Аспирант транспортного факультета Московского Политеха Андрей Назаров ведет работу над системой автоматического регулирования давления в шинах для автомобилей многоцелевого назначения. Задача проекта — повысить проходимость военной и специальной техники за счет того, что машина самостоятельно определяет тип грунта и подбирает оптимальное давление для каждого колеса.
Ограничения существующих решений
В настоящее время многоосные грузовики и военная техника оснащаются системами централизованной подкачки шин. Водитель может изменить давление во всех колесах одновременно, не выходя из кабины. Однако эти системы работают по принципу фиксированных настроек: предустановлены несколько значений для самых типичных поверхностей — асфальт, грунт, песок, снег. Водитель переключает режим вручную, ориентируясь на дорожные условия.
«Разнообразие опорных поверхностей намного обширнее, чем предусмотрено в стандартных системах. Кроме того, оптимальное давление зависит не только от типа грунта, но и от нагрузки на конкретное колесо, количества осей, даже от того, первым или вторым проходом едет машина по колее. Все это обычно не учитывается», — сказал Андрей Назаров.
Цифровой двойник и интеграция ИИ
В рамках проекта разрабатывается цифровой двойник системы «автомобиль-опорная поверхность», учитывающий множество факторов. С помощью цифрового двойника определяется сцепление ведущих колес с опорной поверхностью и силы сопротивления их качению в зависимости от типа поверхности, нагрузки на каждое колесо и текущего давления в шине. На основе этих данных система подбирает такое давление, которое обеспечит лучшую проходимость, экономичность или среднюю скорость — в зависимости от задачи.
Разработка включает несколько этапов. Сначала создается универсальная математическая модель на базе MatLab Simulink для машин с разным количеством осей. Модель тестируется в виртуальной среде и сравнивается с данными испытаний — это нужно, чтобы подтвердить ее работоспособность и адекватность.
Затем планируется оснастить реальный автомобиль необходимыми датчиками. В качестве тестовой машины выбран «Камаз-5350» — трехосный грузовик, который широко используется в армии и промышленности. На него установят датчики нагрузки на оси и крутящего момента, чтобы система получала актуальные данные о распределении веса и условиях движения.
Один из ключевых моментов проекта — внедрение искусственного интеллекта для распознавания типа дороги. Видеокамера на автомобиле будет снимать поверхность впереди машины, а нейросеть — определять, что это за грунт: асфальт, песок, глина, болото, снег или что-то иное. Для этого необходимо обучить ИИ на большой базе данных изображений различных поверхностей.
«Камера видит дорогу впереди, нейросеть распознает тип грунта, на основе цифрового двойника рассчитывается оптимальное давление для каждой оси с учетом нагрузки, и система автоматически регулирует давление в шинах. Водитель не участвует в этом процессе — все происходит автоматически», — пояснил разработчик.
План реализации и режимы работы
Проект предполагает поквартальный план работы. Первый квартал — доработка математической модели и проверка в виртуальной среде. Второй — подготовка опытного автомобиля, установка датчиков и оборудования. Третий — внедрение искусственного интеллекта, создание базы данных поверхностей и первые автоматизированные испытания. Четвертый — полноценные испытания на реальной технике и оценка эффективности решений.
Система должна работать в трех режимах: максимальная проходимость, экономичность и средняя скорость. В зависимости от задачи алгоритм будет выбирать разные стратегии регулирования давления. Для преодоления сложного участка приоритет — проходимость, для движения по шоссе — экономия топлива, для смешанных маршрутов — баланс между скоростью и расходом.
Правильное давление в шинах влияет на расход топлива, износ резины и скорость движения. На твердой поверхности выгоднее высокое давление — меньше сопротивление качению, экономится топливо. На мягком грунте нужно низкое давление — увеличивается пятно контакта, колесо меньше проваливается. Если машина едет с постоянным давлением, она либо теряет проходимость на мягких грунтах, либо перерасходует топливо на твердых.
Кроме того, важно учитывать распределение нагрузки. Груженый автомобиль требует других настроек, чем порожний. Передние и задние оси несут разную нагрузку, особенно на многоосных машинах. Существующие системы регулируют давление одинаково для всех колес, что не всегда оптимально.
Если испытания подтвердят эффективность технологии, ее можно будет внедрять на различных типах многоцелевых автомобилей — от армейских грузовиков до специальной техники для добывающей промышленности, лесного хозяйства, геологоразведки. Везде, где машины работают в условиях бездорожья и меняющихся грунтов.
Проект получил поддержку в рамках конкурса грантов имени академика В.Е. Фортова Московского Политеха, направленного на развитие молодежных научных разработок в приоритетных областях науки и технологий.