автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Методы и средства контроля навыка торможения водителя автотранспортного средства на основе тестирования реакции на движущийся объект

На правах рукописи

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ НАВЫКА ТОРМОЖЕНИЯ ВОДИТЕЛЯ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА НА ОСНОВЕ ТЕСТИРОВАНИЯ РЕАКЦИИ НА ДВИЖУЩИЙСЯ ОБЪЕКТ

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

Ь АПР 2015

Казань 2015

005566797

005566797

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ» на кафедре «Компьютерные системы»

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Роженцов Валерий Витальевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет», профессор кафедры «Проектирование и производство электронно-вычислительных средств»

Васильев Валерий Иванович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Курганский государственный университет», проректор по учебной работе, зав. кафедрой «Автомобильный транспорт и автосервис»

Скрыпников Алексей Васильевич

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», зав. кафедрой «Информационная безопасность»

Набережночелнинский институт (филиал) ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет», г. Набережные Челны

Защита состоится «29» мая 2015 г. в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.082.01 на базе ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет» по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51, аудитория Д-225, тел./факс. (843)562-43-30.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, с контактными данными составившего отзыв и заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, д. 51, КГЭУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.082.01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного энергетического университета по адресу: 420066, г. Казань, ул. Красносельская, 51 и на официальном сайте КГЭУ: http://kgeu.ru/Diss/Dissertant/198?!сШ158=26

Автореферат разослан « гз » марта 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.ф.-м.н.

Калимуллин Рустем Ирекович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Предупреждение и сокращение количества дорожно-транспортных происшествий (ДТП) является важной и сложной проблемой общества. Согласно резолюции Генеральной Ассамблеи ООН период 2011-2020 гг. провозглашен «Десятилетием действий но обеспечению безопасности дорожного движения». Правительством РФ утверждена федеральная целевая программа «Повышение безопасности дорожного движения в 2013-2020 гг.», целью которой является сокращение смертности от ДТП к 2020 г. на 8 тыс. чел. (28,8%) по сравнению с 2012 г.

Согласно статистическим данным основное число ДТП (до 95%) обусловлено человеческим фактором. Надежность водителя автотранспортного средства (АТС) как управляющего звена определяет надежность человеко-машинной системы «водитель — АТС — дорога — среда» (ВАДС).

Режим торможения АТС оказывает определяющее влияние на активную безопасность дорожного движения, причем до 70% ДТП сопровождается режимом экстренного торможения. Согласно данным опроса, проведенного ГИБДД в 2014 г., 88,3% опрошенных водителей АТС некорректно оценивают длину остановочного пути АТС, что показывает важность задачи контроля навыка торможения и ее место в проблеме обеспечения надежности водителя АТС.

В настоящий момент времени в литературных источниках задаче контроля навыка торможения уделено незаслуженно малое число работ, а существующие методы и средства контроля обладают недостаточной информативностью.

При управлении АТС, особенно в режиме торможения, для вод1гтеля совершенно необходимой является способность восприятия временных и пространственных характеристик движения, одним из широко распространенных индикаторов которой является точность в реакциях на движущийся объект (РДО).

Целесообразность дополнительного контроля способности к ориентации во времени и пространстве обозначена в требованиях к аппаратно-программным комплексам (АПК) тестирования и развития психофизиологических качеств водителя, установленных приказом Министерства образования и науки РФ № 1408 от 26.12.2013 г. «Об утверждении примерных программ профессионального обучения водителей транспортных средств соответствующих категорий и подкатегорий».

Анализ показал, что известный метод РДО, который может быть принят за основу при решении поставленной задачи, не адекватен профессиональной деятельности водителя АТС.

Таким образом, разработка методов и средств контроля навыка торможения, основанных на методе РДО, является актуальной задачей.

Объектом исследования является навык торможения водителя АТС.

Предметом исследования являются методы, алгоритмическое и программно-техническое обеспечение контроля навыка торможения водителя АТС.

Целью работы является обеспечение контроля навыка торможения водителя АТС на основе расширения функциональных возможностей метода РДО.

Научная задача работы заключается в разработке методов, алгоритмического и программно-технического обеспечения контроля навыка торможения водителя АТС, расширяющих функциональные возможности метода РДО.

Для достижения поставленной цели и решения научной задачи необходимо решить следующие вопросы:

1. Выполнить анализ существующих методов и средств контроля навыка торможения водителя АТС.

2. Разработать математическую модель движения АТС в процессе торможения, провести имитационное моделирование движения АТС для исследования влияния управляющих действий водителя на процесс торможения и предложить новые методы контроля навыка торможения водителя АТС, основанные на методе РДО.

3. Разработать алгоритмическое и программно-техническое обеспечение контроля навыка торможения водителя АТС.

4. Разработать методики и провести экспериментальные исследования по контролю навыка торможения водителя АТС, выполнить статистическую обработку результатов измерений, корреляционный анализ и сравнительный анализ с результатами имитационного моделирования.

Методы исследований. Для достижения поставленной цели и решения научной задачи в диссертационной работе использовались: аппарат теории автоматического управления, теории вероятностей и математической статистики, методы алгоритмизации и экспериментальные исследования.

Обоснованность л достоверность определяются использованием известных положений фундаментальных наук, корректностью используемых моделей и их адекватностью реальным физическим процессам, совпадением теоретических результатов с данными экспериментов, признанием ФИПС предложенных технических решений изобретениями и полезными моделями РФ.

Новизна полученных результатов заключается в следующем:

1. Впервые предложены методы контроля:

навыка плавного (служебного) торможения водителя АТС, навыка экстренного торможения водителя АТС, основанные на методе РДО и расширяющие его функциональные возможности.

2. Разработано алгоритмическое и программно-техническое обеспечение, позволяющее решить задачу контроля навыка торможения водителя АТС предложенными методами.

Теоретическая значимость работы заключается в развитии метода РДО, разработке математических моделей и получении в результате имитационного моделирования движения АТС области значений параметров торможения, адекватного рассматриваемым дорожным ситуациям и не приводящего к ДТП, разработке методов контроля навыка торможения и алгоритмического

обеспечения, являющихся основой для разработки новых программно-технических средств.

Практическая цепноегь. Полученные результаты, а именно разработанные методы и методики, функциогафующш! на их основе АПК и рекомендации, сформулированные но результатам имитационного моделирования и экспериментальных исследований, позволяют обеспечить контроль и развитие навыка торможения водителя АТС, что является одним из путей обеспечения надежности водит еля как управляющего звена системы ВАДС.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 14 печатных работах, из них 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ, 2 патента РФ на изобретение, 2 патента РФ на полезную модель, 3 статьи в рецензируемых журналах, 4 работы в материалах и трудах конференций.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических и научно-практических конференциях: «XVIII Туполевские чтения», г. Казань, 2010 г.; «XIX Туполевские чтения», г. Казань, 2011 г.; «Поиск эффективных решений в процсссс создания и реализации научных разработок в российской авиационной и ракетно-космической промышленности», г. Казань, 2014 г.; «Компьютерное моделирование в науке и технике», г. Дубай (ОАЭ, в заочной форме), 2014 г.; региональной научно-технической конференции «Информационные тсхнолопш н их приложения», г. Казань, 2011 г.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований внедрены и используются на автокурсах Казанского национального исследовательского тех1шческого университета им. А.Н. Туполева (г. Казань), на производственном объединении ООО «Зарница» (г. Казань) и в Марийском государственном университете (г. Йошкар-Ола). Использование результатов диссертационной работы подтверждается соответствующими актами.

По результатам работы автору присуждена стипендия Президента РФ в период 2013-2014 гг., диплом финалиста республиканского конкурса «Лучший молодой ученый Республики Татарстан — 2013» в номинации «Лучший аспирант в области технических наук» и специальная государственная стипендия Республики Татарстан в период 2014-2015 гг.

Пути дальнейшей реализации результатов работы. Научные и практические результаты, полученные в диссертации, могут быть в дальнейшем использованы в приборостроении, автомобилестроении, эргономике, инженерной и автотранспортной психологии при исследовании параметров торможения АТС и характеристик водителя.

На защиту выносятся:

1. Метод контроля навыка плавного (служебного) торможения, заключающийся в выполнении испытуемым торможения АТС, предъявляемого на экране видеомонитора, перед неподвижным объектом, оценке плавности

выполняемого испытуемым торможения и анализе расстояний от остановившегося АТС до объекта.

2. Метод контроля навыка экстренного торможения, заключающийся в выполнении испытуемым торможения АТС, предъявляемого на экране видеомонитора, перед внезапно появившимся объектом, позволяющий определить временные ограничения, необходимые для предотвращения столкновений АТС с неподвижным объектом.

3. Аппаратно-нрофаммпый комплекс контроля навыка торможения водителя АТС, включающий прибор «Тест водителя-1», разработанный по принципу специализированной цифровой вычислительной машины, позволяющий выполнить тестирование по предложенным методам.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, списка литературы из 150 наименований. Основная часть работы изложена на 138 страницах машинописного текста. Работа содержит 43 рисунка, 9 таблиц и 5 приложений.

Личный вклад автора. Представленные в диссертации результаты получены лично автором и в соавторстве с участниками научной ipymibi под руководством научного руководителя. Вклад автора состоит в следующем:

- выполнен анализ существующих методов контроля навыка торможения;

- разработана математическая модель и проведено имитационное моделирование движения АТС в процессе торможения;

- предложены методы контроля навыка торможения (в соавторстве);

- разработан АПК контроля навыка торможения;

- разработаны методики и проведены экспериментальные исследования по контролю навыка торможения, позволившие дать рекомендации по применению разработанных методов, алгоритмического, и программно-технического обеспечения, проведена статистическая обработка результатов экспериментальных исследований, выполнены корреляционный и сравнительный анализы, сделаны выводы (в соавторстве).

Соответствие диссертации научной специальности. Диссертация соответствует специальности 05.11.13 — «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий» и отвечают следующим пунктам паспорта специальности:

1. Предложенные методы контроля навыка торможения водителя АТС, расширяющие функциональные возможности метода РДО, соответствуют п. 1 «Научное обоснование новых и усовершенствование существующих методов аналитического и неразрушаюшего контроля природной среды, веществ, материалов и изделий».

2. Разработка, изготовление и внедрение АПК контроля навыка торможения, функционирующего на основе разработанного по принципу специализированной цифровой вычислительной машины прибора контроля навыка торможения «Тест водителя-1», соответствует п. 3 «Разработка, внедрение

и испытание приборов, средств и систем контроля природной среды, веществ, материалов и изделий, имеющих лучшие характеристики по сравнению с прототипами».

3. Разработка алг оритмического и программно-технического обеспечения контроля навыка торможения водителя АТС, на основе которых был построен АПК, соответствует и. 6 «Разработка алгоритмического и профам-мно-технического обеспечения процессов обработки информативных сигналов и представление результатов в приборах и средствах контроля, автоматизация приборов контроля».

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются объект, предмет, цель и задача исследования, отмечены методы исследования, достоверность и новизна полученных результатов, их теоретическая значимость и практическая ценность, приведены данные о публикациях, апробации и реализации результатов, сформулированы научные положения, выносимые на защиту. Приведены данные о структуре и объеме диссертации, дастся краткий обзор диссертации по главам.

В первой главе содержится анализ проблемы обеспечения надежности водителя АТС, показана роль задачи контроля навыка торможения в ней, дан обзор существующих методов и программно-технических средств.

Большинство исследователей при изучении надежности водителя АТС придерживаются системного подхода, рассматривая его в качестве человека-оператора в составе системы ВАДС. Отсутствие у водителя АТС навыка торможения ухудшает эксплуатационное состояние тормозной системы и других узлов АТС и снижает надежность системы ВАДС в целом, что повышает вероятность возникно-

метод РДО, позволяющий контролировать / ; \

способность ориентации во времени и прост- ~ | г г

ранстве. Задача испытуемого состоит в опреде- !

лении точки встречи движущегося объекта 1 \

с неподвижной меткой 2 (рис.1), заранее ука- ;

занной в словесной инструкции, путем нахож- !""""" дения некоторой величины упреждения с учетом

скорости движения объект а, ост авшегося рас- рис ; Схема тестирования

стояния и своих скоростных возможностей. известным методом РДО

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

вения ДТП.

Среди методов исследований характеристик водителя АТС особое место занимает

Анализ процедуры тестирования методом РДО показал, что профессиональные навыки водителя АТС неизбежно вступают в конфликт с процедурой тестирования, заключающийся, прежде всего, в том, что профессиональные навыки диктуют испытуемому необходимость остановить движущийся объект перед неподвижной меткой, а не ровно на ней. При этом запаздывающая реакция недопустима, так как может повлечь за собой ДТП или штрафные санкции для водителя АТС.

Основными режимами торможения являются плавное (служебное), выполняемое водителем легкового АТС категории М{ па сухом асфальтобетонном покрытии при значении замедления не более 3 м/с2, и экстренное торможение, нормативное установившееся замедление для которого составляет не менее 4,9 м/с".

На основе анализа существующих методов и средств контроля навыка торможения водителя АТС, процедуры тестирования водителя АТС методом РДО и процесса торможения сформулирована цель работы и задача исследования.

Во второй главе рассмотрены математическая модель и имитационное моделирование движения АТС в процессе торможения и методы контроля навыка торможения водителя АТС.

Зададим нормированный коэффициент к углового положения педали тормоза, принимающий значения в интервале от 0 до 1, вычисляемый по формуле ^ =(oi-amin)/(amas-amin), где a - угловое положение педали тормоза, изменяющееся в механически ограниченном интервале or ami„ До а Шах, град; amin - левая граница интервала, град; а тах - правая граница интервала, град.

Путем квантования функции k(t) по времени t с шагом дискретизации At произведен переход к дискретному описанию процессов и получено приближенное решение уравнения закона движения АТС как материальной точки в инерциальной системе отсчета. На рис. 2 показан пример квантования нелинейной функции k(t), где tm - момент начала торможения, с; tm — момент останова АТС, с; t„ / = 0,1,...- г'-й момент дискретного времени, с.

Математическая модель движения АТС в процессе торможения представлена в виде кортежа параметров:

М*.= {* }. y = {P,D,L), с ={/,v0,9,*„Ai,*-,imi }, ',„ = {'}, z={x,v,a,i) ) ,

Рис. 2. Пример квантования функции к{1) по времени

где А'вх — множество входов; у — множество выходов; с - множество констант; гпр - множество параметров процесса; z — множество переменных параметров; к - нормированный коэффициент углового положения педали тормоза ЛТС; Р - факт останова АТС (булева величина); D - факт столкновения АТС с неподвижным объектом (булева величина); L - расстояние от ЛТС до неподвижного объекта, м; / - длина участка пути, м; v0 - начальная скорость АТС, м/с; ф— коэффициент сцепления колес с опорной поверхностью, учит ывающий состояние дорожного покрытия; к, — коэффициент эффективности торможения, учитывающий массу и категорию АТС; Л/ — шаг дискретизации, с; х(Л - положение неподвижного объекта, м; ?1ал - заданное время, характеризующее дефицит времени при экстренном торможении, с; I - время, с; х - положение АТС, м; v - скорость АТС, м/с; а - ускорение АТС, м/с2; i - целочисленный индекс.

Проведено имитационное моделирование движения АТС в процессах полного плавного и экстренного торможений при различных значениях параметров функции k{f), вид которой показан на рис. 3, где Тпп - время переходного процесса функции к(/) от нуля до значения kmax, с; knaK - максимальное значение функции к(!) в процессе торможения.

В результате имитационного моделирования получены области значений параметров плавного и экстренного торможений, не приводящих к столкновению АТС с неподвижным объектом, находящимся в заранее заданном положении.

Путем полиномиальной аппроксимации данных имитационного моделирования получены системы неравенств, описывающие искомые области.

Для контроля навыка плавного торможения предложен метод, защищенный патентом РФ № 2394489 на изобретение, не имеющее прототипа, который осуществляется следующим образом.

Испытуемому предъявляют на экране видеомонитора АТС 1, движущееся с заданной скоростью по прямому пути, в конце которого расположен неподвижный объект 2, как показано на рис. 4.

Испытуемый выполняет плавное торможение, в процессе которого получает информацию о замедлении АТС 1, рассматриваемую в качестве обратной связи информационной модели системы ВАДС, стремясь остановить АТС 1 как можно ближе к неподвижному объекту 2, не допустив столкновения с ним. Описанную процедуру повторяют заданное число п раз.

" г I

1 ИГ ост

Рис. 3. Вид функции к(1) при имитационном моделировании

Рис. 4. Схема тестирования навыка плавного торможения

Результативность навыка плавного торможения оценивают по наличию или отсутствию столкновений АТС 1 с неподвижным объектом 2 и значению среднеквадратичного отклонения (СКО) расстояний от остановившегося АТС 1 до неподвижного объекта 2, вычисленного по формуле:

г п К(с-и2

где — расстояние от остановившегося АТС 1 (см. рис. 4) до неподвижного объекта в г-й попытке останова АТС, м; Ью — среднеарифметическое значение расстояний Ьаст, м; я - заданное число попыток останова АТС 1; число столкновений.

Плавность выполняемого испытуемым торможения оценивают методом наименьших квадратов (МНК), для чего строят, как показано на рис. 5, графики функций ¿"'(0. /' = 1,2,...,(«-</) и график функции А^пт(/) заданного вида (см. рис. 3), параметры которой соответствуют среднеарифметическим значениям параметров выполняемого в попытках останова АТС торможения.

Для каждой функции ки)(0, г = 1,2,..., (п-с!) вычисляют нормированное значение К суммы квадратов отклонений коэффициента к по формуле:

IV ;-0

где i - помер попытки останова АТС; tj -j-e дискретное значение момента времени t, с; Nmm — количество узлов интерполяции функции k(t) в попытке останова с максимальным значением f™ момента времени останова АТС; km(t ) - значение коэффициента к в j-й момент времени г-й попытки останова АТС; km(t.) — значение функции kn~(t) при имитационном моделировании движения АТС в /-й момент времени.

Для контроля навыка экстренного торможения водителя АТС предложен метод, защищенный патентом РФ №2428113 на изобретение, не имеющее прототипа.

Рис. 5. Пример расположения на плоскости графиков функций £"'(/), 1 = 1,2 в попытках останова и функции £„,(?) при имитационном моделировании

Тестирование проводят аналогичным образом, с тем отличием, что неподвижный объект 2 (см. рис. 4) первоначально скрыт от испытуемого, а его положение выбирают случайным образом на заданном участке пути.

В первой серии попыток останова АТС 1 задают время равное 0,8 с, принятому среднему значению времени реакции. При достижении АТС / некоторого заранее вычисленного положения предъявляют неподвижный объект 2 в выбранном положении, испытуемый выполняет экстренное торможение, стремясь предотвратить столкновение АТС 1 с неподвижным объектом 2. Описанную процедуру повторяют заданное число п раз, вычисляют среднеарифметические значения параметров торможения — времени Гр реакции и времени 7ПП переходного процесса функции k(t).

Испытуемый аналогичным образом выполняет вторую и последующие серии попыток останова, в которых в зависимости от наличия столкновений АТС / с неподвижным объектом 2 в первой серии попыток уменьшают или увеличивают время на шаг Ai^, принятый равным 0,1 с.

Навык экстренного торможения оценивают но минимальному значению t'm заданного времени, при котором испытуемый не допустил в серии попыток останова столкновений АТС 1 с неподвижным объектом 2, а также значениям зрительно-моторных характеристик времени Гр* реакции и времени 7"п"п нажатия на педаль тормоза, соответственно равных среднеарифметическим значениям параметров торможения Гр и Тпп в этой серии.

В третьей главе представлено алгоритмическое и программно-техническое обеспечение контроля навыка торможения водителя АТС.

Разработан АПК контроля навыка торможения водителя АТС, позволяющий проводить тестирование по предложенным методам контроля навыка плавного и экстренного торможения, структурная схема которого приведена на рис. 6; фотография - на рис. 7, а; схема работы - на рис. 8.

Рис. 6. Структурная схема АПК контроля навыка торможения водителя АТС

Отдельные технические решения защищены патентами РФ №№ 130438 и 127984 на полезные модели.

Рис. 7. Фотографин АПК контроля навыка торможения водителя ЛТС: а общий вид; б-прибор контроля навыка торможения «Тест водителя-1»; в- печатная плата прибора.

'

Прибор «Тсст водителя-1» (см. рис. 7, б) предназначен для измерения параметров выполняемого испытуемым торможения.

Прибор построен по принципу специализированной цифровой вычислительной машины и работает под управлением микропроцессорной системы, реализованной на кристалле ПЛИС класса FPGA Xilinx Spartan 6 (см. рис. 7, в).

Программное обеспечение микропроцессора моделирует в масштабе реального времени динамику АТС в соответствии с предложенной ранее математической моделью и организует процедуру тестирования испытуемого. Стандартная ПЭВМ применяется для расширения функциональных возможностей АПК.

Разработанные структура и алгоритмы работы программно-технических средств обусловливают снижение инструментальной погрешности измерений временных параметров торможения по сравнению с реализацией на основе ПЭВМ.

В четвертой главе представлены методики контроля навыка торможения, результаты экспериментальных исследований по предложенным методам, корреляционного анализа и сравнительного анализа с данными имитационного моделирования.

Ввод данных испытуемого н параметров ютировашш на ПЭВМ

Отображение хода тестирования на вндеомотгторе пены гуемош - ЛТС и сполвнжжии объекта

^ Начало^)

Задание параметров тесшровання с ПЭВМ в прибор

Организация прибором выполнении сер!т тестирования испытуемым

Угслеживание хода тестирования испытуемого на видеомош! юре нсе.чедовагх^ю

Печать реиулыгиов тестирования

11срелача рстультатов тестирования из прибора в ПЭВМ

Отображение результатов тестирования на видеомониторе исследователя

Сохранение данных

ИСПЫТуСМОГО и

результатов тестирования в базу данных на ПЭВМ

Стати спнеская обработка результатов тестирования !га ПЭВМ

Рис. 8. Схема работы АПК контроля навыка торможения водителя АТС

Экспериментальные исследования проводились с использованием разработанного АПК контроля навыка торможения водителя АТС.

В исследовании приняло участие 15 обученных испытуемых в возрасте 16-20 лет, курсантов автокурсов Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туиолева-КАИ.

Диапазоны измерений и пределы абсолютной погрешности прибора при измерении параметров торможения, а также диапазоны измеренных значений и значения абсолютной случайной погрешности результатов измерений для рассматриваемых условий по обследованной группе представлены в табл. 1.

Результаты статистической обработки данных экспериментальных исследований навыка плавного торможения по обследованной группе представлены в табл. 2.

Таблица /

Характеристики измерений параметров торможения

Параметр торможения Диапазон ^прел д нзы

измерений | значений

Режим плавного торможения

¿ост, м 0,00- 30,00 0,18- 22,30 ±10-10 ' ±(1.0-4)

кш, безразмерные единицы 0,000 1,000 0,214 1,000 ±1,0-10 5 ±(0-0,12)

>т<с 0,000 - 7,340 0,910- 6,710 ± 5 • 10~3 ±(0,12-0,3)

Режгш экстренного торможения

0,000 - 2,500 0,290- 0,840 ±5-10 ' ±(0,009 0,09)

Тш •с 0,00 2,50 0,03 0,30 ±10-1 о-1 ±(0,004 - 0,05)

Примечание: А..г, - прел ел абсолютной инструментальной погрешности прибора при измерении параметра торможения; ДН1Ч доверительный интервал случайной погрешности результатов измерений. Обозначения величин приведены в тексте.

Таблица 2

Результаты характеристик навыка плавного торможения по группе из 15 испытуемых

Величина Л? С. 0* 1ТИП шах

Расстояние от остановившегося АТС до неподвижного объекта, м

6,60 [5,42; 9,86] 5,42 9,86 2,52 12,46

4,184 [2,861; 4,564] 2,861 4,564 1,431 5,578

Нормированная сумма К квадратов отклонений коэффициента к, безразмерные единицы

К 0,014 [0,009; 0,020] 0,009 0,020 0,005 0,091

3[К] 0,006 [0,004; 0,016] 0,004 0,016 0,001 0,030

Примечание: [•] - среднеарифметическое значение величины [•] в индивидуальной серии измерений; 5 [[•]] СКО величины [■] в индивидуальной серии измерений; М точечная оценка медианы распределения результатов измерений; Т, н Тг - соответственно нижняя и верхняя границы доверительною интервала для медианы при доверительной вероятности 0,95; и (¡а - соответственно нижний и верхний квартили вариационного ряда результатов измерений; гшп-тах соответственно минимальное и максимальное значение вариационного ряда результатов измерений.

Корреляционный анализ показал, что среднеарифметические значения Lm и СКО S[Lj расстояния от остановившегося АТС до неподвижного объекта сильно связаны (коэффициент ранговой корреляции Спирмена R = 0,757, уровень значимости р < 0,01).

Сравнительный анализ результатов экспериментов с данными имитационного моделирования показал, что в 66,7% от общего числа случаев, испытуемые выполняли торможение, не являющееся плавным согласно известной оценке по максимальному значению замедления АТС.

Таким образом, более информативной является предложенная оценка плавности выполняемого водителем АТС торможения по среднеарифметическому значению К величины К, вычисляемой ио формуле (2).

Результаты статистической обработки данных экспериментальных исследований навыка экстренного торможения по обследованной группе представлены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты характеристик навыка экстренного торможения по группе из 15 испытуемых

Величина Л? fa; г,] а Он min max

Заданное время , с 0,6 [0.5; 0,7] 0,5 0,7 0,5 0,9

Время 7'п" реакции, с 0,469 [0,407; 0,532] 0,407 0,532 0,353 0,620

Время Гш| нажатия на педаль тормоза, с 0,08 [0,07; 0,10] 0,07 0,10 0,05 0,14

Примечание: Обозначения аналогично приведенным к т абл. 2.

Корреляционный анализ показал, что время Г* реакции водителя АТС в средней степени связано со временем Гп'п нажатия педали тормоза (К = 0,672, Р < 0,01). Заданное время сильно связано со временем 7"р* (/? = 0,904, р < 0,01) и связано в средней степени - со временем Гп*п (Я = 0,614, р < 0,05).

Таким образом, успешность экстренного торможения в большей степени зависит от времени реакции водителя, чем от времени нажатия на педаль тормоза, что подтверждает результаты имитационного моделирования.

В заключении формулируются выводы и приводится перечень основных результатов, полученных в диссертационной работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Результатом исследований является решение задачи разработки методов, алгоритмического и программно-технического обеспечения контроля навыка торможения водителя АТС, расширяющих функциональные возможности метода РДО, имеющей значение для развития области науки и техники, занимающейся созданием научных основ методов неразрушающего контроля веществ, материалов и изделий, разработкой и внедрением приборов, средств и систем неразрушающего контроля.

1. Проведен анализ существующих методов и средств контроля навыка торможения водителя АТС. Установлено, что, несмотря на широкий спектр применяемых методов и средств обеспечения надежности водителя АТС, задаче контроля навыка торможения водителя АТС уделено незаслуженно малое число работ.

При этом существующие методы и средства обладают недостаточной информативностью, что не позволяет применить их для комплексного решения поставленной задачи. Анализ метода РДО, применяемого для тестирования способности к ориентации во времени и пространстве, показал, что процедура тестирования неизбежно вступает в конфликт с профессиональными навыками водителя АТС.

2. Разработана математическая модель и проведено имитационное моделирование движения АТС в процессе торможения. По результатам моделирования предложены методы контроля навыка торможения водителя АТС, расширяющие функциональные возможности метода РДО, защищенные двумя патентами РФ на изобретения, не имеющие прототипов.

Метод контроля навыка плавного (служебного) торможения позволяет оценить результативность навыка по наличию или отсутствию столкновений и СКО расстоянии от остановившегося АТС до неподвижного объекта, плавность выполняемого испытуемым торможения - по предложенной согласно методу наименьших квадратов оценке.

Метод контроля навыка экстренного торможения позволяет определить индивидуальные временные ограничения, необходимые для предотвращения столкновений АТС с неподвижным объектом, а также соответствующие им значения зрительно-моторных характеристик.

3. Предложено алгоритмическое и программно-техническое обеспечение контроля навыка торможения, на основе которого разработан АПК контроля навыка торможения водителя АТС, позволяющий проводить тестирование испытуемого по предложенным методам. Отдельные технические решения защищены двумя патентами РФ на полезные модели. Предел абсолютной инструментальной погрешности при измерении рассматриваемых временных параметров торможения составляет о г± 5-10"3 с до ± Ю-10'3 с.

4. Разработаны методики контроля навыка торможения водителя АТС и проведены экспериментальные исследования, позволившие количественно

оценнть по обследованной группе из 15 человек характеристики навыка торможения и обнаружить корреляционные взаимосвязи между ними.

Сравнительный анализ результатов экспериментов с данными имитационного моделирования показал, что в 66,7% наблюдаемых случаев испытуемые выполняли торможение, не являющееся плавным согласно известной оценке, что показывает информативность предложенной оценки согласно методу наименьших квадратов. Область значений параметров экстренного торможения, полученная в результате имитационного моделирования, соответствует 88,6% наблюдаемых в результате экспериментальных исследовашш случаев. Расчеты инструментальной погрешности прибора и случайной погрешности результатов измерений подтвердили корректность выполненных измерений.

Разработанные методы и средства могут быть использованы как для контроля, гак и для тренировки и развития навыка торможения водителя АТС. Разработанный АПК может являться основой для реализации новых и известных методов контроля характеристик водителя АТС.

Таким образом, показана возможность применения предложенных методов и средств контроля навыка торможения водителя АТС для обеспечения надежности водителя АТС как управляющего звена системы «водитель -АТС - дорога - среда».

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в журналах из списка, рекомендованного ВАК РФ

1. Песошнн, А~Л. Метод опенки реакции водителя автотранспортного средства /

A.A. Песошнн, В.В. Роженпов // Вестник Чуваш, ун-та. - 2012. - № 3. - С. 215-217.

2. Песоишн, A.A. Метод контроля навыка плавного торможения водителя автотранспортного средства / A.A. Песошнн // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. - 2013. —Л® 2, вып. 2. -С. 177-183.

3. Песошнн, A.A. Тестирование зрительно-моторной системы водители автотранспортного средства методом реакции на движущийся объект / A.A. Песошнн, Д.Е. Чсрнышов,

B.В. Роженцов//Фундаментальные исследования. -2014.-.4» 8, ч. 6.-С. 1322-1326.

Патенты

4. Пат. 2394489 Российская Федерация, МПК А 61 В 5/16. Способ тестирования реакции торможения водителя / Пссошин A.A., Григорчук К.Л., Лсжпнна Т.А., Роженцов В.В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Марийский гос. техн. ун-т» -№ 2009118195/14 ; заявл. 13.05.09 ; опубл. 20.07.10, Бюл. № 20. - 8 с.

5. Пат. 2428113 Российская Федерация, МПК А 61 В 5/16. Способ тестирования реакции экстренного торможения водителя / Пссошин A.A., Роженцов В.В., Лсжнина Т.А. ; заявители н патентообладатели Пссошин A.A., Роженцов В.В., Лежпшш Т.А.

№ 2009144874/14 ; заявл. 02.12.09 ; опубл. 10.09.11, Бюл. № 25. -9 с.

6. Пат. на полезную модель 127984 Российская Федерация, МПК ü 09 В 9/04. Установка для оценки времени реакции водителя транспортного средства на опасные ситуации / Пссошин A.A. ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский техн. ун-т им. А.Н. Туполева» (КН1ПУ-КЛИ) № 2012153348/11 ; заявл. 10.12.12 ; опубл. 10.05.13, Бюл. Л» 13. -2 с.

7. Пат. на полезную модель 130438 Российская Федерация, МГТК G 09 В 9/04. Установка для тестирования навыка торможения водителя транспортного средства / Песошин Л.Л. ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский техн. ун-т им. Л.Н. Туполева» (КНИТУ-КЛИ) № 2013100707/11 ; заявл. 09.01.13 ; опубл. 20.07.13, Бюл. ЛЬ 20. - 2 с.

Статьи в рецензируемых журналах

8. Песошин, АЛ. Уменьшение нофешности измерения устройства тестирования реакции на движущийся объект / Л.Л. Песошин // Вычислительные системы и технологии обработки информации: межвуз. сб. научных трудов. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. -Л» 10 (33).-С. 159-168.

9. Pesoshin, A.A. Method of testing of driver's response to danger / A.A. Pesoshin, V.V. Rozhentsov // European Researcher. - 2012. - Vol. 26, № 8-1. - P. 1135-1137.

10. Песошин, A.A. Имитационное моделирование процесса плавного (служебного) торможения автотранспортного средства / A.A. Песошин // Современные наукоемкие технологии. 2014. - К» 6. С. 91-94.

Материалы конференций

11. Песошин, A.A. Способ и устройство тестирования реакции торможения водителя / A.A. Пссошин // XVIII Туполевскис чтения: сб. трудов междунар. молод, науч. конф., г. Казань, 26-28 мая 2010 г. Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2010. Т. 4. С. 93-95.

12. Песошин, A.A. Устройство для тестирования реакции торможения водителя, учитывающее усилие торможения испытуемого / A.A. Песошин // XIX Туполевские чтения: сб. тр. междунар. молод, науч. конф., г. Казань, 24-26 мая 2011 г. - Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2011.-Т. З.-С. 101-103.

13. Песошин, A.A. Способ тестирования экстренной реакции торможения водителя / A.A. Пссошин // Информационные технологии и их приложения: сб. ф. регион, науч.-техн. конф. Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2011. С. 143-148.

14. Песошин, A.A. Метод тсстировашш времени реакции человека на движущийся объект / A.A. Песошин // Поиск эффективных решении в процессе создания и реализации научных разработок в российской авиационной л ракетно-космической промышленности: сб. докл. междунар. науч.-ир. конф., г. Казань, 5-8 авг. 2014 г. - Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2014. - Т. 3. - С. 522-525.

Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 0,93. Тираж 100. Заказ. Д 10.

Полиграфический участок Издательства Казан, гос. техн. ун-та (КНИТУ-КЛИ). 420111, Казань, К. Маркса, 10