Способ предотвращения сноса и заноса колёс системой помощи водителю автопоезда Российский патент 2024 года по МПК B60K28/16 B60T7/12 B60W40/101 

Изобретение относится к автомобилестроению, в частности, к способам и устройствам активной безопасности транспортных средств, включающим системы помощи водителю автопоезда, состоящего из автомобиля и, по меньшей мере, одного прицепа.

Уровень техники

Известен способ, реализованный в системе управления транспортным средством (ТС), которая включает компьютер. Компьютер запрограммирован управлять применением одного из заданных значений крутящего момента рулевого управления и заданным результирующим значением асимметричного тормозного усилия. Каждое из заданных усилий выбирается для достижения заданного момента рыскания ТС, который не превышает наименьшего из первого максимального момента рыскания в результате срабатывания системы рулевого управления и второго максимального момента рыскания в результате срабатывания тормозной системы (см. патент США №US 9925988 В1, заявители FORD GLOBAL TECH LLC и F-LORD GLOBAL TECHNOLOGIES, LLC, опубл. 27.03.2018).

Основными недостатками данного способа являются достаточно большое количество используемых технических средств, их относительно высокая стоимость, а также отсутствие решения задачи предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине - задачи предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Известен способ управления ТС, включающий определение заданного угла скольжения в плоскости движения, определение фактического угла скольжения в плоскости движения, а также угловой скорости рыскания по плоскости движения, и фактической угловой скорости в плоскости движения. Контроллер управляет системой автомобиля в соответствии с заданным углом скольжения, фактическим углом скольжения, заданной угловой скоростью рыскания и фактической угловой скоростью рыскания в плоскости движения (см. патент США № US 7885750 В2, INTEGRATED CONTROL SYSTEM FOR STABILITY CONTROL OF YAW, ROLL AND LATERAL MOTION OF A DRIVING VEHICLE USING AN INTEGRATED SENSING SYSTEM TO DETERMINE A SIDESLIP ANGLE», заявитель FORD GLOBAL TECHNOLOGIES, LLC, опубл. 08.02.2011).

Основными недостатками известного способа являются: сложное поэтапное сравнение контролируемых параметров, определяющих дополнительное рыскание колес и других параметров движения автомобиля для достижения желаемого угла скольжения; отсутствие прогнозирования наступления опасных состояний с целью их предотвращения, а также отсутствие решения задачи предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине - задачи предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Известен способ контроля устойчивости движения ТС, в котором давления в отдельных тормозных контурах задаются в зависимости от нескольких входных величин таким образом, чтобы устойчивость движения повышалась за счет торможения отдельными колесами. Для повышения устойчивости движения ТС во время стабильных ходовых качеств определяется, существует ли с учетом резкого маневра рулем тенденция к последующим неустойчивым ходовым качествам, и в этом случае предварительное торможение будет происходить уже тогда, когда транспортное средство демонстрирует стабильные ходовые качества, (см. патент США № US 6957873 В2, заявители WANKE PETER, KUMMEL MARTIN, RAULFS HENNING, MAY ALEXANDER, опубл. 25.10.2005).

Основными недостатками известного способа являются: сложность конструкции системы раздельного управления тормозами; значительное количество используемых датчиков информации; отсутствие прогнозирования возникновения опасных состояний и предотвращения аварийных событий с учетом состояния дорожного покрытия, а также отсутствие у известной системы решения задачи предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине - задачи предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Известен способ оказания помощи при вождении водителю автомобиля. Способ оказания помощи при вождении водителю автомобиля включает три этапа. Первый этап - отслеживание одного количественного показателя, выбранного из бокового скольжения транспортного средства, погрешности в скорости поворота по курсу, недостаточной поворачиваемости и количественных показателей, связанных с боковым скольжением ТС, погрешности в скорости поворота по курсу или недостаточной поворачиваемости. Второй этап - определение наличия опасности возникновения потери устойчивости ТС в случае, если любой из отслеживаемых количественных показателей или количественных показателей, выведенных из одного или более отслеживаемых количественных показателей, превышает заданное первое пороговое значение. При этом второй этап включает нормализацию отслеживаемых количественных показателей относительно эталонного значения и выведение количественного показателя для сопоставления с первым пороговым значением из двух из нормализованных количественных показателей. Третий этап - в случае определения наличия опасности - в подаче предупредительного сигнала (см. патент РФ №RU 2504491 С2 «Способ оказания помощи при вождении водителю автомобиля в условиях, близких к пределу устойчивости», заявитель ДЖИ ЭМ ГЛОУБАЛ ТЕКНОЛОДЖИ ОПЕРЕЙШНЗ, ИНК., опубл. 29.08.2000).

Основными недостатками способа являются сложность многоэтапного анализа, отсутствие прогнозирования опасных состояний и их предотвращения, а также отсутствие решения задачи предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине - задачи предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Известен также способ управления транспортным средством и соответствующая ему система управления. Способ включает в себя прием данных, относящихся к событию скольжения колес, этап определения прогнозируемой скорости рыскания транспортного средства в зависимости от данных, относящихся к событию скольжения колес и включает в себя этап сравнения продольного скольжения заднего колеса автомобиля с пороговым значением. Способ дополнительно содержит сравнение прогнозируемой скорости рыскания ТС с требуемой скоростью рыскания и управление тормозным моментом, применяемым тормозным механизмом, по меньшей мере, к одному колесу ТС в зависимости от прогнозируемой скорости рыскания ТС. Изобретение рассматривает возможные ситуации, такие как недостаточная поворачиваемость, избыточная поворачиваемость или занос вследствие неисправности силовой установки и может помочь контролировать стабильность в течение короткого периода времени (см. патент Великобритании № GB 2545463 А, заявитель JAGUAR LAND ROVER LTD, опубл. 21.06.2017).

Основными недостатками способа являются опасность автоматического управления курсом автомобиля за счет рулевого колеса в условиях отсутствия информации об окружающих объектах на полосе движения, отсутствие прогнозирования скорости центра масс и граничных скоростей возникновения опасных состояний и их предотвращения, а также отсутствие решения задачи предотвращения опрокидывания прицепа автопоезда и по этой причине - задачи предотвращения опрокидывания автопоезда в целом.

Наиболее близким по технической сущности является «Способ предотвращения сноса и заноса колес автомобиля». (Патент РФ № RU 2702878 С1, заявители Бузников Сергей Евгеньевич, Елкин Дмитрий Сергеевич, Сайкин Андрей Михайлович и Струков Владислав Олегович, опубл. 11.10.2019), принятый за прототип настоящего изобретения. В соответствии с данным способом в системе помощи водителю одиночного автомобиля регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес автомобиля, передают их через блок сопряжения в блок обработки информации подсистемы помощи водителю автомобиля, в котором определяют значения физических переменных, формируют оценки текущих и прогнозируемых скоростей центра масс и углов поворота управляемых колес автомобиля, а также формируют оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес, граничных значений скоростей сноса передних и заноса задних колес автомобиля колес автомобиля путем математической обработки сигналов о частотах вращения колес и настроечных параметров с помощью микроконтроллера с программным обеспечением, при этом прогнозирование возникновения сноса или заноса колес автомобиля выполняют путем экстраполяции граничных скоростей сноса колес, заноса колес и скорости центра масс автомобиля на время, после чего в блоке обработки информации сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критическое состояние автомобиля, и в случае превышения числовым значением прогнозируемой скорости центра масс и минимальной из двух прогнозируемых граничных скоростей сноса и заноса колес автомобиля, формируют управляющие воздействия на устройства управления акселератором и/или тормозной системой автомобиля для автоматического предотвращения сноса или заноса его колес и на устройство индикации включения торможения для передачи водителю информации о включении автоматического режима предотвращения сноса и/или заноса колес автомобиля для предотвращения предпосылок к ДТП автомобиля.

Основным недостатком данного способа является отсутствие решения задачи предотвращения сноса передних и заноса задних колес прицепа автопоезда, состоящего из автомобиля и прицепа, и, по этой причине - отсутствие решения задачи предотвращения дорожно-транспортного происшествия автопоезда в целом.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в повышения эксплуатационной надежности, в повышении активной безопасности движения автопоезда, в повышении эффективности работы в дорожно-климатических условиях эксплуатации в Российской Федерации путем расчета опасных состояний, прогнозирования и предотвращения в соответствии с предлагаемым способом сноса и заноса колес автопоезда в составе автомобиля и прицепа.

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе предотвращения сноса и заноса колес автопоезда, состоящего из автомобиля и, по меньшей мере, одного прицепа, с системой помощи водителю, включающей подсистему управления автомобилем, в которой:

регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес автомобиля,

передают их через блок сопряжения в блок обработки информации подсистемы автомобиля системы помощи водителю, в котором определяют значения физических переменных,

формируют оценки текущих и прогнозируемых скоростей центра масс и углов поворота управляемых колес автомобиля,

а также формируют оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес, граничных значений скоростей сноса передних и заноса задних колес автомобиля путем математической обработки сигналов о частотах вращения колес и настроечных параметров с помощью микроконтроллера с соответствующим программным обеспечением,

при этом прогнозирование возникновения сноса передних и заноса задних колес автомобиля выполняют путем экстраполяции граничных скоростей сноса передних колес , заноса задних колес и скорости центра масс автомобиля на время

после чего в блоке обработки информации сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критическое состояние автомобиля,

и в случае превышения числовым значением прогнозируемой скорости центра масс минимальной из прогнозируемых граничных скоростей сноса передних и заноса задних колес автомобиля,

формируют управляющие воздействия на устройства управления акселератором и/или тормозной системой автомобиля для автоматического предотвращения сноса передних и заноса задних колес и

на устройство индикации включения торможения для передачи водителю информации о включении автоматического режима предотвращения сноса передних и заноса задних колес автомобиля для предотвращения предпосылок к дорожно-транспортному происшествию (ДТП) автомобиля,

причем

систему помощи водителю выполняют как систему помощи водителю автопоезда путем снабжения ее дополнительной подсистемой управления прицепом системы помощи водителю,

в дополнительной подсистеме системы помощи водителю в прицепе автопоезда дополнительно регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес прицепа, передают их через блок сопряжения прицепа в блок обработки информации прицепа подсистемы прицепа системы помощи водителю автопоезда, в котором:

определяют значения физических переменных,

формируют оценки текущих и прогнозируемых скоростей центра масс и углов поворота управляемых колес прицепа,

а также формируют оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес, граничных значений скоростей сноса передних и заноса задних колес прицепа путем математической обработки сигналов о частотах вращения колес и настроечных параметров с помощью микроконтроллера подсистемы прицепа с соответствующим программным обеспечением,

при этом прогнозирование возникновения сноса передних и заноса задних колес прицепа выполняют путем экстраполяции граничных скоростей сноса передних колес , и заноса задних колес и скорости центра масс прицепа на время

после чего в блоке обработки информации подсистемы прицепа сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критическое состояние прицепа, и результаты сравнения в блоках обработки информации соответственно в подсистемах автомобиля и прицепа передают в дополнительный вычислительный блок формирования управляющих воздействий и определения величины замедления системы помощи водителю автопоезда, в котором в случае превышения соответствующими числовыми значениями прогнозируемых скоростей центров масс автомобиля и/или прицепа минимальных из соответственно прогнозируемых граничных скоростей сноса передних V_гр1э и заноса задних колес автомобиля и/или прицепа формируют управляющие воздействия на устройства управления акселератором автомобиля, тормозной системой автомобиля и/или прицепа для автоматического предотвращения сноса и/или заноса колес автомобиля и/или прицепа и управляющие воздействия на устройство индикации включения торможения автомобиля и/или прицепа для передачи водителю информации о включении автоматического режима предотвращения сноса и/или заноса колес автомобиля и/или прицепа для предотвращения предпосылок к ДТП автопоезда.

Для реализации способа согласно предложенному изобретению в автомобиле и прицепе, входящих в состав автопоезда, устанавливается система выявления предпосылок ДТП для предотвращения сноса и заноса колес автомобиля и прицепа, которая в подсистемах как у автомобиля, так и у прицепа включает импульсные датчики частот вращения колес, которые в каждой из подсистем связанны с блоком сопряжения линиями связи и с блоком обработки информации, регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес автомобиля и/или прицепа с двускатными колесами, устанавливаемыми со стороны внешних или внутренних скатов автомобиля и/или прицепа.

Дополнительно в предлагаемом способе предотвращения сноса и заноса колес автопоезда системой помощи водителю автопоезда регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес автомобиля и/или прицепа с количеством более двух осей, устанавливаемыми на колесах внешних передней и задней осей автомобиля и/или прицепа в зависимости от особенностей их конструкции и назначения.

В качестве примера можно привести следующие конструктивные особенности автопоездов.

Преимущественно датчики частот вращения колес устанавливают со стороны внешних скатов. Но при требованиях большей конструктивной простоты установки датчиков и меньших затрат на их установку, от удобства эксплуатации и обслуживания, а также в зависимости 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 предлагаемом способе предотвращения сноса и заноса колес системой помощи водителю автопоезда в составе автомобиля и прицепа регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес, у автомобиля и/или прицепа с количеством более двух осей, устанавливаемыми на колесах внешних передней и задней осей автомобиля и/или прицепа, но с учетом особенностей их конструкции и назначения.

Исключением из такого подхода могут быть, например, варианты конструкции автомобилей и прицепов автопоездов с поднимаемой одной из внешних осей при их движении без груза.

Предотвращение сноса и заноса колес автопоезда в составе автомобиля и прицепа в соответствии с предлагаемым способом может быть использовано на высокоавтоматизированных, управляемых на удалении оператором, а также на беспилотных транспортных средствах, в том числе на безкабинных автопоездах в составе грузового автомобиля, одного и более прицепов.

Кроме этого в предлагаемом способе предотвращения сноса и заноса колес системой помощи водителю автопоезда в составе автомобиля и прицепа регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес, у автомобиля и/или прицепа с количеством более двух осей, устанавливаемыми на колесах внешних передней и задней осей автомобиля и/или прицепа, но с учетом ранее указанных особенностей их конструкции и назначения.

Технический результат состоит в повышении активной безопасности движения автопоезда путем динамической стабилизации безопасной скорости автопоезда в составе автомобиля и прицепа на виражах, в результате чего предотвращается снос передних и занос задних колес как автомобиля, так и прицепа, и за счет чего, соответственно, расширяется число реализуемых с помощью предлагаемого способа функций и облегчается обнаружение предпосылок к ДТП.

Краткое описание чертежей

Заявленное изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена блок-схема алгоритма предотвращения сноса и заноса колес 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.

Фиг. 1 содержит вычислительные блоки алгоритма предотвращения сноса или заноса колес автопоезда, реализующие следующие действия способа:

Вычислительные блоки алгоритма предотвращения сноса и заноса колес системой помощи водителю 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 граничных значений скоростей заноса и сноса колес автомобиля;

6 - экстраполяция по времени граничных скоростей сноса колес , заноса колес и скорости центра масс 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 граничных значений скоростей заноса и сноса колес автомобиля;

13 - экстраполяция по времени граничных скоростей сноса колес V_гр1, заноса колес V_гp2 и скорости центра масс V_m прицепа;

14 - вычисление тягово-тормозного ускорения прицепа;

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

16 - индикация включения торможения составных частей автопоезда;

17 - вывод данных на внешние устройства системы помощи водителю автопоезда.

Осуществление изобретения

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес автомобиля, регистрируют и передают их через блок сопряжения в блок обработки информации.

В блоке обработки информации по текущим скоростям вращения колес подсистемы помощи водителю автомобиля в режиме реального времени определяют значения физических переменных и сравнивают с заданными числовыми значениями, характеризующими критическое состояние автомобиля. А именно, в блоке обработки информации в реальном времени рассчитывают и формируют оценки прогнозируемых скорости центра масс автомобиля, угла поворота управляемых колес, топовых значений коэффициентов трения скольжения колес, а также граничных значений скоростей сноса передних, заноса задних колес автомобиля. Далее на основании сигналов о частотах вращения колес и настроечных параметров с помощью микроконтроллера с соответствующим программным обеспечением и, в случае превышения числовым значением прогнозируемой скорости центра масс минимальной из прогнозируемых граничных скоростей сноса передних и заноса задних колес, формируют управляющие воздействия на устройства управления акселератором и/или тормозной системой подсистемы автомобиля для автоматического предотвращения сноса или заноса колес автомобиля и на устройство индикации включения торможения для передачи водителю информации о включении автоматического режима предотвращения сноса или заноса колес автомобиля и предотвращения предпосылок к ДТП.

Кроме этого систему помощи водителю выполняют как систему помощи водителю автопоезда путем снабжения ее дополнительной подсистемой управления прицепом системы помощи водителю, в дополнительной подсистеме системы помощи водителю в прицепе автопоезда дополнительно регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес прицепа, передают их через блок сопряжения прицепа в блок обработки информации прицепа подсистемы прицепа системы помощи водителю автопоезда, в котором определяют значения физических переменных, формируют оценки текущих и прогнозируемых скоростей центра масс и углов поворота управляемых колес прицепа, а также формируют оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес, граничных значений скоростей сноса передних и заноса задних колес прицепа путем математической обработки сигналов о частотах вращения колес и настроечных параметров с помощью микроконтроллера подсистемы прицепа с соответствующим программным обеспечением, при этом прогнозирование возникновения сноса передних и заноса задних колес прицепа выполняют путем экстраполяции граничных скоростей сноса передних колес , и заноса задних колес и скорости центра масс прицепа на время после чего в блоке обработки информации подсистемы прицепа сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критическое состояние прицепа, и результаты сравнения в блоках обработки информации соответственно в подсистемах автомобиля и прицепа передают в дополнительный вычислительный блок формирования управляющих воздействий и определения величины замедления системы помощи водителю автопоезда, в котором в случае превышения соответствующими числовыми значениями прогнозируемых скоростей центров масс автомобиля и/или прицепа минимальных из соответственно прогнозируемых граничных скоростей сноса передних и заноса задних колес автомобиля и/или прицепа формируют управляющие воздействия на устройства управления акселератором автомобиля, тормозной системой автомобиля и/или прицепа для автоматического предотвращения сноса и/или заноса колес автомобиля и/или прицепа и управляющие воздействия на устройство индикации включения торможения автомобиля и/или прицепа для передачи водителю информации о включении автоматического режима предотвращения сноса и/или заноса колес автомобиля и/или прицепа для предотвращения предпосылок к ДТП автопоезда.

Дополнительно в предлагаемом способе предотвращения сноса и заноса колес автопоезда системой помощи водителю автопоезда регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес автомобиля и/или прицепа с двускатными колесами, устанавливаемыми со стороны внешних или внутренних скатов автомобиля и/или прицепа в зависимости от особенностей их конструкции и назначения.

Кроме этого в предлагаемом способе предотвращения сноса и заноса колес системой помощи водителю автопоезда в составе автомобиля и прицепа регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес, у автомобиля и/или прицепа с количеством более двух осей, устанавливаемыми на колесах внешних передней и задней осей автомобиля и/или прицепа, но с учетом особенностей их конструкции и назначения.

В качестве единой математической модели косвенных измерений скорости центра масс как для автомобиля, так и для прицепа как части автопоезда угла поворота их управляемых колес угловой скорости сноса или заноса колес автомобиля и прицепа и скоростей продольных скольжений колес автомобиля и прицепа используются аналогичные системы уравнений линейных скоростей вращения колес 1 ≤ i ≤ 4 на вираже:

На фиг.2 как для автомобиля, так и для прицепа автопоезда (ТС), и их осей (далее - это относится к указанной соответствующей части транспортного средства (ТС)) приняты следующие обозначения:

- колесная база части ТС;

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

- средний угол поворота управляемых колес части ТС;

- размеры колеи передних и задних колес части ТС;

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

- радиусы поворота соответствующих колес части ТС;

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

- угол рысканья части ТС;

- расстояние от центра масс до задней оси части ТС;

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

Дифференциальное уравнение курсового угла:

Решение (2) с учетом формулы Эйлера в дискретном времени приводится к виду:

Приращение курсового угла на k-ом шаге составляет:

В случае заноса задних колес части ТС совпадает по знаку с при что приводит к увеличению модуля приращения курсового угла ТС. В случае сноса передних колес части ТС имеет знак, противоположный что уменьшает модуль приращения курсового угла соответствующей части ТС. Дополнительное вращение (снос или занос) с частотой происходит вокруг центра оси передних колес соответствующей части ТС при заносе и относительно центра задних колес соответствующей части ТС при сносе.

Причиной сноса или заноса колес части ТС является превышение центробежной силы, действующей на колеса передней и задней осей, сил трения скольжения соответствующих пар колес соответствующей части ТС в пятне контакта шины с покрытием в поперечном направлении.

Оценки формируются по данным измерений частот вращения колес части ТС и настроечных данных свободных радиусов колес соответствующей части ТС.

Решение некорректной задачи определения оценок по известным оценкам настроечным параметрам b, при приведено в алгоритме определения параметров движения автомобиля из прототипа, известного автору и предпочтительно используемого им.

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

где:

Для пары колес соответствующей части ТС разных бортов разность равна:

Решение (6) в случае

Принимая оценку получим, что:

С учетом доопределяющих свойств объекта в виде условий:

где граничные скорости сноса и заноса колес определяются из условий равенства сил трения скольжения соответствующих передних и задних колес части ТС половине центробежной силы:

где - относительные распределения масс части ТС на переднюю (m₁+m₂) и заднюю (m₃+m₄) оси к общей массе части ТС m₀;

- динамический радиус колес соответствующей части ТС;

- тягово-тормозное ускорение части ТС

- значение коэффициента трения скольжения колес части ТС в поперечном направлении;

- ускорение свободного падения.

Прогнозирование возникновения сноса или заноса колес соответствующей части ТС выполняется путем экстраполяции граничных скоростей на время и проверяется выполнение неравенства:

где

В случае, если неравенство (12) выполняется для автомобиля, и/или прицепа автопоезда, активируются устройства управления акселератором автомобиля автопоезда, и/или тормозной системой автомобиля и/или прицепа автопоезда, а также активируется устройство вывода графической информации водителю или оператору.

Величина тягово-тормозного ускорения соответствующей части ТС достаточного для предотвращения сноса или заноса колес части ТС определяется из решения уравнения продольного движения центра масс части ТС:

где - коэффициент лобового аэродинамического сопротивления соответствующей части ТС;

- коэффициент трения качения колес части ТС;

- угол тангажа части ТС.

При из (13) получим величину

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

Распределение тягового-тормозного замедления между двигателем и трансмиссией автомобиля и тормозной системой автомобиля или прицепа автопоезда выполняется в соответствии со временем срабатывания и с другими техническими характеристиками этих систем.

Для определения значений коэффициента трения скольжения колес соответствующей части ТС в поперечном направлении используется свойство круга Камма:

где - коэффициенты трения скольжения i-го колеса части ТС в продольном и поперечным направлениях соответственно;

- топовое (максимальное) значение коэффициента трения скольжения i-го колеса ТС.

Значение определяемое из (16) равно:

Значения определяются в соответствии с третьим законом Ньютона из уравнения равновесия тягово-тормозных сил ТС и сил трения скольжения ТС: тягово-тормозная сила уравновешивается силой трения скольжения где

- нормальная составляющая динамической нагрузки на i-oe колеса части ТС.

Модуль определяется из уравнения равновесия сил:

При малых по модулю тягово-тормозных силах соответствующей части ТС согласно (17) коэффициент трения скольжения i-го колеса части ТС в поперечном направлении получаем

Идентификация предпочтительно выполняется с использованием алгоритма, приведенного в прототипе. Входными данными для решения этой задачи являются измеряемые скольжения колес и текущие значения коэффициентов трения скольжения колес части ТС в продольном направлении

Для шин каждой соответствующей части ТС одной модели для однородной поверхности

При этом в предлагаемом способе предотвращения сноса и заноса колес системой помощи водителю автопоезда в составе автомобиля и прицепа регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес автомобиля и/или прицепа с двускатными колесами, устанавливаемыми со стороны внешних или внутренних скатов автомобиля и/или прицепа в зависимости от особенностей их конструкции и назначения.

В качестве примера можно привести следующие конструктивные особенности автопоездов.

Преимущественно датчики частот вращения колес устанавливают со стороны внешних скатов. Но при требованиях большей конструктивной простоты установки датчиков и меньших затрат на их установку, от удобства эксплуатации и обслуживания, а также в зависимости 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 предлагаемом способе предотвращения сноса и заноса колес системой помощи водителю автопоезда в составе автомобиля и прицепа регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес, у автомобиля и/или прицепа с количеством более двух осей, устанавливаемыми на колесах внешних передней и задней осей автомобиля и/или прицепа, но с учетом особенностей их конструкции и назначения.

Исключением из такого подхода могут быть, например, варианты конструкции автомобилей и прицепов автопоездов с поднимаемой одной из внешних осей при их движении без груза.

Предотвращение сноса и заноса колес автопоезда в составе автомобиля и прицепа в соответствии с предлагаемым способом может быть использовано на высокоавтоматизированных, управляемых на удалении оператором, а также на беспилотных транспортных средствах, в том числе на безкабинных автопоездах в составе грузового автомобиля, одного и более прицепов.

Описанная последовательность действий способа и используемое для его реализации минимальное число технических средств позволяет достичь следующих технических преимуществ над известными способами: - возможность предотвращения сноса или заноса колес автомобиля и/или прицепа в составе автопоезда до возникновения этих событий, путем выявления условий, приводящих к их сносу и заносу;

- низкая стоимость технических средств, обусловленная использованием штатных физических датчиков первичной информации о скорости вращения колес автомобиля и/или прицепа, работающих без подвода энергии, необходимых и достаточных для решения задачи;

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

- пониженное энергопотребление, обусловленное использованием штатных самодействующих физических датчиков первичной информации автомобиля и/или прицепа;

- более высокая эксплуатационная надежность, обусловленная минимальной конфигурацией используемых технических средств, включая датчики первичной информации автомобиля и/или прицепа;

- возможность функционирования в перспективных системах объективного контроля параметров движения автопоезда с целью расширения числа реализуемых функций и обнаружения предпосылок к ДТП.

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».

Изобретение относится к способу работы систем активной безопасности транспортных средств. Согласно способу предотвращения сноса и заноса колес системой помощи водителю автопоезда регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес по отдельности в подсистемах предотвращения сноса и заноса колес как автомобиля, так и 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 углов поворота управляемых колес автомобиля и прицепа соответственно, и формируют оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес, граничных значений скоростей заноса и сноса колес автомобиля и прицепа, а также прогнозируют возникновение сноса или заноса их колес, после чего сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критическое состояние автомобиля и прицепа по отдельности. Достигается предотвращение сноса и заноса колес системой помощи водителю автопоезда в составе автомобиля и прицепа. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ предотвращения сноса и заноса колес автопоезда, состоящего из автомобиля и по меньшей мере одного прицепа, с системой помощи водителю, включающей подсистему управления автомобилем, в которой:

регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес автомобиля,

передают их через блок сопряжения в блок обработки информации подсистемы автомобиля системы помощи водителю, в котором определяют значения физических переменных,

формируют оценки текущих и прогнозируемых скоростей центра масс и углов поворота управляемых колес автомобиля,

а также формируют оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес, граничных значений скоростей сноса передних и заноса задних колес автомобиля путем математической обработки сигналов о частотах вращения колес и настроечных параметров с помощью микроконтроллера с соответствующим программным обеспечением,

при этом прогнозирование возникновения сноса передних и заноса задних колес (Δω_m ≠ 0) автомобиля выполняют путем экстраполяции граничных скоростей сноса передних колес V_гр1, заноса задних колес V_гp2 и скорости центра масс V_m автомобиля на время τ_э,

после чего в блоке обработки информации сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критическое состояние автомобиля,

и в случае превышения числовым значением прогнозируемой скорости центра масс V_mэ меньшей из прогнозируемых граничных скоростей сноса передних V_гр1э и заноса задних V_гр2э колес автомобиля формируют управляющие воздействия на устройства управления акселератором и/или тормозной системой автомобиля для автоматического предотвращения сноса передних и заноса задних колес и на устройство индикации включения торможения для передачи водителю информации о включении автоматического режима предотвращения сноса передних и/или заноса задних колес автомобиля для предотвращения предпосылок к дорожно-транспортному происшествию (ДТП) автомобиля,

отличающийся тем, что

систему помощи водителю выполняют как систему помощи водителю автопоезда путем снабжения ее дополнительной подсистемой управления прицепом системы помощи водителю,

в дополнительной подсистеме системы помощи водителю в прицепе автопоезда дополнительно регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес прицепа, передают их через блок сопряжения прицепа в блок обработки информации прицепа подсистемы прицепа системы помощи водителю автопоезда, в котором:

определяют значения физических переменных,

формируют оценки текущих и прогнозируемых скоростей центра масс и углов поворота управляемых колес прицепа,

а также формируют оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес, граничных значений скоростей сноса передних и заноса задних колес прицепа путем математической обработки сигналов о частотах вращения колес и настроечных параметров с помощью микроконтроллера подсистемы прицепа с соответствующим программным обеспечением,

при этом прогнозирование возникновения сноса передних и заноса задних колес (Δω_m≠0) прицепа выполняют путем экстраполяции граничных скоростей сноса передних колес V_гр1, и заноса задних колес V_гp2 и скорости центра масс V_m прицепа на время τ_э,

после чего в блоке обработки информации подсистемы прицепа сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критическое состояние прицепа, и результаты сравнения в блоках обработки информации соответственно в подсистемах автомобиля и прицепа передают в дополнительный вычислительный блок формирования управляющих воздействий и определения величины замедления системы помощи водителю автопоезда, в котором в случае превышения соответствующими числовыми значениями прогнозируемых скоростей центров масс V_mэ автомобиля и/или прицепа минимальных из соответственно прогнозируемых граничных скоростей сноса передних V_гр1э и заноса задних V_гр2э колес автомобиля и/или прицепа формируют управляющие воздействия на устройства управления акселератором автомобиля, тормозной системой автомобиля и/или прицепа для автоматического предотвращения сноса и/или заноса колес автомобиля и/или прицепа и управляющие воздействия на устройство индикации включения торможения автомобиля и/или прицепа для передачи водителю информации о включении автоматического режима предотвращения сноса и/или заноса колес автомобиля и/или прицепа для предотвращения предпосылок к ДТП автопоезда.

2. Способ предотвращения сноса и заноса колес автопоезда по п. 1, отличающийся тем, что регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес автомобиля и/или прицепа с двускатными колесами, устанавливаемыми со стороны внешних или внутренних скатов автомобиля и/или прицепа.

3. Способ предотвращения сноса и заноса колес автопоезда по пп. 1, 2, отличающийся тем, что регистрируют и обрабатывают сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес автомобиля и/или прицепа с количеством более двух осей, устанавливаемыми на колесах внешних передней и задней осей автомобиля и/или прицепа.