RU2811997C1 - Method for identifying maximum values of sliding friction coefficients of wheels of car and trailer as part of road train motion control system - Google Patents
Method for identifying maximum values of sliding friction coefficients of wheels of car and trailer as part of road train motion control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811997C1 RU2811997C1 RU2023116809A RU2023116809A RU2811997C1 RU 2811997 C1 RU2811997 C1 RU 2811997C1 RU 2023116809 A RU2023116809 A RU 2023116809A RU 2023116809 A RU2023116809 A RU 2023116809A RU 2811997 C1 RU2811997 C1 RU 2811997C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wheels
- trailer
- car
- sliding friction
- maximum values
- Prior art date
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 14
- 238000013461 design Methods 0.000 description 10
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 9
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 229940125652 NAMI Drugs 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- PEVNIEPIRVCPAW-UHFFFAOYSA-J sodium;1h-imidazole;methylsulfinylmethane;ruthenium(3+);tetrachloride Chemical compound [Na+].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cl-].[Ru+3].CS(C)=O.C1=CNC=N1 PEVNIEPIRVCPAW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000011384 asphalt concrete Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к автомобилестроению, в частности, к способам и устройствам активной безопасности транспортных средств (ТС), преимущественно в виде составов из ТС, а именно, автопоездов, состоящих из автомобиля и, по меньшей мере, одного прицепа.The invention relates to the automotive industry, in particular, to methods and devices for active safety of vehicles, mainly in the form of vehicle trains, namely, road trains consisting of a car and at least one trailer.
Уровень техникиState of the art
Известен способ идентификации максимальных значений коэффициентов трения скольжения колос транспортного средства, в котором определяют оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес, и реализующее его устройство для оценки коэффициента трения скольжения колес с дорогой, в котором реализуются действия способа оценки коэффициента трения колес с дорогой, в котором коэффициент трения скольжения колес с дорогой определяется на основе отношения расчетной силы поворота к расчетному углу бокового скольжения шины. Транспортное средство движется по нескольким дорожным поверхностям, которые отличаются коэффициентом трения, а углы бокового скольжения шин и силы поворота на дорожных поверхностях определяются заранее. Блок оценки коэффициента трения хранит в памяти корреляцию между обнаруженными углами бокового скольжения шины, обнаруженными силами поворота и коэффициентами трения дороги в виде числовых значений или математического выражения и оценивает коэффициент трения дороги, используя корреляцию, хранящуюся в памяти (см. патент ЕС ЕР2572947А1, заявители JTEKT Corp, опубл. 26.10.2016).There is a known method for identifying the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a vehicle, in which estimates of the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels are determined, and a device that implements it for estimating the coefficient of sliding friction of the wheels with the road, in which the actions of the method for estimating the coefficient of friction of the wheels with the road are implemented, in which The coefficient of sliding friction between the wheels and the road is determined based on the ratio of the calculated turning force to the calculated side slip angle of the tire. The vehicle moves on several road surfaces that differ in friction coefficient, and the side slip angles of the tires and the turning forces on the road surfaces are determined in advance. The coefficient of friction estimation unit stores in memory the correlation between detected tire side slip angles, detected cornering forces and road friction coefficients as numerical values or a mathematical expression, and estimates the road friction coefficient using the correlation stored in the memory (see EC patent EP2572947A1, applicants JTEKT Corp, published 10/26/2016).
Недостатком способа является приближенность определяемого значения коэффициента трения скольжения колос ТС, сложная процедура обработки данных с датчиков ТС и применимость метода только в условиях неоднородности дорожного покрытия. Основным же недостатком способа является отсутствие возможности определения значения коэффициента трения скольжения колес прицепа автопоезда, учет которого необходим для обеспечения безопасного управления движением автопоезда.The disadvantage of this method is the approximate approximation of the determined value of the sliding friction coefficient of the vehicle wheels, the complex procedure for processing data from vehicle sensors, and the applicability of the method only in conditions of heterogeneity of the road surface. The main disadvantage of the method is the inability to determine the value of the coefficient of sliding friction of the wheels of a trailer of a road train, taking into account which is necessary to ensure safe control of the movement of the road train.
Известен способ определения коэффициента трения скольжения колес на основе базы данных, в котором информация о текущем коэффициенте трения скольжения колес, геометрических особенностях участка, координатах и времени принимается от других транспортных средств в виде базы данных (см. заявку на патент США US 20170357669 А1, заявитель Robert Bosch GmbH, опубл. 14.12.2017).There is a known method for determining the coefficient of sliding friction of wheels based on a database, in which information about the current coefficient of sliding friction of wheels, geometric features of the site, coordinates and time is received from other vehicles in the form of a database (see US patent application US 20170357669 A1, applicant Robert Bosch GmbH, published 12/14/2017).
Недостатком способа является необходимость наличия приемопередающих устройств в ТС, значительный объем полученной и переданной информации и вопрос об актуальности этой информации. Основным же недостатком способа является отсутствие возможности определения значения коэффициента трения скольжения колес прицепа автопоезда, учет которого необходим для обеспечения безопасного управления движением автопоезда.The disadvantage of this method is the need for transceiver devices in the vehicle, a significant amount of information received and transmitted, and the question of the relevance of this information. The main disadvantage of the method is the inability to determine the value of the coefficient of sliding friction of the wheels of a trailer of a road train, taking into account which is necessary to ensure safe control of the movement of the road train.
Известен способ идентификации максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес ТС путем регистрации сигналов, формируемых датчиками первичной информации о физических переменных, характеризующих состояние колес, и передачи их в блок обработки информации, в котором определяют оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес. В рассматриваемом способе, коэффициенты трения скольжения колес определяются при пересчете частот вращения колес от ABS-датчиков в скорости скольжений колес и другие величины, необходимые для расчета коэффициентов трения скольжения каждого из колес. Средний коэффициент трения определяется при использовании весовой функции для коэффициентов трения всех колес (см. патент Японии JP 2004025907 А, заявители Koji Takao, опубл. 01.10.2008).There is a known method for identifying the maximum values of the sliding friction coefficients of wheels of a vehicle by recording signals generated by primary information sensors about physical variables characterizing the condition of the wheels and transmitting them to the information processing unit, in which estimates of the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels are determined. In the method under consideration, the wheel sliding friction coefficients are determined by converting wheel rotation speeds from ABS sensors into wheel sliding speeds and other values necessary for calculating the sliding friction coefficients of each wheel. The average friction coefficient is determined by using a weighting function for the friction coefficients of all wheels (see Japanese patent JP 2004025907 A, applicants Koji Takao, published 10/01/2008).
Недостатком способа является неопределенность выбора весового коэффициента для каждого из усредненных значений итогового коэффициента трения скольжения. Но основным недостатком данного способа также является отсутствие возможности определения значения коэффициента трения скольжения колес прицепа автопоезда, учет которого необходим для обеспечения безопасного управления движением автопоезда.The disadvantage of this method is the uncertainty in choosing a weighting coefficient for each of the averaged values of the final sliding friction coefficient. But the main disadvantage of this method is also the inability to determine the value of the coefficient of sliding friction of the wheels of a trailer of a road train, the consideration of which is necessary to ensure safe control of the movement of the road train.
Известна группа изобретений, относящаяся к системе автомобиля для помощи водителю при движении задним ходом с прицепом. Адаптивная система помощи при движении задним ходом автомобиля с прицепом включает датчик угла сцепки, датчик угла поворота рулевых колес автомобиля, модуль ввода данных и контроллер. Модуль ввода данных используется для задания водителем требуемого балансировочного угла сцепки с учетом не превышения угла складывания и коэффициента усиления закона управления также со своим ограничением. Контроллер содержит регулятор угла сцепки, который на основе измеренных значений углов сцепки и поворота рулевых колес автомобиля формирует закон управления рулевыми колесами автомобиля и который без использования сигнала о скорости движения формирует закон отклонения рулевых колес автомобиля и ограничение задаваемых сигналов на основе полученных оценок, исполнительное устройство, отклоняющее рулевые колеса автомобиля по сигналам регулятора угла сцепки, и идентификатор для получения оценок кинематических параметров математической модели объекта управления «автомобиль-прицеп». (См. патент РФ RU 2702199 С2, опубл. 04.10.2019. Бюл. №28). С помощью данной группы изобретений достигается создание адаптивной системы помощи водителю и/или системы с автонастройкой в текущем времени системы управления с использованием принципа управления по заданному балансировочному углу сцепки.There is a known group of inventions related to a vehicle system for assisting the driver when reversing with a trailer. The Adaptive Reverse Assist system for a vehicle with a trailer includes a hitch angle sensor, a vehicle steering angle sensor, a data input module and a controller. The data input module is used to set the required coupling balancing angle by the driver, taking into account not exceeding the folding angle and the gain of the control law, also with its own limitation. The controller contains a coupling angle regulator, which, based on the measured values of the coupling angles and rotation of the steering wheels of the car, forms a law for controlling the steering wheels of the car and which, without using a signal about the speed of movement, generates the law of deflection of the steering wheels of the car and limiting the specified signals based on the obtained estimates, an actuator, deflecting the steering wheels of the vehicle according to signals from the coupling angle regulator, and an identifier for obtaining estimates of the kinematic parameters of the mathematical model of the control object “vehicle-trailer”. (See RF patent RU 2702199 C2, published 10/04/2019. Bulletin No. 28). Using this group of inventions, the creation of an adaptive driver assistance system and/or a system with auto-tuning in the current time of the control system is achieved using the principle of control according to a given balancing angle of the coupling.
Однако данное техническое решение не применимо для определения значения коэффициента трения скольжения колес прицепа автопоезда, учет которого необходим для обеспечения безопасного управления движением автопоезда.However, this technical solution is not applicable to determine the value of the coefficient of sliding friction of the wheels of a trailer of a road train, the consideration of which is necessary to ensure safe control of the movement of the road train.
Наиболее близким по технической сущности является способ идентификации максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес транспортного средства, в котором регистрируют импульсы, формируемые датчиками частот вращения колес, которые используются в качестве датчиков первичной информации о физических переменных, характеризующих состояние колес ТС, и подают на вход блока обработки информации, в котором по значениям частот вращения колес определяют в реальном времени максимальные значения коэффициентов трения скольжения колес как результат решения обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации зависимости коэффициентов трения скольжения от скольжения, параметрически связанной с максимальным значением коэффициента трения скольжения на всех участках аппроксимации, на выходе блока обработки информации формируют сигнал с информацией о максимальных значениях коэффициентов трения скольжения колес и передают на средство визуального отображения информации и на внешние блоки управления движением для использования в качестве входных данных для обеспечения безопасного управления тягой, тормозами и рулем. (См. патент РФ RU 2779539 С1, заявительThe closest in technical essence is a method for identifying the maximum values of the sliding friction coefficients of vehicle wheels, in which pulses generated by wheel speed sensors, which are used as sensors of primary information about physical variables characterizing the state of the vehicle wheels, are recorded and fed to the input of the processing unit information in which, from the values of wheel rotation speeds, the maximum values of the wheel sliding friction coefficients are determined in real time as a result of solving the inverse problem of piecewise linear approximation of the dependence of the sliding friction coefficients on sliding, parametrically related to the maximum value of the sliding friction coefficient in all sections of the approximation, at the output the information processing unit generates a signal with information about the maximum values of the wheel sliding friction coefficients and transmits it to the visual display of information and to external motion control units for use as input data to ensure safe control of traction, brakes and steering. (See RF patent RU 2779539 C1, applicant
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ"), опубл. 08.09.2022). Данный способ принят за прототип настоящего изобретения.Federal State Unitary Enterprise "Central Order of the Red Banner of Labor Scientific Research Automobile and Automotive Institute "NAMI" (FSUE "NAMI"), published 09/08/2022). This method is adopted as the prototype of the present invention.
Однако недостатком и этого способа, в котором производится идентификация максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес транспортного средства, является отсутствие возможности определения максимального значения коэффициента трения скольжения колес прицепа в составе автопоезда.However, the disadvantage of this method, which identifies the maximum values of the sliding friction coefficient of the wheels of a vehicle, is the inability to determine the maximum value of the sliding friction coefficient of the wheels of a trailer as part of a road train.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
В соответствии с принятой в АН СССР терминологией по автомобилям в автопоезде его составляющие названы как автомобиль-тягач и прицеп, (АКАДЕМИЯ НАУК СССР, КОМИТЕТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМИНОЛОГИИ, СБОРНИКИ РЕКОМЕНДУЕМЫХ ТЕРМИНОВ, под редакцией академика А.М. ТЕРПИГОРЕВА, Выпуск 67, ТЕРМИНОЛОГИЯ ПО АВТОМОБИЛЯМ, ИЗДАТЕЛЬСТВО АКАДЕМИИ НАУК СССР, МОСКВА, 1954, См. также Известия Академии наук СССР, ОТН, №7, 1940; №ft, 7, 8, 1941; №5, 6, 12, 1948; №10, 1949; №7, 10, 1952; №7, 1953). С учетом словаря-справочника за 2008 год (Гусаков Н.В., Кисуленко Б.В. Техническое регулирование в автомобилестроении: Словарь-справочник. Под ред. Б.В. Кисуленко. - М.: «Машиностроение», 2008. 272 с: ил.) в дальнейшем составные части автопоезда будем называть как автомобиль и прицеп.In accordance with the terminology adopted in the USSR Academy of Sciences for cars in a road train, its components are named as a tractor-trailer and a trailer (USSR ACADEMY OF SCIENCES, COMMITTEE OF TECHNICAL TERMINOLOGY, COLLECTIONS OF RECOMMENDED TERMS, edited by academician A.M. TERPIGOREV, Issue 67, TERMINOLOGY FOR VEHICLES , PUBLISHING HOUSE OF THE ACADEMY OF SCIENCES OF THE USSR, MOSCOW, 1954, See also News of the Academy of Sciences of the USSR, OTN, No. 7, 1940; No. ft, 7, 8, 1941; No. 5, 6, 12, 1948; No. 10, 1949; No. 7 , 10, 1952; No. 7, 1953). Taking into account the dictionary-reference book for 2008 (Gusakov N.V., Kisulenko B.V. Technical regulation in the automotive industry: Dictionary-reference book. Edited by B.V. Kisulenko. - M.: "Machine Building", 2008. 272 p. : ill.) in the future we will refer to the components of the road train as a car and a trailer.
Идентификация максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес транспортного средства в виде автопоезда не только у автомобиля из автопоезда, но и у его каждого прицепа, и последующее сравнение максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и прицепа позволяет более точно рассчитать окончательные выходные данные, передаваемые на средство визуального отображения информации водителя и на внешние блоки управления движением автопоезда для использования в качестве входных данных для внешних блоков управления движением автопоезда с целью обеспечения большей безопасности управления движением автопоезда, которую невозможно достигнуть без учета максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес прицепа, механически связанного с автомобилем в составе автопоезда и движущихся в общем случае в отличающихся дорожных условиях.Identification of the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a vehicle in the form of a road train, not only for the vehicle from the road train, but also for each of its trailers, and the subsequent comparison of the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of the car and trailer allows for a more accurate calculation of the final output data transmitted to the visual aid. displaying driver information to external road train movement control units for use as input data for external road train movement control units in order to ensure greater safety in road train movement control, which cannot be achieved without taking into account the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of the trailer mechanically connected to the vehicle in the train road trains and generally moving in different road conditions.
Таким образом, дополнительная идентификация данного параметра у прицепа необходима для обеспечения более безопасного управления тягой, тормозами, рулем автопоезда в составе автомобиля и прицепа, учет которого необходим для обеспечения безопасного управления тягой и рулем автомобиля, а также тормозами автомобиля и прицепа в составе автопоезда, так как в общем случае они движутся в отличающихся дорожных условиях.Thus, additional identification of this parameter on the trailer is necessary to ensure safer control of the traction, brakes, and steering of the road train as part of a car and trailer, taking into account which is necessary to ensure safe control of the traction and steering of the car, as well as the brakes of the car and trailer as part of the road train, so as in general they drive in different road conditions.
Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в повышении устойчивости и управляемости автопоезда путем разработки способа косвенных измерений максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес отдельно для автомобиля и для каждого прицепа в системе управления движением автопоезда, сравнения их величин, формирования окончательных выходных данных и передачи их на средство визуального отображения информации водителя и на внешние блоки управления движением автопоезда для использования в качестве входных данных для обеспечения безопасного управления движением автопоезда.The technical problem to be solved by the proposed invention is to increase the stability and controllability of a road train by developing a method for indirectly measuring the maximum values of the wheel sliding friction coefficients separately for the car and for each trailer in the road train motion control system, comparing their values, generating the final output data and transmitting them to the visual display of driver information and to external road train motion control units for use as input data to ensure safe control of the road train movement.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе идентификации максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и прицепа в системе управления движением автопоезда путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес автомобиля, входящего в состав автопоезда, которые используются в качестве датчиков первичной информации о физических переменных, характеризующих состояние колес автомобиля, передачи импульсов на вход блока обработки информации автомобиля, в котором определяют оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и по значениям частот вращения колес автомобиля определяют в реальном времени максимальные значения коэффициентов трения скольжения колес автомобиля как результат решения обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации зависимости коэффициентов трения скольжения колес автомобиля от скольжения, связанной параметрически с максимальным значением коэффициента трения скольжения на всех участках аппроксимации, и на выходе блока обработки информации автомобиля формируют сигнал с информацией о максимальных значениях коэффициентов трения скольжения колес автомобиля, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют импульсы, формируемые датчиками частот вращения колес прицепа автопоезда, которые используют в качестве датчиков первичной информации о физических переменных, характеризующих состояние колес прицепа, импульсы передают на вход блока обработки информации прицепа, в котором определяют оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес прицепа и по значениям частот вращения колес прицепа определяют в реальном времени максимальные значения коэффициентов трения скольжения колес прицепа как результат решения обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации зависимости коэффициентов трения скольжения колес прицепа от скольжения, связанной параметрически с максимальным значением коэффициента трения скольжения на всех участках аппроксимации, и на выходе блока обработки информации прицепа формируют сигнал с информацией о максимальных значениях коэффициентов трения скольжения колес прицепа, после чего численные значения сигналов с информацией о максимальных значениях коэффициентов трения скольжения колес отдельно как для автомобиля, так и для прицепа передают в дополнительный информационно-управляющий блок автопоезда, в котором по результатам сравнения максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и прицепа формируют окончательные выходные данные, которые передают на средство визуального отображения информации водителя и на внешние блоки управления движением автопоезда для использования в качестве входных данных, с обеспечивающих безопасное управление движением автопоезда.The stated technical problem is solved by the fact that in the method of identifying the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a car and trailer in the motion control system of a road train by recording pulses generated by the wheel speed sensors of the car included in the road train, which are used as sensors of primary information about physical variables , characterizing the state of the car wheels, transmitting impulses to the input of the car information processing unit, in which estimates of the maximum values of the sliding friction coefficients of the car wheels are determined and, based on the values of the speeds of the car wheels, the maximum values of the sliding friction coefficients of the car wheels are determined in real time as a result of solving the inverse problem piecewise - linear approximation of the dependence of the sliding friction coefficients of the car wheels on sliding, related parametrically to the maximum value of the sliding friction coefficient in all sections of the approximation, and at the output of the car information processing unit, a signal is generated with information about the maximum values of the sliding friction coefficients of the car wheels, characterized in that additionally register pulses generated by speed sensors of the trailer wheels of a road train, which are used as sensors of primary information about physical variables characterizing the state of the trailer wheels, the pulses are transmitted to the input of the trailer information processing unit, in which estimates of the maximum values of the sliding friction coefficients of the trailer wheels are determined and based on the values rotation speeds of the trailer wheels determine in real time the maximum values of the sliding friction coefficients of the trailer wheels as a result of solving the inverse problem of piecewise linear approximation of the dependence of the sliding friction coefficients of the trailer wheels on sliding, related parametrically to the maximum value of the sliding friction coefficient in all sections of the approximation, and at the output of the block processing the trailer information, a signal is generated with information about the maximum values of the coefficients of sliding friction of the wheels of the trailer, after which the numerical values of the signals with information about the maximum values of the coefficients of sliding friction of the wheels separately for both the car and the trailer are transmitted to the additional information and control unit of the road train, in which Based on the results of comparing the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of the car and trailer, the final output data is generated, which is transmitted to the visual display of driver information and to external road train movement control units for use as input data to ensure safe control of the road train movement.
При этом максимальные значения коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и прицепа с двускатными колесами идентифицируют как единое целое путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес, устанавливаемых со стороны внешних или внутренних скатов автомобиля и прицепа в зависимости от особенностей их конструкции и назначения.In this case, the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a car and a trailer with gable wheels are identified as a single whole by recording pulses generated by wheel speed sensors installed on the external or internal slopes of the car and trailer, depending on the features of their design and purpose.
Кроме этого максимальные значения коэффициентов трения скольжения колес с количеством осей более двух у автомобиля и/или прицепа идентифицируют путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес, устанавливаемых преимущественно на колесах с внешних передней и задней осей автомобиля и прицепа, то есть их передней и самой задней осей, но с учетом особенностей их конструкции и назначения, например, при конструкции автомобиля или прицепа, в которой при снижении нагрузки одна из осей поднимается, то измерение производят на оси, остающейся в контакте с дорогой, что является достаточным для целей измерения и расчета.In addition, the maximum values of the sliding friction coefficients of wheels with more than two axles on a car and/or trailer are identified by recording pulses generated by wheel speed sensors installed primarily on wheels from the external front and rear axles of the car and trailer, that is, their front and rear axles. rear axles, but taking into account the peculiarities of their design and purpose, for example, in the design of a car or trailer, in which one of the axles rises when the load is reduced, then the measurement is carried out on the axle that remains in contact with the road, which is sufficient for measurement and calculation purposes .
Технический результат состоит в реализации косвенных измерений максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и прицепа в системе управления движением автопоезда, сравнении их величин, формировании окончательных выходных данных и передачи их на средство визуального отображения информации водителя и на внешние блоки управления движением автопоезда для использования в качестве входных данных для обеспечения безопасного управления движением автопоезда.The technical result consists of implementing indirect measurements of the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a car and trailer in the road train motion control system, comparing their values, generating the final output data and transferring them to a means of visual display of driver information and to external road train motion control units for use as input data to ensure safe control of the movement of a road train.
Способ идентификации максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и прицепа в системе управления движением автопоезда путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес автомобиля, входящего в состав автопоезда, которые используются в качестве датчиков первичной информации о физических переменных, характеризующих состояние колес автомобиля, передачи импульсов на вход блока обработки информации автомобиля, в котором определяют оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и по значениям частот вращения колес автомобиля определяют в реальном времени максимальные значения коэффициентов трения скольжения колес автомобиля как результат решения обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации зависимости коэффициентов трения скольжения колес автомобиля от скольжения, связанной параметрически с максимальным значением коэффициента трения скольжения на всех участках аппроксимации, и на выходе блока обработки информации автомобиля формируют сигнал с информацией о максимальных значениях коэффициентов трения скольжения колес автомобиля, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют импульсы, формируемые датчиками частот вращения колес прицепа автопоезда, которые используют в качестве датчиков первичной информации о физических переменных, характеризующих состояние колес прицепа, импульсы передают на вход блока обработки информации прицепа, в котором определяют оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес прицепа и по значениям частот вращения колес прицепа определяют в реальном времени максимальные значения коэффициентов трения скольжения колес прицепа как результат решения обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации зависимости коэффициентов трения скольжения колес прицепа от скольжения, связанной параметрически с максимальным значением коэффициента трения скольжения на всех участках аппроксимации, и на выходе блока обработки информации прицепа формируют сигнал с информацией о максимальных значениях коэффициентов трения скольжения колес прицепа, после чего численные значения сигналов с информацией о максимальных значениях коэффициентов трения скольжения колес отдельно как для автомобиля, так и для прицепа передают в дополнительный информационно-управляющий блок автопоезда, в котором по результатам сравнения максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и прицепа формируют окончательные выходные данные, которые передают на средство визуального отображения информации водителя и на внешние блоки управления движением автопоезда для использования в качестве входных данных, обеспечивающих безопасное управление движением автопоезда.A method for identifying the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a car and a trailer in the motion control system of a road train by recording pulses generated by the speed sensors of the wheels of the car included in the road train, which are used as sensors of primary information about physical variables characterizing the state of the wheels of the car, transmitting impulses to the input of the vehicle information processing unit, in which estimates of the maximum values of the coefficients of sliding friction of the wheels of the car are determined and, based on the values of the speed of rotation of the wheels of the car, the maximum values of the coefficients of sliding friction of the wheels of the car are determined in real time as a result of solving the inverse problem of piecewise linear approximation of the dependence of the coefficients of sliding friction of the wheels car from sliding, associated parametrically with the maximum value of the sliding friction coefficient in all sections of the approximation, and at the output of the car information processing unit, a signal is generated with information about the maximum values of the sliding friction coefficients of the car wheels, characterized in that the pulses generated by the wheel speed sensors are additionally recorded trailer of a road train, which are used as sensors of primary information about physical variables characterizing the state of the trailer wheels, pulses are transmitted to the input of the trailer information processing unit, in which estimates of the maximum values of the sliding friction coefficients of the trailer wheels are determined and determined in real time based on the values of the trailer wheel speeds the maximum values of the sliding friction coefficients of trailer wheels as a result of solving the inverse problem of piecewise linear approximation of the dependence of the sliding friction coefficients of trailer wheels on sliding, which is parametrically related to the maximum value of the sliding friction coefficient in all sections of the approximation, and at the output of the trailer information processing unit a signal is generated with information about maximum values of the sliding friction coefficients of the trailer wheels, after which the numerical values of the signals with information about the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels separately for both the car and the trailer are transmitted to the additional information and control unit of the road train, in which, based on the results of comparing the maximum values of the sliding friction coefficients wheels of the vehicle and trailer form the final output data, which is transmitted to the driver visual display and to external road train motion control units for use as input data to ensure safe control of the road train movement.
При этом максимальные значения коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и прицепа с двускатными колесами идентифицируют как единое целое путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес, устанавливаемых со стороны внешних или внутренних скатов автомобиля и прицепа в зависимости от особенностей их конструкции и назначения. Преимущественно датчики частот вращения колес устанавливают со стороны внешних скатов. Но в зависимости от большей конструктивной простоты установки датчиков и меньших затрат на их установку, от удобства эксплуатации и обслуживания, а также 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.In this case, the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a car and a trailer with gable wheels are identified as a single whole by recording pulses generated by wheel speed sensors installed on the external or internal slopes of the car and trailer, depending on the features of their design and purpose. Typically, wheel speed sensors are installed on the side of the outer slopes. But depending on the greater structural simplicity of installing the sensors and the lower costs of installing them, on the ease of operation and maintenance, as well as on the application of the road train, for example, dual-purpose, requiring additional protection from external influences, wheel speed sensors can be installed on the internal side slopes of the car and/or trailer.
Кроме этого, максимальные значения коэффициентов трения скольжения колес с количеством осей более двух у автомобиля и/или прицепа идентифицируют путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес, устанавливаемых преимущественно на колесах внешних, то есть передней и самой задней осей автомобиля и прицепа, но с учетом особенностей их конструкции и назначения. Исключением из этого правила могут быть, например, варианты конструкции автомобилей и/или прицепов автопоездов с поднимаемой одной из внешних осей при их движении без груза.In addition, the maximum values of the sliding friction coefficients of wheels with more than two axles on a car and/or trailer are identified by recording pulses generated by wheel speed sensors installed primarily on the external wheels, that is, the front and rearmost axles of the car and trailer, but with taking into account the features of their design and purpose. An exception to this rule may be, for example, design options for cars and/or trailers of road trains with one of the outer axles raised when they move without a load.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Заявленное изобретение поясняется чертежами.The claimed invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 приведено семейство кривых обобщенной зависимости коэффициентов трения скольжения ks колес ТС от величины продольного скольжения S.In fig. Figure 1 shows a family of curves for the generalized dependence of the sliding friction coefficients k s of vehicle wheels on the magnitude of longitudinal slip S.
На фиг. 2 приведена обобщенная зависимость от скорости Vm движения ТС на различных покрытиях.In fig. 2 shows a generalized dependence on the speed V m of vehicle movement on various surfaces.
Фиг. 3 содержит алгоритм работы информационно-управляющего блока автопоезда.Fig. 3 contains an algorithm for the operation of the information and control unit of a road train.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
Предложение поясняют рисунки, где на фиг. 1 приведено семейство обобщенной зависимости коэффициентов трения скольжения ks колес каждой из частей, составляющих автопоезд, как транспортное средство от величины продольного скольжения S, представленных в виде нечетных функций ks(S)=-ks(-S) для различных поверхностей с максимальными значениями The proposal is illustrated by drawings, where in FIG. Figure 1 shows a family of generalized dependences of the sliding friction coefficients k s of the wheels of each of the parts that make up the road train as a vehicle on the magnitude of longitudinal slip S, presented in the form of odd functions k s (S) = -k s (-S) for various surfaces with maximum values
В результате исследования шин транспортных средств установлено, что в условиях реальной эксплуатации величины коэффициентов трения скольжения для n-колесной схемы автомобиля или прицепа) шин и передаваемые силы при разгонах, торможениях и на поворотах существенно зависят от ряда факторов и могут изменяться в достаточно широких пределах.As a result of the study of vehicle tires, it was established that in real operation conditions the values of the sliding friction coefficients for an n-wheel configuration of a car or trailer) tires and the transmitted forces during acceleration, braking and cornering significantly depend on a number of factors and can vary within fairly wide limits.
К числу основных факторов, существенно влияющих на автомобилей и прицепов, и автопоезда в целом, например, относятся:Among the main factors that significantly influence vehicles and trailers, and road trains in general, for example, include:
- скорости продольного скольжения шины;- longitudinal sliding speed of the tire;
- состав материала протектора шины;- composition of the tire tread material;
- глубина и форма рисунка протектора шины;- depth and shape of the tire tread pattern;
- температура шины и поверхности дорожного покрытия;- temperature of the tire and road surface;
- ширина и рисунок профиля шины;- width and pattern of the tire profile;
- давление воздуха в шине;- air pressure in the tire;
- состав материала дорожного покрытия;- composition of the road surface material;
- состояние поверхности дорожного покрытия;- condition of the road surface;
- удельное давление шины на дорожное покрытие;- specific tire pressure on the road surface;
- сухое и влажное состояние дорожного покрытия;- dry and wet condition of the road surface;
- глубина водного слоя на поверхности дорожного покрытия;- depth of the water layer on the surface of the road surface;
- наличие песка, снега и гололеда на дорожном покрытии;- presence of sand, snow and ice on the road surface;
- скорость продольного движения центров масс автомобиля, прицепа и автопоезда.- speed of longitudinal movement of the centers of mass of the car, trailer and road train.
На фиг. 1 приведены обобщенные диапазоны изменений максимальных значений коэффициентов трения скольжения современных шин, которые сверху ограничены величиной порядка 1,2 для сухого асфальтобетона, для сликов (т.е. вида автомобильных шин, предназначенных для гонок, Слик (англ. slick) - абсолютно гладкая шина, не имеющая ни канавок (протектора), ни иных элементов, уменьшающих пятно контакта с трассой, см. Википедия © Академик, 2000-2023) значения коэффициентов трения скольжения могут доходить до 1,8 и более, а снизу эти значения ограничены величиной порядка 0,05 в случае движения по таящему льду. В режиме аквапланирования величина может снижаться практически до нулевых значений.In fig. 1 shows generalized ranges of changes in the maximum values of sliding friction coefficients modern tires, which are limited from above by a value of the order of 1.2 for dry asphalt concrete, for slicks (i.e. a type of car tire intended for racing, Slick (English slick) is an absolutely smooth tire that has neither grooves (tread) nor other elements that reduce the contact patch with the track, see Wikipedia © Academician, 2000-2023) values of sliding friction coefficients can reach up to 1.8 or more, and from below these values are limited to a value of the order of 0.05 in the case of movement on melting ice. In hydroplaning mode, the value can decrease to almost zero values.
На фиг. 2 приведена обобщенная зависимость от скорости Vm на различных покрытиях.In fig. 2 shows a generalized dependence on the speed V m on various surfaces.
Изменения сопровождаются соответствующими изменениями граничной скорости пробуксовок ведущих колес каждой из составляющих автопоезда, граничных скоростей заноса и сноса колес задней и передней осей, граничных значений безопасных дистанций между попутными ТС и тормозного пути.Changes are accompanied by corresponding changes in the limit speed of slipping of the driving wheels of each of the components of the road train, the limit speeds of skidding and drift of the wheels of the rear and front axles, the limit values of safe distances between passing vehicles and braking distances.
Идентификация коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и прицепа заключается в формировании адекватных оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес в соответствии с третьим законом Ньютона и основана на уравнении равенства тягово-тормозных сил и сил трения скольжения.Identification of the sliding friction coefficients of the wheels of a car and trailer consists in the formation of adequate estimates maximum values of wheel sliding friction coefficients in accordance with Newton's third law and is based on the equation of equality of traction-braking forces and sliding friction forces.
Fi - тягово-тормозная сила, воздействующая на i-e колесо автомобиля или прицепа;F i - traction and braking force acting on the wheel of a car or trailer;
FNi - нормальная составляющая динамической нагрузки на i-e колесо автомобиля или прицепа;F Ni is the normal component of the dynamic load on the wheel of a car or trailer;
ksi - коэффициент трения скольжения i-ro колеса автомобиля или прицепа.k si is the sliding friction coefficient of the i-ro wheel of a car or trailer.
Коэффициенты трения скольжения в продольных ksdi и поперечных kSqi направлениях автомобиля и/или прицепа связанные между собой ограничением "круга Камма":Sliding friction coefficients in the longitudinal k sdi and transverse k Sqi directions of the car and/or trailer interconnected by the “Kamm circle” limitation:
- топовое (максимальное) значение коэффициента трения скольжения i-го колеса автомобиля или прицепа. - top (maximum) value of the sliding friction coefficient of the i-th wheel of a car or trailer.
Фиг. 3 содержит вычислительный блок алгоритма максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автопоезда, реализующий следующие действия способа:Fig. 3 contains a computational block of the algorithm for the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a road train, which implements the following method actions:
1 - ввод данных настроечных параметров математической модели автомобиля, или прицепа, или автопоезда в целом;1 - input of data for setting parameters of a mathematical model of a car, or trailer, or road train as a whole;
2 - ввод данных о частотах вращения колес автомобиля автопоезда;2 - input of data on the speed of rotation of the wheels of the vehicle of the road train;
3 - вычисление параметров движения автомобиля автопоезда;3 - calculation of movement parameters of a road train vehicle;
4 - вычисление нормальных составляющих динамической нагрузки на каждое колесо автомобиля автопоезда;4 - calculation of the normal components of the dynamic load on each wheel of the road train;
5 - вычисление тягово-тормозных сил, воздействующих на каждое колесо автомобиля автопоезда;5 - calculation of traction and braking forces acting on each wheel of the road train;
6 - решение обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации коэффициента трения скольжения автомобиля автопоезда;6 - solution of the inverse problem of piecewise linear approximation of the sliding friction coefficient of a road train vehicle;
7 - фильтрация оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля автопоезда;7 - filtering estimates of the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a road train vehicle;
8 - ввод данных настроечных параметров математической модели прицепа автопоезда;8 - input of data for setting parameters of the mathematical model of a road train trailer;
9 - ввод данных об измеренных частотах вращения колес прицепа автопоезда;9 - input of data on the measured rotation speeds of the wheels of the trailer of the road train;
10 - вычисление параметров движения прицепа автопоезда;10 - calculation of movement parameters of a road train trailer;
11 - вычисление нормальных составляющих динамической нагрузки на каждое колесо прицепа автопоезда;11 - calculation of the normal components of the dynamic load on each wheel of the trailer of the road train;
12 - вычисление тягово-тормозных сил, воздействующих на каждое колесо прицепа автопоезда;12 - calculation of traction and braking forces acting on each wheel of the trailer of the road train;
13 - решение обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации коэффициента трения скольжения прицепа автопоезда;13 - solution of the inverse problem of piecewise linear approximation of the sliding friction coefficient of a road train trailer;
14 - фильтрация оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес прицепа автопоезда;14 - filtering estimates of the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a road train trailer;
15 - вывод данных на внешние устройства автопоезда для контроля его движения водителем или внешней системой управления.15 - output of data to external devices of the road train to control its movement by the driver or an external control system.
Ввод настроечных данных параметров математической модели автомобиля, прицепа и используемых на них шин выполняют однократно при настройке системы в случаях внесения изменений, например, при замене шин с летних на зимние и наоборот, или при использовании в автопоезде всесезонных шин, например, на автомобиле.Entering the setting data for the parameters of the mathematical model of the car, trailer and the tires used on them is performed once when setting up the system in cases of changes, for example, when replacing tires from summer to winter and vice versa, or when using all-season tires in a road train, for example, on a car.
Изменения сезонных настроек параметров используемых шин выполняют автоматически при вводе команд «Лето» или «Зима», или «Все сезоны» с устройства ввода данных.Changes to the seasonal settings of the parameters of the tires used are performed automatically when entering the “Summer” or “Winter” or “All Seasons” commands from the data input device.
Сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес автомобиля и прицепа, регистрируют и передают их через блоки сопряжения в блоки обработки информации соответственно автомобиля и прицепа.Signals generated by pulse sensors of wheel speeds of the car and trailer are recorded and transmitted through interface blocks to information processing units of the car and trailer, respectively.
В блоках вычисления параметров движения колесных автомобиля и прицепа по известному способу косвенных измерений [аналогично как в Патенте РФ №RU2335805 «Способ предотвращения столкновения автомобиля с препятствиями и система для его осуществления»] определяют скорость центра масс автомобиля и прицепа (Vm), продольные и поперечные ускорения (am, aq), угол поворота управляемых колес (ϕс) и продольные скольжения колес автомобиля и прицепа (Si, 1≤i≤4). В общем виде аналогично, как в соответствии с патентом РФ № RU 2335805, согласно формуле, регистрируют импульсы, формируемые датчиками частот вращения колес, которые используют в качестве датчиков первичной информации о физических переменных, характеризующих состояние автомобиля, и подают на вход блока обработки информации, в котором по значениям частот вращения колес определяют в реальном времени значения физических переменных, характеризующих состояние автомобиля, и граничные значения физических переменных, на выходе блока обработки информации формируют сигнал с информацией о приближении физических переменных, характеризующих состояние автомобиля, к граничным значениям или их превышении и передают на средство визуального отображения информации и на, по крайней мере, одно средство индикации опасных состояний, которые активируют в соответствии с формируемым сигналом, в зависимости от значений физических переменных и граничных значений физических переменных, характеризующих состояние автомобиля, формируют сигнал с управляющим действием, предотвращающим столкновения автомобиля с препятствиями.In the blocks for calculating the motion parameters of wheeled vehicles and trailers using a known method of indirect measurements [similar to RF Patent No. RU2335805 “Method for preventing a vehicle from colliding with obstacles and a system for its implementation”], the speed of the center of mass of the vehicle and trailer (V m ), longitudinal and transverse accelerations (a m , a q ), steering angle of the steered wheels (ϕ с ) and longitudinal slip of the wheels of the car and trailer (S i , 1≤i≤4). In general, it is similar to how, in accordance with RF patent No. RU 2335805, according to the formula, pulses generated by wheel speed sensors are recorded, which are used as sensors of primary information about physical variables characterizing the state of the car, and are fed to the input of the information processing unit, in which the values of the physical variables characterizing the state of the car and the boundary values of the physical variables are determined in real time from the values of the wheel speeds, a signal is generated at the output of the information processing unit with information about the approach of the physical variables characterizing the condition of the car to the boundary values or their exceeding and transmitted to a means of visual display of information and to at least one means of indicating dangerous conditions, which are activated in accordance with the generated signal, depending on the values of physical variables and boundary values of physical variables characterizing the state of the vehicle, forming a signal with a control action that prevents car collision with obstacles.
В блоках вычислений нормальных составляющих динамических нагрузок вычисляют значения нагрузок на колеса автомобиля и прицепа соответственно.In the blocks for calculating the normal components of dynamic loads, the values of the loads on the wheels of the car and trailer are calculated, respectively.
Нормальные составляющие нагрузки на i-e колесо FNi автомобиля определяют в виде:The normal components of the load on the ie wheel F Ni of the car are determined as:
m1, m2, m3, m4 - массы, приходящиеся соответственно на переднее левое (i=1), переднее правое (i=2), внешнее заднее левое (i=3) и внешнее заднее правое (i=4) колесо автомобиля; m1, m2, m3, m4 - masses corresponding to the front left (i=1), front right (i=2), outer rear left (i=3) and outer rear right (i=4) wheels of the car;
g - ускорение свободного падения;g - free fall acceleration;
m0 - суммарная масса автомобиля;m 0 - total mass of the car;
- тяговое ускорение центра масс автомобиля; - traction acceleration of the vehicle’s center of mass;
Fdi, 1≤i≤4, - тяговая сила, приложенная к i-му колесу автомобиля;F di , 1≤i≤4, is the traction force applied to the i-th wheel of the car;
- тормозное замедление центра масс автомобиля; - braking deceleration of the vehicle's center of mass;
FTi, 1≤i≤4, - тормозная сила, приложенная к i-му колесу автомобиля;F Ti , 1≤i≤4, is the braking force applied to the i-th wheel of the car;
- поперечное ускорение центра масс автомобиля; - lateral acceleration of the vehicle’s center of mass;
Rm - радиус поворота автомобиля;R m - turning radius of the car;
b - колесная база автомобиля; а - ширина колеи автомобиля; hm- высота центра масс автомобиля;b - wheelbase of the car; a is the vehicle track width; h m - height of the center of mass of the car;
Rd - динамический радиус колес автомобиля;R d - dynamic radius of the car wheels;
αт - угол тангажа автомобиля;α t - pitch angle of the car;
βк - угол крена дорожного покрытия для автомобиля;β k is the roll angle of the road surface for a car;
kz1, kz2, kZ3, kz4 - коэффициенты аэродинамического сопротивления по вертикальной оси автомобиля;k z1 , k z2 , k Z3 , k z4 - aerodynamic drag coefficients along the vertical axis of the car;
Vm - продольная скорость центра масс автомобиля.V m - longitudinal speed of the center of mass of the car.
Нормальные составляющие нагрузки на i-е колесо FNi каждого прицепа в составе автопоезда определяют в виде:The normal components of the load on the i-th wheel F Ni of each trailer as part of a road train are determined as:
m1, m2, m3, m4 - массы, приходящиеся соответственно на переднее левое (i=1), переднее правое (i=2), внешнее заднее левое (i=3) и внешнее заднее правое (i=4) колесо прицепа;m 1 , m 2 , m 3 , m 4 - masses corresponding to the front left (i=1), front right (i=2), outer rear left (i=3) and outer rear right (i=4) trailer wheel;
m0 - суммарная масса прицепа;m 0 - total trailer mass;
aат=(ad -ат) - продольное тягового-тормозное ускорение центра масс автомобиля и прицепа соответственно;a at =(a d - a t ) - longitudinal traction-braking acceleration of the center of mass of the car and trailer, respectively;
- тяговое ускорение центра масс прицепа; - traction acceleration of the center of mass of the trailer;
Fdi, 1≤i≤4, - тяговая сила, приложенная к i-му колесу прицепа;F di , 1≤i≤4, is the traction force applied to the i-th wheel of the trailer;
- тормозное замедление центра масс прицепа; - braking deceleration of the trailer's center of mass;
FTi, 1≤i≤4, - тормозная сила, приложенная к i-му колесу прицепа;F Ti , 1≤i≤4, is the braking force applied to the i-th wheel of the trailer;
- поперечное ускорение центра масс прицепа; - lateral acceleration of the trailer’s center of mass;
Rm - радиус поворота прицепа;R m - trailer turning radius;
b - колесная база прицепа; а - ширина колеи прицепа; hm - высота центра масс прицепа;b - trailer wheelbase; a - trailer track width; h m - height of the center of mass of the trailer;
Rd - динамический радиус колес прицепа;R d - dynamic radius of trailer wheels;
αт - угол тангажа прицепа;α t - trailer pitch angle;
βк - угол крена дорожного покрытия для прицепа;β k is the roll angle of the road surface for the trailer;
kz1, kz2, kZ3, kz4 - коэффициенты аэродинамического сопротивления по вертикальной оси прицепа;k z1 , k z2 , k Z3 , k z4 - aerodynamic drag coefficients along the vertical axis of the trailer;
Vm - продольная скорость центра масс прицепа.V m - longitudinal speed of the trailer's center of mass.
В условиях движения, близкого к прямолинейному (aq ≈ 0) на горизонтальной гладкой поверхности, без продольных (αт ≈ 0) и поперечных уклонов (βk ≈ 0) дорожного покрытия и антикрыльев, системы уравнений (3) и (4) используют для вычисления нормальных составляющих нагрузки на каждое измеряемое колесо автомобиля (3) и прицепа (4) соответственно.In conditions of movement close to rectilinear (a q ≈ 0) on a horizontal smooth surface, without longitudinal (α t ≈ 0) and transverse slopes (β k ≈ 0) of the road surface and wings, systems of equations (3) and (4) are used to calculate the normal components of the load on each measured wheel of the car (3) and trailer (4), respectively.
При количестве осей более двух у автомобиля и/или прицепа системы уравнений (3) и (4) используют для вычисления нормальных составляющих нагрузки на каждое колесо внешних передней и задней осей автомобиля и прицепа соответственно. Исключением из этого правила могут быть, например, варианты конструкции автомобилей и прицепов автопоездов с поднимаемой одной из внешних осей при их движении без груза.When there are more than two axles for a car and/or trailer, systems of equations (3) and (4) are used to calculate the normal components of the load on each wheel of the external front and rear axles of the car and trailer, respectively. An exception to this rule may be, for example, design options for cars and trailers of road trains with one of the outer axles raised when they move without a load.
Величину тягово-тормозного ускорения adT по отдельности автомобиля и прицепа соответственно определяют из уравнения второго закона Ньютона в виде:The magnitude of the traction-braking acceleration a dT separately for the car and trailer, respectively, is determined from the equation of Newton’s second law in the form:
где kx - коэффициент лобового аэродинамического сопротивления соответственно автомобиля или прицепа;where k x is the drag coefficient of the car or trailer, respectively;
kтр - коэффициент трения качения шин соответственно автомобиля или прицепа.k tr is the rolling friction coefficient of tires of a car or trailer, respectively.
Величины am и Vm, входящие в вектор параметров движения автомобиля и прицепа соответственно измеряют по данным частот вращения ведомых колес, значения kx, kтр и m0 вводят как параметры настройки. В условиях движения по поверхностям, близким к горизонтальным (аТ ≈ 0), величина adT автомобиля и прицепа соответственно вычисляется однозначно.The quantities a m and V m included in the vector of motion parameters of the car and trailer are respectively measured according to the speed data of the driven wheels, the values k x , k tr and m 0 are entered as setting parameters. Under conditions of movement on surfaces close to horizontal (a T ≈ 0), the value a dT of the car and trailer, respectively, is calculated uniquely.
Далее распределение тяговых Fdi и тормозных сил FTi по колесам автомобиля и прицепа соответственно (1≤i≤4) вычисляется и задается аналогичными системами и уравнениями:Next, the distribution of traction F di and braking forces F Ti over the wheels of the car and trailer, respectively (1≤i≤4) is calculated and specified by similar systems and equations:
K3i - коэффициенты усиления i-го тормоза автомобиля и прицепа соответственно;K 3i - amplification factors of the i-th brake of the car and trailer, respectively;
- управляющее воздействие на тормозную систему автомобиля и прицепа соответственно; - control effect on the braking system of the car and trailer, respectively;
Рт - давление в тормозной системе автомобиля и прицепа соответственно;Р t - pressure in the brake system of the car and trailer, respectively;
PTmax - максимальное давление в тормозной системе автомобиля и прицепа соответственно.P Tmax is the maximum pressure in the brake system of the car and trailer, respectively.
Величину U3 определяют по данным измерения adT в виде:The value of U 3 is determined from measurement data a dT in the form:
amin - минимальное значение замедления при торможении с не отключенной трансмиссией, задаваемое в настроечных данных;a min - minimum deceleration value when braking with the transmission not turned off, specified in the setting data;
amax - максимальное значение замедления.a max - maximum deceleration value.
Зависимость коэффициента трения скольжения в продольном направлении от величины продольного скольжения колеса автомобиля и прицепа соответственно аппроксимируют кусочно-линейной функцией вида:Dependence of the sliding friction coefficient in the longitudinal direction on the magnitude of longitudinal slip the wheels of the car and trailer are respectively approximated by a piecewise linear function of the form:
Е, SГр1, SГр2 - параметры настройки для используемых моделей шин автомобиля и прицепа соответственно в условиях летней или зимней, или всесезонной эксплуатации (например, Е=0.005, SГр1=0.15, SГр2=0.3);E, S Gr1 , S Gr2 - setting parameters for the car and trailer tire models used, respectively, in conditions of summer or winter, or all-season operation (for example, E = 0.005, S Gr1 = 0.15, S Gr2 = 0.3);
а0, b0, - вещественные числа, задаваемые при настройке кусочно-линейной аппроксимации (например, а0=0.25, b0=5.0).a 0 , b 0 , are real numbers specified when setting up piecewise linear approximation (for example, a 0 =0.25, b 0 =5.0).
Текущие значения коэффициентов трения скольжения kSi автомобиля и прицепа соответственно определяют из уравнения (1) 3-го закона Ньютона, соответствующих равенству действующих на колеса внешних сил и сил трения скольжения.The current values of the sliding friction coefficients k Si of the car and trailer, respectively, are determined from equation (1) of Newton’s 3rd law, corresponding to the equality of the external forces and sliding friction forces acting on the wheels.
Оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения автомобиля и прицепа в дискретном времени определяют как решение обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации ksi(Si):Estimates of the maximum values of sliding friction coefficients car and trailer in discrete time is determined as the solution to the inverse problem of piecewise linear approximation k si (Si):
Оценки максимальных (топовых) значений коэффициентов трения скольжения ведомых колес автомобиля и/или прицепа соответственно не определяют в режимах разгона и движения с постоянной скоростью (adT>0) и устанавливают равными оценкам ведущих колес одного борта и Estimates of the maximum (top) values of the sliding friction coefficients of the driven wheels of a car and/or trailer, respectively, are not determined in the modes of acceleration and movement at a constant speed (a dT >0) and are set equal to the estimates of the driving wheels of one side And
Фильтрацию оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и прицепа соответственно для ограничения влияния шумов измерения на результаты, выполняют по известным алгоритмам ограничений по допустимому диапазону и гладкости по ограничениям по первой и второй производной.Filtering of estimates of the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a car and a trailer, respectively, to limit the influence of measurement noise on the results, is performed using known algorithms for restrictions on the permissible range and smoothness according to restrictions on the first and second derivatives.
Итоговая оценка максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес отдельно для автомобиля и прицепа определяются в виде:The final estimate of the maximum values of the wheel sliding friction coefficients separately for the car and trailer is determined as:
При этом максимальные значения коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и прицепа с двускатными колесами идентифицируют как единое целое путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес, устанавливаемых со стороны внешних или внутренних скатов автомобиля и прицепа в зависимости от особенностей их конструкции и назначения. Преимущественно датчики частот вращения колес устанавливаются со стороны внешних скатов. Но в зависимости от большей конструктивной простоты установки датчиков и меньших затрат на их установку, от удобства эксплуатации и обслуживания, а также 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.In this case, the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a car and a trailer with gable wheels are identified as a single whole by recording pulses generated by wheel speed sensors installed on the external or internal slopes of the car and trailer, depending on the features of their design and purpose. Typically, wheel speed sensors are installed on the outer slopes. But depending on the greater structural simplicity of installing the sensors and the lower costs of installing them, on the ease of operation and maintenance, as well as on the application of the road train, for example, dual-purpose, requiring additional protection from external influences, wheel speed sensors can be installed on the internal side slopes of the car and/or trailer.
Кроме этого, максимальные значения коэффициентов трения скольжения колес с количеством осей более двух у автомобиля и/или прицепа идентифицируют путем регистрации импульсов, формируемых датчиками частот вращения колес, устанавливаемых преимущественно на колесах внешних передней и задней осей автомобиля и прицепа, но с учетом особенностей их конструкции и назначения. Исключением из этого правила могут быть, например, варианты конструкции автомобилей и прицепов автопоездов с поднимаемой одной из их внешних осей при их движении без груза.In addition, the maximum values of the sliding friction coefficients of wheels with more than two axles on a car and/or trailer are identified by recording pulses generated by wheel speed sensors installed primarily on the wheels of the external front and rear axles of the car and trailer, but taking into account their design features and appointments. An exception to this rule may be, for example, design options for cars and trailers of road trains with one of their outer axles raised when they move without a load.
Численные значения сигналов с информацией о максимальных значениях коэффициентов трения скольжения колес отдельно для автомобиля и для прицепа передают в дополнительный информационно-управляющий блок автопоезда, в котором по результатам сравнения значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и прицепа формируют окончательные выходные данные, которые передают на средство визуального отображения информации водителя и на внешние блоки управления движением автопоезда для использования в качестве входных данных с целью обеспечения безопасного управления движением автопоезда.The numerical values of the signals with information about the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels separately for the car and for the trailer are transmitted to the additional information and control unit of the road train, in which, based on the results of comparing the values of the sliding friction coefficients of the wheels of the car and the trailer, the final output data is generated, which is transmitted to the visual aid. displaying driver information to external road train traffic control units for use as input data to ensure safe control of road train movement.
Вывод данных на внешнее устройство автопоезда выполняют, например, на устройство визуального отображения данной информации водителю и/или на блоки управления движением автопоезда для использования в качестве входных данных, обеспечивающих безопасное управление движением автопоезда.Data is output to an external device of the road train, for example, to a device for visually displaying this information to the driver and/or to control units of the road train for use as input data to ensure safe control of the movement of the road train.
Описанная последовательность действий способа и используемое для его реализации минимальное число технических средств позволяет достичь следующих технических преимуществ над известными способами:The described sequence of actions of the method and the minimum number of technical means used for its implementation makes it possible to achieve the following technical advantages over known methods:
- идентификация максимальных значений коэффициентов трения скольжения шин автомобиля и прицепа выполняется при разгонах, движении с постоянной скоростью и торможениях автопоезда;- identification of the maximum values of the sliding friction coefficients of car and trailer tires is carried out during acceleration, movement at a constant speed and braking of the road train;
- низкая стоимость технических средств системы обеспечения безопасного управления движением автопоезда, обусловленная отсутствием необходимости введения дополнительных физических датчиков первичной информации, кроме установленных на прицепе и необходимых для решения поставленной задачи;- low cost of technical means of the system for ensuring safe control of the movement of a road train, due to the absence of the need to introduce additional physical sensors of primary information, except for those installed on the trailer and necessary to solve the task;
- возможность функционирования в неполной конфигурации датчиков частот вращения колес, включая отказы одного или двух датчиков разных бортов автомобиля и/или прицепа;- the ability to operate in an incomplete configuration of wheel speed sensors, including failures of one or two sensors on different sides of the vehicle and/or trailer;
- пониженное энергопотребление, обусловленное отсутствием необходимости обеспечения электропитанием дополнительных датчиков информации;- reduced power consumption due to the absence of the need to provide power to additional information sensors;
- более высокая эксплуатационная надежность работы системы безопасного управления движением автопоезда, обусловленная идентификацией максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес не только автомобиля, но и его прицепа, а в результате реализации минимальной конфигурацией используемых в системе технических средств, включая датчики первичной информации;- higher operational reliability of the safe control system for the movement of a road train, due to the identification of the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of not only the car, but also its trailer, and as a result of the implementation of the minimum configuration of the technical means used in the system, including primary information sensors;
- достижение новых, ранее неизвестных технических результатов по обеспечению безопасного управления движением всего автопоезда в целом путем идентификации и учета в работе системы его управления движением максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес не только автомобиля, но и прицепа, а также по обеспечению синхронизированной работы указанных частей и всего автопоезда в целом;- achieving new, previously unknown technical results to ensure safe control of the movement of the entire road train as a whole by identifying and taking into account in the operation of its traffic control system the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of not only the car, but also the trailer, as well as ensuring the synchronized operation of these parts and the entire road train as a whole;
- отсутствие влияния состояния внешней среды, включая освещенность, осадки, туман, состояние дорожного покрытия и других погодных и дорожных факторов на эффективность функционирования системы обеспечения безопасного управления движением автопоезда.- absence of influence of the state of the external environment, including illumination, precipitation, fog, condition of the road surface and other weather and road factors on the efficiency of the system for ensuring safe control of the movement of a road train.
На основании изложенного можно утверждать следующее.Based on the above, the following can be stated.
Поставленная техническая задача решается техническими средствами и может быть использована в предложенном виде для оснащения как новых, так и находящихся в эксплуатации автопоездов, следовательно, предложение соответствует критерию охраноспособности изобретения «промышленная применимость».The stated technical problem is solved by technical means and can be used in the proposed form to equip both new and existing road trains; therefore, the proposal meets the patentability criterion of the invention “industrial applicability”.
Предложение имеет отличия от известного способа работы, следовательно, соответствует критерию охраноспособности изобретения «новизна».The proposal differs from the known method of operation, therefore, it meets the “novelty” criterion for the patentability of an invention.
Предложение при выполнении всех известных и новых действий способа позволяет достичь новых, ранее неизвестных технических результатов, следовательно, соответствует критерию охраноспособности изобретения «изобретательский уровень».The proposal, when performing all known and new steps, allows the method to achieve new, previously unknown technical results, therefore, it meets the criterion of the patentability of the invention “inventive step”.
Способ идентификации максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля и прицепа в составе системы управления движением автопоездаA method for identifying the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a car and trailer as part of a road train motion control system
1 - ввод данных настроечных параметров математической модели автомобиля автопоезда;1 - input of data for the setting parameters of the mathematical model of the road train vehicle;
2 - ввод данных о частотах вращения колес автомобиля автопоезда;2 - input of data on the speed of rotation of the wheels of the vehicle of the road train;
3 - вычисление параметров движения автомобиля автопоезда;3 - calculation of movement parameters of a road train vehicle;
4 - вычисление нормальных составляющих динамической нагрузки на каждое колесо автомобиля автопоезда;4 - calculation of the normal components of the dynamic load on each wheel of the road train;
5 - вычисление тягово-тормозных сил, воздействующих на каждое колесо автомобиля автопоезда;5 - calculation of traction and braking forces acting on each wheel of the road train;
6 - решение обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации коэффициента трения скольжения автомобиля автопоезда;6 - solution of the inverse problem of piecewise linear approximation of the sliding friction coefficient of a road train vehicle;
7 - фильтрация оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля автопоезда;7 - filtering estimates of the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a road train vehicle;
8 - ввод данных настроечных параметров математической модели прицепа автопоезда;8 - input of data for setting parameters of the mathematical model of a road train trailer;
9 - ввод данных о частотах вращения колес прицепа автопоезда;9 - input of data on the speed of rotation of the wheels of the trailer of the road train;
10 - вычисление параметров движения прицепа автопоезда;10 - calculation of movement parameters of a road train trailer;
11 - вычисление нормальных составляющих динамической нагрузки на каждое колесо прицепа автопоезда;11 - calculation of the normal components of the dynamic load on each wheel of the trailer of the road train;
12 - вычисление тягово-тормозных сил, воздействующих на каждое колесо прицепа автопоезда;12 - calculation of traction and braking forces acting on each wheel of the trailer of the road train;
13 - решение обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации коэффициента трения скольжения прицепа автопоезда;13 - solution of the inverse problem of piecewise linear approximation of the sliding friction coefficient of a road train trailer;
14 - фильтрация оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес прицепа автопоезда;14 - filtering estimates of the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of a road train trailer;
15 - вывод данных на внешние устройства автопоезда.15 - data output to external devices of the road train.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2811997C1 true RU2811997C1 (en) | 2024-01-22 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020072842A1 (en) * | 2000-10-31 | 2002-06-13 | Masaru Kogure | Road friction coefficients estimating apparatus for vehicle |
| US20020087251A1 (en) * | 2000-11-16 | 2002-07-04 | Masaru Kogure | Road friction coefficients estimating apparatus for vehicle |
| RU2487807C2 (en) * | 2010-07-07 | 2013-07-20 | Ман Трак Унд Бас Аг | Method and device for testing braking of vehicle with trailer and/or semi-trailer |
| RU2737069C1 (en) * | 2019-12-03 | 2020-11-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") | Automatic vehicle wheel braking system |
| RU2779538C1 (en) * | 2022-04-06 | 2022-09-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") | Identification system for the maximum values of the sliding friction coefficients of vehicle wheels |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020072842A1 (en) * | 2000-10-31 | 2002-06-13 | Masaru Kogure | Road friction coefficients estimating apparatus for vehicle |
| US20020087251A1 (en) * | 2000-11-16 | 2002-07-04 | Masaru Kogure | Road friction coefficients estimating apparatus for vehicle |
| RU2487807C2 (en) * | 2010-07-07 | 2013-07-20 | Ман Трак Унд Бас Аг | Method and device for testing braking of vehicle with trailer and/or semi-trailer |
| RU2737069C1 (en) * | 2019-12-03 | 2020-11-24 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") | Automatic vehicle wheel braking system |
| RU2779538C1 (en) * | 2022-04-06 | 2022-09-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") | Identification system for the maximum values of the sliding friction coefficients of vehicle wheels |
| RU2779539C1 (en) * | 2022-04-06 | 2022-09-08 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") | Method for identifying the maximum values of the sliding friction coefficients of the vehicle wheels |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9845109B2 (en) | Continuous estimation of surface friction coefficient based on EPS and vehicle models | |
| Li et al. | Comprehensive tire–road friction coefficient estimation based on signal fusion method under complex maneuvering operations | |
| US10974705B2 (en) | Wheel controller for a vehicle | |
| CN111108035B (en) | Method and system for controlling lane keeping of a vehicle | |
| CN105835721B (en) | A kind of four-wheel wheel hub electric automobile method for controlling driving speed | |
| CN110281893B (en) | Emergency braking system and method and semitrailer | |
| JP6045702B2 (en) | Method, control device and system for determining tread depth of tire tread | |
| EP1512598B1 (en) | Wheel grip factor estimating apparatus and vehicle motion control apparatus | |
| CN105691403B (en) | The full drive electric automobile coefficient of road adhesion method of estimation of four-wheel | |
| KR20080105032A (en) | A method of determining vehicle properties | |
| CN103909933A (en) | Method for estimating lateral force of front wheels of distributed-type electrically-driven vehicle | |
| CN112537307B (en) | Self-optimizing drive anti-skid control method and system for four-wheel hub motor | |
| CN103612634A (en) | Method for estimating road adhesion coefficient of electromobile driven by distributed hub motor | |
| Jang et al. | Lateral handling improvement with dynamic curvature control for an independent rear wheel drive EV | |
| CN114514157A (en) | Method for habituating a driver to wet road conditions | |
| CN111645698A (en) | Self-adaptive estimation method for rollover threshold value of heavy-duty vehicle | |
| CN105270409A (en) | Device and method for testing peak adhesion coefficient of road surface | |
| CN204452443U (en) | A kind of self-adaption cruise system | |
| Yasui et al. | Estimation of lateral grip margin based on self-aligning torque for vehicle dynamics enhancement | |
| KR102469439B1 (en) | Road surface friction coefficient estimation method using ANN Classifier based on longitudinal vehicle speed and wheel speed | |
| CN110271521A (en) | A kind of antislip of train control method based on signal system | |
| RU2811997C1 (en) | Method for identifying maximum values of sliding friction coefficients of wheels of car and trailer as part of road train motion control system | |
| CN109774709B (en) | Vehicle linear control braking auxiliary safety system under emergency lane change working condition and control method thereof | |
| CN101236134B (en) | Method of quantifying a use of the maximum grip potential of a tyre | |
| RU2779539C1 (en) | Method for identifying the maximum values of the sliding friction coefficients of the vehicle wheels |