FI120061B - Menetelmä tiedon keräämiseksi tien pinnan liukkaudesta - Google Patents

Description

MENETELMÄ TIEDON KERÄÄMISEKSI TIEN PINNAN LIUKKAUDESTA KEKSINNÖN ALA

Keksintö liittyy tien pinnan liukkauden havainnointiin tiellä kulkevien ajoneuvojen toimintatie-5 tojen perusteella sekä näin havaitun liukkaustiedon keräämiseen.

KEKSINNÖN TAUSTA

Tietoa tien pinnan liukkaudesta tarvitaan 10 useissa sovelluksissa. Esimerkiksi varoittamalla kuljettajaa liukkaudesta jo ennen kuin hän itse sitä havaitsee, voidaan parantaa liikenneturvallisuutta merkittävästi. Kuljettajien liukkaustietoisuuden varmistamisen ja siten yksittäisten ajoneuvojen hallinnan 15 parantamisen lisäksi turvallisuutta voidaan tehokkaasti parantaa vaikuttamalla suoraan liukkauteen tienpi-dollisin keinoin. Tienpidon toimenpiteiden optimoinnissa on erittäin tärkeää, että on tarjolla mahdollisimman reaaliaikaista tietoa tien pinnan liukkaudesta 20 eri alueilla.

Tehokkaimpia keinoja liukkaustiedon saamiseksi ovat erilaiset järjestelmät, joissa liukkaus havaitaan suoraan teillä liikkuvista ajoneuvoista. Ajoneuvoissa voi olla erilaisia esimerkiksi optisia tai 25 akustisia tien pintaa tarkkailevia antureita, joiden signaaleista voidaan päätellä tien pinnan ominaisuuksia. Kalliit ja monimutkaiset lisäanturit voidaan kuitenkin välttää hyödyntämällä liukkauden määrityksessä ajoneuvoissa valmiiksi olevien järjestelmien keräämiä 30 tietoja. Nykyaikaisissa ajoneuvoissa on mahdollista kerätä ajoneuvon tietoväylästä sähköisessä muodossa ensinnäkin moottorin toimintatietoja, mutta esimerkiksi lukkiutumattomien jarrujärjestelmien sisältämien välineiden avulla myös tietoa renkaiden pyörimisnope-35 uksista, joista voidaan määrittää edelleen pyörien mahdolliset luistot. Tunnetaankin lukuisia menetelmiä 2 määritellä tien pinnan liukkaustasoa nimenomaan vetävien tai jarruttavien pyörien luistoon perustuen.

Luistolla tai luistosuhteella tarkoitetaan yleensä renkaan kehänopeuden ja ajoneuvon todellisen 5 nopeuden erotuksen suhdetta mainittuun ajoneuvon todelliseen nopeuteen. Renkaan luistoon vaikuttaa kitkan lisäksi luonnollisesti myös renkaan kautta tiehen välittyvä veto- tai työntövoima sekä renkaan kautta tiehen kohdistuva, ajoneuvon massasta ja maan vetovoimas-10 ta johtuva normaalivoima. Mitä suurempi on vetovoima ja mitä pienempi kyseinen normaalivoima, sitä suurempi on renkaan luisto. Kitkakertoimen, vetovoiman ja luiston riippuvuutta kuvataan usein käyränä, joka esittää vetovoimaa (mahdollisesti normalisoituna eli jaettuna 15 mainitulla normaalivoimalla) luiston funktiona. Käy rällä on maksimiarvo, joka vastaa kyseisen renkaan ja tien pinnan välistä kitkakerrointa. Maksimiarvon määrittäminen suoraan havaitun luiston perusteella on vaikeaa, koska normaaliajossa luisto jää useimmiten 20 tuota maksimiarvoa vastaavaa luistoa selvästi alhaisemmaksi. Toisaalta luiston ollessa mainitun käyrän maksimiarvoa vastaavalla tasolla havaitsee kuljettaja liukkauden joka tapauksessa. Tällöin sovelluksissa, joissa ei tarvita täsmällistä absoluuttista kitkaker-25 rointa, ei ole tarvetta enää erilliselle liukkauden havainnoinnille. Tällainen sovellus on esimerkiksi talviaikainen tienpito, jonka tarpeisiin riittää vain tieto siitä, missä näyttäisi olevan esimerkiksi hiekoitusta tai aurausta tarvitsevaa liukkautta.

30 Tien pinnan ja renkaan välisen kitkan arvioi miseksi alhaisen luistotason perusteella esitetään eräs menetelmä julkaisussa "Slip-based Tire-Road Friction Estimation", Automatica, Voi. 33, No. 6, pp. 1087-1999, 1997. Menetelmässä on lähtökohtana mittaus-

F

35 tulokset normalisoidusta vetovoimasta μ = —, jossa F

N

on edellä mainittu vetovoima ja N vastaavasti mainittu 3 normaalivoima, ja luistosta s. Niiden välillä oletetaan olevan lineaarinen riippuvuus μ = k (s - δ). Menetelmän olennaisena vaiheena on kulmakertoimen k ja offset-parametrin δ arvioiminen soveltamalla mittaus-5 dataan monimutkaista matemaattista Kalman-suodatinta. Lisäksi menetelmässä määritetään tien pinnan karheuden mitattuun renkaan pyörimisnopeuteen aiheuttamaan vaihteluun e verrannollinen parametri γ = 4Var (e). Kitka ja tien pinnan tyyppi voidaan mittausdatan pohjalta 10 määritettyjen parametrien k ja γ avulla lopulta luokitella karkeasti esimerkiksi korkean kitkakertoimen pintaan, liukkaaseen tai erittäin liukkaaseen pintaan. Lisäksi menetelmällä kyetään tunnistamaan erityslaa-tuisena pintana soratie.

15 Toinen tunnettu laskentatapa kitkakertoimen määrittämiselle mitatusta luistosta ja ajoneuvon nopeudesta sekä kiihtyvyydestä lähtien on esitetty patenttihakemuksessa US 2005/0038589 AI. Menetelmä liittyy varsinaisesti renkaan vääntömomentin säätämiseen. 20 Ratkaisussa määritetään välivaiheena tavoitellusta nopeudesta riippuvat tavoiteltu renkaan pyörimisnopeus sekä tavoiteltu renkaan luisto. Olennaisena vaiheena menetelmässä on Fourier-sarjan hyödyntäminen kitkakertoimen laskennassa.

25 Patenttijulkaisu US 6650988 B2 kuvaa tien pinnanlaadun määritysmenetelmän, joka perustuu tosiasiaan, että alhaisen kitkakertoimen tapauksissa, kuten kulutetulla jäätyneellä lumella, kitkakerroin on merkittävästi epästabiilimpi kuin esimerkiksi asfal-30 tiliä. Näin ollen määritettäessä, onko kitkakerroin korkea, tarkastellaan julkaisun menetelmässä ensinnäkin vaihtelua luistosuhteissa vasemman ja oikean puolen renkaiden välillä. Lisäksi määritetään etu- ja takapyörien luistosuhteen ja ajoneuvon kiihtyvyyden vä-35 linen lineaarinen regressiokerroin ja korrelaatioker- roin. Jos mainittu vaihtelu ylittää tietyn arvon, ase- 4 tetaan kynnysarvo tien pinnanlaadun määrittämiseksi lineaarisen regressiokertoimen perusteella.

Edellä kuvatut menetelmät ovat laskennallisesti raskaita ja monimutkaisia. Ne ovat näin ollen 5 ylimitoitettuja tilanteisiin, joissa ollaan kiinnostuneita ainoastaan siitä, onko tien pinta mahdollisesti liukas vai ei. Monimutkainen laskenta asettaa vaatimuksia myös laskennan suorittavan laitteiston suorituskyvylle. Haluttaessa lisätä tien pinnan määrityksen 10 tarkkuutta laskenta vain lisääntyy. Kuitenkin yhden ajoneuvon keräämien tietojen perusteella kitkakertoi-men laskenta väistämättä jää lopultakin sisältämään epätarkkuutta. Kullakin tunnetulla menetelmällä on myös puutteensa. Esimerkiksi viimeksi mainittu toimii 15 ainoastaan kiihdytys-/jarrutustilanteissa. Ensiksi mainittu taas rajoittuu päinvastoin "normaaliajon" aikaisiin tilanteisiin.

KEKSINNÖN TARKOITUS

20 Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uuden lainen menetelmä, jolla saadaan tieto tienpinnan mahdollisesta liukkaudesta kerätyksi mahdollisimman yksinkertaisesti, nopeasti ja luotettavasti.

25 KEKSINNÖN YHTEENVETO

Keksinnön menetelmälle tiedon keräämiseksi tien pinnan liukkaudesta on tunnusomaista se, mitä on esitetty itsenäisessä patenttivaatimuksessa 1.

Menetelmässä tiedon keräämiseksi tien pinnan 30 liukkaudesta kerätään tiellä kulkevan raskaan liikenteen ajoneuvon tietoväylästä ajoneuvon toimintatietoja, määritetään toimintatietojen avulla ajoneuvon vetävän pyörän luistosuhde s ja vetävän pyörän kautta tiehen välittyvä työntövoima F ajoneuvon liikuttama-35 seksi ja määritetään tien pinnan liukkaus luistosuh-teen s, työntövoiman F sekä ajoneuvon massan m avulla.

5

Toimintatietoja voivat olla esimerkiksi moottorin vääntömomentti ja kierrosnopeus sekä ajoneuvon pyörien pyörimisnopeudet. Määrityksessä käytettäviin toimintatietoihin tai niistä menetelmän välivaiheissa edelleen 5 johdettaviin tietoihin voi kuulua myös esimerkiksi ajoneuvon nopeus ja kiihtyvyys. Luistosuhteella tarkoitetaan tässä vetävän pyörän pyörimisnopeuteen ja renkaan säteeseen verrannollisen kehänopeuden ja ajoneuvon todellisen nopeuden erotuksen ja todellisen no-10 peuden suhdetta. Ajoneuvon toimintatietoja voidaan kerätä sähköisessä muodossa esimerkiksi ajoneuvon tieto-väylästä, joita nykyään on käytössä useita eri tyyppejä, esimerkiksi CAN (Controller Area Network). Kerätyt toimintatiedot voidaan tallentaa esimerkiksi ajoneuvon 15 ajotietokoneelle tai muulle ajoneuvoon asennetulle tietojenkäsittelylaitteelle liukkauden määrittämiseksi kyseisen laitteen ja siihen asennetun ohjelmiston avulla. Ajoneuvon massa vaikuttaa luistosuhteeseen sitä kautta, että tietyllä työntövoimalla luisto on sitä 20 suurempaa, mitä pienempi on vetävän pyörän kannattama massa.

Keksinnön menetelmässä käytetään raskaan liikenteen ajoneuvoa. Tällä tarkoitetaan maksimipainol-taan vähintään 3500 kg:n, edullisesti vähintään 18000 25 kg:n ja edullisimmin vähintään 42000 kg:n ajoneuvo tai ajoneuvoyhdistelmää. Maksimipainolla tarkoitetaan kuormatun ajoneuvon suurinta sallittua kokonaismassaa. Ajoneuvotyyppinä voi vastaavasti olla esimerkiksi kevyt kuorma-auto, henkilölinja-auto, raskaampi kuorma-30 auto tai suurimpana täysperävaunullinen ajoneuvo yhdistelmä. Verrattuna kevyempiin henkilö- ja pakettiautoihin saavutetaan raskaalla kalustolla merkittäviä etuja liukkauden määrityksessä. Mainittu vetävän pyörän kautta tiehen välittyvä työntövoima määritetään 35 nimittäin moottorin kuormituksen tai toisin sanoen sen tuottaman tehon tai vääntömomentin perusteella. Osa kokonaistehosta kuluu kuitenkin aina erilaisiin hävi- 6 öihin esimerkiksi voimansiirrossa. Vain tämän häviö-osuuden ylittävä osuus on liukkauden määrityksen kannalta merkityksellistä. Mitä pienempi on häviöosuuden ylittävä hyötyosuus tehosta, sitä epätarkempaa sen 5 määrittäminen ja näin siihen perustuva liukkauden määrityskin on. Raskaalla kalustolla on se etu, että moottori toimii vedossa tyypillisesti useimmiten lähellä suorituskykynsä ylärajaa, jolloin mainitun tehon tai voiman hyötyosuuden määritys on tarkempaa. Esimer-10 kiksi henkilöautoilla tilanne on suurimman osan ajasta päinvastainen tarvittavan tehon ylittäessä häviötason vain niukasti.

Vieläkin olennaisempi etu raskaalla kalustolla on se, että kokonaismassan ja siten tarvittavan 15 työntövoiman ollessa esimerkiksi täysperävaunullisella kuorma-autolla monikymmenkertainen henkilöautoon nähden, ei kuorma-auton vetävän pyörän kannattama massa kuitenkaan ole samassa suhteessa suurempi. Tämä johtuu suuremmasta määrästä akseleita, joille kokonaismassa 20 jakautuu. Näin ollen kuorma-auton vetävä pyörä luistaa henkilöauton vetävää pyörää herkemmin, jolloin myös liukkaus havaitaan raskaalla kalustolla selvästi herkemmin .

Keksinnön mukaisesti menetelmässä määritetään 25 ensiksikin ennalta mainitun vetävän pyörän luistosuhde pitävällä pinnalla So vetävän pyörän tiehen kohdistaman, ajoneuvon massasta riippuvan normaalivoiman N sekä mainitun työntövoiman F funktiona. Luistosuhde voidaan määrittää pelkästään laskennallisesti, mutta sen 30 selvittämiseksi voidaan tehdä myös ajokokeita jollakin vertailukohdaksi sopivalla, pitäväksi tunnetulla alustalla. Ajokokeiden avulla referenssiluistosuhde So saadaan määritetyksi erittäin tarkasti, sillä silloin on mahdollista huomioida luiston lisäksi esimerkiksi 35 nopeuden ja renkaan rakenteen muodonmuutoksen vaikutukset pyörän dynaamiseen säteeseen. Normaalivoimalla tarkoitetaan maan vetovoiman aiheuttamasta ajoneuvon 7 painosta johtuvaa tien pintaan kohtisuoraan kohdistuvaa voimaa. Edelleen keksinnön mukaisesti menetelmässä määritetään ajotapahtuman aikaiset vetävän pyörän luistosuhde Si, normaalivoima Ni ja työntövoima Fi.

5 Mainitun vetävän pyörän tiehen kohdistaman normaali-voiman I\h määrittämiseksi kerätään aj otapahtuman aikana tiellä kulkevan ajoneuvon sijaintitietoja ja määritetään ajoneuvon massa m näiden ajotapahtuman aikaisten sijaintitietojen ja sekä edellä mainittujen toi-10 mintatietojen perusteella. Sijainti- ja toimintatie toihin pohjautuen voidaan massa käytännössä määrittää esimerkiksi ajoneuvon liiketilan ja ajoneuvoon vaikuttavien voimien perusteella. Toisaalta voidaan määrittää tietyn siirtymän aikana tehty työ ajoneuvon lii-15 kuttamiseksi ja määrittää massa energiataselaskelmien avulla. Määrittämällä massa näin ajotapahtuman aikana kerättyjen tietojen perusteella vältetään ensinnäkin tarve monimutkaisten punnituslaitteistojen käytölle ja toisaalta rahtikirjojen tai vastaavien perusteella 20 tehtävän massan määrityksen mahdollinen epätarkkuus.

Edelleen näin voidaan päivittää tieto ajoneuvon massasta esimerkiksi aina lastaus- tai purkutapahtumien jälkeen, mikä varmistaa liukkauden laskennan perustumisen riittävän tarkkoihin lähtötietoihin.

25 Edelleen keksinnön mukaisesti määritetään me netelmässä myös normalisoitu luistosuhde s' vertaamalla ajotapahtuman aikaista vetävän pyörän luistosuhdet-ta si mainittuun ennalta määritettyyn luistoon pitävällä pinnalla So samoilla työntövoimalla Ni ja normaali-30 voimalla Fi. Tien pinnan liukkaustaso määritetään näin saadun normalisoidun luistosuhteen perusteella. Toisin sanoen normalisoitu luistosuhde kertoo luiston määrän suhteessa pitäväksi tunnettuun alustaan, joten mahdollinen liukkaus havaitaan näin luiston lisääntymisestä. 35 Liukkaus voidaan jaotella eri luokkiin sen mukaan, kuinka suuri on kyseinen luistosuhteen kasvu. Keksinnön menetelmä on huomattavasti yksinkertaisempi kuin 8 tunnetun tekniikan mukaiset, absoluuttisen liukkauden tai kitkakertoimen määrityksiin pyrkivät menetelmät. Tieto liukkaudesta saadaan näin erittäin nopeasti. Menetelmä on myös erittäin herkkä ilmaisten vähäisenkin 5 liukkauden lisäyksen, mistä on yhdessä mainitun nopeuden kanssa etua erityisesti haluttaessa varoittaa ajoneuvon kuljettajaa ennen kuin tämä itse huomaakaan liukkautta. Suoraan vetävän pyörän käyttäytymisen muutokseen pitävään pintaan nähden perustuvana menetelmä 10 on myös erittäin luotettava. Renkaan kulumisen aiheuttama pidon vähentyminen voi luonnollisesti näkyä määritettynä lievänä liukkautena jopa pitäväksikin tiedetyllä pinnalla. Tämä on kuitenkin virhe, joka on turvalliseen suuntaan ja jonka toisaalta kuljettaja huo-15 maa, jolloin renkaiden heikentyneet ominaisuudet voi daan huomioida säätämällä liukkaustiedon käsittelyn parametrej a.

Yksityiskohtaisemmin kuvattuna eräässä edullisessa keksinnön sovelluksessa edellä kuvattu massan 20 määritysmenetelmä sisältää vaiheet, joissa 1) määrite tään ennalta ajoneuvon liikuttamiseksi tarvittavan työn Wr riippuvuus ajoneuvon siirtymästä ja massasta, 2) määritetään sijaintitietojen ja toimintatietojen perusteella ajotapahtuman aikaisen mittausjakson ai-25 kaiset ajoneuvon kulkema matka d, ajoneuvon sijainnin korkeusmuutos Ah, ajoneuvon nopeuden v muutos sekä ajoneuvon liikuttamiseksi tehty työ W, ja 3) lasketaan ajoneuvon massa m ajoneuvon liikuttamiseksi tarvittavan työn Wr riippuvuuden ajoneuvon siirtymästä ja mas-30 sasta, mittausjakson aikaisten ajoneuvon kulkeman matkan d, sijainnin korkeusmuutoksen Ah, nopeuden v muutoksen ja ajoneuvon liikuttamiseksi tehdyn työn W sekä energian säilymisperiaatteen avulla. Sijaintitietoja voidaan kerätä esimerkiksi GPS -satelliittipaikannus-35 laitteiston avulla. Niin sijaintitietoja kuin toimin tatietojakin ajoneuvon tietoväylästä voidaan massan määritystä varten kerätä esimerkiksi sekunnin välein.

9

Ajoneuvon liikuttamiseen tarvittavan työn Wr selvittämiseksi voidaan tehdä esimerkiksi ajokokeita eri kuormilla ja erilaisilla siirtymillä. Riippuvuudesta Wr(d,Ah,m) on mahdollista edelleen määrittää esimer-5 kiksi ajoneuvon massan vaikutuksen ajoneuvon liikettä vastustaviin voimiin määrittävä kerroin K. Työ W voidaan tällöin laskea määrittämällä ensiksi moottorin vääntömomentista ja kierrosnopeudesta moottorin hetkelliset tehot P±, joista saadaan edelleen työ kerto-10 maila hetkelliset tehot tietojen keräysvälien kestoilla ja laskemalla tulot yhteen. Tämän jälkeen voidaan ratkaista energiansäilymisyhtälö W = Kmd + mgAh + (mA (v2)) /2 massan m suhteen. Yksityiskohtaisemmin tällaista massan määritysmenetelmää on kuvattu hakijan 15 aiemmassa patenttihakemuksessa FI 20050670.

Keksinnön eräässä edullisessa sovelluksessa määritetään normalisoitu luistosuhde s' vähentämällä ajotapahtuman aikaisesta luistosuhteesta Si luistosuhde pitävällä pinnalla So. Tilanteesta ja halutusta liuk-20 kaustiedon laadusta riippuen on myös mahdollista tarkastella kyseisten luistosuhteiden keskinäistä suhdetta tai edellä mainittua luistosuhteiden erotuksen suhdetta pitävän pinnan luistosuhteeseen.

Liukkauden määrityksen tarkkuuden varmistami-25 seksi liukkaus määritetään edullisesti vain moottorin vääntömomentin ollessa ennalta asetetun kynnysarvon yläpuolella. Näin voidaan varmistaa se, että edellä kuvatun häviöosuuden ylittävä niin sanottu hyötyosuus vääntömomentista ja siten tehosta on riittävän iso, 30 jotta se voidaan määrittää riittävällä tarkkuudella. Tällöin varmistetaan edelleen työntövoiman ja lopulta koko liukkauden määrityksen tarkkuus. Mainittu kynnysarvo on edullisesti vähintään 50 %, edullisemmin vähintään 70 %, esimerkiksi 90 % moottorin vääntömo- 35 mentin maksimiarvosta riippuen mm. kyseisen ajoneuvon massasta, moottorin suorituskyvystä sekä tehohäviöiden määrästä.

10

Liukkauden määrittämisen lisäksi kerätään keksinnön mukaisen menetelmän edullisessa sovelluksessa ajotapahtuman aikana ajoneuvon sijaintitietoja ja siirretään sijaintitieto sekä sitä vastaava tieto 5 liukkaudesta keskusjärjestelmään tallennettavaksi ja jatkokäsiteltäväksi. Näin sijaintitiedot ja tiedot liukkaudesta voidaan keskusjärjestelmässä yhdistää liukkauskartaksi, jota taas voidaan hyödyntää esimerkiksi tienpidon toimenpiteiden kuten aurauksen, hie-10 koituksen tai suolauksen kohdentamisessa. Liukkaustie-toa voidaan toisaalta lähettää keskusjärjestelmästä edelleen varoituksena liukasta aluetta lähestyviin toisiin ajoneuvoihin. Tieto liukkaudesta voi tässä yhteydessä olla ajoneuvon ajotietokoneessa tai muussa 15 tietojenkäsittelylaitteessa määritetty liukkaustieto tai se voi koostua liukkauden määrityksessä lähtötietoina tarvittavista toimintatietoista, jolloin varsinainen liukkauden määrittäminen voidaan tehdä keskus-järjestelmässä. Keskusjärjestelmään voidaan kerätä si-20 jaintitietoja ja tietoja liukkaudesta lukuisista ajo neuvoista, jolloin kasvaa entisestään liukkaustiedon luotettavuus.

Sijaintitieto ja tieto liukkaudesta siirretään keskusjärjestelmään edullisesti ajotapahtuman ai-25 kana langattoman tiedonsiirtovälineen, esimerkiksi GSM-lähettimen välityksellä. Tällöin tieto liukkaasta tien pinnasta saadaan keskusjärjestelmään nopeasti, jolloin niin tienpidolliset toimenpiteet kuin liuk-kausvaroituksetkin voidaan kohdistaa tehokkaasti. Toi-30 saalta tilanteissa, joissa ei tarvita välttämättä ai van reaaliaikaista tietoa, voidaan tiedot siirtää keskus j ärj estelmän ajotapahtuman jälkeen jonkin välital-lennusvälineen kuten muistikortin avulla.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä tarvitta-35 vaan välineistöön kuuluu edullisesti ensinnäkin tie-donkeräysvälineet toimintatietojen keräämiseksi sähköisessä muodossa ajoneuvon tietoväylästä. Toiminta- 11 tiedot samoin kuin sijaintitiedot voidaan kerätä ajoneuvon ajotietokoneen yhteydessä olevaan muistiyksik-köön tai sopivalle muulle tietojenkäsittelylaitteelle. Keksinnön mukaisen menetelmän eri vaiheet toteutetaan 5 edullisesti tietojenkäsittelylaitteeseen asennetun tietokoneohjelman avulla ainakin osittain automaattisesti eli ilman kuljettajalta vaadittavia toimenpiteitä. Keskusjärjestelmään voi niin ikään kuulua erilaisia sähköisessä muodossa olevan tiedon tallennus- kä-10 sittely- ja siirtovälineitä sekä niihin asennettuja ohj elmistoj a.

Keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan lukuisia etuja tunnetun tekniikan ratkaisuihin nähden. Pitäväksi tunnettuun pintaan vertaamiseen perustuva 15 liukkauden määritysmenetelmä on yksinkertainen, nopea, herkkä ja luotettava. Määritettäessä laskentaan vaikuttava ajoneuvon massakin tarkasti ajotapahtuman aikaisten toiminta- ja sijaintitietojen perusteella vältetään massan muutosten aiheuttamat virheet liukkauden 20 määritykseen. Liukkaustiedon tarkkuutta voidaan edel leen parantaa yhdistämällä keskusjärjestelmään useiden ajoneuvojen keräämä tieto liukkaudesta.

KUVALUETTELO

25 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityis kohtaisesti sovellusesimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, jossa kuva 1 esittää kaaviota keksinnön mukaisen menetelmän eräästä sovelluksesta, ja 30 kuva 2 havainnollistaa keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävää välineistöä sekä menetelmän periaatetta.

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

35 Menetelmä on kuvassa 1 jaettu kahteen päävai heeseen. Ensimmäisessä vaiheessa tehdään ajokokeita 12 ajamalla ajoneuvolla pitävällä pinnalla eri massoilla ja erilaisia reittejä. Ajokokeiden aikana kerätään ajoneuvon sijaintitietoja ja toimintatietoja ja määritetään toimintatietojen avulla ensinnäkin ajoneuvon vetä-5 vän pyörän luistosuhde So pitävällä pinnalla kyseisen pyörän kautta tiehen kohdistuvan, ajoneuvon massasta m ja maan vetovoimasta johtuvan normaalivoiman N sekä vetävän pyörän työntövoiman F funktiona. Toisekseen toimintatietojen ja sijaintitietojen avulla määritetään 10 ajoneuvon liikuttamiseksi tarvittava työ Wr ajoneuvon siirtymän ja massan funktiona.

Vaiheessa 2 kerätään ensinnäkin ajotapahtuman aikana ajoneuvon sijaintietoja ja toimintatietoja. Tietyn mittausjakson aikaisten sijaintitietojen ja toimin-15 tatietojen perusteella määritetään ensiksi ajoneuvon massa. Se voidaan määrittää esimerkiksi vertaamalla tehtyä työtä ja mittausjakson aikaista siirtymää sekä nopeuden muutosta ennalta määritettyyn ajoneuvon liikuttamiseksi tarvittavaan työhön siirtymän, ajoneuvon 20 massan sekä nopeuden muutoksen funktiona. Ajoneuvon toimintatietojen pohjalta määritetään seuraavaksi vetävän pyörän luistosuhde Si, kyseisen pyörän työntövoima Fi sekä edellä määritetyn ajoneuvon massan m ja paino-jakauman avulla vetävän pyörän kautta tiehen kohdistuva 25 normaalivoima N1. Luistosuhteesta Si vähennetään vastaavien työntövoiman Fi ja normaalivoiman Ni mukainen pitävän pinnan luistosuhde so. Liukkaus määritetään näin saadun normalisoidun luistosuhteen s' perusteella. Voidaan esimerkiksi määrittää ennalta tiettyjä normalisoi-30 dun luistosuhteen tasoja, jotka vastaavat tiettyjä liukkaustasoja. Havaittaessa liukkautta voidaan ensinnäkin varoittaa kuljettajaa siltä varalta, että hän ei itse ole liukkautta vielä huomannut. Tieto liukkaudesta lähetetään ajotapahtuman aikana myös yhdessä sijainti-35 tiedon kanssa liukkaustietoja keräävään keskusjärjes-telmään, jossa sitä voidaan käsitellä edelleen. Kuvatut määritysvaiheet massan määritystä lukuun ottamatta to- 13 teutetaan edullisesti jatkuvasti toistuvana prosessina yhä uudelleen, jolloin mahdollinen liukkaus havaitaan mahdollisimman nopeasti. Myös massan määritys voidaan haluttaessa tai tarpeen vaatiessa, esimerkiksi kuorman 5 lastauksen tai purun jälkeen, suorittaa uudelleen. Renkaiden kulumisen vuoksi niiden pitokyky luonnollisesti heikkenee ajan mittaan. Tämän vuoksi voidaan myös pitävän pinnan luistosuhde so määrittää uudelleen aika ajoin, esimerkiksi havaittaessa menetelmän tuottavan 10 selvästi virheellistä liukkaustietoa.

Kuvassa 2 on ensinnäkin esitetty kaaviomaises-ti keksinnön menetelmässä tarvittavan laitteiston osia. Tiellä 1 kulkevassa kuorma-autossa 2 on tietoja ajoneuvon moottorin toiminnasta, renkaiden pyörimisnopeuksis-15 ta ja muista vastaavista toimintatiedoista kokoava CAN -väylä 3, joka on kytketty tiedonsiirtoyhteyteen ajoneuvoon asennetun tietokoneen 4 kanssa toimintatietojen keräämiseksi tietokoneelle. Tietokoneeseen on yhteydessä myös GSM -lähetin/vastaanotin 5 tietojen siirtämi-20 seksi kuorma-auton ja keskusjärjestelmän välillä 6. Keskusjärjestelmään 6 voi kuulua erilaisia tietojenkäsittelyjärjestelmiä liukkaustiedon kokoamiseksi ja käsittelemiseksi halutulla tavalla sekä tietoliikennevälineitä. Keskusjärjestelmä voi näin sekä vastaanottaa 25 tietoja kuorma-autosta 2 että lähettää käsittelemiään tietoja takaisin kuorma-autoon tai edelleen muihin ajoneuvoihin. Tietokoneeseen on yhdistetty myös GPS vastaanotin 7 ajoneuvon sijaintitietojen määrittämiseksi ja keräämiseksi tietokoneelle 4.

30 Kuva 2 havainnollistaa myös liukkauden määri tyksen periaatetta. Kuvan kuorma-auto 2 kulkee eteenpäin nopeudella v ja sen vetävä pyörä 8 pyörii kulmanopeudella CO. Vetävän pyörän kehänopeus νω on kulmanopeus kerrottuna renkaan säteellä: va = Cör. Kun luistoa ei 35 ole, on tämä kehänopeus sama kuin ajoneuvon nopeus v. Tarkasteltaessa vetävän pyörän 8 ja tien 1 kosketuskohtaa voidaan kuvan mukaisesti määrittää rengasta pyörit- 14 tävä työntövoima F, joka pyrkii liikuttamaan renkaan pintaa suhteessa tiehen. Vastakkaiseen suuntaan vaikuttaa renkaan ja tien pinnan välisen kitkan mukainen kitkavoima Fv = μΝ, jossa N on kuorma-auton 2 massaan m 5 verrannollinen, maan vetovoiman aiheuttama vetävän pyörän 8 kautta tien pintaan kohdistuva normaalivoima N = mg, jossa g on gravitaatiokiihtyvyys. Jos kitkavoima on riittävän suuri, ei liukuvaa liikettä suhteessa tien pintaan ole eli rengas ei luista. Työntövoiman F ylit-10 täessä kitkavoiman Fp alkaa vetävä pyörä 8 luistaa, jolloin sen kehänopeus nousee ajoneuvon nopeutta suuremmaksi. Luistosuhde, joka määritetään kehänopeuden lisäyksen ja todellisen nopeuden suhteena, riippuu edellä kuvatun mukaisesti kitkakertoimen lisäksi olen-15 naisesti myös normaalivoimasta N sekä työntövoimasta F. Keksinnön menetelmässä selvitetään ennalta ajokokein tai laskennallisesti kyseisen ajoneuvon ja sen vetävän pyörän luistosuhteen riippuvuus näistä tekijöistä jollakin pitäväksi tunnetulla pinnalla, kuten kuivalla as-20 faltilla. Ajotapahtuman aikana havaittua luistosuhdetta verrataan tähän kuivan pinnan luistosuhteeseen samoilla työntövoimalla ja normaalivoimalla ja muodostetaan vertailun perusteella, esimerkiksi vähennyslaskulla, liukkauden lisääntymistä tunnettuun kuivaan pintaan nähden 25 kuvaava normalisoitu luistosuhde s'.

Kuvassa 2 näkyy myös kuorma-auton massan määritykseen liittyvän mittausjakson aikaiset ajoneuvon kulkema matka d sekä korkeusmuutos Äh. Vertaamalla näitä sekä ennalta määritettyä kuorma-auton liikuttamisek-30 si tarvittavaa työtä Wr(d,Ah,m) mittausjakson aikaiseen, kuorma-auton toiminta- ja sijaintiedoista laskettuun tehtyyn työhön W saadaan massa määritetyksi energian säilymisperiaatteen perusteella.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitet-35 tyjä sovellusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (8)

15

1. Menetelmä tiedon keräämiseksi tien (1) pinnan liukkaudesta, jossa menetelmässä kerätään tiellä kulkevan raskaan liikenteen ajoneuvon (2) tieto-5 väylästä (3) ajoneuvon toimintatietoja, määritetään toimintatietojen avulla ajoneuvon vetävän pyörän (8) luistosuhde s ja vetävän pyörän kautta tiehen välittyvä työntövoima F ajoneuvon liikuttamiseksi, ja määritetään tien pinnan liukkaus luistosuhteen s, työntö-10 voiman F sekä ajoneuvon massan m avulla, tunnettu siitä, että menetelmässä määritetään ennalta vetävän pyörän (8) luistosuhde pitävällä pinnalla s0 vetävän pyörän kautta tiehen (1) kohdistuvan, ajoneuvon massasta m riip-15 puvan normaalivoiman N sekä työntövoiman F funktiona, - määritetään ajotapahtuman aikaiset vetävän pyörän (8) luistosuhde Si, normaalivoima Ni ja työntövoima Fi, jossa normaalivoiman Ni määrittämiseksi kerätään tiellä (1) kulkevan ajoneuvon (2) sijaintietoja 20 ja määritetään ajoneuvon massa m ajotapahtuman aikaisten ajoneuvon sijaintitietojen ja toimintatietojen avulla, määritetään normalisoitu luistosuhde s' vertaamalla ajotapahtuman aikaista vetävän pyörän (8) 25 luistosuhdetta Si ennalta määritettyyn luistosuhtee-seen pitävällä pinnalla So samoilla työntövoimalla Fx ja normaalivoimalla Nlf ja - määritetään tien (1) pinnan liukkaus normalisoidun luistosuhteen s' perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että - määritetään ennalta ajoneuvon (2) liikuttamiseksi tarvittavan työn Wr riippuvuus ajoneuvon siirtymästä d, äh ja massasta m, 35. määritetään sijaintitietojen ja toiminta tietojen perusteella ajotapahtuman aikaisen mittaus-jakson aikaiset ajoneuvon (2) kulkema matka d, ajoneu- 16 von sijainnin korkeusmuutos Ah, ajoneuvon nopeuden v muutos sekä ajoneuvon liikuttamiseksi tehty työ W, ja - lasketaan ajoneuvon (2) massa m ajoneuvon liikuttamiseksi tarvittavan työn Wr riippuvuuden ajo-5 neuvon siirtymästä ja massasta, mittausjakson aikaisten ajoneuvon kulkeman matkan d, sijainnin korkeusmuu-toksen Ah, nopeuden v muutoksen ja ajoneuvon liikuttamiseksi tehdyn työn W sekä energian säilymisperiaat-teen avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että ajoneuvon sijaintitietoja kerätään GPS -satelliittipaikannuslaitteiston (7) avulla.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukai-15 nen menetelmä, tunnettu siitä, että normalisoitu luistosuhde s' määritetään vähentämällä ajotapahtuman aikaisesta luistosuhteesta Si luistosuhde pitävällä pinnalla s0.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukai-20 nen menetelmä, tunnettu siitä, että liukkauden määrityksen tarkkuuden varmistamiseksi liukkaus määritetään vain moottorin vääntömomentin ollessa ennalta asetetun kynnysarvon yläpuolella.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että kynnysarvo on vähintään 50 %, edullisesti vähintään 70 % moottorin vääntömomentin maksimiarvosta.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kerätään ajo- 30 tapahtuman aikana ajoneuvon (2) sijaintitietoja ja siirretään sijaintitieto sekä tieto liukkaudesta keskus järjestelmään (6) tallennettavaksi ja jatkokäsitel-täväksi.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että sijaintitieto ja tieto liukkaudesta siirretään keskusjärjestelmään (6) ajotapah- 17 tuman aikana langattoman tiedonsiirtovälineen (5) välityksellä . 18