Электрооборудование опрокидывающихся и опрокидывающих транспортных средств

Тема: Электрооборудование опрокидывающихся и опрокидывающих транспортных средств

План

1. 
   Ввдение
   
2. 
   Опрокидывающихся транспортных
   
3. 
   опрокидывающих транспортных средств
   
4. 
   Заключение
   
5. 
   Список литературы
   

Система предотвращения опрокидывания автомобиля содержит электрически соединенные: датчики (1, 2, 3, 4) частот вращения колес автомобиля, электрически связанные с блоком (5) сопряжения линиями связи. Система предотвращения опрокидывания автомобиля также содержит устройство (7) обработки информации и управления, включающее вычислительный блок (8) определения скорости центра масс и разностей скоростей вращения колес, вычислительный блок (9) определения угла поворота управляемых колес, вычислительный блок (10) определения граничной скорости опрокидывания, вычислительный блок (11) прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания, вычислительный блок (12) сравнения прогнозируемых скоростей, вычислительный блок (13) формирования управляющих воздействий на акселератор и тормоза, индикатор (14) включения торможения, устройство (15) управления тормозами, устройство (16) управления акселератором, индикатор (14) включения торможения, входящий в состав блока (17) отображения информации, и вторичный источник (18) бесперебойного питания. Достигается предотвращение опрокидывания автомобиля. 1 ил.

Изобретение относится к автомобилестроению к способам и устройствам активной безопасности транспортных средств, в частности, системам предотвращения опрокидывания автомобилей, предпочтительно беспилотных грузовых бескабинных транспортных средств с электроприводом (БГТСЭ).
Предпочтительная область использования обусловлена отсутствием водителя в БГТСЭ, ввиду чего требования к предотвращению опрокидывания в реальных условиях эксплуатации существенно возрастают, особенно на виражах и при движении БГТСЭ на мокром дорожном покрытии и наличии гололеда.
Известна система контроля стабилизации транспортного средства с мониторингом шин. Данная система контроля транспортным средством включает датчики, которую генерируют соответствующие сигналы и систему контроля стабилизации. Датчики мониторинга шин каждого из колес генерируют сигналы колес, включающие температуру, давление и ускорение. Контроллер объединяет сигналы с датчиков, генерирует первый сигнал состояния крена, как функцию сигнала от датчика и генерирует второй сигнал состояния крена, как функцию сигналов от шин. Первый и второй сигналы состояния крена управляются системой контроля опрокидывания, позволяющей предотвратить событие опрокидывания транспортного средства, (см. патент США US 7778741 В2, заявители Ford Global Technologies, опубл. 17.08.2010).
Недостатком системы является значительное количество используемых технических средств, необходимых для решения задачи предотвращения опрокидывания, и относительно высокая стоимость системы наряду со снижением ее надежности.
Известен способ и система для его реализации, предназначенные для определения опрокидывания транспортного средства и опасных ситуаций, которые могут предшествовать опрокидыванию, в частности, тип опрокидывания, вызванного обвалом грунта, которые включает следующие шаги, которые представляются в виде циклов, определение бокового ускорения транспортного средства, расчет производной ускорения, основанный на боковых ускорениях, полученных, по крайней мере, за 2 шага, определение возможности опрокидывания транспортного средства, основанное на боковом ускорении, полученном, по крайней мере, за один шаг и производная ускорения рассчитанного, по крайней мере, за один шаг, генерация выходного сигнала активации, основанного, по крайней мере, на возможности опрокидывания транспортного средства, определенной на шаге. (см. патент США US 8046135 В2, заявители DELPHI TECH INC, опубл. 25.10.2011).
Основным недостатком способа является неопределенность необходимого тормозного замедления для предотвращения опрокидывания.
Известен способ и устройство для предотвращения бокового опрокидывания моторных транспортных средств, в котором определена поперечная переменная, которая отражает поперечную динамику моторного транспортного средства, данную поперечную переменную сравнивают, по меньшей мере, с одним пороговым значением и, в зависимости от результата сравнения, осуществляют тормозное вмешательство для предотвращения бокового опрокидывания. Установлена переменная наклона, которая отражает боковой наклон кузова транспортного средства и ее пороговым значением является функция переменной наклона. (см. патент США US 9505286 В2, заявители GOETTSCH GERHARD; MERLEIN DOMINIK; BOSCH GMBH ROBERT, опубл. 29.11.2016).
Основным недостатком способа является сложность сенсорной части системы, предполагающей использование значительного числа датчиков, включая датчики скорости вращения колес, поперечного ускорения, скорости рыскания, тормозного давления и угла поворота рулевого колеса.
Наиболее близким по технической сущности является способ и система предотвращения опрокидывания транспортного средства на неровной полосе движения. Дорожные изображения, снятые устройствами захвата изображений, используются для расчета информации о дороге. Информация о дороге вместе с информацией о динамике транспортного средства, такой как скорость и ускорение транспортного средства, используется для прогнозирования угла опрокидывания и бокового ускорения транспортного средства, движущегося по неровной полосе движения. Высота центра масс и критическая скорость опрокидывания транспортного средства, движущегося по неровной полосе движения, вырабатываются и используются для определения индекса опрокидывания транспортного средства. Если индекс опрокидывания транспортного средства превышает заданное значение, система предупреждает водителя или напрямую контролирует скорость движения транспортного средства, чтобы автомобиль не перевернулся на неровной полосе движения. (см. патент США US 9116784 В2, заявители AUTOMOTIVE RES & TEST СТ, опубл. 25.08.2015).
Недостатком способа является ограниченные возможности системы обработки изображений дороги в условиях темного времени суток, осадков, тумана и ярких источников света.
Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в косвенных измерениях параметров движения, определении граничной скорости опрокидывания и их прогнозируемых значений, формировании управляющих воздействий на акселератор, тормоза и индикатор торможения, в случае превышения прогнозируемой скорости центра масс, прогнозируемого значения граничной скорости опрокидывания, тем самым предотвращая опрокидывания автомобиля.
Поставленная техническая задача решается тем, что согласно предложенному изобретению:
система предотвращения опрокидывания автомобиля, содержит электрически соединенные: датчики 1, 2, 3 и 4 частот вращения колес автомобиля, электрически связанные с блоком 5 сопряжения линиями 6 связи, устройство 7 обработки информации и управления, включающее вычислительный блок 8 определения скорости центра масс и разностей скоростей вращения колес, вычислительный блок 9 определения угла поворота управляемых колес, вычислительный блок 10 определения граничной скорости опрокидывания, вычислительный блок 11 прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания, вычислительный блок 12 сравнения прогнозируемых скоростей, вычислительный блок 13 формирования управляющих воздействий на акселератор и тормоза, индикатор 14 включения торможения, устройство 15 управления тормозами, устройство 16 управления акселератором, индикатор 14 включения торможения, входящий в состав блока 17 отображения информации, и вторичный источник 18 бесперебойного питания, причем в системе устройство 7 обработки информации и управления выполнено с возможностью получения соответствующих сигналов от датчиков 1, 2, 3 и 4 частот вращения колес автомобиля через линии 6 связи и блок 5 сопряжения, вычислительный блок 8 выполнен с возможностью определения оценки скорости центра масс и разности скоростей вращения колес, вычислительный блок 9 выполнен с возможностью определения оценки угла поворота управляемых колес, вычислительный блок 10 выполнен с возможностью определения граничной скорости опрокидывания, вычислительный блок 11 выполнен с возможностью выполнения прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания, вычислительный блок 12 выполнен с возможностью выполнения сравнения прогнозируемой скорости центра масс и прогнозируемой граничной скорости опрокидывания, при этом в устройстве 7 обработки информации и управления вычислительный блок 13 формирования управляющих воздействий выполнен с возможностью определения величины замедления, необходимого для предотвращения опрокидывания, и выполнен с возможностью получения соответствующих ему, то есть расчетному замедлению, управляющих воздействий на устройство 15 управления тормозами, на устройство 16 управления акселератором, например, путем уменьшения подачи топлива, и на индикатор 14 включения торможения, входящий в состав блока 17 отображения информации, который выполнен с возможностью передачи водителю информации о включении автоматического торможения автомобиля устройством 15 управления тормозами, которое выполнено с возможностью индикации управляющих воздействий, сформированных вычислительным блоком 13, и с возможностью предотвращения опрокидывания автомобиля и предотвращения дорожно-транспортного происшествия (ДТП).
Вторичный источник 18 бесперебойного питания предназначен для осуществления бесперебойного энергопитания (даже при отключении бортового питания), стабилизации и преобразования напряжения, получаемого от бортовой сети автомобиля, в величины напряжения, необходимые для питания устройства 7 обработки информации и управления, блока 17 отображения информации с индикатором 14 включения торможения, устройства 15 управления тормозами и устройства 16 управления акселератором.
На фиг. 1 представлена функциональная схема системы предотвращения опрокидывания автомобиля и составляющих ее устройств и вычислительных блоков.
Рассмотрим подробнее основания, возможности для вычисления прогнозируемого критерия опасности и необходимые расчетно-вычислительные возможности устройств и вычислительных блоков системы предотвращения опрокидывания автомобиля, позволяющие осуществить все указанные в формуле функциональные действия, которые могут осуществить функциональные блоки и устройства при функционировании системы. Необходимые расчеты и вычисления в современной технике могут быть осуществлены как аналоговыми, так и цифровыми средствами.
При работе системы предотвращения опрокидывания автомобиля сигналы, формируемые импульсными датчиками 1, 2, 3 и 4 частот вращения колес автомобиля, регистрируются и передаются через линии 6 связи и блок 5 сопряжения в устройство 7 обработки информации и управления. В устройстве 7 обработки информации и управления определяются значения физических переменных и сравниваются с граничными значениями, характеризующими критическое состояние автомобиля. А именно, в устройстве 7 обработки информации и управления в реальном времени формируются прогнозируемые значения скорости центра масс, угла поворота управляемых колес, скоростей продольных скольжений колес, а также формируется граничное значение скорости опрокидывания автомобиля, путем математической обработки сигналов датчиков 1, 2, 3 и 4 о частотах вращения колес и расчета настроечных данных для указанных параметров движения автомобиля, с помощью микроконтроллера с необходимым известным авторам программным обеспечением, вычисляется прогнозируемый критерий опасности, значения которого устанавливают на основе вычисления методом экстраполяции двух прогнозируемых скоростей на время τ_э, а именно, соответственно, граничной скорости опрокидывания V_гp0 и продольной скорости центра масс V_m на время τ_э, их сравнения согласно неравенству  и при его выполнении, то есть в случае превышения прогнозируемой скорости центра масс величины прогнозируемой скорости опрокидывания, на выходе устройства 7 обработки информации и управления в вычислительном блоке 13 формируются сигналы управляющих воздействий, который выполнен с возможностью определения величины замедления, необходимого для предотвращения опрокидывания и выполнен с возможностью получения соответствующих ему управляющих воздействий на устройство 15 управления тормозами, и/или на устройство 16 управления акселератором, то есть, например, соответствующего уменьшения подачи топлива, и на индикатор 14 включения торможения, входящий в состав блока 17 отображения информации, который выполнен с возможностью передачи водителю информации о включении автоматического торможения автомобиля устройства 15 управления тормозами. Устройства 15 и 16 выполнены с возможностью управления от вычислительного блока 13 устройства 7 обработки информации и управления, а также с возможностью автоматического предотвращения опрокидывания автомобиля и предотвращения дорожно-транспортного происшествия (ДТП).
Индикатор 14 включения торможения предназначен для передачи водителю информации о включении автоматического режима торможения, и соответственно выполнен с возможностью передачи водителю информации о включении автоматического торможения автомобиля устройством 15 управления тормозами, которое выполнено с возможностью индикации управляющих воздействий, сформированных вычислительным блоком 13, и режима с возможностью предотвращения опрокидывания автомобиля и предотвращения дорожно-транспортного происшествия (ДТП).
В качестве математической модели косвенных измерений скорости центра масс автомобиля, V_m и угла поворота управляемых колес Ψ_c, в устройстве 7 обработки информации используется широко известная система уравнений линейных скоростей вращения колес V_i, 1≤i≤4 на вираже:

В случае, если неравенство (8) выполняется, вычислительный блок 13 формирования управляющих воздействий на акселератор и тормоза активирует устройство 16 управления акселератором и/или устройство 15 управления тормозами и индикатор 14 включения торможения, входящий в состав блока 17 отображения информации, который выполнен с возможностью передачи водителю информации о включении автоматического торможения автомобиля устройством 15 управления тормозами, которое выполнено с возможностью индикации управляющих воздействий, сформированных вычислительным блоком 13, и с возможностью предотвращения опрокидывания автомобиля и предотвращения дорожно-транспортного происшествия (ДТП).

Последовательность управляющих воздействий, сформированных вычислительным блоком 13, определяется автоматически на основании критериев эффективности, определенных расчетным или опытным путем, что в большинстве случаев является известным и не является объектом защиты в данном предложении, так, например, тормозить можно с помощью устройства 15 управления тормозами, двигателем, сбросив подачу топлива, и трансмиссией, перейдя на более низкую передачу.
Величина времени экстраполяции τ_э включает время прогнозирования наступления события опрокидывания и время запаздывания, вносимое из-за конечного быстродействия вычислительного устройства и запаздываний устройств управления акселератором и/или тормозной системой.
Величина тягово-тормозного ускорения a_dT, достаточного для предотвращения сноса или заноса колес автомобиля определяется из решения уравнения продольного движения центра масс автомобиля:

Распределение тягового-тормозного замедления между двигателем, трансмиссией и тормозной системой выполняется в соответствии с характеристиками этих систем.

К числу преимуществ, то есть технических результатов, достигаемых предлагаемой системой предотвращения опрокидывания автомобиля следует отнести следующие новые качества и свойства:
- возможность прогнозирования и предотвращения опрокидывания до возникновения этого события, которая достигается путем экстраполяции и прогнозирования опасных состояний, в частности, опрокидывания автомобиля;
- низкая стоимость технических средств и пониженное энергопотребление, которые обусловлены использованием штатных физических датчиков первичной информации, используемых для решения подобных задач в системах;
- возможность функционирования в неполной конфигурации штатных датчиков частот вращения колес, включая отказы одного или двух датчиков разных бортов автомобиля;
- возможность функционирования в неблагоприятных погодных условиях, включая темное время суток, туман, осадки;
- более высокая эксплуатационная надежность, которая обусловлена минимальной конфигурацией используемых технических средств, включая штатные датчики первичной информации.
Технический результат также состоит в косвенных измерениях скорости центра масс и угла поворота управляемых колес с учетом угла бокового увода, определении граничной скорости опрокидывания и их прогнозируемых значений, и формировании управляющих воздействий на акселератор, на тормоза и на индикатор торможения, в случае превышения прогнозируемой скорости центра масс, над прогнозируемым значением граничной скорости опрокидывания, в выборе оптимальной последовательности автоматических воздействий на органы управления автомобиля при динамической стабилизации безопасной скорости автомобиля на виражах на гладкой горизонтальной поверхности, за счет чего предотвращается опрокидывание автомобиля, в частности, грузового бескабинного транспортного средства с электроприводом (БГТСЭ).
Система предотвращения опрокидывания автомобиля, содержит электрически соединенные: датчики (1, 2, 3, 4) частот вращения колес автомобиля, электрически связанные с блоком 5 сопряжения линиями связи, устройство (7) обработки информации и управления, включающее вычислительный блок 8 определения скорости центра масс и разностей скоростей вращения колес, вычислительный блок (9) определения угла поворота управляемых колес, вычислительный блок (10) определения граничной скорости опрокидывания, вычислительный блок (11) прогнозирования скорости центра масс и граничной скорости опрокидывания, вычислительный блок (12) сравнения прогнозируемых скоростей, вычислительный блок (13) формирования управляющих воздействий на акселератор и тормоза, индикатор (14) включения торможения, устройство (15) управления тормозами, устройство (16) управления акселератором, индикатор (14) включения торможения, входящий в состав блока (17) отображения информации, и вторичный источник (18) бесперебойного питания, отличающаяся тем, что в системе устройство (7) обработки информации и управления выполнено с возможностью получения соответствующих сигналов от датчиков (1, 2, 3, 4) частот вращения колес автомобиля через линии связи и блок (5) сопряжения, вычислительный блок (8) выполнен с возможностью определения оценки скорости центра масс и разности скоростей вращения колес, вычислительный блок