Способ предотвращения опрокидывания автопоезда Российский патент 2024 года по МПК B60K28/16 B60T8/00 B60W30/18 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к автомобилестроению, в частности, к способам и устройствам активной безопасности транспортных средств (ТС), а именно, к способу предотвращения опрокидывания автопоезда.

Предпочтительная область использования предлагаемого способа обусловлена обычным отсутствием в системах активной безопасности автопоездов функции предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине отсутствие функции предотвращения опрокидывания автопоезда в целом. Вместе с тем требования к предотвращению опрокидывания автопоездов в реальных условиях эксплуатации, особенно на виражах и при движении на мокром дорожном покрытии или при наличии гололеда существенно возрастают.

Уровень техники

Известен способ и система для его реализации, предназначенные для определения опрокидывания отдельного транспортного средства (ТС) и опасных ситуаций, которые могут предшествовать опрокидыванию, в частности, тип опрокидывания, вызванного обвалом грунта, которые включают следующие шаги, представляемых в виде циклов. При их реализации производится определение бокового ускорения отдельного ТС, расчет производной ускорения, основанный на боковых ускорениях, полученных, по крайней мере, за два шага, определение возможности опрокидывания ТС, основанное на боковом ускорении, полученном, по крайней мере, за один шаг и на определении производной ускорения ТС, рассчитываемого, по крайней мере, за один шаг, генерация выходного сигнала активации, основанного, по крайней мере, на возможности опрокидывания отдельного ТС, определенной на шаге. (см. патент США № US 8046135 В2, заявитель DELPHI TECH INC, опубл. 25.10.2011).

Основными недостатками способа являются неопределенность необходимого тормозного замедления для предотвращения опрокидывания отдельного автомобиля и отсутствие у известного способа функции предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине функции предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Известен способ и устройство для предотвращения бокового опрокидывания отдельных моторных транспортных средств, в котором определена поперечная переменная, которая отражает поперечную динамику одиночного моторного ТС, данную поперечную переменную сравнивают, по меньшей мере, с одним пороговым значением и, в зависимости от результата сравнения, осуществляют тормозное вмешательство для предотвращения бокового опрокидывания ТС. Установлена переменная наклона, которая отражает боковой наклон кузова отдельного транспортного средства и ее пороговым значением является функция переменной наклона (см. патент США № US 9505286 В2, заявители GOETTSCH GERHARD; MERLEIN DOMINIK; BOSCH GMBH ROBERT, опубл. 29.11.2016).

Основными недостатками данного способа являются сложность сенсорной части системы, предполагающей использование значительного числа датчиков, включая датчики скорости вращения колес, поперечного ускорения, скорости рыскания, тормозного давления и угла поворота рулевого колеса отдельного ТС, а также отсутствие у этого способа функции предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине функции предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Известен способ, основанный на кинематике оценки абсолютного угла крена кузова транспортного средства, в котором абсолютный угол крена кузова ТС оценивается путем объединения двух предварительных оценок угла крена, основанных на их частоте, таким образом, что объединенная оценка непрерывно способствует более точным предварительным оценкам угла крена. Первая предварительная оценка угла крена одиночного ТС, основана на измеренной скорости крена, улучшенной за счет первоначальной компенсации сигнала скорости крена для ошибки смещения с использованием оценок скорости крена, полученных из других измеренных параметров. Вторая предварительная оценка угла крена определяется на основе кинематической связи между углом крена одиночного ТС, боковым ускорением, скоростью рыскания и скоростью ТС. Объединенная оценка угла крена использует коэффициент объединения, который изменяется с частотой сигналов предварительного угла крена, и фактор объединения, используемый в коэффициенте объединения, устанавливается на разные значения в зависимости от того, находится ли одиночное ТС в стационарном или переходном состоянии (см. патент ЕС №ЕР 2127988 А1, заявитель DELPHI TECH INC, опубл. 02.12.2009).

Недостатками способа являются значительное количество измеряемых параметров и сложная процедура обработки данных для прогнозирования опрокидывания, а также отсутствие у известного способа функции предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине функции предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Более близким по технической сущности является способ и система предотвращения опрокидывания одиночного ТС на неровной полосе движения. Дорожные изображения, снятые устройствами захвата изображений, используются для расчета информации о дороге. Информация о дороге вместе с информацией о динамике одиночного ТС, такой как скорость и ускорение ТС, используется для прогнозирования угла опрокидывания и бокового ускорения транспортного средства, движущегося по неровной полосе движения. В известном способе предотвращения опрокидывания одиночного ТС регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес ТС, и передают их через блок сопряжения в блок обработки информации, в котором определяют значения таких физических переменных, как скорость центра масс и угол поворота управляемых колес и сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критическое состояние ТС, и формируют, в случае превышения прогнозируемой скорости центра масс величины прогнозируемой скорости опрокидывания ТС, на выходе блока обработки информации управляющие сигналы, передаваемые на устройства управления акселератором и/или тормозной системой и устройство индикации включения торможения. Также в известном способе определяют высоту центра масс и критическую скорость опрокидывания одиночного ТС, движущегося по неровной полосе движения, которые вырабатываются и используются для определения индекса опрокидывания транспортного средства. Если индекс опрокидывания одиночного ТС превышает заданное значение, система предупреждает водителя или напрямую контролирует скорость движения ТС, чтобы оно не перевернулось на неровной полосе движения (см. патент США № US 9116784 В2, заявители AUTOMOTIVE RES & TEST СТ, опубл. 25.08.2015).

Недостатками известного способа являются ограниченные возможности системы, так как основным источником получения информации о параметрах движения ТС являются дорожные изображения, но это усложняет обработку изображений дороги в условиях темного времени суток, осадков, тумана и ярких источников света. Сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес ТС, являются вспомогательными при определении параметров движения ТС и не являются определяющими для указанных параметров, что приводит к высокой сложности вычислений. Недостатком данного способа является также отсутствие у него функции предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине функции предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Наиболее близким по технической сущности является способ предотвращения опрокидывания одиночного ТС, в котором регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес системы предотвращения опрокидывания ТС, и передают их через блок сопряжения системы предотвращения опрокидывания ТС в блок обработки информации данной системы, в котором с помощью микроконтроллера системы с программным обеспечением и с использованием математической обработки сигналов о частотах вращения колес одиночного ТС и настроечных параметров определяют значения физических переменных - скорости центра масс и угла поворота управляемых колес ТС, и в реальном времени методом экстраполяции по времени формируют прогнозируемые значения скорости центра масс автомобиля, угла поворота управляемых колес ТС, а затем сравнивают полученные прогнозируемые значения скорости центра масс ТС с граничными значениями, характеризующими критическое состояние ТС, характеризующийся тем, что в блоке обработки информации в реальном времени формируют методом экстраполяции по времени прогнозируемые значения скорости центра масс, утла поворота управляемых колес одиночного ТС и граничного значения скорости опрокидывания ТС, путем математической обработки сигналов о частотах вращения колес и настроечных параметров с помощью микроконтроллера с программным обеспечением, и формируют, в случае превышения величины прогнозируемой скорости центра масс одиночного ТС в сравнении с величиной прогнозируемой скорости опрокидывания, управляющие воздействия на устройства управления акселератором и/или тормозной системой автоматического предотвращения опрокидывания ТС и на устройство индикации включения торможения и передачи оператору информации о включении автоматического режима предотвращения опрокидывания одиночного ТС.

См. Патент РФ №RU 2702476 С1. Способ предотвращения опрокидывания автомобиля, авторы: Бузников С.Е., Елкин Д.С, Сайкин А.М., Струков В.О., заявитель Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ"), Роспатент, 2019

Недостатком данного способа, принятого за прототип, является отсутствие функции предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине - функции предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение применительно к автопоезду, состоящему из автомобиля и прицепа, состоит в повышении активной безопасности движения автопоезда и снижении материальных затрат на осуществление способа, путем реализации функции предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине - в разработке системы активной безопасности с функцией предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе предотвращения опрокидывания автопоезда, состоящего из автомобиля и прицепа, при котором регистрируют и обрабатывают сигналы системы предотвращения опрокидывания автопоезда, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, и передают их через блок сопряжения подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля в блок обработки информации данной системы предотвращения опрокидывания автопоезда, в котором с помощью микроконтроллера системы с соответствующим программным обеспечением и с использованием математической обработки сигналов о частотах вращения колес автомобиля и настроечных параметров определяют значения физических переменных - скорости центра масс и угла поворота управляемых колес автомобиля, и в реальном времени методом экстраполяции по времени формируют прогнозируемые значения скорости центра масс автомобиля, угла поворота управляемых колес автомобиля и граничной скорости опрокидывания,

а затем сравнивают полученные прогнозируемые значения скорости центра масс автомобиля с граничными значениями, характеризующими критическое состояние автомобиля,

причем

в случае превышения прогнозируемой скорости центра масс автомобиля по отношению к величине прогнозируемой скорости опрокидывания автомобиля, результаты оценки величины превышения прогнозируемой скорости центра масс автомобиля из блока обработки информации подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля передают в дополнительный вычислительный блок системы предотвращения опрокидывания автопоезда для формирования управляющих воздействий определения величины замедления автопоезда,

при этом одновременно в режиме реального времени дополнительно регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, и передают их через блок сопряжения подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа в блок обработки информации данной системы предотвращения опрокидывания автопоезда, в котором с помощью микроконтроллера системы с соответствующим программным обеспечением и с использованием математической обработки сигналов о частотах вращения колес прицепа и настроечных параметров определяют значения физических переменных - скорости центра масс и угла поворота управляемых колес прицепа, (при их наличии), и в реальном времени методом экстраполяции по времени формируют прогнозируемые значения скорости центра масс прицепа, углов поворота управляемых колес, и, соответственно, устройства или системы управления ими, а затем сравнивают полученные прогнозируемые значения скорости центра масс прицепа с граничными значениями, характеризующими критическое состояние прицепа, и одновременно в случае превышения прогнозируемой скорости центра масс прицепа в сравнении с величиной прогнозируемой скорости опрокидывания прицепа, результаты оценки величины превышения прогнозируемой скорости центра масс прицепа передают из блока обработки информации системы предотвращения опрокидывания прицепа в дополнительный вычислительный блок формирования управляющих воздействий системы предотвращения опрокидывания автопоезда путем определения величины замедления автопоезда, в котором результаты оценок величин превышения прогнозируемых скоростей центров масс автомобиля и прицепа сравнивают между собой и по максимальной величине превышения прогнозируемой скорости центра масс в сравнении с величинами прогнозируемых скоростей опрокидывания автомобиля или прицепа формируют управляющие сигналы, передаваемые на устройство управления замедлением автомобиля и/или прицепа,

а также формируют управляющие воздействия на внешние устройства управления акселератором и/или тормозной системой автоматического предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и прицепа и управляющие сигналы на устройства индикации включения системы торможения автомобиля и/или прицепа, и на устройства передачи водителю или оператору информации о включении системы автоматического режима предотвращения опрокидывания автопоезда.

Дополнительно в предлагаемом способе предотвращения опрокидывания автопоезда, состоящего из автомобиля и прицепа, сигналы датчиков частот вращения колес системы предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и прицепа с двускатными колесами идентифицируют как единое целое путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес, устанавливаемых со стороны внешних или внутренних скатов автомобиля и/или прицепа в зависимости от особенностей их конструкции и назначения, например, в автомобилях двойного назначения целесообразно из-за возможности боевого воздействия устанавливать датчики с внутренней стороны, то есть на внутренних из сдвоенных скатов автомобиля и/или прицепа или на скатах оси, контактирующей с дорогой постоянно, т.к. крайняя ось может быть поднята при движении без нагрузки.

Кроме этого в способе предотвращения опрокидывания автопоезда, состоящего из автомобиля и прицепа сигналы датчиков частот вращения колес системы предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и прицепа с количеством осей у автомобиля и/или прицепа более двух могут идентифицировать путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес, устанавливаемых преимущественно на колесах внешних передней и задней осей автомобиля и/или прицепа, но с учетом выше указанных особенностей их конструкции и назначения.

Технический результат состоит в динамической стабилизации безопасной скорости автопоезда в составе автомобиля и прицепа в условиях эксплуатации, особенно на виражах, за счет чего предотвращается опрокидывание автомобиля, прицепа и автопоезда в целом.

Краткое описание чертежей

Заявленное изобретение поясняется рисунками, где:

на фиг. 1 представлена блок-схема алгоритма предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и прицепа;

на фиг. 2 представлена обобщенная кинематическая схема движения колес на вираже, применимая как для автомобиля, так и для прицепа автопоезда.

Осуществление изобретения

На Фиг. 1 показаны следующие вычислительные блоки алгоритма способа предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и прицепа, реализующие следующие действия предлагаемого способа предотвращения опрокидывания автопоезда:

1 - ввод данных о частотах вращения колес автомобиля;

2 - вычисление продольных скоростей вращения колес автомобиля;

3 - вычисление продольной скорости центра масс и разности скоростей вращения пар колес автомобиля;

4 - вычисление угла поворота управляемых колес автомобиля;

5 - вычисление граничной скорости опрокидывания автомобиля;

6 - экстраполяция по времени скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания автомобиля;

7 - вычисление тягово-тормозного ускорения автомобиля;

8 - ввод данных о частотах вращения колес прицепа;

9 - вычисление продольных скоростей вращения колес прицепа;

10 - вычисление продольной скорости центра масс и разности скоростей вращения пар колес прицепа;

11 - вычисление угла поворота управляемых колес прицепа;

12 - вычисление граничной скорости опрокидывания прицепа;

13 - экстраполяция по времени скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания прицепа;

14 - вычисление тягово-тормозного ускорения прицепа;

15 - формирование управляющих воздействий на акселератор и тормозную систему автопоезда;

16 - индикация включения торможения автопоезда;

17 - вывод данных на внешние устройства автопоезда.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения, которые могут использоваться в отношении транспортного средства (как автомобиля, так и прицепа автопоезда):

b - колесная база ТС;

Ψ₁ и Ψ₂ - углы поворота соответственно 1-го и 2-го управляемых колес ТС;

Ψ_c - средний угол поворота управляемых колес ТС;

а ₁ и а₂ - размеры колеи передних и задних колес ТС;

V_i- линейная скорость вращения i-го колеса ТС (1≤ i ≤ 4);

R_i - радиусы поворота соответствующих колес ТС;

R_m и V_m - соответственно радиус поворота и линейная скорость продольного движения центра масс ТС;

Ψ_R - угол рысканья ТС;

b* - расстояние от центра масс до задней оси ТС;

ω_m - угловая скорость вращения центра масс автомобиля на вираже при движении без сноса или заноса колес ТС.

Для реализации способа предлагается использовать систему предотвращения опрокидывания автопоезда, состоящего из автомобиля и прицепа, подсистема автомобиля которой содержит датчики частот вращения колес автомобиля, связанные с блоком сопряжения линиями связи, блок обработки информации, выполненный с возможностью получения от датчиков частот вращения колес автомобиля посредством линий связи и блока сопряжения соответствующих сигналов, а также - с возможностью оценки величины превышения прогнозируемой скорости центра масс прицепа из блока обработки информации подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, численное значение которой передают в дополнительный вычислительный блок формирования управляющих воздействий определения величины замедления автопоезда,

а подсистема прицепа содержит датчики частот вращения колес прицепа, связанные с блоком сопряжения линиями связи, блок обработки информации, выполненный с возможностью получения от датчиков частот вращения колес прицепа посредством линий связи и блока сопряжения соответствующих сигналов, а также - с возможностью оценки величины превышения прогнозируемой скорости центра масс прицепа из блока обработки информации подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, численное значение которой передают в дополнительный вычислительный блок формирования управляющих воздействий системы предотвращения опрокидывания автопоезда путем определения величины замедления автопоезда, при этом в дополнительном вычислительном блоке автопоезда результаты оценок величин превышения прогнозируемых скоростей центров масс автомобиля и прицепа сравнивают между собой и по максимальной величине превышения прогнозируемой скорости центра масс автомобиля или прицепа в сравнении с величинами прогнозируемых скоростей опрокидывания автомобиля и/или прицепа, с учетом настроечных параметров оценки физических параметров, характеризующих состояние автомобиля, формируют управляющие сигналы, передаваемые на устройство управления замедлением автомобиля и/или прицепа, а также формируют управляющие воздействия на внешние устройства управления акселератором и/или тормозной системой автоматического предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и прицепа и управляющие сигналы на устройство индикации включения системы торможения автомобиля и/или прицепа, а также управляющие сигналы в блок ввода и отображения информации водителю, включающего устройство ввода настроечной информации и выбора режима отображения информации, устройства управления акселератором и/или тормозной системой, и на устройство индикации включения системы торможения автомобиля и/или прицепа, и на устройства передачи водителю или оператору информации о включении системы автоматического режима предотвращения опрокидывания автопоезда.

Вторичный источник питания, которое осуществляется путем стабилизации и преобразования напряжения, получаемого от бортовой сети автомобиля, в величины напряжения, необходимые для питания микроконтроллеров и средства визуального отображения информации.

Дополнительно в предлагаемом способе предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и прицепа, сигналы датчиков частот вращения колес системы предотвращения опрокидывания автомобиля и/или прицепа с двускатными колесами идентифицируют как единое целое путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес, устанавливаемых со стороны внешних или внутренних скатов автомобиля и/или прицепа в зависимости от выше указанных особенностей их конструкции и назначения.

Кроме этого в способе предотвращения опрокидывания автопоезда, состоящего из автомобиля и прицепа сигналы датчиков частот вращения колес системы предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и прицепа с количеством осей более двух у автомобиля и/или прицепа могут идентифицироваться путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес, устанавливаемых преимущественно на колесах внешних передней и задней осей автомобиля и/или прицепа, но с учетом ранее указанных особенностей их конструкции и назначения.

Способ осуществляется нижеследующим образом.

У автомобиля автопоезда (см. фиг. 1) сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес автомобиля, регистрируют, обрабатывают и передают их через блок сопряжения подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля в блок обработки информации данной подсистемы. В блоке обработки информации определяют значения таких физических переменных, как скорость центра масс и угол поворота управляемых колес, и сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критическое состояние автомобиля. А именно, в блоке обработки информации в реальном времени формируют методом экстраполяции по времени прогнозируемые значения скорости центра масс, угла поворота управляемых колес и граничного значения скорости опрокидывания автомобиля путем математической обработки сигналов о частотах вращения колес и настроечных параметров с помощью микроконтроллера с соответствующим программным обеспечением. После этого в блоке обработки информации автомобиля сравнивают полученные прогнозируемые значения скорости центра масс автомобиля с граничными значениями, характеризующими его критическое состояние и при превышении прогнозируемой скорости центра масс автомобиля из блока обработки информации подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, численное значение данного превышения передают в дополнительный вычислительный блок формирования управляющих воздействий определения величины замедления автопоезда.

Одновременно в режиме реального времени у прицепа автопоезда сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес прицепа, регистрируют, обрабатывают и передают их через блок сопряжения подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа в блок обработки информации данной подсистемы. В блоке обработки информации определяют значения таких физических переменных, как скорость центра масс и угол поворота управляемых колес, и сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критическое состояние прицепа. А именно, в блоке обработки информации в реальном времени формируют методом экстраполяции по времени прогнозируемые значения скорости центра масс, угла поворота управляемых или поворачиваемых колес прицепа (при их наличии), и граничного значения скорости опрокидывания прицепа путем математической обработки сигналов о частотах вращения колес и настроечных параметров с помощью микроконтроллера с соответствующим программным обеспечением. После этого в блоке обработки информации прицепа сравнивают полученные прогнозируемые значения скорости центра масс прицепа с граничными значениями, характеризующими его критическое состояние и при превышении прогнозируемой скорости центра масс прицепа из блока обработки информации подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, численное значение данного превышения передают в дополнительный вычислительный блок формирования управляющих воздействий определения величины замедления автопоезда.

Соответствующее программное для использования в микропроцессоре известно из прототипа широкому кругу пользователей и автору в том числе, по этой причине оно широко им используется в его собственной практике и не требует дополнительного подробного описания.

Отсутствие средств управления колесами у прицепа является редким, не типичным случаем, то есть прицеп с неповоротными колесами в данном случае не рассматривается, так как такой вариант выполнения конструкции прицепа при повороте имеет постоянное скольжение колес, которое не подпадает под предлагаемую систему расчетов.

При одновременном возникновении опасности достижения критических состояний у автомобиля и прицепа результаты оценки величины превышения прогнозируемой скорости центра масс автомобиля и прицепа передают из блоков обработки информации их подсистем в систему предотвращения опрокидывания автопоезда, то есть в дополнительный вычислительный блок формирования управляющих воздействий и определения величины замедления автопоезда, в котором путем сравнения этих состояний выбирается наиболее опасное из них и соответственно управляющее воздействие предают в первую очередь на органы управления соответствующей части автопоезда, то есть автомобиля или прицепа, далее эти управляющие воздействия повторяют по мере изменения опасных состояний.

В качестве единой математической модели косвенных измерений скорости центра масс V_m и угла поворота управляемых колес Ψ_c, (см. фиг. 2), применяемой по отдельности как для автомобиля, так и для прицепа, используются аналогичные системы уравнений линейных скоростей вращения колес автомобиля или прицепа V_i, 1≤ i ≤4 на вираже:

ΔV_si, 1≤ i ≤ 4 - скорости продольных скольжений колес автомобиля или прицепа;

Δω_m - угловая скорость сноса или заноса колес автомобиля или прицепа.

Принятая нумерация колес автомобиля или прицепа (1≤ i ≤4) подразумевает следующие обозначения:

1 - переднее левое колесо автомобиля или прицепа;

2 - переднее правое колесо автомобиля или прицепа;

3 - заднее крайнее левое колесо автомобиля или прицепа;

4 - заднее крайнее правое колесо автомобиля или прицепа.

Оценки , формируются по данным измерений частот вращения колес ω_i(k) и настроечных данных свободных радиусов R_ci(k) колес автомобиля или прицепа.

Решение некорректной задачи определения оценок по известным оценкам , настроечным параметрам b, а₁ ≈ a, a2 ≈ а при Δω_m=0

Так, в частности, оценка продольной скорости центра масс TC определяется в виде:

где:

|ΔV_Si(k)+ΔV_Sj (k)| = min[|ΔV_S1 (k)+ΔV_S2(k)|, |ΔV_S3(k)+

ΔV_S4(k)|, |ΔV_S1(k) + ΔV_S4(k)|, |ΔV_S2(k) + ΔV_S3(k)|]

Для пары колес разных бортов разность ΔV_ij = V_i - V_j равна:

Решение (3) в случае

Принимая оценку , получим, что:

Рассматривается случай опрокидывания ТС на гладкой горизонтальной поверхности при условии, что граничная скорость опрокидывания меньше граничных скоростей сноса и заноса колес и, следовательно, Δω_m = 0.

Граничная скорость опрокидывания V_rp0 определяется из условий равенства опрокидывающего и возвращающего моментов, и составляет:

где:

h_m - высота центра масс ТС.

Прогнозирование возникновения опрокидывания ТС выполняется путем экстраполяции граничной прогнозируемой скорости опрокидывания V_rp0 и прогнозируемой скорости центра масс V_m по времени τ_э и проверки выполнения неравенства:

где:

В случае, если неравенство (8) выполняется либо у автомобиля, либо у прицепа, либо у них вместе, в системе предотвращения опрокидывания автопоезда активируют устройства управления акселератором автомобиля, а также или тормозной системой автомобиля и/или прицепа и устройство вывода графической информации водителя.

Величина времени экстраполяции τ_э включает время прогнозирования наступления события опрокидывания и время запаздывания, вносимое из-за конечного быстродействия вычислительного устройства и запаздываний устройств управления акселератором и/или тормозной системой автопоезда.

Величина тягово-тормозного ускорения a_dT, достаточного для предотвращения сноса или заноса колес ТС определяется из решения уравнения продольного движения центра масс автомобиля или прицепа:

k_x - коэффициент лобового аэродинамического сопротивления;

k_тp - коэффициент трения качения колес;

α_T - угол тангажа ТС.

При получим величину a_dT:

В случае движения по горизонтальной поверхности α_T=0, и пренебрегая силами аэродинамического сопротивления и трения качения, получим приближенно:

Распределение тягового-тормозного ускорения у автомобиля автопоезда между двигателем, трансмиссией и тормозной системой, а для прицепа автопоезда - между двигателем и трансмиссией автомобиля и тормозными системами прицепа и автомобиля выполняется в соответствии с характеристиками этих систем.

При этом в предлагаемом способе предотвращения опрокидывания автопоезда, состоящего из автомобиля и прицепа, сигналы датчиков частот вращения колес системы предотвращения опрокидывания автомобиля и/или прицепа с двускатными колесами идентифицируют как единое целое путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес, устанавливаемых со стороны внешних или внутренних скатов автомобиля и/или прицепа в зависимости от ранее указанных особенностей их конструкции и назначения.

Преимущественно датчики частот вращения колес устанавливают со стороны внешних скатов. Но в зависимости от большей конструктивной простоты установки датчиков и меньших затрат на их установку, от удобства эксплуатации и обслуживания, а также - от варианта применения автопоезда, например, двойного назначения, требующего дополнительной защиты от внешних воздействий, датчики частот вращения колес могут устанавливаться со стороны внутренних скатов автомобиля и/или прицепа.

Кроме этого в способе предотвращения опрокидывания автопоезда, состоящего из автомобиля и прицепа сигналы датчиков частот вращения колес системы предотвращения опрокидывания автомобиля и/или прицепа с количеством осей более двух у автомобиля и/или прицепа могут идентифицировать путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес, устанавливаемых преимущественно на колесах внешних передней и задней осей автомобиля и/или прицепа, но с учетом особенностей их конструкции и назначения. Исключением у такого подхода могут быть, например, варианты конструкции автомобилей и прицепов автопоездов с поднимаемой одной из внешних осей при их движении без груза.

Автоматическое предотвращение опрокидываний автопоезда в соответствии с предлагаемым способом может быть использовано на высокоавтоматизированных, управляемых на удалении оператором и на беспилотных грузовых, в том числе в безкабинных автопоездах в составе автомобиля и одного или более прицепов.

Описанная последовательность действий способа и используемое для его реализации минимальное число технических средств позволяет достичь следующих технических преимуществ над известными способами:

- возможность прогнозирования и предотвращения опрокидывания автомобиля, прицепа и автопоезда в целом до возникновения этого события;

- низкая стоимость технических средств при реализации предлагаемого способа, обусловленная наличием только штатных физических датчиков первичной информации, не требующих дополнительного внешнего энергопитания, необходимых и достаточных для решения задачи, например, магнитноиндуктивных;

- возможность функционирования в неполной конфигурации датчиков частот вращения колес, включая отказы одного или двух датчиков разных бортов автомобиля, прицепа и автопоезда в целом;

- пониженное энергопотребление, обусловленное использованием только не требующих внешнего энергопитания штатных датчиков частот вращения колес автомобиля и прицепа в составе автопоезда для получения информации от них;

- более высокая эксплуатационная надежность, обусловленная минимальной конфигурацией используемых технических средств, включая штатные датчики первичной информации;

- отсутствие влияния состояния внешней среды, включая освещенность, осадки, туман и прочее, на эффективность функционирования системы при работе по предлагаемому способу;

- достижение новых, ранее неизвестных технических результатов по обеспечению безопасного управления движением всего автопоезда в целом;

- путем исключения опрокидывания в условиях эксплуатации, особенно на виражах автомобиля с прицепом в составе автопоезда, а также обеспечения синхронизированной работы составных частей и автопоезда в целом;

- возможность использования способа для автоматического предотвращения опрокидываний транспортных средств, включая беспилотные грузовые, в том числе безкабинные автопоезда в составе автомобиля, одного и более прицепов.

На основании изложенного можно утверждать следующее.

Поставленная техническая задача решается техническими средствами и может быть использована в предложенном виде для оснащения как новых, в том числе безкабинных, высокоавтоматизированных, беспилотных, так и находящихся в эксплуатации автопоездов, состоящих из автомобиля и прицепа, следовательно, предложение соответствует критерию изобретения «промышленная применимость».

Предложение имеет отличия от известного способа работы, следовательно, соответствует критерию изобретения «новизна».

Предложение при выполнении всех известных и новых действий способа позволяет достичь новых, ранее неизвестных технических результатов, следовательно, соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».

Способ предотвращения опрокидывания автопоезда

Вычислительные блоки алгоритма предотвращения опрокидывания автопоезда, реализующие следующие действия способа:

1 - ввод данных о частотах вращения колес автомобиля;

2 - вычисление продольных скоростей вращения колес автомобиля;

3 - вычисление продольной скорости центра масс и разности скоростей вращения пар колес автомобиля;

4 - вычисление угла поворота управляемых колес автомобиля;

5 - вычисление граничной скорости опрокидывания автомобиля;

6 - экстраполяция по времени скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания автомобиля;

7 - вычисление тягово-тормозного ускорения автомобиля;

8 - ввод данных о частотах вращения колес прицепа;

9 - вычисление продольных скоростей вращения колес прицепа;

10 - вычисление продольной скорости центра масс и разности скоростей вращения пар колес прицепа;

11 - вычисление угла поворота управляемых колес прицепа;

12 - вычисление граничной скорости опрокидывания прицепа;

13 - экстраполяция по времени скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания прицепа;

14 - вычисление тягово-тормозного ускорения прицепа;

15 - формирование управляющих воздействий на акселератор и тормозную систему автопоезда;

16 - индикация включения торможения автопоезда;

17 - вывод данных на внешние устройства автопоезда.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

b - колесная база ТС;

Ψ₁ и Ψ₂ - углы поворота соответственно 1-го и 2-го управляемых колес ТС;

Ψ_c - средний угол поворота управляемых колес ТС;

a ₁ и a₂ - размеры колеи передних и задних колес ТС;

V_i - линейная скорость вращения i-ro колеса ТС (1≤ i ≤4);

R_i- радиусы поворота соответствующих колес ТС;

R_m и V_m - соответственно радиус поворота и линейная скорость продольного движения центра масс ТС;

Ψ_R - угол рысканья ТС;

b* - расстояние от центра масс до задней оси ТС;

ω_m - угловая скорость вращения центра масс автомобиля на вираже при движении без сноса или заноса колес ТС.

Изобретение относится к системам активной безопасности транспортных средств. Согласно способу предотвращения опрокидывания автопоезда, состоящего из автомобиля и прицепа, регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес системы предотвращения опрокидывания одновременно и у автомобиля, и у прицепа, и передают их через блоки сопряжения подсистем предотвращения опрокидывания автомобиля и прицепа в блоки обработки информации подсистем автомобиля и прицепа, в которых определяют значения физических переменных - скорости центра масс и угла поворота управляемых колес автомобиля и прицепа соответственно, и формируют прогнозируемые значения скоростей центров масс автомобиля и прицепа, угла поворота управляемых колес автомобиля и прицепа и их граничных скоростей опрокидывания, сравнивают полученные прогнозируемые значения с граничными значениями, характеризующими критическое состояние автомобиля и прицепа. Достигается повышение безопасности предотвращения опрокидывания автопоезда. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ предотвращения опрокидывания автопоезда, состоящего из автомобиля и прицепа, при котором регистрируют и обрабатывают сигналы системы предотвращения опрокидывания автопоезда, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, и передают их через блок сопряжения подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля в блок обработки информации данной системы предотвращения опрокидывания автопоезда, в котором с помощью микроконтроллера системы с соответствующим программным обеспечением и с использованием математической обработки сигналов о частотах вращения колес автомобиля и настроечных параметров определяют значения физических переменных - скорости центра масс и угла поворота управляемых колес автомобиля, и в реальном времени методом экстраполяции по времени формируют прогнозируемые значения скорости центра масс автомобиля, угла поворота управляемых колес автомобиля и граничной скорости опрокидывания, а затем сравнивают полученные прогнозируемые значения скорости центра масс автомобиля с граничными значениями, характеризующими критическое состояние автомобиля, отличающийся тем, что в случае превышения прогнозируемой скорости центра масс автомобиля по отношению к величине прогнозируемой скорости опрокидывания автомобиля результаты оценки величины превышения прогнозируемой скорости центра масс автомобиля из блока обработки информации подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля передают в дополнительный вычислительный блок системы предотвращения опрокидывания автопоезда для формирования управляющих воздействий и определения величины замедления автопоезда, при этом одновременно в режиме реального времени дополнительно регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, и передают их через блок сопряжения подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа в блок обработки информации данной системы предотвращения опрокидывания автопоезда, в котором с помощью микроконтроллера системы с соответствующим программным обеспечением и с использованием математической обработки сигналов о частотах вращения колес прицепа и настроечных параметров определяют значения физических переменных - скорости центра масс и угла поворота управляемых колес прицепа, и в реальном времени методом экстраполяции по времени формируют прогнозируемые значения скорости центра масс прицепа, углов поворота управляемых колес и соответственно устройства или системы управления ими, а затем сравнивают полученные прогнозируемые значения скорости центра масс прицепа с граничными значениями, характеризующими критическое состояние прицепа, и одновременно в случае превышения прогнозируемой скорости центра масс прицепа в сравнении с величиной прогнозируемой скорости опрокидывания прицепа результаты оценки величины превышения прогнозируемой скорости центра масс прицепа передают из блока обработки информации системы предотвращения опрокидывания прицепа в дополнительный вычислительный блок формирования управляющих воздействий системы предотвращения опрокидывания автопоезда путем определения величины замедления автопоезда, в котором результаты оценок величин превышения прогнозируемых скоростей центров масс автомобиля и прицепа сравнивают между собой и по максимальной величине превышения прогнозируемой скорости центра масс автомобиля и/или прицепа в сравнении с величинами прогнозируемых скоростей опрокидывания автомобиля и/или прицепа формируют управляющие сигналы, передаваемые на устройство управления замедлением автомобиля и/или прицепа, а также формируют управляющие воздействия на внешние устройства управления акселератором и/или тормозной системой автоматического предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и прицепа и управляющие сигналы на устройства индикации включения системы торможения автомобиля и/или прицепа и на устройства передачи водителю или оператору информации о включении системы автоматического режима предотвращения опрокидывания автопоезда.

2. Способ предотвращения опрокидывания автопоезда, состоящего из автомобиля и прицепа, п. 1, отличающийся тем, что сигналы датчиков частот вращения колес системы предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и прицепа с двускатными колесами идентифицируют их как единое целое путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес, устанавливаемыми со стороны внешних или внутренних скатов автомобиля и/или прицепа.

3. Способ предотвращения опрокидывания автопоезда пп. 1, 2, отличающийся тем, что сигналы датчиков частот вращения колес системы предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и прицепа с количеством осей у автомобиля и/или прицепа более двух идентифицируют путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес, устанавливаемыми на колесах внешних передней и задней осей автомобиля и/или прицепа.