CC BY
1
УДК 629.113
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-1-215-216
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА АВТОМОБИЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСНОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ КОНФЛИКТОВ, СВЯЗАННЫХ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТЬЮ
А.С. Подгорний
В статье представлены результаты разработки комплексной системы мониторинга электромагнитной обстановки и предупреждения конфликтов связанных с электромагнитной совместимостью.
Ключевые слова: качество; автомобиль; электромагнитная совместимость.
Существующие подходы обеспечения качества автотранспортных средств (АТС) по параметрам электромагнитной совместимости (ЭМС) базируются на применении различного рода решений, направленных на увеличение помехозащищенности и помехоустойчивости бортового электротехнического комплекса. Даже если не рассматривать принцип экономического подхода, то все равно здесь есть одно существенное ограничение. Несмотря на то, что с развитием технологий повышается качество изготовления применяемых материалов и компонентов, возрастающее количество и сложность электронных узлов, в соответствии с теорией надежности, не позволяет обеспечить высокую вероятность безотказной работы в процессе длительной эксплуатации [1 - 4]. Поэтому всегда будет некоторое, изменяющееся во времени расхождение между прогнозируемым и реальным состояниями помехоустойчивости. При рассмотрении АТС как полнофункциональной замкнутой системы с применением в архитектуре бортового электрооборудования ЭМС модуля, данное несоответствие можно учесть только лишь в моменты наступления проблем [5, 6]. В нестационарной же электромагнитной среде предвидеть событие воздействия достаточно проблематично. Соответственно сам конфликт с высокой вероятностью сложно спрогнозировать.
Рассмотренная проблема показывает важность разработки подходов, позволяющих заранее оценивать и предсказывать влияние электромагнитной обстановки (ЭМО), с учетом ее трансформации во времени, на возможное развитие конфликтов и соответствующее нарушение работоспособности бортового электротехнического комплекса АТС [7]. Очевидно, что решение должно базироваться на принципах постоянного мониторинга состояния внешней среды, набора статистики, обработке результатов и составлении соответствующих баз данных, доступных для прогноза и принятия решения с учетом состояния помехоустойчивости конкретного транспортного средства. С учетом сказанного корректно рассматривать задачу в контексте комплексного взаимодействия группировки АТС, оснащенными модулями ЭМС, с внешними инфокомму-никационными системами [8, 9]. В этом случае АТС уже рассматривается не как отдельно независимый функционально замкнутый объект, а как элемент, выполняющий измерительно-диагностические функции в комплексной системе мониторинга ЭМО и предупреждения ЭМС конфликтов, обобщенная структурная схема которой представлена на рисунке 1.
В процессе эксплуатации бортовой модуль ЭМС производит измерение уровня внешних электромагнитных помех (Еэмп) и сравнивает его с предельно-допустимым значением Elim. При реализации условия
ЕэМП>Еиш, (1)
означающего изменение нормального электромагнитного фона, запускается внутренняя процедура диагностики ЭМС конфликтов, синхронизирующая событие наступления внешнего электромагнитного воздействия с точным временем и геопозицией АТС, а
также возникшими в данный момент проблемами электрооборудования [10, 11]. Коор-динатно-временная привязка к местности производится по получаемой информации от навигационной спутниковой системы. Затем бортовой ЭМС модуль формирует пакет диагностических, измерительных и идентификационных данных, который передается на вычислительный центр ЭМС [12, 13]. Процесс бортовой диагностики продолжается до тех пор, пока уровень внешних электромагнитных помех не будет меньше предельно-допустимого значения [14].
Группировка навигационных спутников
I
Группировка АТС модулями ЭМС
АТС АТС АТС АТС
21 22
Группировка АТС без модулей ЭМС
I
Беспроводные и н фоком му н икацио н н ые системы
Гидрометцентр
I
ЭМС сервер
I
Картографическая база данных
Вычислительный центр ЭМС
Рис. 1. Структурная схема комплексной системы мониторинга ЭМО и предупреждения ЭМС конфликтов
Осуществление масштабного мониторинга ЭМО будет проводиться глобальной группировкой АТС, объединенной в комплексную сетевую структуру, выполненную по наиболее оптимальной топологической схеме «активная звезда». От существующей группировки в вычислительном центре ЭМС в режиме реального времени производится обработка полученного информационного массива.
Независимость действий каждого в отдельности АТС по отношению к другим, выражающаяся в динамически изменяющихся случайным образом в пространстве и времени траекториях движения, определяет вероятностный подход к решению рассматриваемой задачи. Естественно, что точность проводимого мониторинга имеет пропорциональную зависимость от количества эксплуатируемых АТС в некоторой области пространства и трафика их движения. Также как и взаимное расположение каждого в отдельности АТС и группировки в целом, ЭМО тоже является нестационарной. Следовательно итоговые результаты мониторинга релевантно представлять на электронных картах в виде рисков нахождения АТС в конкретном месте. Поэтому в процессе непрерывного систематического сбора и накопления статистических данных, вычислительный центр ЭМС определяет границы областей с заданным вероятностным диапазоном соответствующего градационного признака, характеризующего степень опасности в эксплуатации. Если зафиксировать некоторый момент времени, то для определенной области вероятностный диапазон соответствующего градационного признака в общем виде можно записать как
* -К , (2)
где
АМ, = Мтах.1 - Ыштл , (3)
ММтахл и ^Мттл — интервальные значения наступивших нежелательных ЭМС событий в
216
некоторой области пространства; К - полное количество событий, присущих рассматриваемому градационному признаку; / = 1, 2, 3, ... N - индекс градационного признака, наибольшее значение которого соответствует наибольшей критичности ЭМС событий.
Множество координатных точек спроецированные на плоскость образуют область Аг(ДРг), характеризующую наступление соответствующих ЭМС событий. В тоже время, с учетом того, что ЭМО постоянно трансформируется, интервальные значения параметров М являются переменными от времени и координат. Соответственно область Аг(ДРг) есть динамически изменяющаяся функция
Аг(ДРг) = ¥[Е(Х, у, 2, Щ (4)
Построение областей, объединяющих множество точек соответствующего градационного признака, строится на основании полученных данных о:
- параметрах электромагнитных воздействий;
- характере возникающих ЭМС проблем;
- частотности проявления ЭМС проблем;
- времени проявления ЭМС проблем;
- типах и моделях АТС, имеющих конфликты с электромагнитной средой.
Важным фактором является учет метеообстановки. Погодные условия определяют ЭМС конфликты прямым и косвенным образом. В первом случае АТС может попасть под прямое, близкое или удаленное воздействие молнии. Во втором случае конкретное атмосферное явление формирует соответствующую электрическую проводимость подстилающей поверхности, влияя тем самым на уровень отражений и соответственно на суперпозицию электромагнитных полей в заданной области. Поэтому мониторинг ЭМО с привязкой к данным гидрометцентра позволяет набирать статистику ЭМС конфликтов в зависимости от погодных условий и учитывать ее при построении областей соответствующих градационных признаков. Также синхронизация процесса мониторинга с текущими параметрами метеообстановки дает возможность систематизировать нарушения работоспособности бортовых электротехнических систем в зависимости от природы происхождения электромагнитного воздействия (естественного или техногенного), и отображать на электронных картах с отметкой соответствующего идентификатора.
Результаты статистической обработки комплексного массива данных мониторинга проецируются на электронные карты, запрашиваемые в картографической базе данных, в виде соответствующих областей Аг(ДРг), которые отображаются исходя из условий
Ам(ДРм)сАг(ДРг)сА2(ДР2)сА1(ДР1), (5)
что является очевидным, так как при движении АТС в сторону к источнику ЭМП возрастают риски появления нарушений работоспособности из-за увеличения интенсивности воздействия. В предельном случае (5) преобразуется в вид
Ам(ДРм)сАг(ДРг) £А2(ДР2) £А1(ДР1), (6)
характерный для непредвиденного мгновенного воздействия, при котором изменение состояния электромагнитной среды описывается ступенчатой функцией первого рода.
На практике для адекватного и быстрого восприятия достаточно проецировать на электронные карты не более четырех областей (рис.3), для которых можно ввести классификацию в соответствии со следующими градационными признаками.
1. А1(ДР1) - область с высокой неопределенностью присвоения статуса ЭМС конфликта при диагностировании в процессе эксплуатации нарушений работоспособности и в общем случае характеризующаяся типовой ЭМО.
2. А2(ДР2) - область с повышенным электромагнитным фоном, характеризующая возможность появления незначительных нарушений работоспособности, не влияющих на безопасность АТС.
3. Аз(ДРз) - область со сложной ЭМО, характеризующейся высокой вероятностью появления нарушений работоспособности бортового электрооборудования АТС.
4. А4(ДР4) - область опасной ЭМО, характеризующейся высокой вероятностью
появления нарушений работоспособности бортового электрооборудования АТС, отвечающего за безопасность.
Очевидно, что электронные карты, отображающие ЭМС риски, уже являются средством для решения задач взаимодействия АТС и электромагнитной среды. Их применение позволяет прокладывать оптимальный маршрута движения в соответствии с критериями приемлемого риска, выбирая траекторию с учетом электромагнитной составляющей.
Ключевым показателем динамики изменения ЭМО для предупреждения ЭМС конфликтов является градиент параметра M. Его значение дает информацию об интенсивности воздействий, на основании которой можно проводить делать оперативный выбор наиболее безопасной траектории движения конкретного АТС. С учетом всех переменных, в обобщенном виде градиент параметра Mi запишется в виде
_ ^ m - M - m - M -
gmdMi =VMt =—L i +—Lj+—Lk+—Ln
dx dy dz dt . (7)
Данное выражение учитывает не только координаты местности, но и время, позволяя прогнозировать маршрут. На практике достаточно часто приходится решать частные задачи прокладки траектории для короткого временного интервала. Поэтому для двумерных карт для некоторого фиксированного момента времени t=to выражение (7) упрощается
дЫ 7 дЫ 7 gradM = VM =—L i +—L j
дх дУ t=0 . (8)
Для беспилотных транспортных средств, градиент дает исходные данные автоматической корректировки маршрута. Для управляемых в ручном режиме АТС градиент является информационной составляющей, на основании значений которого делается индивидуальный выбор траектории движения.
Реализация концепции мониторинга ЭМО и построения на его статистических данных соответствующих электронных карт позволяет решить важную задачу предупреждения и минимизации ЭМС конфликтов при взаимодействии АТС с электромагнитной средой. В этом случае АТС, оснащенный бортовым ЭМС модулем, становиться важным элементом в глобальной сетевой структуре, влияющим на электромагнитную безопасность. Практическое использование электронных карт возможно на базе как встроенного в программную среду АТС, так и мобильного IT приложений, что при внедрении позволит применять их широкому кругу пользователей.
Список литературы
1. Козловский, В.Н. Цифровая среда поддержки управления конкурентоспособностью / В.Н. Козловский, Д.В. Айдаров, Д.И. Панюков, М.М. Васильев // Стандарты и качество. 2018. № 6. С. 86-89.
2. Козловский, В.Н. Надежность системы электрооборудования легкового автомобиля / В.Н. Козловский, В.Е. Ютт // Электроника и электрооборудование транспорта. 2008. № 3. С. 37-40.
3. Kozlovskiy, V. Analytical models of mass media as a method of quality management in the automotive industry / V. Kozlovskiy, D. Aydarov // Quality - Access to Success. 2017. Т. 18. № 160. С. 83-87.
4. Дебелов, В.В. Моделирование электронной системы регулирования скорости движения легкового автомобиля в режимах поддержания и ограничения скорости / В.В. Дебелов, В.В. Иванов, В.Н. Козловский, В.И. Строганов // Электроника и электрооборудование транспорта. 2013. № 6. С. 2-7.
5. Козловский, В.Н. Потребительская ценность качества автомобилей / В.Н. Козловский, Г.Л. Юнак, Д.В. Айдаров, С.А. Шанин // Стандарты и качество. 2017. №
218
12. С. 76-80.
6. Panyukov, D. Development and research FMEA expert team model / D. Panyu-kov, V. Kozlovsky, Y. Klochkov // International Journal of Reliability, Quality and Safety Engineering. 2020. Т. 27. № 5. С. 2040015.
7. Николаев, П.А. Многофакторная оценка влияния дорожной обстановки на помехоустойчивость бортового электротехнического комплекса автомобилей / П.А. Николаев, В.Н. Козловский, А.С. Подгорний, А.С. Саксонов // Электроника и электрооборудование транспорта. 2022. № 1. С. 36-41.
8. Николаев, П.А. Оценка соответствия автомобилей требованиям помехоустойчивости к внешним электромагнитным воздействиям / П.А. Николаев, В.Н. Козловский, А.С. Подгорний // Грузовик. 2017. № 10. С. 44-48.
9. Николаев, П.А. Испытания автотранспортных средств на устойчивость к внешним электромагнитным воздействиям / П.А. Николаев, В.Н. Козловский, А.С. Подгорний // Электроника и электрооборудование транспорта. 2017. № 5. С. 43-46.
10. Подгорний, А.С. Обеспечение электромагнитной совместимости современных легковых автомобилей / А.С. Подгорний, П.А. Николаев, В.Н. Козловский, С.А. Васин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 9. С. 377-388.
11. Подгорний, А.С. Исследование электромагнитного воздействия на электротехнический комплекс легковых автомобилей / А.С. Подгорний, П.А. Николаев, В.Н. Козловский, Д.И. Панюков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 9. С. 374-377.
12. Николаев, П.А. Проблема помехоустойчивости бортового электротехнического комплекса легковых автомобилей в процессе эксплуатации / П.А. Николаев, А.С. Подгорний, В.Н. Козловский, А.С. Саксонов // Электроника и электрооборудование транспорта. 2023. № 1-3. С. 37-42.
13. Николаев, П.А. Совершенствование метода испытаний бортового электротехнического комплекса автомобилей на помехоустойчивость к электромагнитным воздействиям / П.А. Николаев, В.Н. Козловский, А.С. Подгорний // Электроника и электрооборудование транспорта. 2023. № 1-3. С. 30-36.
14. Подгорний, А.С. Определение показателей мощности при оценке электромагнитной совместимости автотранспортных средств / А.С. Подгорний, П.А. Николаев, В.Н. Козловский, Е.В. Стрижакова // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № 7. С. 338-345.
Подгорний Александр Сергеевич, канд. техн. наук, научный сотрудник, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет
ENSURING VEHICLE QUALITY USING AN COMPLEX SYSTEM FOR MONITORING THE ELECTROMAGNETIC ENVIRONMENT AND PREVENTING CONFLICTS RELATED TO
ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY
A.S. Podgorny
The article presents the results of the development of a comprehensive system for monitoring the electromagnetic environment and preventing conflicts related to electromagnetic compatibility.
Key words: quality; automobile; electromagnetic compatibility.
Podgorny Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, professor senior researcher, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University
