Способ ограничения скорости автомобиля в зависимости от динамических характеристик в боковом движении

Изобретение относится к способам повышения активной безопасности транспортных средств. Способ ограничения скорости автомобиля заключается в том, что автомобиль рассматривают как линейную систему, на вход которой со стороны дорожного профиля поступает стационарный случайный сигнал с четырех датчиков, который дважды интегрируют с помощью последовательно включенных интеграторов, на выходе которых получают переменные составляющие бокового перемещения и угла поворота. Сигнал подают на коррелятор, определяющий по переменным составляющим импульсные переходные функции объекта, после чего сигнал подают на электронное вычислительное устройство, с помощью которого получают амплитудно-фазо-частотные характеристики путем интегрирования импульсных переходных функций и формирующее эквивалентную математическую модель автомобиля по характерным точкам амплитудно-фазо-частотных характеристик, затем строят амплитудно-фазо-частотные характеристики λ₁ и λ₂, итерационным методом находят такое значение скорости, при котором λ₁ и λ₂ пересекает вещественную часть в точке, равной 1, то есть Re(λ₁)=Re(λ₂)=1, Im(λ₁)=Im(λ₂)=0, после чего вырабатывают сигнал ограничения скорости. Техническим результатом является ограничение максимальной скорости прямолинейного движения транспортного средства по условию курсовой устойчивости с учетом динамических характеристик транспортного средства в боковом движении. 6 ил.

 

Изобретение относится к способам повышения активной безопасности транспортных средств и может быть использовано в автомобильной технике.

Существует способ контроля устойчивости транспортного средства, предназначенный для ограничения скорости движения транспортных средств на повороте (см. патент US 2003/0229438 A1 G 06 F 17/00), принятое за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при применении известного способа контроля, принятого за прототип, относятся: ограниченность режима контроля устойчивости только при повороте транспортного средства, отсутствие учета динамических характеристик транспортных средств.

Технический результат - ограничение максимальной скорости прямолинейного движения транспортного средства по условию курсовой устойчивости с учетом динамических характеристик транспортного средства в боковом движении.

Динамические характеристики упругой системы автомобиля изменяются, например, при загрузке транспортного средства пассажирами и играют важную роль в определении критической скорости. Возникновение неустойчивости особенно опасно для автомобилей, предназначенных для маршрутных перевозок пассажиров.

Особенность заключается в том, что математическая модель транспортного средства, используемая в критерии устойчивости, получается в процессе движения автомобиля и учитывает загрузку транспортного средства.

Сущность изобретения заключается в следующем: определяется критическая скорость автомобиля по условию его курсовой устойчивости.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 показана алгоритмическая схема работы коррелятора; на Фиг.2а - импульсная переходная функция, 2б - соответствующая амплитудно-фазо-частотная характеристика (АФЧХ) бокового перемещения; 3а - импульсная переходная функция, 3б - соответствующая АФЧХ поворота; Фиг.4 - перекрестная АФЧХ и Фиг.5 и 6 - АФЧХ λ₁ и λ₂ соответственно.

Рассматриваем автомобиль как линейную систему. На вход системы ограничения скорости движения со стороны дорожного профиля подается стационарный случайный сигнал, который в первом приближении считаем белым шумом. Автомобиль снабжен электронной системой, имеющей 4 датчика. Сигнал с датчиков дважды интегрируют с помощью последовательно включенных интеграторов, на выходе которых получают переменные составляющие бокового перемещения и угла поворота.

Сигнал подают на коррелятор, определяющий по переменным составляющим импульсные переходные функции объекта. Автокорреляционной функцией сигнала х - бокового перемещения, является импульсная функция вида

где δ(τ) - единичная импульсная функция.

При этом

где Θ(τ) - импульсная переходная функция

Меняя параметр сдвига τ и вычисляя взаимно корреляционную функцию входа и выхода объекта, получаем точки графика импульсной переходной функции объекта.

Получив переходную функцию для поперечного перемещения, коррелятор в автоматическом режиме переходит в режим построения импульсной переходной функции угла поворота.

Структурная схема коррелятора - устройства, выполняющего вышеуказанную операцию, показана на Фиг.1.

Снятие данных производится непосредственно во время движения, каждый раз после стоянки автомобиля, когда меняется его загрузка.

Преимуществом указанного способа является то, что объект исследуется в процессе нормальной эксплуатации, когда при длительной работе входной сигнал можно рассматривать как стационарный случайный процесс. При этом имеет место большая помехозащищенность.

Получают при помощи коррелятора зависимости x(t) и θ(t), то есть переходные функции для бокового перемещения и поворота, и подают их далее на электронное вычислительное устройство, которое находит соответствующие АФЧХ.

Для этого вычисляем интегралы

ω

где верхний предел интегрирования на самом деле является конечным и подбирается путем контрольных просчетов, когда значения ReW(iω) и ImW(iω) практически перестают меняться в зависимости от верхнего предела интегрирования.

В результате получим АФЧХ линейного и углового перемещения центра масс: W₁₁(iω) и W₂₂(iω) соответственно. По построенным АФЧХ фиксируют характерные частоты - экстремальные точки АФЧХ, соответствующие минимальному значению мнимой составляющей ω_n и максимальному значению вещественной составляющей ω_nmax. По зафиксированным значениям ω_n и ω_nmax определяют постоянные времени

где Т_n2, T_n1 - соответственно инерционная постоянная времени и постоянная времени демпфирования n-го колебательного звена. Смотри: Ю.Н.Санкин. Динамика несущих систем металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 1986. - 96 с.

В работе: Динамические характеристики вязко-упругих систем с распределенными параметрами. Санкин Ю.Н. Издательство Саратовского университета, 1977 г., дано теоретическое представление передаточной функции, являющейся математической моделью эквивалентной упругой системы

где - соответствующие матрицы коэффициентов усиления n-го колебательного звена

обозначая

N - число существенно проявляющихся витков АФЧХ.

Для получения перекрестных АФЧХ: W₁₂(iω) и W₂₁(iω) воспользуемся уже полученными значениями постоянных времени колебательных звеньев, коэффициенты усиления получим из выражения

При построении теоретической модели была выявлена зависимость знака перекрестных АФЧХ - второе колебательное звено имеет отрицательный знак, поэтому при получении коэффициентов усиления подставляется знак «минус».

Имея в распоряжении АФЧХ линейных и угловых перемещений центра масс, а также перекрестные АФЧХ, получим матрицу передаточных функций в виде

Матрица передаточных функций характеризует динамику бокового перемещения точки, принятой за полюс, и динамику угловых перемещений вокруг этого полюса, и представляет математическую модель упругой системы автомобиля в боковом движении.

Дополняя матрицу передаточных функций уравнениями неголономной связи шин с дорожным покрытием

где β₁, β₂ - коэффициент деформации шин передней и задней оси; Х - поперечная координата центра тяжести автомобиля; х - поперечная координата прямоугольника, вершины которого - точки соприкосновения колес с дорожным покрытием; Θ - угол, определяющий направление автомобиля; θ - угол, определяющий направление прямоугольника вершины которого -точки соприкосновения колес с дорожным покрытием; а₁, а₂ - расстояния от передней и задней оси до положения центра тяжести; V -скорость движения автомобиля.

Коэффициенты деформации шин, а также постоянные параметры - a₁, a₂, определяются для каждой модели автомобиля индивидуально и закладываются в исходные данные программы реализующей ограничение скорости.

Передаточная матрица, соответствующая уравнениям неголономной связи,

Общая передаточная матрица Н системы является произведением W(iω) и W₂(iω): Н=W(iω)·W₂(iω).

Рассмотрим динамическую устойчивость системы в линейной постановке (Ю.Н.Санкин. Динамика несущих систем металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 1986. - 96 с.). При неустойчивости определитель матрицы Н - I, где I - единичная матрица, должен равняется нулю. Соответственно ни одно собственное значение матрицы Н не должно равняться 1.

Характеристическое уравнение для рассматриваемого случая

Раскрывая определитель, получим квадратное уравнение

λ²-(а11+a22)λ+(а11·а22 -а21·а12)=0

Строя АФЧХ λ₁ и λ₂ согласно вышеуказанному уравнению, определяем, при какой скорости АФЧХ соответствующего λ пересекает вещественную ось при значении, равном 1. Такая скорость и является критической, и ее значение, заниженное на 5%, закладывается в порог ограничения максимальной скорости.

Тарировка осуществляется на неподвижном автомобиле по ранее полученным данным на эталонном автомобиле.

Данное изобретение было проверено с помощью численного эксперимента, который показал практически полное совпадение значения порога скорости с субъективными ощущениями во время испытательных поездок. На фиг.2 и 3 представлены импульсные переходные функции и соответствующие им АФЧХ, полученные с помощью численного интегрирования. На фиг.4 - перекрестная АФЧХ. Для рассматриваемого случая (перегруженный автобус) АФЧХ λ₁ и λ₂, представленные на фиг.5 и фиг.6, пересекают ось в значении равном 1 при скорости V=12,4 м/с, которая и является критической. При превышении данной скорости возникает опасность сваливания в кювет или выезда на встречную полосу движения.

Способ ограничения скорости автомобиля в зависимости от динамических характеристик в боковом движении, заключающийся в том, что автомобиль рассматривают как линейную систему, на вход которой со стороны дорожного профиля поступает стационарный случайный сигнал с четырех датчиков, который дважды интегрируют с помощью последовательно включенных интеграторов, на выходе которых получают переменные составляющие бокового перемещения и угла поворота, сигнал подают на коррелятор, определяющий по переменным составляющим импульсные переходные функции объекта, после чего сигнал подают на электронное вычислительное устройство, с помощью которого получают амплитудно-фазо-частотные характеристики путем интегрирования импульсных переходных функций, формирующее эквивалентную математическую модель автомобиля по характерным точкам амплитудно-фазо-частотных характеристик, затем строят амплитудно-фазо-частотные характеристики λ₁ и λ₂, итерационным методом находят такое значение скорости, при котором λ₁ и λ₂ пересекают вещественную часть в точке, равной 1, то есть Re(λ₁)=Re(λ₂)=1, Im(λ₁)=Im(λ₂)=0, после чего вырабатывают сигнал ограничения скорости.