Система предотвращения опрокидывания автопоезда Российский патент 2024 года по МПК B60K28/16 B60T8/17 B60W40/101 B60W30/18 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к автомобилестроению к системам предотвращения опрокидывания транспортных средств (ТС), в частности, к системам предотвращения опрокидывания автопоездов предпочтительно в составе автомобиля и прицепа.

Предпочтительная область использования изобретения для автопоездов в составе автомобиля и, по меньшей мере, одного прицепа, ввиду чего из-за требования к предотвращению опрокидывания как прицепа, так и автомобиля, по отдельности, также и автопоезда в целом по причине наличия обычно не управляемого прицепа в реальных условиях эксплуатации опасные ситуации существенно возрастают, особенно на виражах и при движении автопоезда на мокром дорожном покрытии и наличии гололеда.

Уровень техники

Известна система контроля стабилизации ТС с мониторингом шин. Данная система контроля управления транспортным средством включает датчики, которую генерируют соответствующие сигналы, и систему контроля стабилизации. Датчики мониторинга шин каждого из колес генерируют сигналы колес, включающие температуру, давление и ускорение. Контроллер объединяет сигналы с датчиков, генерирует первый сигнал состояния крена как функцию сигнала от датчика и генерирует второй сигнал состояния крена как функцию сигналов от шин. Первый и второй сигналы состояния крена управляются системой контроля опрокидывания, позволяющей предотвратить событие опрокидывания транспортного средства (см. патент США № US 7778741 В2, заявитель Ford GLobal Technologies, опубл. 17.08.2010).

Недостатками системы являются значительное количество используемых технических средств, необходимых для решения задачи предотвращения опрокидывания, относительно высокая стоимость системы наряду со снижением ее надежности, а также отсутствие у известной системы решения задачи предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине - задачи предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Известны способ и система для его реализации, предназначенные для определения опрокидывания ТС и опасных ситуаций, которые могут предшествовать опрокидыванию ТС, в частности, тип опрокидывания, вызванного обвалом грунта, которые включает следующие шаги, которые представляются в виде циклов, определение бокового ускорения ТС, расчет производной ускорения, основанный на боковых ускорениях, полученных, по крайней мере, за 2 шага, определение возможности опрокидывания ТС, основанное на боковом ускорении, полученном, по крайней мере, за один шаг и производная ускорения рассчитанная, по крайней мере, за один шаг, генерация выходного сигнала активации, основанного, по крайней мере, на возможности опрокидывания транспортного средства, определенной на шаге (см. патент США № US 8046135 В2, заявители DELPHI TECH INC, опубл. 25 10 2011).

Основными недостатками способа являются неопределенность необходимого тормозного замедления для предотвращения опрокидывания ТС и отсутствие решения у известной системы задачи предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине -задачи предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Известны способ и устройство для предотвращения бокового опрокидывания ТС с двигателем внутреннего сгорания, в котором определена поперечная переменная, которая отражает поперечную динамику 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 ТС 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 системы 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, а также отсутствие у известной системы решения задачи предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине -задачи предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Более близкими по технической сущности являются способ и система предотвращения опрокидывания 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 движения ТС, такой как скорость и ускорение, используется для прогнозирования угла опрокидывания и бокового ускорения ТС, движущегося по неровной полосе движения. Высота центра масс и критическая скорость опрокидывания транспортного средства, движущегося по неровной полосе движения, вырабатываются и используются для определения индекса опрокидывания транспортного средства. Если индекс опрокидывания 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 данной системы являются ограниченные возможности системы обработки изображений дороги в условиях темного времени суток, осадков, тумана и ярких источников света, а также отсутствие у нее решения задачи предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине - задачи предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Наиболее близкой по технической сущности является система предотвращения опрокидывания автомобиля, содержащая электрически соединенные: датчики частот вращения колес автомобиля, электрически связанные с блоком сопряжения линиями связи. Система предотвращения опрокидывания автомобиля также содержит устройство обработки информации и управления, включающее вычислительный блок определения скорости центра масс и разностей скоростей вращения колес, вычислительный блок определения угла поворота управляемых колес, вычислительный блок определения граничной скорости опрокидывания, вычислительный блок прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания, вычислительный блок сравнения прогнозируемых скоростей, вычислительный блок формирования управляющих воздействий на акселератор и тормоза, индикатор включения торможения, устройство управления тормозами, устройство управления акселератором, индикатор включения торможения, входящий в состав блока отображения информации, и вторичный источник бесперебойного питания автомобиля. Данная известная система, принятая за прототип предлагаемого изобретения, обеспечивает предотвращение опрокидывания одиночного транспортного средства такого как автомобиль (см. патент на изобретение РФ № RU 2702877 С1. Система предотвращения опрокидывания автомобиля, авторы Бузников С.Е., Елкин Д.С, Сайкин А.М., Струков В.О., патентообладатель Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ"), Опубл. Роспатент 2019.10.11).

Важнейшим недостатком этой системы является отсутствие решения как задачи предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда, так и задачи предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в снижении энергопотребления, затрат на реализацию и эксплуатацию системы предотвращения опрокидывания автопоезда при повышении надежности ее работы путем математического решения задачи устойчивости автопоезда, состоящего из автомобиля и, по меньшей мере, одного прицепа, системой предотвращения опрокидывания автопоезда задачи обеспечения предотвращения опрокидывания прицепа, и/или автомобиля и автопоезда в целом.

Поставленная техническая задача решается тем, что согласно предложенному изобретению система предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и, по меньшей мере, одного прицепа, содержащая электрически соединенные:

датчики 1, 2, 3 и 4 частот вращения колес автомобиля, электрически связанные линиями связи с блоком 5 сопряжения подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля;

вторичный источник питания 6 подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля;

устройство 7 обработки информации и управления подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненное с возможностью получения и обработки соответствующих сигналов от датчиков 1, 2, 3, 4 частот вращения колес автомобиля, включающее:

вычислительный блок 8 оценки скорости центра масс и разностей скоростей вращения колес подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью определения оценки скорости центра масс и разности скоростей вращения колес автомобиля;

вычислительный блок 9 определения и оценки угла поворота управляемых колес подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью определения величины и оценки угла поворота управляемых колес автомобиля;

вычислительный блок 10 расчета и определения граничной скорости опрокидывания подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью определения граничной скорости опрокидывания автомобиля;

вычислительный блок 11 прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания автомобиля подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью выполнения прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания автомобиля; вычислительный блок 12 вычисления и сравнения прогнозируемой скорости центра масс и прогнозируемой граничной скорости опрокидывания автомобиля подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью осуществления сравнения прогнозируемой скорости центра масс и прогнозируемой граничной скорости опрокидывания автомобиля;

а также вычислительный блок 25 формирования управляющих воздействий на акселератор и тормоза автомобиля, содержащий индикатор 26 включения торможения, устройство 27 управления тормозами автомобиля, устройство 28 управления акселератором автомобиля,

причем система дополнительно содержит электрически соединенные соответствующим образом:

предпочтительно импульсные датчики 13, 14, 15, 16 частот вращения колес прицепа, электрически соединенные линиями связи с блоком 17 сопряжения подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа;

вторичный источник питания 18 подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа;

устройство 19 обработки информации и управления подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненное с возможностью получения и обработки соответствующих сигналов от датчиков 13, 14, 15, 16 частот вращения колес прицепа, включающее:

вычислительный блок 20 расчета и оценки скорости центра масс и разностей скоростей вращения колес подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью оценки и определения скорости центра масс и разности скоростей вращения колес прицепа;

вычислительный блок 21 определения и оценки угла поворота управляемых колес подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью определения и оценки угла поворота управляемых колес прицепа;

вычислительный блок 22 определения граничной скорости опрокидывания подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью определения граничной скорости опрокидывания прицепа;

вычислительный блок 23 прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания прицепа подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью выполнения прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания прицепа;

вычислительный блок 24 вычисления и сравнения прогнозируемой скорости центра масс и прогнозируемой граничной скорости опрокидывания прицепа подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью выполнения вычисления и сравнения прогнозируемой скорости центра масс и прогнозируемой граничной скорости опрокидывания прицепа;

вычислительный блок 25 формирования управляющих воздействий при этом размещен в системе предотвращения опрокидывания автопоезда, соответственно электрически соединен с другими подсистемами и дополнительно выполнен с возможностью предотвращения опрокидывания автопоезда путем определения величины замедления, необходимого для предотвращения опрокидывания автомобиля и/или прицепа,

вычислительный блок 25 дополнительно снабжен и соединен соответствующим образом со следующими блоками системы автопоезда, выполненными так, чтобы каждый из них обладал следующей присущей ему возможностью выполнения функций, то есть выполненными соответственно с возможностью:

отображения на индикаторах 26 включения торможения автомобиля и/или 29 прицепа системы предотвращения опрокидывания автопоезда, получения соответствующих управляющих воздействий на устройство 27 управления тормозами автомобиля и/или на устройство 30 управления тормозами прицепа системы предотвращения опрокидывания автопоезда, на устройство 28 управления акселератором автомобиля системы предотвращения опрокидывания автопоезда и на индикатор 26 включения торможения автомобиля и/или индикатор 29 включения торможения прицепа;

отображения информации и передачи водителю или оператору блоком 31 о включении автоматического торможения автомобиля и/или прицепа устройством 27 управления тормозами автомобиля и/или устройством 30 управления тормозами прицепа соответствующих подсистем, включенных в систему предотвращения опрокидывания автопоезда, при этом блок 31 выполнен также с возможностью передачи водителю информации о включении автоматического торможения автомобиля устройством 27 управления тормозами автомобиля и/или устройством 30 управления тормозами прицепа системы предотвращения опрокидывания автопоезда, которое/которые выполнено/выполнены с возможностью индикации управляющих воздействий, сформированных вычислительным блоком 25 системы предотвращения опрокидывания автопоезда, и с возможностью предотвращения опрокидывания автомобиля и/или прицепа и соответственно с возможностью предотвращения дорожно-транспортных происшествий (ДТП), а автономный источник 32 бесперебойного питания автопоезда электрически соединен со всеми подсистемами и компонентами системы предотвращения опрокидывания автопоезда, с возможностью обеспечения ее автономного и независимого электропитания, в том числе бесперебойного энергопитания (даже при отключении бортового питания), путем стабилизации подачи и преобразования напряжения, получаемого от бортовой сети автомобиля автопоезда, в величины тока и напряжения, необходимые для питания устройств 7 и 19 обработки информации и управления через вторичные источники питания 6 автомобиля и 18 прицепа, блока 31 отображения информации автопоезда с индикаторами 26 и 29 включения торможения соответственно автомобиля и/или прицепа в составе автопоезда, устройствами 27 и 30 управления тормозами автопоезда в составе соответственно автомобиля и прицепа и устройства 28 управления акселератором автомобиля автопоезда.

Это повышает надежность работы как всей системы, так и входящих в нее подсистем автомобиля и прицепа по отдельности.

Краткое описание чертежей

Заявленное изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и прицепа, составляющих ее устройств и вычислительных блоков.

Осуществление изобретения

Система предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и, по меньшей мере, одного прицепа, содержащая электрически соединенные:

предпочтительно импульсные датчики 1, 2, 3, 4 частот вращения колес автомобиля, электрически связанные линиями связи с блоком 5 сопряжения подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля;

вторичный источник 6 питания подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля;

устройство 7 обработки информации и управления подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненное с возможностью получения и обработки соответствующих сигналов от датчиков 1, 2, 3, 4 частот вращения колес автомобиля включающее:

вычислительный блок 8 оценки скорости центра масс и разностей скоростей вращения колес подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью определения и оценки скорости центра масс и разности скоростей вращения колес автомобиля;

вычислительный блок 9 определения и оценки угла поворота управляемых колес подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью определения величины и оценки угла поворота управляемых колес автомобиля;

вычислительный блок 10 расчета и определения граничной скорости опрокидывания подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью определения граничной скорости опрокидывания автомобиля;

вычислительный блок 11 прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания автомобиля подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью выполнения прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания автомобиля;

вычислительный блок 12 вычисления и сравнения прогнозируемой скорости центра масс и прогнозируемой граничной скорости опрокидывания автомобиля подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью осуществления сравнения прогнозируемой скорости центра масс и прогнозируемой граничной скорости опрокидывания автомобиля;

а также вычислительный блок 25 формирования управляющих воздействий на акселератор и тормоза автомобиля, содержащий индикатор 26 включения торможения, устройство 27 управления тормозами автомобиля, устройство 28 управления акселератором автомобиля,

причем

система дополнительно содержит электрически соединенные соответствующим образом:

предпочтительно импульсные датчики 13, 14, 15, 16 частот вращения колес прицепа, электрически соединенные линиями связи с блоком 17 сопряжения подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа;

вторичный источник питания 18 подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа;

устройство 19 обработки информации и управления подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненное с возможностью получения и обработки соответствующих сигналов от датчиков 13, 14, 15, 16 частот вращения колес прицепа, включающее:

вычислительный блок 20 расчета и оценки скорости центра масс и разности скоростей вращения колес подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью оценки и определения скорости центра масс и разности скоростей вращения колес прицепа;

вычислительный блок 21 определения и оценки угла поворота управляемых колес подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью определения и оценки угла поворота управляемых колес прицепа;

вычислительный блок 22 определения граничной скорости опрокидывания подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью определения граничной скорости опрокидывания прицепа;

вычислительный блок 23 прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания прицепа подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью выполнения прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания прицепа;

вычислительный блок 24 вычисления и сравнения прогнозируемой скорости центра масс и прогнозируемой граничной скорости опрокидывания прицепа подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью выполнения вычисления и сравнения прогнозируемой скорости центра масс и прогнозируемой граничной скорости опрокидывания прицепа,

вычислительный блок 25 формирования управляющих воздействий при этом размещен в системе предотвращения опрокидывания автопоезда, соответственно электрически соединен с другими подсистемами и дополнительно выполнен с возможностью предотвращения опрокидывания автопоезда, путем определения величины замедления, необходимого для предотвращения опрокидывания автомобиля и/или прицепа;

вычислительный блок 25 дополнительно снабжен и соединен соответствующим образом со следующими блоками автопоезда, выполненными, так чтобы каждый из них обладал следующей присущей ему возможностью выполнения функций, то есть выполненными соответственно с возможностью:

отображения на индикаторах 26 включения торможения автомобиля и/или 29 прицепа системы предотвращения опрокидывания автопоезда, получения соответствующих управляющих воздействий на устройство 27 управления тормозами автомобиля и/или на устройство 30 управления тормозами прицепа системы предотвращения опрокидывания автопоезда, на устройство 28 управления акселератором автомобиля системы предотвращения опрокидывания автопоезда и на индикатор 26 включения торможения автомобиля и/или индикатор 29 включения торможения прицепа;

отображения информации и передачи водителю или оператору блоком 31 о включении автоматического торможения автомобиля и/или прицепа устройством 27 управления тормозами автомобиля и/или устройством 30 управления тормозами прицепа соответствующих подсистем, включенных в систему предотвращения опрокидывания автопоезда, при этом блок 31 выполнен также с возможностью передачи водителю информации о включении автоматического торможения автомобиля устройством 27 управления тормозами автомобиля и/или устройством 30 управления тормозами прицепа системы предотвращения опрокидывания автопоезда, которое/которые выполнено/выполнены с возможностью индикации управляющих воздействий, сформированных вычислительным блоком 25 системы предотвращения опрокидывания автопоезда, и с возможностью предотвращения опрокидывания автомобиля и/или прицепа и соответственно с возможностью предотвращения дорожно-транспортных происшествий (ДТП), а автономный источник 32 бесперебойного питания автопоезда электрически соединен со всеми подсистемами и компонентами системы предотвращения опрокидывания автопоезда, с возможностью обеспечения ее автономного и независимого электропитания, в том числе бесперебойного энергопитания (даже при отключении бортового питания), путем стабилизации подачи и преобразования напряжения, получаемого от бортовой сети автомобиля автопоезда, в величины тока и напряжения, необходимые для питания устройств 7 и 19 обработки информации и управления через вторичные источники питания 6 автомобиля и 18 прицепа, блока 31 отображения информации автопоезда с индикаторами 26 и 29 включения торможения соответственно автомобиля и прицепа в составе автопоезда, устройств 27 и 30 соответственно управления тормозами автомобиля и прицепа в составе автопоезда и устройства 28 управления акселератором автомобиля автопоезда.

При этом автономный источник 32 бесперебойного питания системы предотвращения опрокидывания автопоезда выполнен соответствующим образом и дополнительно снабжен (как и все источники бесперебойного питания) аккумуляторами и соответствующим образом соединен с другими частями системы.

Вычислительный блок 25 формирования управляющих воздействий при этом размещен в подсистеме предотвращения опрокидывания автопоезда, соответственно электрически соединен с другими подсистемами и выполнен дополнительно с возможностью определения величины замедления, необходимого для предотвращения опрокидывания автомобиля и/или прицепа.

При этом вычислительный блок 25 формирования управляющих воздействий как было ранее указано дополнительно снабжен и соединен соответствующим образом со следующими блоками системы автопоезда, выполненными, так чтобы каждый из них обладал следующей присущей ему возможностью выполнения функций, то есть выполненными соответственно с возможностью:

отображения на индикаторах 26 включения торможения автомобиля и/или 29 каждого прицепа системы предотвращения опрокидывания автопоезда, получения соответствующих управляющих воздействий на устройство 27 управления тормозами автомобиля и/или на устройство 30 управления тормозами каждого прицепа системы предотвращения опрокидывания автопоезда, на устройство 28 управления акселератором автомобиля системы предотвращения опрокидывания автопоезда и на индикатор 26 включения торможения автомобиля и/или индикатор 29 включения торможения каждого прицепа;

отображения информации и передачи водителю или оператору блоком 31 о включении автоматического торможения автомобиля и/или, по меньшей мере, одного прицепа устройством 27 управления тормозами автомобиля и/или устройством 30 управления тормозами соответствующего прицепа соответствующих подсистем, включенных в систему предотвращения опрокидывания автопоезда, при этом блок 31 выполнен также с возможностью передачи водителю информации о включении автоматического торможения автомобиля устройством 27 управления тормозами автомобиля и/или устройством 30 управления тормозами соответствующего прицепа системы предотвращения опрокидывания автопоезда, которое/которые выполнено/выполнены с возможностью индикации управляющих воздействий, сформированных вычислительным блоком 25 системы предотвращения опрокидывания автопоезда, и с возможностью предотвращения опрокидывания автомобиля и/или соответствующего прицепа и соответственно с возможностью предотвращения дорожно-транспортных происшествий (ДТП), а автономный источник 32 бесперебойного питания автопоезда электрически соединен со всеми подсистемами и компонентами системы предотвращения опрокидывания автопоезда, обеспечения ее автономного и независимого электропитания, в том числе бесперебойного энергопитания (даже при отключении бортового питания), путем стабилизации подачи и преобразования напряжения, получаемого от бортовой сети автомобиля автопоезда, в величины тока и напряжения, необходимые для питания устройств 7 и 19 обработки информации и управления через вторичные источники питания 6 автомобиля и 18 прицепа, блока 31 отображения информации автопоезда с индикаторами 26 и 29 включения торможения соответственно автомобиля и прицепа в составе автопоезда, устройств 27 и 30 соответственно управления тормозами автомобиля и прицепа в составе автопоезда и устройства 28 управления акселератором автомобиля автопоезда.

Также следует отметить, что как выше было описано вычислительный блок 25 может быть выполнен с возможностью работы и обеспечения выше указанных функций не только с одним прицепом, а и с несколькими, и для каждого из них осуществлять все функции по контролю состояния и управления движением, в том числе даже при излишнем раскачивании последнего из указанных прицепов при превышении критической скорости автопоезда.

Рассмотрим подробнее основания и возможности для вычисления прогнозируемого критерия опасности и необходимые расчетно-вычислительные особенности устройств и вычислительных блоков системы предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и прицепа, позволяющие осуществить все указанные в формуле изобретения функциональные действия, которые могут осуществить функциональные блоки и устройства при функционировании системы.

Необходимые расчеты и вычисления в современной технике могут быть осуществлены как аналоговыми, так и предпочтительно цифровыми средствами.

При работе системы предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и прицепа сигналы, формируемые независимо друг от друга в подсистеме предотвращения опрокидывания автомобиля и в подсистеме предотвращения опрокидывания прицепа преимущественно соответственно импульсными датчиками 1, 2, 3 и 4 частот вращения колес автомобиля и импульсными датчиками 13, 14, 15 и 16 частот вращения колес прицепа, регистрируются и передаются через соответствующие линии связи подсистем в блоки 5 и 17 сопряжения в устройства 7 и 19 обработки информации и управления соответственно. Для обеспечения функционирования устройств 7 и 19 обработки информации и управления могут использоваться автономные вторичные источники бесперебойного питания 6 и 18. В устройствах 7 и 19 обработки информации и управления каждой из подсистем определяются значения физических переменных и сравниваются с граничными значениями, характеризующими критические состояния автомобиля и каждого прицепа соответственно.

А именно, в вычислительных блоках 11 и 23 устройств 7 и 19 обработки информации и управления автомобиля и прицепа в реальном времени формируются независимо друг от друга прогнозируемые значения скорости центра масс, угла поворота управляемых колес, скоростей продольных скольжений колес автомобиля и каждого прицепа, а также в блоках 12 и 24 формируются граничные значения скоростей опрокидывания автомобиля и прицепа путем математической обработки сигналов не требующих энергопитания импульсных датчиков 1, 2, 3 и 4, а также - датчиков 13, 14, 15 и 1, о частотах вращения колес автомобиля и прицепа, например магнитноиндукционных, а также путем расчета настроечных данных для указанных параметров движения автомобиля и прицепа с помощью микроконтроллеров на базе устройств 7 и 19 с необходимым программным обеспечением.

По результатам расчета настроечных данных вычисляется прогнозируемый критерий опасности, значения которого устанавливают на основе вычисления методом экстраполяции двух прогнозируемых скоростей на время экстраполяции, а именно, соответственно, граничной скорости опрокидывания и продольной скорости центра масс как автомобиля, так и прицепа на время τ_Э, их сравнения согласно неравенству и при его выполнении, то есть в случае превышения прогнозируемой скорости центра масс величины прогнозируемой скорости опрокидывания автомобиля и/или прицепа, данные из устройств 7 и 19 обработки информации и управления подсистем автомобиля и прицепа передаются в вычислительный блок 25 формирования управляющих воздействий для предотвращения опрокидывания автопоезда, который выполнен с возможностью определения величины замедления, необходимого для предотвращения опрокидывания автомобиля и/или прицепа, и выполнен с возможностью получения соответствующих ему управляющих воздействий на устройства 27 и/или 30 управления тормозами автомобиля и/или прицепа, и/или на устройство 28 управления акселератором автомобиля, то есть, например, соответствующего уменьшения подачи топлива, и на индикаторы 26 и/или 29 включения торможения, входящих в состав блока 31 отображения информации, который выполнен с возможностью передачи водителю информации о включении автоматического торможения автомобиля и/или прицепа устройствами 27 и/или 30 управления тормозами. Устройства 27, 28 и 30 выполнены с возможностью управления от вычислительного блока 25, а также с возможностью автоматического предотвращения опрокидывания автомобиля и, тем самым, предотвращения потенциально возможного дорожно-транспортного происшествия (ДТП).

Индикаторы 26 и 29 включения торможения предназначены для передачи водителю информации о включении автоматического режима торможения автомобиля и/или прицепа, и соответственно выполнены с возможностью передачи водителю и/или оператору управления автопоездом информации о включении автоматического торможения автомобиля и/или прицепа соответственно устройствами 27 и/или 30 управления тормозами, которые выполнены с возможностью индикации управляющих воздействий, сформированных вычислительным блоком 25, и режима с возможностью предотвращения опрокидывания автомобиля и/или прицепа автопоезда для предотвращения дорожно-транспортного происшествия (ДТП).

В качестве общей единой математической модели косвенных измерений скорости центра масс автомобиля и каждого прицепа, V_m и угла поворота управляемых колес Ψ_cэ, в устройствах 7 и 19 обработки информации подсистем автомобиля и прицепа используются аналогичные системы уравнений линейных скоростей вращения колес V_i, 1≤ i ≤ 4 на вираже:

где

ΔV_Si, 1≤ i ≤ 4 - скорости продольных скольжений колес как автомобиля, так и прицепа;

Δω_m - угловая скорость сноса или заноса колес как автомобиля, так и прицепа.

Оценки , 1≤ i ≤ 4 формируются по данным

измерений частот вращения колес ω_i(k) и настроечных данных свободных радиусов R_ci (k) колес как автомобиля, так и прицепа.

Решение некорректной задачи определения оценок (1≤ i ≤4) по известным оценкам настроечным параметрам b, a₁≈ a, a₂ ≈ a при Δω_m=0 приведено в следующем алгоритме определения параметров движения транспортного средства.

Так, в частности, оценка продольной скорости центра масс , как для автомобиля, так и прицепа 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_S1(k)+ΔV_S4(k)|, |ΔV_S2(k)+ΔV_S3(k)|].

Для пары колес как автомобиля, так и прицепа разных бортов разность ΔV_ij = V_i-V_j равна:

.

Решение (3) в случае

.

Принимая оценку , получим, что:

.

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

Выше описанные вычисления и расчеты выполняются в вычислительных блоках 8 и 20, которые выполнены с возможностью определения оценки скорости центра масс и разности скоростей вращения колес как автомобиля, так и прицепа, и 9 и 21 соответственно, которые выполнены с возможностью определения оценки угла поворота управляемых колес как автомобиля, так и прицепа (при наличии у последнего).

В вычислительных блоках 10 и 22 происходит определение и вычисление граничной скорости опрокидывания автомобиля и прицепа соответственно.

Граничная скорость опрокидывания V_гр0 определяется из условий равенства опрокидывающего и возвращающего моментов как автомобиля, так и прицепа, и составляет:

где:

h_m - высота центра масс автомобиля или прицепа.

Вычисление необходимых для последующего сравнительного анализа двух экстраполированных скоростей в соответствующих блоках, а именно граничной скорости опрокидывания V_гp0 и продольной скорости центра масс τ_э как автомобиля, так и прицепа на время V_m, выполняется соответственно в вычислительных блоках 11 и 23 прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания как автомобиля, так и прицепа.

Определение прогнозируемого критерия опасности опрокидывания, то есть прогнозирование возникновения возможности опрокидывания автомобиля и/или прицепа выполняют путем экстраполяции двух скоростей, а именно граничной скорости опрокидывания V_гp0 и продольной скорости центра масс как автомобиля, так и прицепа на время τ_э, а затем в вычислительных блоках 12 и 24 сравнения прогнозируемых скоростей автомобиля и прицепа их сравнивают и проверяют выполнение неравенства:

где:

В случае, если неравенство (8) выполняется, то вычислительный блок 25 формирования управляющих воздействий системы предотвращения опрокидывания автопоезда активирует устройство 28 управления акселератором и/или устройства 27 и/или 30 управления тормозами и индикаторы 26 и/или 29 включения торможения, входящих в состав блока 31 отображения информации, который выполнен с возможностью передачи водителю информации о включении автоматического торможения автомобиля и/или прицепа устройствами 26 и/или 29 управления тормозами, которые выполнены с возможностью индикации управляющих воздействий, сформированных вычислительным блоком 25, и с возможностью предотвращения опрокидывания автомобиля и/или прицепа и тем самым предотвращения дорожно-транспортного происшествия.

Последовательность управляющих воздействий, сформированных вычислительным блоком 25 формирования управляющих воздействий системы предотвращения опрокидывания автопоезда, определяется автоматически на основании критериев эффективности, определенных расчетным или опытным путем, что в большинстве случаев является известным и не является объектом защиты в данном предложении, так, например, тормозить можно с помощью устройств 27 и/или 30 управления тормозами автомобиля и/или прицепа соответственно, устройства 28 управления двигателем, сбросив подачу топлива, и трансмиссией, перейдя на более низкую передачу.

Величина времени экстраполяции τ_э включает время прогнозирования наступления события опрокидывания как автомобиля, так и прицепа, и время запаздывания, вносимое из-за конечного быстродействия вычислительного устройства и запаздываний устройств 28, 27 и 30 управления акселератором и/или соответствующей тормозной системой.

Величины тягово-тормозного ускорения а_dT, достаточного для предотвращения сноса или заноса колес автомобиля и/или прицепа определяются из решения уравнения продольного движения их центра масс:

где:

k_x- коэффициент лобового аэродинамического сопротивления как автомобиля, так и прицепа;

k_тр - коэффициент трения качения колес как автомобиля, так и прицепа;

α_T - угол тангажа как автомобиля, так и прицепа.

При из (9) получим величину a_dT:

.

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

.

Распределение тягового-тормозного усилия между двигателем автомобиля, трансмиссией автомобиля и тормозными системами автомобиля и прицепа выполняется в соответствии с характеристиками этих систем.

После поступления численных значений превышения прогнозируемых скоростей центров масс из блоков обработки информации 7 и 19 подсистем предотвращения опрокидывания автомобиля и прицепа в вычислительном блоке 25 системы автопоезда результаты оценок этих величин сравнивают между собой и по максимальной величине превышения прогнозируемой скорости центра масс в сравнении с величинами прогнозируемых скоростей опрокидывания у автомобиля или прицепа, на основании которой с учетом настроечных параметров оценки физических параметров, характеризующих состояние автомобиля и прицепа, в вычислительном блоке 25 формируют управляющие воздействия на устройства управления акселератором 28 и/или тормозной системой 27 автомобиля и/или 30 прицепа автопоезда и/или на устройства 26 и/или 29 индикации включения торможения, а также управляющие сигналы в блок 31 отображения информации водителю, включающего устройство ввода для введения настроечной информации и выбора режима отображения информации, устройства управления акселератором 28 и/или тормозными системами 27 и/или 30, устройства индикации включения торможения 26 и/или 29, автономный источник 32 бесперебойного питания, который осуществляет стабилизацию и преобразование напряжения, получаемого от бортовой сети автомобиля, в величины напряжения, необходимые для постоянного питания микроконтроллеров, устройств управления и средства визуального отображения информации.

К числу преимуществ, то есть технических результатов, достигаемых предлагаемой системой предотвращения опрокидывания автопоезда следует отнести следующие новые качества и свойства:

- возможность прогнозирования и предотвращения системой опрокидывания автомобиля, прицепа и автопоезда в целом до возникновения опасного этого самого события, то есть до опрокидывания;

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

- 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 системой, обусловленное использованием только не требующих энергопитания штатных датчиков частот вращения колес автомобиля и прицепа в составе автопоезда для получения информации;

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

- отсутствие влияния состояния внешней среды, включая освещенность, осадки, туман и прочее, на эффективность работы системы;

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

- исключение опрокидывания в условиях эксплуатации, особенно на виражах автомобиля и прицепа в составе автопоезда, а также обеспечения синхронизированной работы как составных частей, так и автопоезда в целом;

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

Технический результат также состоит в косвенных измерениях скорости центра масс и угла поворота управляемых колес автомобиля и/или прицепа с учетом угла бокового увода, определении граничной скорости опрокидывания и их прогнозируемых значений, в формировании управляющих воздействий на акселератор автомобиля, на тормоза и на индикаторы торможения автомобиля и/или прицепа, в случае превышения прогнозируемой скорости центра масс, над прогнозируемым значением граничной скорости опрокидывания автомобиля и/или прицепа, в выборе оптимальной последовательности автоматических воздействий на органы управления автомобиля и/или прицепа в составе автопоезда при динамической стабилизации безопасной скорости автомобиля и/или прицепа на виражах на гладкой горизонтальной поверхности, за счет чего предотвращается опрокидывание автомобиля и/или прицепа, а также автопоезда в целом, в том числе в высокоавтоматизированном исполнении автопоезда, а также в варианте грузового бескабинного исполнения автомобиля автопоезда.

На основании изложенного можно утверждать следующее.

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

Предложение имеет отличия от известного конструктивного исполнения системы, следовательно, соответствует критерию изобретения «новизна».

Предложение при реализации устройства позволяет достичь новых, ранее неизвестных технических результатов, следовательно, соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».

Изобретение относится к системам предотвращения опрокидывания транспортных средств. Система предотвращения опрокидывания автопоезда, состоящего из автомобиля и прицепа, содержит подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, прицепа и автопоезда в целом. Каждая из подсистем предотвращения опрокидывания автомобиля и прицепа содержит импульсные датчики частот вращения колес, блок сопряжения, связанный с датчиками, вторичный источник питания, устройство обработки информации и управления, осуществляющие оценку скорости центров масс и разности скоростей вращения колес, углов поворота управляемых колес, определение граничных скоростей опрокидывания, прогнозирование скоростей центров масс и граничных скоростей опрокидывания автомобиля и прицепа, а также их сравнение. Достигается возможность предотвращения опрокидывания прицепа и/или автомобиля и автопоезда в целом. 1 ил.

Система предотвращения опрокидывания автопоезда в составе автомобиля и, по меньшей мере, одного прицепа, содержащая электрически соединенные:

датчики (1, 3, 3, 4) частот вращения колес автомобиля, электрически связанные линиями связи с блоком (5) сопряжения подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля,

вторичный источник питания (6) подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля,

устройство (7) обработки информации и управления подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненное с возможностью получения соответствующих сигналов от датчиков (1, 2, 3, 4) частот вращения колес автомобиля, включающее:

вычислительный блок (8) оценки скорости центра масс и разностей скоростей вращения колес подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью определения оценки скорости центра масс и разности скоростей вращения колес автомобиля;

вычислительный блок (9) определения и оценки угла поворота управляемых колес подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью определения величины и оценки угла поворота управляемых колес автомобиля;

вычислительный блок (10) расчета и определения граничной скорости опрокидывания подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью определения граничной скорости опрокидывания автомобиля;

вычислительный блок (11) прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью выполнения прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания автомобиля;

вычислительный блок (12) вычисления и сравнения прогнозируемой скорости центра масс и прогнозируемой граничной скорости опрокидывания автомобиля подсистемы предотвращения опрокидывания автомобиля, выполненный с возможностью осуществления сравнения прогнозируемой скорости центра масс и прогнозируемой граничной скорости опрокидывания автомобиля,

а также вычислительный блок (25) формирования управляющих воздействий на акселератор и тормоза автомобиля, содержащий индикатор (26) включения торможения, устройство (27) управления тормозами автомобиля, устройство (28) управления акселератором автомобиля,

отличающаяся тем, что

система дополнительно содержит электрически соединенные соответствующим образом:

датчики (13, 14, 15, 16) частот вращения колес прицепа, электрически соединенные линиями связи с блоком (17) сопряжения подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа;

вторичный источник питания (18) подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа;

устройство (19) обработки информации и управления подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненное с возможностью получения соответствующих сигналов от датчиков (13, 14, 15, 16) частот вращения колес прицепа, включающее:

вычислительный блок (20) расчета и оценки скорости центра масс и разности скоростей вращения колес подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью оценки и определения скорости центра масс и разности скоростей вращения колес прицепа;

вычислительный блок (21) определения и оценки угла поворота управляемых колес подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью определения и оценки угла поворота управляемых колес прицепа;

вычислительный блок (22) определения граничной скорости опрокидывания подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью определения граничной скорости опрокидывания прицепа;

вычислительный блок (23) прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания прицепа подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью выполнения прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания прицепа;

вычислительный блок (24) вычисления и сравнения прогнозируемой скорости центра масс и прогнозируемой граничной скорости опрокидывания прицепа подсистемы предотвращения опрокидывания прицепа, выполненный с возможностью выполнения вычисления и сравнения прогнозируемой скорости центра масс и прогнозируемой граничной скорости опрокидывания прицепа;

вычислительный блок (25) формирования управляющих воздействий при этом размещен в системе предотвращения опрокидывания автопоезда, соответственно электрически соединен с другими подсистемами и дополнительно выполнен с возможностью предотвращения опрокидывания автопоезда, путем определения величины замедления, необходимого для предотвращения опрокидывания автомобиля и/или прицепа,

вычислительный блок (25) дополнительно снабжен и соединен соответствующим образом со следующими блоками автопоезда, выполненными так, чтобы каждый из них обладал следующей присущей ему возможностью выполнения функций, то есть выполненными соответственно с возможностью:

отображения на индикаторах (26) включения торможения автомобиля и/или (29) прицепа подсистемы предотвращения опрокидывания автопоезда, получения соответствующих управляющих воздействий на устройство (27) управления тормозами автомобиля и/или на устройство (30) управления тормозами прицепа системы предотвращения опрокидывания автопоезда, на устройство (28) управления акселератором автомобиля системы предотвращения опрокидывания автопоезда и на индикатор (26) включения торможения автомобиля и/или индикатор (29) включения торможения прицепа;

отображения информации и передачи водителю или оператору блоком (31) о включении автоматического торможения автомобиля и/или прицепа устройством (27) управления тормозами автомобиля и/или устройством (30) управления тормозами прицепа соответствующих подсистем, включенных в систему предотвращения опрокидывания автопоезда, при этом блок (31) выполнен также с возможностью передачи водителю информации о включении автоматического торможения автомобиля устройством (27) управления тормозами автомобиля и/или устройством управления тормозами (30) прицепа системы предотвращения опрокидывания автопоезда, которое/которые выполнено/выполнены с возможностью индикации управляющих воздействий, сформированных вычислительным блоком (25) системы предотвращения опрокидывания автопоезда, и с возможностью предотвращения опрокидывания автомобиля и/или прицепа и с соответственно с возможностью предотвращения дорожно-транспортных происшествий (ДТП), а автономный источник (32) бесперебойного питания автопоезда электрически соединен со всеми подсистемами и компонентами системы предотвращения опрокидывания автопоезда, с возможностью обеспечения ее автономного и независимого электропитания, в том числе бесперебойного энергопитания (даже при отключении бортового питания), путем стабилизации подачи и преобразования напряжения, получаемого от бортовой сети автомобиля автопоезда, в величины тока и напряжения, необходимые для питания устройств (7, 19) обработки информации и управления через вторичные источники питания (6) автомобиля и (18) прицепа, блока (31) отображения информации автопоезда с индикаторами (26, 29) включения торможения соответственно автомобиля и прицепа в составе автопоезда, устройств (27, 30) соответственно управления тормозами автомобиля и прицепа в составе автопоезда и устройства (28) управления акселератором автомобиля автопоезда.