Разработка и исследование энергоэффективных радиоохранных устройств для автотранспортных средств Колганов Андрей Андреевич

Введение к работе

Актуальность темы диссертации

На текущий момент рынок гражданского автомобилестроения является одним из самых динамично развивающихся в мире, где присутствует серьезная конкуренция между производителями. Данный факт способствует применению последних технологических наработок компаний при проектировании и разработке новых моделей автомобилей, что неизбежно увеличивает сложность производимого изделия, увеличивается количество электронных компонентов, используемых в современных автомобилях, что ведет к увеличению конечной стоимости. Таким образом, цена транспортного средства может быть сопоставима, а в некоторых случаях даже больше, чем на недвижимое имущество, что является одним из определяющих факторов, делающих автомобиль привлекательной для кражи материальной ценностью, а задачу охраны - востребованной и актуальной. Стоит отметить, что данная задача решается и самими автопроизводителями путем внедрения новых штатных систем охраны, но встроенные решения обеспечивают защиту только в течении нескольких месяцев после выхода на рынок, что обусловлено легкой доступностью данных систем для анализа и минимизированными схемотехническими решениями, ввиду серийного производства данных систем. Поэтому задача встраивания и разработки дополнительных уникальных охранных систем для обеспечения новых уровней защиты остается востребованной и актуальной,

Степень проработанности темы

Теоретические аспекты радиоохраны рассмотрены в работах отечественных ученых Бондарика А.Н., Герасимчука А.Н., Шептовецкого А.Ю, и др. и зарубежных Марвина Р., Диксона С, Хата Т. Бортовые радиоохранные системы раскрыты в работах отечественных ученых Тюльпанова А.Л., Лабазова Ю.Г., зарубежных Sumita E.Y., Hapsari А.Т. Методам проектирования радиотехнических систем посвящены работы отечественных ученых Кечиева Л.Н., Кофанова Ю.Н., Увайсова СУ., Статникова Р.Б., зарубежных Прокиса Дж. и др.

Несмотря на большой вклад этих ученых, ряд проблем недостаточно разработан. Основная проблема заключается в противоречии между постоянным увеличением сложности радиоохранных систем и отсутствием методов и средств их проектирования при наличии ограничений на массогабаритные показатели и энергопотребление.

В связи с этим, работа посвящена разработке метода проектирования уникальных автомобильных радиоохранных систем, а также разработке методики оценки конечного изделия на соответствие заданным требованиям по механической прочности, тепловому режиму работы, электромагнитной совместимости.

Объектом исследования является процесс проектирования уникальных автомобильных радиоохранных систем.

Предметом исследования являются метод, модели, алгоритмы проектирования энергоэффективных радиоохранных систем автомобиля.

Цель: повышение длительности автономной работы бортовой электроники автомобиля за счет снижения энергопотребления радиоохранной системы.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены задачи:

1. Анализ состояния проблемы комплексной охранной защиты автотранспортного средства от кражи и угона;

2. Выявление тенденций в проектировании новых уникальных радиоохранных систем автомобиля;

3. Разработка концепции и метода проектирования радиоохранной системы автотранспортного средства;

4. Разработка моделей, алгоритмов, программно-методических средств для учета внешних возмущающих факторов при создании радиоохранной системы автомобиля;

5. Разработка модели для оценки времени работы охранной системы от встроенного аккумулятора автомобиля;

6. Апробация и внедрение результатов исследования в процесс разработки радиоохранных систем,

Методы исследования

Теория проектирования радиотехнических, вычислительных систем и систем управления, теория систем и системного анализа, методы математического моделирования, теория электромагнитной совместимости, теория надежности и экспериментальные методы исследования.

Научная новизна полученных результатов

При решении задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие новые научные результаты:

7. Метод проектирования бортовых радиоохранных систем, отличающийся учетом требований комплексного воздействия внешних возмущающих факторов, что позволяет создать модуль радиоохранной системы, устойчивый к воздействиям окружения;

8. Алгоритм комплексного моделирования, отличающийся учетом факторов электромагнитного излучения, тепловых и механических воздействий;

9. Алгоритм подбора элементной базы, отличающийся тем, что модули системы выбираются оптимальными по энергопотреблению, что позволило снизить энергетические показатели потребления системы;

10. Математическая модель для оценки времени работы радиоохранной системы от аккумуляторной батареи автомобиля, которая позволяет рассчитать время функционирования спроектированной системы;

11. Методика проектирования радиоохранной системы, отличающаяся введением дополнительных процедур по структурно-математическому и численному моделированию, что позволяет разработать охранный модуль с учетом воздействия внешних факторов.

Область исследований соответствует п. 1, 3, 7-10 паспорта специальности 05.12.04 - Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения.

Практическая значимость состоит в том, что предложенный метод позволяет значительно сократить время, затрачиваемое на проектирование бортового модуля радиоохранной системы автомобиля, с учетом комплексного воздействия внешних возмущающих факторов, которые могут затронуть разрабатываемую систему. Также метод позволяет создать систему с повышенной энергоэффективностью, за счет использования алгоритма подбора оптимальной по энергопотреблению элементной базы и размещением всех компонентов на едином печатном узле, что положительно сказывается на итоговом времени работы системы от встроенного аккумулятора автомобиля.

Теоретическая значимость состоит в развитии теории и методов проектирования энергоэффективных радиоэлектронных средств с учетом требований по надежности в условиях воздействия широкого спектра возмущающих факторов.

Степень достоверности результатов

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием математического аппарата, глубоким и всесторонним анализом проведенных ранее научно-исследовательских работ по предмету исследования, использованием общепризнанных методов, а также натурными экспериментами и внедрением полученных результатов в практику проектирования современных радиоохранных устройств.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертации использованы при выполнении НИР и ОКР, выполненных в ОАО «МКБ «Компас», а именно при разработке аппаратно-программных навигационных комплексов и аппаратуры для охраны и защиты транспортных средств от несанкционированного проникновения и использования. Также результаты, полученные в ходе работы, внедрены в учебный процесс НИУ МИЭМ ВШЭ.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и вузовских научных конференциях:

12. 6-я Международная научно-практическая конференция учащихся и студентов, г. Протвино - февраль 2013 г., доклад на тему: «Автомобильные охранные системы. История, состояние и перспективы»;

13. 7-я Международная научно-практическая конференция учащихся и студентов, г. Протвино - февраль 2014 г., доклад на тему: «Структура современного бортового радиоохранного комплекса»;

14. Международная научно-практическая конференции «Инновационные информационные технологии» г. Прага - апрель 2014 г., доклад на тему: «GSM modules in energy efficient M2M-systems»;

15. Международный симпозиум «Надежность и качество», г. Пенза - май 2014 г., доклад на тему: «Преселектор сигнала спутниковых навигационных систем: обзор современного состояния и анализ

перспектив развития в навигационных радиоприемниках ответственного назначения»;

5. 8-я Международная научно-практическая конференция Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве, г. Протвино - июнь 2014 г., доклад на тему: «OEM-модули для организации сетей взаимодействия формата М2М»;

6. Научно-практическая конференция «Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий» г. Сочи - октябрь 2015 г., доклад на тему: «Обзор патентов США по автомобильным радиоохранным системам».

Публикации. Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 18 печатных работах, в том числе 4 работы в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК и 14 - в Сборниках трудов конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Диссертация содержит 141 страницу текста, 34 иллюстрации, 16 таблиц и приложение на 2 страницах. Список литературы и ссылок на ресурсы interne насчитывает 121 наименование.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Предложенный в работе метод позволяет при создании радиоохранных систем оптимизировать их конструкцию с учетом комплекса взаимоисключающих внешних возмущающих факторов;

2. Разработанный алгоритм комплексного моделирования учитывает факторы электромагнитного излучения, тепловых и механических воздействий;

3. Разработанный алгоритм подбора элементной базы обеспечивает снижение энергопотребления и повышение длительности активного функционирования радиоохранной системы в среднем на 20 %;

4. Разработанная математическая модель позволяет на основе значений фактической емкости аккумуляторной батареи рассчитать время непрерывного функционирования радиоохранной системы в процессе ее проектирования;

5. Предложенная методика позволяет спроектировать уникальную радиоохранную систему автомобиля, которая при заданном функционале и параметрах аккумуляторной батареи обеспечивает максимальное время функционирования.