страционно-измерительный комплекс как основа интеллектуальной платформы управления и контроля колесной машины. Результаты исследования могут быть использованы при сертификации и эксплуатации колесных машин. Ключевые слова: регистрационно-измери-тельный комплекс, модульный, искусственный интеллект, эксплуатация, колесная машина.
Клец Дмитрий Михайлович, д.т.н., профессор, +380956490409, d.m.klets@gmail.com, Дубинин Евгений Александрович, д.т.н., доцент, +380972239199ЛиЫшп-гшп@икг^, Холодов Антон Павлович, к.т.н., доцент, +380502063644, antonkholodov23@gmail.com, Слинченко Игорь Вячеславович, аспирант, +380997051873, igorslinchenko@gmail.com. Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, 61002, Украина, г. Харьков, ул. Ярослава Мудрого, 25.
