Способ превентивного смещения центра тяжести колесного транспортного средства в сторону поворота
Предложен способ превентивного смещения центра тяжести транспортного средства в сторону поворота. При одновременных условиях стабильного движения транспортного средства по заданной траектории, определяемого соответствующими значениями датчиков осевого вращения и поперечного ускорения или сравнением скорости транспортного средства с соответствующей стабильному движению линейной скоростью каждого колеса, и превышения заданного значения скорости или угла поворота рулевого колеса, блок управления подает сигнал на механизм тормозной системы, уменьшающий скорость вращения внутреннего по отношению к заданному повороту колеса, и прекращает его при распознавании начала возврата рулевого колеса в исходное положение. Достигается повышение надежности. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к технике управления колесными транспортными средствами (далее – т.с.) и касается обеспечения безопасности движения т.с.
Центр тяжести т.с. - это условная точка, в которой сосредоточивается весь его вес. Расположение центра тяжести оказывает большое влияние на устойчивость и управляемость автомобиля. Наклон центра тяжести т.с. наружу поворота под воздействием центробежной силы и силы инерции отражается на силе сцепления каждого колеса с дорожным полотном, что влечет потерю устойчивости т.с. вследствие сноса передних, заноса задних или равномерного сноса всех колес т.с.
В настоящее время для предотвращения смещения центра тяжести т.с. наружу поворота и контроля устойчивости т.с. применяются системы контроля положения кузова, содержащие гидропневматические элементы, которые посредством системы клапанов могут изменять как жесткость, так и амортизирующие свойства путем изменения проходных сечений клапанов (см. статью «Гидравлическая подвеска», выложенную в Интернете по адресу: www.zr.ru/content/articles/919356-pruzhinnaya-gidravlicheskaya-pne/) и антизаносные системы, содержащие датчики положения рулевого колеса, скорости автомобиля, скорости вращения колес, осевого вращения (угла рыскания) и бокового (поперечного) ускорения, с возможностью избирательного торможения каждого колеса по отдельности при помощи гидроблока (см. статью «Антизаносная система» выложенную в Интернете по адресу: https://www.zr.ru/content/articles/915761-nazhal-na-knopku-esp/)
Недостатком систем контроля положения кузова являются их высокая стоимость и полная потеря работоспособности подвески при выходе из строя гидропневматических упругих элементов, отсутствие превентивного смещения центра тяжести т.с., а также низкая скорость выравнивания кузова.
Антизаносные системы работают по следующему принципу.
В памяти блока управления под каждый угол поворота руля и каждое значение скорости автомобиля прописаны значения бокового ускорения и осевого вращения, при которых автомобиль движется стабильно и устойчиво согласно заданному углу поворота руля. При определении изменения этого режима движения, т.е. фиксации сноса передних колес, бокового скольжения всех колес наружу поворота или заноса задних колес (достижение или превышение заданных значений бокового ускорения и осевого вращения), блок управления уменьшает обороты двигателя или посредством гидроблока выборочно подтормаживает одно или несколько колес автомобиля, восстанавливая заданную траекторию (патент № RU 2504491).
Некоторые антизаносные системы для фиксации сноса/заноса используют сравнение информации только с датчиков скорости колес и датчика скорости т.с. (достижение или превышение заданных значений разницы в скоростях, патент № RU 2702878 C1).
Во всех случаях последовательность действий следующая: поворот руля, снос/занос, торможение.
Так, антизаносные системы восстанавливают устойчивость и смещают центр тяжести т.с. внутрь поворота после определения датчиками осевого вращения и бокового ускорения заноса задних или сноса передних или всех колес, т.е. нестабильного движения автомобиля.
В результате антизаносные системы не предотвращают снос/занос, а устраняют их последствия.
Известен способ регулирования устойчивости движения (№ US6957873В2), в котором для избежания опасной ситуации динамика рулевого маневра снижается приложением тормозного усилия (колонка 5 стр. 45) на внешнее по отношению к заданному повороту колесо 16 на фиг. 1, в колонке 6 стр. 30 и п. 4 формулы. Недостатком указанного способа является опасность переворота т.с. или столкновения из-за ослабленного рулевого маневра (данный способ не является аналогом заявляемого изобретения).
Известен способ, включающий применение электронно управляемой тормозной системы на первом этапе маневра уклонения, когда водитель направляет транспортное средство в первом направлении, чтобы объехать препятствие, осуществляющей большее тормозное усилие на шину внутри первого изгиба, чем на шину снаружи первого изгиба, как только риск столкновения обнаруживается на основе: 1) данных от одного или нескольких датчиков, включая по меньшей мере один из радиолокационных датчиков и камер, и 2) данных от одного или нескольких датчиков транспортного средства, включая, по крайней мере, один из датчиков угла поворота рулевого колеса, датчик скорости рыскания (осевого вращения) и датчики скорости колеса, с тем чтобы помочь водителю в управлении вокруг препятствия, применяя с помощью электронно управляемой тормозной системы на втором этапе маневра уклонения, когда после поворота вокруг препятствия на первом этапе водитель направляет транспортное средство во втором направлении, противоположном первому направлению, большее тормозное усилие на шину снаружи второго изгиба, чем на шину внутри второго изгиба с тем, чтобы ослабить рулевое управление водителя и стабилизировать транспортное средство (№ US9014921B2). Недостатком указанного способа является неопределенность использования датчика скорости рыскания (осевого вращения), отсутствие датчика бокового ускорения (посредством которого определятся равномерный снос всех колес), неопределенность моментов активации и отключения тормозной системы и отсутствие определения стабильного движения т.с, при котором активация системы наиболее эффективна (данный способ не является аналогом заявляемого изобретения).
Настоящее изобретение направлено на превентивное смещение центра тяжести т.с. в сторону поворота.
Достигаемый при этом технический результат заключается в превентивном смещении центра тяжести т.с. в сторону поворота, при стабильном движении до начала возможного сноса/заноса, путем увеличения силы сцепления внутреннего по отношению к заданному повороту колеса с дорожным полотном при изменении траектории движения т.с., повышении устойчивости и более стабильном изменении траектории движения т.с.
Для достижения технического результата при одновременных условиях определения стабильного движения т.с. по заданной траектории сравнением скорости т.с. со скоростью вращения каждого колеса (для сравнения указанных скоростей, значения датчиков угловой скорости вращения колес автоматически переводятся в линейные скорости вращения колес) или посредством датчиков осевого вращения и бокового ускорения (до начала возможного сноса/заноса) и превышения заданного значения скорости или угла поворота рулевого колеса, блок управления подает сигнал на механизм тормозной системы, уменьшающий скорость вращения внутреннего по отношению к заданному повороту колеса, и прекращает его в момент начала возврата рулевого колеса в исходное положение.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
Датчики скорости т.с., скорости вращения колес, положения рулевого колеса, осевого вращения, бокового ускорения, тормозные системы с гидроблоками, позволяющими избирательно тормозить колесами, хорошо освоены современными технологиями и широко применяются на современных т.с. в антизаносных системах.
Блок управления, получая информацию с вышеуказанных датчиков, одновременно фиксирует стабильное движение т.с. по заданной траектории (посредством датчиков осевого вращения и бокового ускорения или сравнением скорости т.с. с соответствующей скоростью вращения каждого колеса) и превышение заранее заданного значения угла или скорости поворота рулевого колеса в заранее заданном диапазоне скоростей.
В ситуации экстренного перестроения при динамичном повороте рулевого колеса из-за люфтов в рулевом управлении и уводов шин, еще до начала фактического поворота т.с., центр тяжести некоторое время, обусловленное также кинематикой подвески, продолжает оставаться в состоянии поперечной устойчивости.
При прохождении скоростных пологих поворотов, характеризующимися плавным поворотом рулевого колеса, центр тяжести изменяет свое положение незначительно и также продолжает оставаться в состоянии поперечной устойчивости.
При этом режим движения т.с. в зависимости от настроек антизаносной системы датчиками осевого вращения и бокового ускорения или сравнением скорости т.с. с соответствующей скоростью вращения каждого колеса также некоторое время определяется как стабильный и устойчивый.
Далее блоком управления подается команда исполнительному механизму - актуатору торможения внутреннего по отношению к заданному повороту колеса.
Замедление скорости вращения внутреннего по отношению к заданному повороту колеса инициирует превентивное смещение центра тяжести т.с. в сторону поворота и увеличивает его (внутреннего колеса) силу сцепления. После чего, под воздействием центробежной силы увеличится сила сцепления и внешнего колеса. В результате, при криволинейном движении т.с. центр тяжести в поперечном направлении оказывается смещенным в сторону поворота, что позволяет т.с. изменять траекторию движения более стабильно и устойчиво.
Для комфортного вождения, при котором водитель может контролировать вмешательство электронных систем безопасности, восстановление скорости вращения колеса осуществляется прекращением сигнала исполнительному механизму - актуатору торможения блоком управления в момент начала возврата рулевого колеса к исходному положению, распознаваемым (определяемым) посредством датчика положения рулевого колеса.
Увеличение силы сцепления внутреннего и внешнего колес т.с. за счет превентивного смещения центра тяжести в сторону поворота значительным образом отодвигает или предотвращает момент потенциального сноса/заноса т.с. и может быть использовано как для ситуаций экстренного перестроения, так и для более стабильного прохождения скоростных пологих поворотов. В связи с этим, предварительную активацию блока управления предпочтительно осуществлять посредством кнопки, голосовым управлением или пунктом в электронном меню настроек т.с.
Подача блоком управления сигнала актуатору торможения при определении стабильного движения осуществляется при различном сочетании значений скорости т.с., скорости и угла поворота рулевого колеса.
Так, в ситуациях экстренного перестроения превалирующим значением для подачи блоком управления сигнала актуатору торможения является превышение скорости поворота рулевого колеса. Значения угла поворота рулевого колеса должно быть больше нуля, а скорости т.с. больше, например, 5 км/ч.
Максимальная скорость поворота рулевого колеса в момент первоначального движения в зависимости от размеров рулевого колеса и физических возможностей у подготовленного водителя может достигать 4 оборотов рулевого колеса в секунду.
Поэтому, пороговое значение скорости поворота рулевого колеса для ситуаций экстренного объезда определяется усредненным значением скорости энергичного поворота рулевого колеса (подбираемым путем проведения испытаний на водителях различного возраста и пола) или выбирается водителем индивидуально отдельным пунктом в электронном меню настроек с учетом своего стиля вождения.
Для стабильного прохождения скоростных пологих поворотов превалирующими значениями являются превышение значения угла поворота рулевого колеса и значение скорости т.с., находящейся в диапазоне, например, от 60 до 240 км/ч. Скорость поворота рулевого колеса при этом должна быть ниже порогового значения для ситуаций экстренного объезда. Пороговое значение угла поворота рулевого колеса в данном случае подбирается опытным путем под каждое значение скорости т.с. и вносится в память блока управления. Диапазон, в котором фиксируется превышение угла поворота рулевого колеса может быть, например, до 180 градусов от нулевого положения и обуславливается шагом показаний датчика положения рулевого колеса конкретного т.с., размером рулевого колеса, передаточным числом рулевого управления и допустимого в нем заводского люфта, а также кинематикой подвески.
Таким образом, блок управления по значению скорости т.с. и по превышению порогового значения скорости или угла поворота рулевого колеса определяет соответственно ситуацию экстренного объезда (энергичный поворот рулевого колеса) или прохождение скоростного поворота (плавный поворот рулевого колеса), и на этом основании определяет величину тормозного усилия, осуществляемой актуатором торможения, которая также подбирается опытным путем отдельно для экстренного объезда (например, уменьшение скорости вращения колеса до 99%) и для скоростных поворотов (например, от 5%) и вносится в память блока управления с учетом таких параметров как диаметр, ширина, профиль шин, плечо обкатки, характеристики подвески, тормозной системы и т.д.
В случае одновременного превышения значений скорости и угла поворота рулевого колеса тормозное усилие осуществляется как для ситуации экстренного объезда.
В ситуациях экстренного перестроения, когда водитель резко поворачивая руль, одновременно нажимает на педаль тормоза, целесообразно скорость вращения внутреннего по отношению к заданному повороту колеса уменьшать сильнее, чем скорость вращения внешнего, вплоть до полного отключения актуатора торможения внешнего по отношению к заданному повороту колеса.
Приложенным скомпонованным фото иллюстрируются испытания, проведенные автором на личном автомобиле, с возможностью в ручном режиме тормозить каждым колесом по отдельности. Это фотографии автомобиля при совершении одного и того же маневра (имитация резкого перестроения вправо), начавшегося из одной точки с одинаковой скоростью поворота рулевого колеса (около 4 оборотов в секунду) на один и тот же угол, приблизительно на 80 градусов. Скорость автомобиля в обоих случаях 75 км/ч. Автомобиль сфотографирован в обоих случаях на расстоянии около 4-х метров от начала маневра. Верхняя часть фото «А» - маневр, выполненный только рулем. Нижняя часть фото «Б» - маневр, выполненный рулем, одновременно со значительным уменьшением скорости вращения только правого переднего колеса, почти до его блокировки. Разница в кренах наглядно демонстрирует на нижней части фото "Б" смещение центра тяжести в сторону поворота.
Скорость замедления вращения колес целесообразно регулировать при помощи датчиков скорости колес для предотвращения возможной блокировки и датчика контроля слепой зоны со стороны поворота при его срабатывании, уменьшая скорость вращения на меньшую величину по сравнению с заранее заданным значением
Наличие на т.с. датчиков положения кузова, отслеживающих в реальном времени рельеф дороги и разницу расстояний между кузовом и колесами, и, соответственно, силу сцепления каждого колеса, позволит более точно регулировать уменьшение скорости вращения необходимого колеса (увеличивая его силу сцепления) и увеличит эффективность изобретения.
Настоящее изобретение промышленно применимо, так как может быть реализовано с использованием известных электронных технологий и усовершенствованных известных систем торможения.
Новым в предлагаемом способе является новое сочетание отдельных известных решений и их применение в новой совокупности для решения технической задачи превентивного смещения центра тяжести т.с. в сторону поворота.
1. Способ превентивного смещения центра тяжести транспортного средства в сторону поворота, согласно которому при одновременных условиях стабильного движения транспортного средства по заданной траектории, определяемого соответствующими значениями датчиков осевого вращения и поперечного ускорения или сравнением скорости транспортного средства с соответствующей стабильному движению линейной скоростью каждого колеса, и превышения заданного значения скорости или угла поворота рулевого колеса, блок управления подает сигнал на механизм тормозной системы, уменьшающий скорость вращения внутреннего по отношению к заданному повороту колеса, и прекращает его при распознавании начала возврата рулевого колеса в исходное положение.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что заранее заданное значение скорости поворота рулевого колеса может составлять до 4 оборотов в секунду.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что заранее заданное значение угла поворота рулевого колеса может составлять до 180 градусов.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что блок управления подает сигнал на механизм тормозной системы, уменьшающий скорость вращения внутреннего по отношению к заданному повороту колеса при движении транспортного средства в диапазоне от 5 до 240 км/ч.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что уменьшение скорости вращения внутреннего по отношению к заданному повороту колеса регулируют при помощи датчиков скорости колеса.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что уменьшение скорости вращения внутреннего по отношению к заданному повороту колеса регулируют при помощи датчика контроля слепой зоны со стороны поворота.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что уменьшение скорости вращения внутреннего по отношению к заданному повороту колеса регулируют при помощи датчика положения кузова.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что блок управления предварительно активирует водитель посредством кнопки, голосовым управлением или пунктом в электронном меню настроек.
