О компании
О компании

Услуги

Моделирование систем и объектов для автомобильной отрасли в современных пакетах моделирования

Консалтинг и инжиниринг

Аудит

Тренинги и переподготовка

Кластерные технологии и развитие СМСП

Развитие производственных систем

Развитие производственной системы предприятия


Структура компании

Партнеры

Кластерная политика

Центр обучения ПИА

Международное сотрудничество

Медиа-центр

Новости

Контакты

English version

 

 


 Услуги  

 

Моделирование систем и объектов для автомобильной отрасли в современных пакетах моделирования

  • моделирование систем автомобилей в современных пакетах моделирование;
  • моделирование динамики движения автомобиля по дорожному покрытию (включая сложные рельефы и погодные условия) в современных пакетах моделирования;
  • проведение цифровых испытаний.

В рамках выполнения проектов в 2016-2019гг были существенно расширены компетенции в области моделирования систем автомобилей, моделирования движения автомобилей, разработки управляющих подсистем автомобилей, в партнерстве с ПАО "КАМАЗ" и при поддержке "Фонда содействия инновациям".

 

"Итоги реализации проекта при поддержке "Фонда содействия инновациям" в партнерстве с ПАО "КАМАЗ" в 2016-2018гг. по теме "Разработка многосвязной адаптивной системы управления движением автомобиля по трассам со сложным дорожным профилем и в тяжелых климатических условиях"

Общие сведения о результатах проекта, реализованного при поддержке "Фонда содействия инновациям", для компании ООО "ПИА"

В 2016г. Поволжская инженерная академия приступила реализацию одного их очень значимых для компании проектов "Разработка многосвязной адаптивной системы управления движением транспортного средства по трассам сложного рельефа, включая тяжелые климатические условия" (в том числе систем автономного управления под рынки будущего НТИ "Автонет", в области беспилотного транспорта), в партнерстве с ПАО "КАМАЗ".

В конце 2016г. ООО "ПИА" получила поддержку проекта от "Фонда содействия инновациям" в форме гранта в рамках конкурса НТИ Развитие (ДК Автонет). Проект по разработке системы был реализован за 2 года (декабрь 2016г. - декабрь 2018г.), был разработан макетный образец. В 2019г. ведутся дальнейшие работы с ПАО .КАМАЗ. по доработке и отладке сегментированных решений данной многосвязной системы управления (для трасс сложного рельефа, в том числе сельской местности, в сельском хозяйстве, для возможностей отработки решений на дорогах необщего пользования).

Проект позволил получить множество важных, значимых результатов для развития компании "Поволжская инженерная академия", ее возможностей по сотрудничеству с крупными компаниями, а также приобрести опыт и новые компетенции комплексного имитационного математического моделирования, в рамках современных пакетов моделирования. В том числе, применения цифровых моделей для разработки и отладки различных подсистем автомобилей.

Эффект, значимость для компании и возможности коммерциализации результатов проекта следует рассматривать не столько с точки зрения коммерциализации конкретной разработанной системы автономного управления транспортными средствами под рынки будущего, сколько с точки зрения применения компетенций в области математического моделирования любых, в том числе, автомобильных подсистем.

Развитие этих компетенций, совмещенное с активным взаимодействием компании ООО "ПИА" с крупными компаниями по различным направлениям НИОКР с применением пакетов моделирования, позволил достичь хороших показателей в 2018-2019гг. по объемам работ, выручке, планируется стабильность и рост этих показателей после 2019г., несмотря на сложность сегмента рынка. Также ведется взаимодействие на базе расширенных в рамках проекта компетенций моделирования не только с автомобильной отраслью, но и с ОАО "РЖД", по проектам моделирования и развития цифровых двойников.

Стратегия по коммерциализации ООО "ПИА" на базе реализованного проекта включает в себя расширение областей применения компетенций в области имитационного математического моделирования для разработки различных систем автомобилей, в том числе систем удаленной диагностики (которые могут быть востребованы и приносить прибыль в ближайшее время, в перспективе 2-3 лет). А также расширение области применения компетенций в области имитационного математического моделирования для различных областей взаимодействия с крупными компаниями (задачи имитационного моделирования для задач различных компаний: например, по задачам моделирования для железнодорожного транспорта ведется взаимодействие с ОАО "РЖД"). С июля по ноябрь 2019г. реализуется договор ООО "ПИА" с ОАО "РЖД" в объеме 8,4 млн.руб. (выигранный на конкурсе, в том числе на основе имеющихся компетенций), а также на 2020г. в ОАО "РЖД" согласовывается заявка на проект большего объема на информационное моделирование объектов.

Также в настоящее время специалистами ООО "ПИА" ведутся работы по развитию нового актуального для предприятий автомобильной отрасли направления интеллектуальной системы удаленной многокритериальной диагностики технического состояния автомобиля на основе моделей. Наличие таких систем в будущем будет крайне актуально для беспилотного транспорта, а уже сейчас актуально для транспортных средств, управляемых водителями. Данное новое направление, подходящее для более быстрой коммерциализации, может быть эффективно реализовано на основе имеющихся заделов и наработок, полученных на базе реализованного проекта (опыт создания моделей автомобилей, моделирование динамики движения, наличие моделей различных автомобилей в современных пакетах моделирования). В отличие от реализованного в 2016-2018гг. проекта, ориентированного на рынки будущего (рынки которого в России будут активно развиваться по разным оценкам в 2023-2030гг.), новое направление может обеспечить более быстрый коммерческий успех, поскольку его результаты могут быть оперативно востребованы рынком в течение 1-3 лет.

 

О возможностях достижения эффективности и коммерциализации результатов выполненного проекта.

Несмотря на то, что в Дорожной карте НТИ Автонет определены цели выполнения разработок в области беспилотного транспорта научными и производственными компаниями России, продукция в области беспилотного транспорта ориентирована на не близкую перспективу с длительной окупаемостью, что понимают ведущие производители автомобилей. Поэтому крупные российские предприятия пока не готовы вкладывать заметные ресурсы в подобные разработки. Исходя из этого, Поволжской инженерной академией было инициировано новое направление работ - по разработке интеллектуальных систем удаленной диагностики. Новое направление может обеспечить более быстрый коммерческий успех, его результаты могут быть оперативно востребованы рынком.

Также возможна и дальнейшая коммерциализация разработанной в рамках проекта 2016-2018г. системы. При этом важно учитывать не только прямые, но и очень значимые косвенные эффекты. Объясняется это тем, что разрабатываемые и реализованные зарубежные системы управления автомобилем, предназначенные для беспилотного режима и режима поддержки водителя, ориентированы в первую очередь на ровную дорогу с разметкой, и не предназначены для движения автомобиля по дорогам без разметки, по бездорожью и в тяжелых климатических условиях (грязь, дождь, снег). То есть, к условиям, которые во многих регионах России довольно часто встречаются. Разработанная ООО "ПИА" система ориентирована именно на решение данной задачи разработки адаптированной для России системы. Также российские разработки в данной области позволят снизить существующие заметные риски потери рынков будущего. Все системы управления автомобилем крупных зарубежных производителей автомобилей закрыты и поставляются в комплексе в рамках продажи автомобиля потребителю, таким образом, все комплектующие этих систем поставляются, и будут поставляться только зарубежными производителями. При развитии такой рыночной схемы взаимодействия, поставщиками всех комплектующие данных систем будут только зарубежные компании, и интегрироваться в эти рынки российским компаниям будет практически невозможно. Поэтому крайне актуально продолжать разрабатывать аналоги систем управления в России, для российских предприятий автомобильной отрасли, чтобы в дальнейшем у российских поставщиков комплектующих (в рамках только систем управления, или более широкого перечня комплектующих) была возможность интегрироваться в эти рынки будущего. Поэтому коммерциализация результатов реализованного проекта также возможна в рамках оказания услуг НИОКР по заказу крупных компаний под рынки будущего, с дополнительным существенным эффектом возможностей интеграции отечественных производителей комплектующих в данные рынки в будущем.

 

Результаты проекта и направления их дальнейшего развития.

В рамках выполнения НИОКР за счет средств субсидии Фонда содействия инновациям были получены следующие результаты:

  • разработана математическая имитационная модель движения автомобиля по дорожным покрытиям высокой сложности в программном комплексе высокоточного моделирования динамических параметров Amesim;
  • разработаны алгоритмы управления конфигурациями узлов и систем автомобиля для гарантированного преодоления препятствий на пути следования (изменения типов и видов дорожного полотна, препятствия в плане и профиле, возникновение сопротивления движению - брод, снежный покров и пр.);
  • разработаны аппаратная и программная части комплекса для движения автомобиля в условиях бездорожья;
  • проведены цифровые испытания функционирования разработанных алгоритмов на динамической модели автомобиля.

Перед концептуальным проектированием блока управления был проведен анализ разработок конкурентов. Все современные системы адаптации к бездорожью имеют ручной задатчик режима и лишены возможности автоматического определения условий, в которых двигается автомобиль, при этом вся необходимая информация (кроме видеопотока) имеется в измерительной системе современного автомобиля. Помимо этого, не существует внедренных разработок, направленных на адаптацию грузового автомобиля к движению по бездорожью.

 

Функционально разработанная система управления реализуется совокупностью пяти подсистем:

  • подсистема оценки вектора состояния;
  • подсистема калибровки параметров и задания конфигурации;
  • подсистема расчета корректирующих воздействий;
  • подсистема исполнения корректирующих воздействий;
  • подсистема оценки состояния водителя (опционально).

В контуре подсистемы оценки вектора состояния происходит сравнение параметров динамики автомобиля с расчетными модельными параметрами, скорректированными согласно показаниям гироскопов, датчиков массы груза и результатов измерений параметров внешней среды (температура, влажность, давление воздуха), а также согласно показаниям структурно внешней подсистемы измерения скорости, базирующейся на системе навигации.

Расчет корректирующих воздействий происходит на базе изначально заданных конфигураций как режимов движения, так и видов, и типов бездорожья, определенных калибровочными таблицами программного обеспечения системы. Расчет осуществляется методом коррекции калибровочных значений исходя из условий движения автомобиля. Подсистема калибровки отвечает за хранение изначально заложенных параметров типа "максимальная скорость", "максимальное ускорение", "лимит частоты вращения коленчатого вала для переключения передач" и прочих технических параметров, измерение которых доступно с помощью подключения к CAN-шине автомобиля. Также подсистема калибровки хранит данные о характерных изменениях параметров движения при преодолении бездорожья, такие как "ускорение в зависимости от типа покрытия", "частота колебаний кузова", "сопротивление движению" и прочих.

Исполнительная система реализована коммутатором, отвечающим за корректирование управляющих воздействий водителя / оператора беспилотной системы в соответствии с выбранным ранее системой режимом движения.

Подсистема оценки состояния водителя может быть реализована опционально, она предполагает запрос на действие водителя (взаимодействие с системой NFC) по звуковому сигналу в случае отсутствия реакции водителя на преодоление бездорожья. Современный подход к разработке систем управления предполагает широкое использование методов моделирования объектов управления с формализацией управляемых, управляющих и возмущающих величин. Модель выполнена в среде имитационного моделирования AMESim, лицензия которого закуплена за счет средств гранта, валидирована по отношению к автомобилю КАМАЗ-5350, ограничением по валидации служит скоростной режим - 20 км/ч.

Модель используется при идентификации моделей сепаратных объектов управления (узлы и агрегаты автомобиля), проведении цифровых и гибридных испытаний движения автомобиля по трассам сложного рельефа.

На вычислительную подсистему разработанной системы управления разработана конструкторская документация. За счет оптимизации выбранных ранее подходов и методов сокращена мощность и стоимость процессора - вместо ARM7 использован ARM3.

Также выполнена конструкторская документация на тестовый стенд, а также изготовлен его опытный образец.

Алгоритмическое обеспечение разработанной системы предполагает наличие следующих программных блоков:

  • блок оценки вектора состояния автомобиля (ноу-хау ПИА);
  • блок запуска и начальной калибровки;
  • блок принятия решений;
  • блок хранения калибровочных таблиц;
  • блок самодиагностики.

Следует отметить, что исполнительная подсистема системы управления позволяет гибко управлять различными конфигурациями и настройками режимов движения за счет многоэтапности реализации особых режимов движения (как минимум 2 этапа до задействования всех внедорожных возможностей).

Получено свидетельство о государственной регистрации программного модуля. Ведется работа по получению патента на изобретение.

На данный момент закончена разработка внутренней алгоритмики блока управления, проведены цифровые испытания, доказавшие, что использованный подход применим к реализации управления движением по бездорожью.

На 2019-2020 годы планируется интеграция в разработанную систему подсистемы машинного зрения в различных конфигурациях, включающих лидары, сонары, радары и видеокамеры с обработчиками данных. Для этого в данный момент разрабатываются алгоритмы обработки данных, в том числе нейросети для обработки видеопотока и идентификации условий бездорожья. Ведется проработка решений по интеграции разработанных алгоритмов в вычислительные системы электромобилей и гибридных автомобилей.

В рамках проекта по разработке и испытаниям беспилотных транспортных средств специального назначения ведется работа с профильными органами власти и институтами развития. В данный момент во внедрении и апробации разработанной системы заинтересован ПАО "КАМАЗ" в рамках проекта роботизированной системы сельскохозяйственных автомобилей, также идет проработка вопроса с Министерством сельского хозяйства.

Масштабный вывод продукта на рынок возможен в период с 2020 по 2023 год при обновлении текущего модельного ряда автопроизводителей для интеграции разработанной системы в электронную подсистему автомобиля.

Наиболее перспективной нишей рынка является сегмент грузовых автомобилей, модельный ряд которых будет обновляться в период до 2030 года. Данные автомобили могут быть специализированными под определенные задачи или оснащаться разработанной системой в богатых комплектациях. Также разработанное оборудование может устанавливаться опционально.

В дальней перспективе основным рынком сбыта будут являться автономные автомобили, эксплуатируемые в тяжелых дорожных и климатических условиях.

С 2018 года активно ведется подготовка группы студентов Самарского государственного технического университета работе с имитационным моделированием динамики автомобиля, проработке аппаратных решений для реализации систем ADAS, работе с системами технического зрения и распознавания образов. Планируется их дальнейшее вовлечение в проекты с ПАО "КАМАЗ" по тематике беспилотного и роботизированного транспорта.

 

Детально о реализованном проекте.

Цель проекта:

Моделирование и синтез многосвязных систем управления для классических и беспилотных транспортных средств.

Назначение продукта (технологии, услуги):

Применение комплексной программно-аппаратной системы при проектировании внедорожников, в целях повышения потребительских качеств автомобиля в направлении улучшения систем управления, и снижение затрат в рамках работ по экспериментальной доводке систем управления (систем помощи водителю и других).

В рамках проекта выполнена разработка многосвязной адаптивной системы управления автомобилем в условиях бездорожья и тяжелых климатических условиях, которая относится к системе управления автомобилем, оценивает рабочие параметры движения и позволяет реализовать рабочий режим для каждой подсистемы автомобиля, подходящий для условий, в которых передвигается автомобиль, в том числе в беспилотном режиме.

Области применения:

Системы управления автомобилем в условиях бездорожья и тяжелых климатических условиях, в том числе в беспилотном режиме. Применение разработанной комплексной программно-аппаратной системы целесообразно при проектировании внедорожников, грузовых автомобилей, специализированных транспортных средств, работающих в условиях вне дорог, доработки и настройки их систем управления в целях повышения потребительских качеств автомобиля. А именно, в направлениях улучшения систем управления, снижения затрат на работы по экспериментальной доводке систем управления (систем помощи водителю, систем беспилотного управления автомобилем).

Какую роль оказала поддержка Фонда содействия инновациям:

ООО "ПИА" с 2015г. несколько лет вела работы с крупными компаниями по разработки инновационных программ и проектов, при отсутствии бюджетов у крупных компаний на эти перспективные направления, либо минимальном объеме бюджетов. Иногда с крупными компаниями нужно прорабатывать заявки на работы до этапа начала их финансирования до 3 лет, что малый и средний бизнес зачастую не может себе позволить. Поэтому поддержка Фондом направлений и разработок в области беспилотного транспорта (как и любой продукции под рынки будущего) оказалась крайне актуальна, поскольку быстрой разработки подобных систем управления ожидать нельзя, требуется многолетнее ведение НИОКР по данным направлениям для получения результата, доведения его до опытных образцов, и спустя несколько лет до промышленных образцов. Кроме того, без упреждающего выполнения подобных НИОКР российские разработчики проиграют зарубежным разработчикам, и рынок для российских разработчиков и поставщиков комплектующих систем будет утерян. Поэтому поддержка Фондом данного проекта и подобных проектов под рынки будущего крайне актуальна и своевременна. Поддержка проекта Фондом существенно ускорила начальные этапы разработки данной системы, для реализации дальнейших возможностей её отладки, внедрения, тиражирования и развития, улучшения от единичных образцов до промышленного внедрения на рынках будущего (что будет актуально и окупаемо через 5-7 лет).

Планы компании, основанные на реализации проекта:

В стратегическом плане компания ООО "ПИА" планирует комплекс мероприятий по поддержке направлений цифровой трансформации крупных компаний. Разработки в области беспилотного транспорта являются одним из важных направлений реализации стратегии цифровой трансформации ПАО "КАМАЗ". В 2019г. ведутся дальнейшие работы с ПАО .КАМАЗ. по доработке и отладке сегментированных решений разработанной многосвязной системы управления для роботизированного шасси. Также в настоящее время специалистами ООО .ПИА. ведутся работы по развитию нового актуального для предприятий автомобильной отрасли направления интеллектуальной системы удаленной многокритериальной диагностики технического состояния автомобиля на основе моделей. Наличие таких систем в будущем будет крайне актуально для беспилотного транспорта.

Также следует отметить, что абсолютно все системы управления и встроенные системы диагностики крупных зарубежных производителей автомобилей закрыты и поставляются в комплексе в рамках продажи автомобиля потребителю. Таким образом, все комплектующие этих систем поставляются, и будут поставляться только зарубежными производителями. При развитии такой рыночной схемы взаимодействия, поставщиками всех комплектующие данных систем будут только зарубежные компании, и интегрироваться в эти рынки российским компаниям будет практически невозможно. Поэтому крайне актуально разрабатывать аналоги систем управления и систем удаленной диагностики в России, чтобы в дальнейшем у российских поставщиков комплектующих для данных систем была возможность интегрироваться в эти рынки будущего. ООО "ПИА" имеет планы развития данных систем, и в том числе планы по взаимодействию с потенциальными российскими поставщиками модулей, датчиков, комплектующих для данных систем, в целях содействия организации производства модулей, датчиков, комплектующих в России.

Стратегия по коммерциализации ООО "ПИА" на базе реализованного проекта включает в себя расширение областей применения компетенций в области имитационного математического моделирования для разработки различных систем автомобилей, в том числе систем удаленной диагностики (которые могут быть востребованы и приносить прибыль в перспективе 2-3 лет). А также расширение области применения компетенций в области имитационного математического моделирования для различных областей взаимодействия с крупными компаниями (задачи имитационного моделирования для различных отраслей, например, по аналогичным задачам моделирования для железнодорожного транспорта - ведется взаимодействие с ОАО "РЖД").

 

 
2019 © Copyright ООО "Поволжская инженерная академия"