Антиблокировочное устройство транспортного средства с превентивным регулированием его курсовой устойчивости на криволинейной траектории

Область применения: транспортное машиностроение. Назначение: предупреждение дорожно-транспортных происшествий, связанных с неконтролируемым заносом транспортного средства (ТС) или выездом на встречную полосу движения из-за неправильной оценки водителем своих действий и/или реакций ТС. Задача: расширить арсенал технических средств активного обеспечения безопасности ТС при движении по криволинейной траектории, разработать устройство с повышенным порогом превентивности регулирования курсовой устойчивости ТС.

Сущность полезной модели: устройство содержит исполнительный механизм торможения колес, например, модулятор, систему непрерывного контроля динамики ТС по скорости движения, радиусу поворота, угловой скорости продольной оси ТС ("рысканья") и боковому ускорению, включающую в себя соответствующие датчики, а также электронный блок управления, к которому подключены исполнительный механизм и датчики. Отличительной особенностью устройства является его выполнение с возможностью контроля бокового ускорения опосредованно, например, по реакциям на колесах и установка в нем в качестве датчика "рысканья" высокочувствительного и компактного молекулярного датчика крутильных движений типа "mMETR", который может быть установлен на кузове ТС, либо на его трансмиссии.

Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении порога превентивности регулирования курсовой устойчивости ТС за счет повышения чувствительности системы контроля и упрощения схемы.

Устройство обеспечивает поддержание курсовой устойчивости ТС автоматически в режиме "on-line" с исключением необходимости в субъективных реакциях водителя ТС.

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно, к средствам активного обеспечения безопасности транспортных средств (ТС), в частности для легковых автомобилей, назначение которых заключается в предупреждении дорожно-транспортных происшествий, связанных с неконтролируемым выездом ТС на встречную полосу движения или его боковым заносом из-за потери управления ТС при движении по криволинейной траектории, спровоцированной неправильной оценкой водителем своих действий и/или реакций автомобиля.

Известно антиблокировочное устройство, обеспечивающее безопасность ТС путем ограничения максимальной скорости линейного движения ТС в зависимости от динамических характеристик в боковом движении, состоящее из электронного блока управления, системы контроля динамических характеристик ТС, содержащей два датчика, фиксирующих показания бокового ускорения моста и ускорения поворота моста, два датчика, фиксирующих боковое ускорение кузова и ускорение поворота кузова, а также перемножителя и интеграторов для обработки сигналов с датчиков и рассогласователя, к которому подключены датчик положения педали подачи топлива и блок управления впрыском топлива. При достижении действительной скоростью ТС критического значения устройство прерывает подачу топлива в двигатель.

Схема такого устройства перенасыщена большим числом составляющих элементов и связей между ними, а в заложенном в алгоритме работы устройства принципе отключения двигателя по факту наступления критической ситуации, отсутствует регулирование курсовой устойчивости. Само по себе отключение двигателя может стать причиной ДТП, особенно при движении ТС в плотном потоке.

Известно антиблокировочное устройство с регулированием курсовой устойчивости ТС за счет изменения радиуса поворота путем притормаживания колеса передней оси ТС внутреннего или внешнего по отношению к вектору поворота, которое содержит электронный блок управления и связанные с ним установленные на каждом из колес ТС датчики вращения колеса, датчик поворота руля, тормозные механизмы и привод ТС, установленный на передней оси моста (ЕР 1213198, 2002 г.). Это устройство позволяет изменять радиус поворота автомобиля при малых скоростях (меньше 7 км/ч), а при больших скоростях устройство бездействует, и поэтому не обеспечивает превентивного регулирования курсовой устойчивости ТС.

Наиболее близким аналогом (прототипом) данной полезной модели по числу совпадающих существенных признаков является антиблокировочное

устройство ТС с превентивным регулированием его курсовой устойчивости на криволинейной траектории, включающее в себя электронный блок управления, подключенные к нему исполнительный механизм торможения и/или привода колес и систему непрерывного контроля динамики несущей системы ТС по скорости движения, радиусу поворота, угловой скорости продольной оси и боковому ускорению, которая содержит четыре датчика скорости вращения колеса, установленных по одному на ступице каждого колеса; размещенный на рулевой стойке датчик поворота руля и размещенные на трансмиссии в точке центра масс датчик "рысканья" продольной оси и датчик бокового ускорения, причем датчик "рысканья" выполнен по типу гироскопа (WO 2004/074059 А2, 2004 г.).

В силу совокупности следующих обстоятельств заключающихся в жестко обусловленной типом датчика "рысканья" схеме его размещения, наличии датчика бокового ускорения и установки датчиков скорости на каждом колесе, в прототипе несколько загромождены схема устройства и алгоритм его работы, а это может обусловить снижение порога превентивности при срабатывании устройства по регулированию курсовой устойчивости.

Чувствительность системы и, следовательно, пороговый уровень превентивности регулирования курсовой устойчивости прототипа могут быть повышены рядом конструктивных шагов, которые предлагаются данной полезной моделью.

Задача, решаемая полезной моделью, направлена на расширение арсенала технических средств, активно обеспечивающих безопасность движения ТС путем превентивного регулирования его курсовой устойчивости на криволинейной траектории.

Технический результат, получаемый от реализации полезной модели, заключается в повышении порога превентивности регулирования курсовой устойчивости ТС за счет повышения чувствительности системы контроля динамики, упрощения ее схемы.

Для достижения технического результата антиблокировочное устройство ТС с превентивным регулированием его курсовой устойчивости на криволинейной траектории, включающее в себя исполнительный механизм торможения колес, систему непрерывного контроля динамики несущей системы ТС по скорости движения, радиусу поворота, угловой скорости продольной оси и боковому ускорению, содержащую, по меньшей мере, один датчик скорости вращения колеса, установленный на его ступице, датчик поворота руля и датчик "рысканья" продольной оси, а также электронный блок управления устойчивостью ТС, к которому подключены исполнительный механизм и датчики системы контроля, в отличие от прототипа выполнено с возможностью контроля бокового ускорения опосредовано, например, по реакциям на колесах, и в качестве датчика "рысканья" продольной оси содержит молекулярный микродатчик крутильных движений типа "mMETR".

В частных случаях исполнения дополнительные отличия устройства

состоят в том, что:

- датчик "рысканья" продольной оси размещен на кузове ТС, например, в салоне на днище кузова;

- датчик "рысканья" размещен на трансмиссии ТС;

- в качестве датчика поворота руля установлен аналогичный датчику "рысканья" молекулярный микродатчик крутильных движений;

- в качестве исполнительного механизма установлен модулятор, например, пневматический или гидравлический с электромагнитным приводом.

Выполнение устройства с возможностью контроля бокового ускорения опосредованно, например, по реакциям на колесах, позволяет отказаться от съема данных бокового ускорения датчиком, что упрощает схему, устраняет влияние на четкость срабатывания возможных погрешностей этих данных при получении их с помощью датчиков.

Повышение чувствительности системы, а, следовательно, повышение порога превентивности достигается использованием в системе контроля молекулярных микродатчиков крутильных движений "mMETR".

Этот датчик благодаря своей высокой чувствительности и компактности позволяет снять ограничения по выбору места его расположения и может быть установлен в любом удобном по компоновочным соображениям месте, например, в салоне легкового автомобиля, что особенно удобно при использовании для управления устойчивостью бортового компьютера автомобиля.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 дана принципиальная схема предлагаемого устройства; фиг.2 - схема блока управления; фиг.3 - схема траектории поворота ТС с предлагаемым антиблокировочным устройством и без него.

Устройство (фиг.1) содержит электронный блок управления (ЭБУ) 1, исполнительный механизм торможения колес ТС и систему непрерывного контроля динамики несущей системы ТС, включающую в себя по меньшей мере один датчик 2 скорости вращения колеса, установленный на ступице одного из колес ТС, в конкретном примере исполнения устройства, например, на переднем левом (по чертежу) колесе.

Кроме того, система содержит датчик 3 поворота руля, размещенный, например, на рулевой стойке, и датчик 4 "рысканья" (угловой скорости) продольной оси 5 ТС, в качестве которого установлен молекулярный микродатчик крутильных движений типа "mMETR". В конкретном примере исполнения устройства датчик 4 установлен на кузове, например в салоне автомобиля, на днище.

Система может содержать большее число датчиков 2, что в частных случаях исполнения устройства диктуется конкретными служебными параметрами устройства.

Датчиком 3 поворота руля может быть также молекулярный микродатчик крутильных движений типа "mMETR".

В качестве исполнительного механизма устройство в конкретном

примере исполнения содержит модулятор 6, установленный в моторном отсеке ТС и взаимосвязанный с одной стороны с ЭБУ, а с другой с тормозными механизмами 7, например, с помощью гидравлических шлангов с гидроцилиндрами, размещенными на каждом колесе, соответственно (по чертежу):

7 пл - для переднего левого колеса,

7 пп - для переднего правого колеса,

7 зл - для заднего левого колеса,

7 зп - для заднего правого колеса.

Тип модулятора 6 определяется типом тормозной системы конкретного ТС. В данном примере он выполнен гидравлическим с электромагнитным приводом.

ЭБУ 1 (фиг.2) размещен внутри транспортного средства по компоновочным соображениям и состоит из процессора 8, флэш-памяти 9, которая содержит программу управления курсовой устойчивостью ТС при движении по криволинейной траектории, и аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 10, к входу которого подключены датчики 2, 3, 4 и к выходу модулятор 6.

Устройство начинает работать одновременно с началом работы двигателя ТС, когда на ЭБУ 1 от источника питания, например, с генератора, подано электропитание.

С датчиков 2, 3 и 4 электросигналы непрерывно поступают в АЦП 10, который преобразует аналоговые сигналы с этих датчиков в цифровые коды и отправляет оцифрованные сигналы в процессор 8. Одновременно при включении ЭБУ 1 из флэш-памяти 9 программа загружается в процессор 8. Следуя, алгоритму программы процессор 8 сравнивает расчетную угловую скорость продольной оси ТС и реальную угловую скорость продольной оси ТС, полученную с датчика и отправляет командный оцифрованный сигнал в АЦП 10, который преобразует его в аналоговый сигнал, посылаемый в модулятор 6.

Одно из преимуществ данного устройства заключается в том, что в нем боковое ускорение контролируется опосредовано, например, по реакциям на колесах, которые могут быть рассчитаны по формуле:

Rz - нормальная реакция на колесе;

- коэффициент сцепления колеса с дорогой;

Ry - боковая реакция на колесе.

Регулирование курсовой устойчивости ТС при движении по криволинейной траектории осуществляется следующим образом: датчик 2 определения скорости колеса, датчик 3 определения угла и вектора поворота руля и датчик 4 "рысканья" определения угловой скорости продольной оси 5 посылают электрические сигналы в ЭБУ 1 устойчивостью ТС. ЭБУ 1 анализирует полученную информацию. По данным, поступающим с датчика

2 и с датчика 3 ЭБУ рассчитывает теоретическую угловую скорость продольной оси 5 Wт (c^-1). С датчика 4 поступает информация о реальной угловой скорости продольной оси 5 Wp (с ^-1). ЭБУ 1 сравнивает две величины Wт и Wp и если реальная угловая скорость продольной оси 5 Wp меньше теоретической угловой скорости продольной оси 5 Wт (Wp<Wт) ЭБУ 1 прогнозирует недостаточную поворачиваемость ТС. В зависимости от вектора поворота, например ТС поворачивает направо, ЭБУ 1 отправит электрический сигнал на модулятор 6, а тот активизирует тормозные механизмы 7пп и 7зп, создавая разворачивающий момент, направленный в сторону направления вектора поворота ТС. Когда реальная угловая скорость продольной оси 5 Wp больше, чем теоретическая угловая скорость продольной оси 5 Wт (Wp>Wт) прогнозируется избыточная поворачиваемость ТС. В этом случае ЭБУ отправляет электронный сигнал на модулятор 6 для активизации тормозных механизмов 7пл и 7зл, что создает разворачивающий момент, направленный в противоположную сторону от направления вектора поворота.

Фиг.3 поясняет, какие колеса следует притормаживать при избыточной или недостаточной поворачиваемости. При избыточной поворачиваемости ТС двигается по траектории А1 - это связано с заносом задних колес транспортного средства, что может привести к дорожно-транспортному происшествию в результате съезда ТС на обочину. Для предотвращения этой ситуации притормаживаются внешние к вектору поворота колеса. При недостаточной поворачиваемости ТС двигается по траектории А2. Это связано с заносом передних колес ТС, что может привести к выезду ТС на полосу встречного движения. Для избежания подобной ситуации притормаживаем внутренние по отношению к вектору поворота колеса. Безопасная траектория движения для ТС - это траектория движения А и данная антиблокировочная система транспортного средства с превентивным регулированием его курсовой устойчивости на криволинейной траектории независимо от действий водителя поддерживает транспортное средство на этой траектории движения.

Поскольку обычно первое реактивное движение водителя ТС в критической ситуации "выжать тормоз" однозначно провоцирует блокировку колес и к тому же зачастую водителем неадекватно оценивается скорость вхождения ТС в поворот традиционные антиблокировочные устройства, решающие только задачу разблокирования колес, не могут исключить вероятность ДТП.

Предлагаемое устройство автоматически исключает необходимость ситуации, когда в регулировку курса включается водитель и точность регулировки полностью зависит от его реакций и/или реакций ТС, а значит упреждающими критическую ситуацию маневрами, проводимыми автоматически в режиме "on-line", сохраняет стабильность курсовой устойчивости ТС, обеспечивает его безопасность, безопасность движения на дорогах, и, что особенно важно, безопасность участников дорожного движения.

1. Антиблокировочное устройство транспортного средства с превентивным регулированием его курсовой устойчивости на криволинейной траектории, включающее в себя исполнительный механизм торможения колес, систему непрерывного контроля динамики несущей системы транспортного средства по скорости движения, радиусу поворота, угловой скорости продольной оси и боковому ускорению, содержащую, по меньшей мере, один датчик скорости вращения колеса, установленный на его ступице, датчик поворота руля и датчик "рысканья" продольной оси, а также электронный блок управления, к которому подключены исполнительный механизм и датчики, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью контроля бокового ускорения опосредованно, например, по реакциям на колесах, и в качестве датчика "рысканья" продольной оси содержит молекулярный микродатчик крутильных движений типа "mMETR".

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик "рысканья" размещен на кузове транспортного средства.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик "рысканья" размещен на трансмиссии транспортного средства.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве датчика поворота руля установлен молекулярный микродатчик крутильных движений типа "mMETR".

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве исполнительного механизма оно содержит модулятор, например, пневматический или гидравлический с электромагнитным приводом.