Устройство повышения сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием

 

Использование: изобретение относится к автомобилестроению и может быть использовано при проектировании систем безопасности движения транспортных средств. Сущность изобретения: в устройство повышения сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием введены тензометрические датчики 1 и 2, установленные в шинах ведомого и ведущего колес автомобиля, соответственно, датчики числа оборотов 3 и 4 ведомого и ведущего колес автомобиля, соответственно, датчик угла поворота передних колес 11, сигнализатор давления 15, чувствительные элементы которого соединены с внутренними полостями шин, блоки памяти 5 и 6, арифметические блоки 7, 8 и 9 и блок сравнения 10, а кран управления снабжен приводом 14. Введение тензометрических датчиков 1 и 2, датчиков числа оборотов 3 и 4, блоков памяти 5 и 6, арифметических блоков 7, 8 и 9 и блока сравнения 10 позволяет определять относительную разность окружных скоростей ведущего и ведомого колес автомобиля в плоскости контакта с дорожным покрытием, которая связана со сцеплением шин с дорожным покрытием обратно пропорционально, введение датчика угла поворота передних колес 11 дает возможность исключить влияние разности траекторий движения передних и задних колес при поворотах автомобиля на работу устройства, введение сигнализатора давления 15 позволяет контролировать давление в шинах в автоматическом режиме, а снабжение крана управления приводом 14 дает возможность автоматически изменять давление в шинах автомобиля в зависимости от сцепления их с дорожным покрытием. 2 ил.

Изобретение относится к автомобилестроению и может быть использовано при проектировании систем безопасности движения транспортных средств.

Известно устройство для повышения сцеплением шин автомобиля с дорожным покрытием, содержащее шины противоскольжения, покрышку с отверстиями для размещения шипов противоскольжения, в полости шины расположены главная и по ее периферии между ней и покрышкой дополнительная камера с линиями нагнетания сжатого воздуха и линиями стравливания сжатого воздуха в атмосферу, сигнализатор торможения с выключателем, источники электропитания и сжатого воздуха, а также блок управления положением шипов, включающий в себя трехпозиционный золотниковый переключатель рода работ, электропневмоклапан и сигнализатор положения шипов противоскольжения (авт.св. СССР N 1178637, B 60 C 11/16, 1985), Недостатком этого устройства является невозможность определения сцепления шин движущегося автомобиля с дорожным покрытием и автоматического задействования в случае необходимости шипов противоскольжения.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство повышения сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием, содержащее датчики числа оборотов ведомого и ведущего колес, блок сравнения этих оборотов, компрессор с разгрузочным цилиндром, регулятор давлений, воздушный баллон с предохранительным клапаном, кран управления с приводом, запорные краны колес, приборная панель с манометром и сигнализатором давления, чувствительные элементы которых соединены с внутренними полостями шин, блоки уплотнителей и соединительные трубопроводы (Книга А.Т. Скойбода "Автоматизация ходовых систем колесных машин", Минск, Наука и техника, 1979, с. 189-198).

Указанное устройство эффективно обеспечивает автоматическое регулирование давления в шинах автомобиля при буксовании.

В то же время это устройство не учитывает деформацию шин в зависимости от нагрузки и условия взаимодействия шин с опорой при повороте. На шины в зависимости от условий движения и распределения нагрузки на колесах действуют, как правило, разные по величине вертикальные силы. В результате этого замер рассогласования оборотов ведомых и ведущих колес будет не всегда точным.

Технический результат предложенного изобретения будет заключаться в увеличении точности замера рассогласования вращения ведомых и ведущих колес.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство повышения сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием, содержащее датчики числа оборотов ведомого и ведущего колес, блок сравнения этих оборотов, компрессор с разгрузочным цилиндром, регулятор давления, воздушный баллон с предохранительным клапаном, кран управления с приводом, запорные краны колес, приборную панель с манометром и сигнализатором давления, чувствительные элементы которых соединены с внутренними полостями шин, блоки уплотнителей и соединительные трубопроводы, снабжено тензометрическими датчиками, установленными в шинах ведомого и ведущего колес автомобиля, датчиком угла поворота передних колес, блоки памяти и арифметические блоки, при этом выход тензометрического датчика, установленного в шине ведомого колеса, соединен со входом первого блока памяти, а выход тенметрического датчика, установленного в шине ведущего колеса, со входом второго блока памяти, первый арифметический блок соединяется с выходами первого блока памяти, датчика числа оборотов ведомого колеса и входом третьего арифметического блока, второй арифметический блок с выходами второго блока памяти, датчика числа оборотов ведущего колеса и входом третьего арифметического блока, а блок сравнения соединяется с выходами третьего арифметического блока и датчика угла поворота передних колес, и входами приборной панели и привода крана управления.

Введение тензометрических датчиков, установленных в шинах ведомого и ведущего колес автомобиля, наличие датчиков числа оборотов ведомого и ведущего колес, блоков памяти, арифметических блоков и блока сравнения позволяет определять относительную разность окружных скоростей ведущего и ведомого колес автомобиля в плоскости контакта с дорожным покрытием, введение датчика угла поворота передних колес дает возможность исключить влияние разности траекторий движения передних и задних колес при поворотах автомобиля на работу устройства повышения сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием, введение сигнализатора давления позволяет контролировать давление в шинах и автоматическом режиме, а снабжение крана управления приводом дает возможность изменять давление в шинах автомобиля в автоматическом и полуавтоматическом режимах.

Системы регулирования давления в шинах в автомобилестроении используются очень широко. Применение тензометрических датчиков, датчиков числа оборотов, сигнализаторов давления и датчиков углового положения, а также аппаратуры для преобразования сигналов с них также известно. Но их совокупность придает объекту новые свойства, выразившиеся в положительном эффекте повышении безопасности движения автомобиля.

На фиг.1 дана структурная схема устройства повышения сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием; на фиг. 2 пневмосхема устройства повышения сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием.

Устройство повышения сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием содержит тензометрические датчики 1 и 2, установленные в шинах ведомого и ведущего колес автомобиля, соответственно, датчики числа оборотов 3 и 4 ведомого и ведущего колес автомобиля, соответственно, блоки памяти 5 и 6, арифметические блоки 7, 8 и 9, блок сравнения 10, датчик угла поворота передних колес 11, приборную панель 12, кран управления 13 с приводом 14, например с электроприводом, сигнализатор давления 15 и манометр 16, чувствительные элементы которых соединены с внутренними полостями шин, компрессор 17 с разгрузочным цилиндром, воздушный баллон 18 с предохранительным клапаном, регулятор давления 19, запорные краны колес 20, блоки уплотнителей (не показаны), и соединительные трубопроводы 21.

Устройство повышения сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием работает следующим образом. При движении автомобиля информация с тензометрического датчика 1 о деформации шины ведомого колеса поступает в блок памяти 5. Блок памяти 5 представляет собой электронный блок, в память которого внесены значения расстояний от оси колеса до точки контакта протектора с дорожным покрытием, соответствующие сигналам, поступающим с тензометрического датчика 1. В соответствии с сигналом с деформации шины, поступившим с тензометрического датчика 1, блок памяти 5 выбирает из своей памяти значение расстояния от оси колеса до покрытия дороги и сигнал, соответствующий этому значению, направляется в арифметический блок 7. Кроме сигнала с блока памяти 5, в арифметический блок 7 поступает сигнал с датчика числа оборотов 3 ведомого колеса. В арифметическом блоке 7 в каждый момент времени проводится вычисление окружной скорости ведомого колеса в плоскости контакта с дорожным покрытием по формуле: где V₁ окружная скорость ведомого колеса в плоскости контакта с дорожным покрытием; =3,14; r₁ расстояние от оси ведомого колеса до точки контакта протектора с дорожным покрытием; n₁ скорость вращения ведомого колеса.

Аналогично по информации с датчиков 2 и 4 ведущего колеса в арифметическом блоке 8 в каждый момент времени проводится вычисление окружной скорости ведущего колеса в плоскости контакта с дорожным покрытием.

Значения расстояний от оси колеса до точки контакта протектора с дорожным покрытием, соответствующие сигналам тензометрических датчиков 1 и 2, записываются в блоки памяти 5 и 6 на заводе-изготовителе.

Информация с арифметических блоков 7 и 8 поступает в арифметический блок 9, где проводится вычисление относительно разности окружных скоростей по формуле: где относительная разность окружных скоростей ведущего и ведомого колес автомобиля в плоскости контакта с дорожным покрытием; V₂ окружная скорость ведущего колеса в плоскости контакта с дорожным покрытием;
V₁ окружная скорость ведомого колеса в плоскости контакта с дорожным покрытием.

Относительная разность d связана с коэффициентом сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием обратно пропорционально, т.е. чем больше относительная разность d тем хуже сцепление шин с дорожным покрытием.

Сигнал, соответствующий относительной разности d из арифметического блока 9 поступает в блок сравнения 10, где сравнивается с сигналом, соответствующим максимально допустимой относительной разности d_доп для безопасного движения автомобиля. Сигнал, соответствующий максимально допустимой относительной разности _доп записывается в память блока сравнения 10 на заводе-изготовителе.

Если сигнал, поступающий с арифметического блока 9 в блок сравнения 10, меньше сигнала, записанного в память блока сравнения 10, т.е. относительная разность окружных скоростей ведущего и ведомого колес в плоскости контакта с дорожным покрытием меньше максимально допустимой относительной разности d_доп то на выходах блока сравнения 10 сигнал отсутствует и устройство повышения сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием параметры шин(давление и деформацию) не изменяет.

Если же сигнал, поступивший в блок сравнения 10 с арифметического блока 9, больше сигнала, соответствующего максимально допустимой относительной разности _доп то с блока сравнения 10 на привод 14 крана управления 13 поступает сигнал и кран управления 13 соединяет шины автомобиля с атмосферой. При этом давление в шинах понижается и увеличивается их деформация, а следовательно, увеличивается площадь контакта протекторов с дорожным покрытием и влияние потерь на деформацию шин, что в свою очередь приводит к увеличению сцепления шин с дорожным покрытием. Одновременно с сигналом на привод 14 крана управления 13 с блока сравнения 10 поступает соответствующий сигнал на приборную панель 12, где загорается соответствующая лампочка, предупреждающая водителя о необходимости принять дополнительные меры предосторожности. Сигнал с блока сравнения 10 на привод 14 крана управления 13 и приборную панель 12 поступает до тех пор, пока относительная разность окружных скоростей не станет меньше максимально допустимой относительной разности. При прекращении подачи сигнала на привод 14 крана управления 13 происходит запирание воздушной магистрали шин, а при прекращении подачи сигнала на приборную панель 12 гаснет на ней соответствующая предупредительная лампочка.

Если же давление в шинах автомобиля достигнет минимально допустимого значения, а относительная разность не уменьшится до значения меньшего, чем d_доп то срабатывает сигнализатор давления 15, который перекрывает поступление сигнала с блока сравнения 10 на привод 14 крана управления 13 и происходит запирание воздушной магистрали шин. Одновременно с сигнализатором давления 15 поступает сигнал на приборную панель 12, где загорается предупредительная лампочка о том, что давление в шинах достигло минимально допустимого значения. Т.е. на панели приборов 12 будут гореть две предупредительных лампочки: одна под действием сигнала с блока сравнения 10, а другая -под действием сигнала с сигнализатора давления 15.

После прохождения автомобилем участка дороги с пониженным сцеплением шин с дорожным покрытием накачка шин автомобиля проводится водителем в полуавтоматическом режиме. Нажав соответствующую кнопку на приборной панели 12, на привод 14 крана управления 13 с приборной панели 12 подается соответствующий сигнал, под действием которого кран управления 13 соединяет воздушную магистраль шин с компрессором 17. При достижении в шинах номинального давления срабатывает сигнализатор давления 15, который прерывает поступление сигнала с приборной панели 12 на привод 14 крана управления 13 и происходит запирание воздушной магистрали шин.

Если в процессе накачки шин относительная разность увеличится до значения большего, чем d_доп то с блока сравнения 10 на привод 14 крана управления 13 поступит сигнал на соединение воздушной магистрали шин с атмосферой. Сигнал с приборной панели 12 на привод 14 крана управления 13 под действием сигнала с блока сравнения 10 прервется. Далее работа устройства повышения сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием будет проходить по описанному выше алгоритму.

При движении автомобиля на поворотах траектории движения передних и задних колес автомобиля не совпадают, т.е. путь пройденный передними и задними колесами при поворотах автомобиля отличается, а, следовательно, отличается и частота вращения передних и задних колес. Т.к. это отличие не является следствием состояния дорожного покрытия и, значит, сцепления шин с дорожным покрытием, то для устранения его влияния на работу устройства повышения сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием проводится выключение блока сравнения 10 при поворотах автомобиля с помощью датчика угла поворота передних колес 11 и включение блока сравнения 10 с помощью этого же датчика при окончании поворота. Настройка датчика 11 на угол поворота передних колес, при котором проводится выключение и включение блока сравнения 10 осуществляется на заводе-изготовителе.

Формула изобретения

Устройство повышения сцепления шин автомобиля с дорожным покрытием, содержащее датчики числа оборотов ведомого и ведущего колес, блок сравнения этих оборотов, компрессор с разгрузочным цилиндром, регулятор давления, воздушный баллон с предохранительным клапаном, кран управления с приводом, запорные краны колес, приборную панель с манометром и сигнализатором давления, чувствительные элементы которых соединены с внутренними полостями шин, блоки уплотнителей и соединительные трубопроводы, отличающееся тем, что оно снабжено тензометрическими датчиками, установленными в шинах ведомого и ведущего колес автомобиля, датчиком угла поворота передних колес, блоками памяти и арифметическими блоками, при этом выход тензометрического датчика, установленного в шине ведомого колеса, соединен с входом первого блока памяти, а выход тензометрического датчика, установленного в шине ведущего колеса, с входом второго блока памяти, первый арифметический блок соединен с выходами первого блока памяти, датчика числа оборотов ведомого колеса и входом третьего арифметического блока, второй арифметический блок с выходами второго блока памяти, датчика числа оборотов ведущего колеса и входом третьего арифметического блока, а блок сравнения соединен с выходами третьего арифметического блока и датчика угла поворота передних колес и входами приборной панели и привода крана управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1