RU2779538C1 - Identification system for the maximum values of the sliding friction coefficients of vehicle wheels - Google Patents
Identification system for the maximum values of the sliding friction coefficients of vehicle wheels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779538C1 RU2779538C1 RU2022109078A RU2022109078A RU2779538C1 RU 2779538 C1 RU2779538 C1 RU 2779538C1 RU 2022109078 A RU2022109078 A RU 2022109078A RU 2022109078 A RU2022109078 A RU 2022109078A RU 2779538 C1 RU2779538 C1 RU 2779538C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- block
- sliding friction
- wheel
- wheels
- data
- Prior art date
Links
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 14
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 11
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 9
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 5
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000013479 data entry Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000011384 asphalt concrete Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к автомобилестроению, в частности, к способам и устройствам активной безопасности транспортных средств (ТС).The invention relates to the automotive industry, in particular, to methods and devices for the active safety of vehicles (TC).
Известно устройство для оценки коэффициента трения скольжения колес с дорогой и способ 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 Европейского патентного ведомства ЕР 2572947 А1, заявитель JTEKT Corp, опубл. 26.10.2016).A device is known for estimating the coefficient of sliding friction of the wheels with the road and a method for estimating the coefficient of friction of the wheels with the road, in which the coefficient of sliding friction of the wheels with the road is determined based on the ratio of the calculated turning force to the estimated tire side slip angle. The vehicle travels on multiple road surfaces that differ in friction coefficient, and tire side slip angles and turning forces on the road surfaces are predetermined. The friction coefficient estimator stores in memory the correlation between the detected tire side slip angles, the detected cornering forces and the road friction coefficients as numerical values or a mathematical expression, and estimates the road friction coefficient using the correlation stored in the memory (see EP 2572947 A1, applicant JTEKT Corp, published 10/26/2016).
Основным недостатком способа является приближенность определяемого значения коэффициента трения скольжения колес автомобиля, сложная процедура обработки данных с датчиков автомобиля и применимость метода только в условиях неоднородности дорожного покрытия.The main disadvantage of the method is the 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 uneven road surface.
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 A1, 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 the 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).
Основным недостатком способа является необходимость наличия приемно-передающих устройств в автомобилях, значительный объем полученной и переданной информации и вопрос об актуальности этой информации.The main disadvantage of this method is the need for transceivers in cars, a significant amount of information received and transmitted, and the question of the relevance of this information.
Наиболее близким по технической сущности является способ определения коэффициента трения дорожного покрытия. В рассматриваемом способе, коэффициенты трения 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 4159811 B2, заявители Koji Takao и BRIDGESTONE CORP, опубл. 01.10.2008).The closest in technical essence is a method for determining the coefficient of friction of the road surface. In the method under consideration, the wheel friction coefficients are determined by converting the wheel speeds from the ABS sensors into the wheel slip speeds and other values necessary to calculate the sliding friction coefficients for each of the wheels. The average coefficient of friction is determined by using a weighting function for the coefficients of friction of all wheels (see Japanese patent JP 4159811 B2, applicants Koji Takao and BRIDGESTONE CORP, publ. 01.10.2008).
Недостатком способа является неопределенность выбора весового коэффициента для каждого из усредненных значений итогового коэффициента трения скольжения.The disadvantage of this method is the uncertainty in the choice of the weighting factor for each of the averaged values of the final coefficient of sliding friction.
Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в косвенных измерениях максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес транспортного средства.The technical problem to be solved by the present invention consists in indirect measurements of the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of the vehicle.
Поставленная техническая задача решается тем, что система идентификации максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес транспортного средства, содержащая датчики 1, 2, 3, 4 частот вращения колес, электрически связанные с микроконтроллерным устройством 5 обработки информации, посредством линий связи с устройством 6 сопряжения с микроконтроллерным устройством 5, микроконтроллерное устройство 5 обработки информации включает: блок 7 анализа сигналов датчиков 1, 2, 3, 4 частот вращения колес, блок 8 оценивания параметров движения транспортного средства, блок 9 вычисления нормальных составляющих динамических нагрузок, действующих на каждое колесо, блок 10 вычисления распределения тягово-тормозных сил, действующих на каждое колесо, блок 11 решения обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации коэффициента трения скольжения, блок 12 фильтрации оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес, блок 13 ввода-вывода служит для ввода настроечных данных и вывода результатов вычислений на внешние устройства и для индикации водителю, причем в системе блок 9 вычисления нормальных составляющих динамических нагрузок, блок 10 вычисления распределения тягово-тормозных сил, блок 11 решения обратной задачи, блок 12 фильтрации, блок 13 ввода-вывода данных выполнены на базе микроконтроллерного устройства 5 с возможностью программного исполнения блока 9 вычисления нормальных составляющих динамических нагрузок, блока 10 распределения тягово-тормозных сил, блока 11 решения обратной задачи, блока 12 фильтрации, блока 13 ввода-вывода данных, блок 9 вычисления нормальных составляющих динамических нагрузок, действующих на каждое колесо, выполнен с возможностью учета влияния продольного и поперечного ускорений на распределение нормальных составляющих динамических нагрузок, блок 10 распределения тягово-тормозных сил выполнен с возможностью учета распределения тяговых сил от двигателя и трансмиссии и от тормозной системы по колесам, блок 11 решения обратной задачи выполнен с возможностью формирования оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес в диапазоне скольжений устойчивого участка типовой зависимости силы трения от скольжения, блок 12 фильтрации оценок выполнен с возможностью снижения влияния шумов измерений на результаты идентификации за счет устранения выбросов данных в результате проверки по диапазонам и гладкости данных, удовлетворяющих условиям ограничений по первой и второй производным, блок 13 ввода-вывода данных выполнен с возможностью оперативного ввода настроечных данных используемой математической модели для шин разных моделей и вывода выходных данных водителю и к функциональным блокам системы активной безопасности.The technical problem is solved by the fact that the system for identifying the maximum values of the coefficients of sliding friction of the wheels of the vehicle, containing
Технические результаты достигаются путем создания системы идентификации максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес транспортного средства, в которой блоки связаны определенным выше указанным образом.The technical results are achieved by creating a system for identifying the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of the vehicle, in which the blocks are connected in a certain way as indicated above.
Система идентификации максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес транспортного средства содержит датчики 1, 2, 3, 4 частот вращения колес, электрически связанные с микроконтроллерным устройством 5 обработки информации, посредством линий связи с устройством 6 сопряжения с микроконтроллерным устройством 5, микроконтроллерное устройство 5 обработки информации включает: блок 7 анализа сигналов датчиков 1, 2, 3, 4 частот вращения колес, блок 8 оценивания параметров движения транспортного средства, блок 9 вычисления нормальных составляющих динамических нагрузок, действующих на каждое колесо, блок 10 вычисления распределения тягово-тормозных сил, действующих на каждое колесо, блок 11 решения обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации коэффициента трения скольжения, блок 12 фильтрации оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес, блок 13 ввода-вывода данных на внешние устройства индикации водителю и ввода настроечных данных, отличающаяся тем, что в системе блок 9 вычисления нормальных составляющих динамических нагрузок, блок 10 вычисления распределения тягово-тормозных сил, блок 11 решения обратной задачи, блок 12 фильтрации, блок 13 ввода-вывода данных выполнены на базе микроконтроллерного устройства 5 с возможностью программного исполнения блока 9 вычисления нормальных составляющих динамических нагрузок, блока 10 распределения тягово-тормозных сил, блока 11 решения обратной задачи, блока 12 фильтрации, блока 13 ввода-вывода данных, блок 9 вычисления нормальных составляющих динамических нагрузок, действующих на каждое колесо, выполнен с возможностью учета влияния продольного и поперечного ускорений на распределение нормальных составляющих динамических нагрузок, блок 10 распределения тягово-тормозных сил выполнен с возможностью учета распределения тяговых сил от двигателя и трансмиссии и от тормозной системы по колесам, блок 11 решения обратной задачи выполнен с возможностью формирования оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес в диапазоне скольжений устойчивого участка типовой зависимости силы трения от скольжения, блок 12 фильтрации оценок выполнен с возможностью снижения влияния шумов измерений на результаты идентификации за счет устранения выбросов данных в результате проверки по диапазонам и гладкости данных, удовлетворяющих условиям ограничений по первой и второй производным, блок 13 ввода-вывода данных выполнен с возможностью оперативного ввода настроечных данных используемой математической модели для шин разных моделей и вывода выходных данных водителю и к функциональным блокам системы активной безопасности.The system for identifying the maximum values of the sliding friction coefficients of the vehicle wheels contains
Предложение поясняется чертежами.The proposal is illustrated by drawings.
На Фиг. 1 показана блок-схема системы идентификации максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес транспортного средства.On FIG. 1 shows a block diagram of a system for identifying the maximum values of sliding friction coefficients of vehicle wheels.
На фиг. 2 приведено семейство зависимости коэффициентов трения скольжения ks от величины продольного скольжения 5.In FIG. 2 shows a family of dependences of the coefficients of sliding friction k s on the magnitude of the longitudinal slip 5.
На фиг. 3 приведена зависимость от скорости Vm на различных покрытиях.In FIG. 3 shows the dependence on the speed V m on different surfaces.
Фиг. 4 содержит вычислительный блок алгоритма максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес ТС.Fig. 4 contains a computational block of the algorithm for the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of the vehicle.
Предложенная система работает следующим образом.The proposed system works as follows.
При движении транспортного средства датчики 1, 2, 3, 4 вырабатывают импульсные сигналы, соответствующие частотам вращения колес транспортного средства, а так как они электрически связаны линиями связи через устройство сопряжения 6 с микроконтроллерным устройством 5, то эти сигналы посредством линий связи с устройством сопряжения 6 поступают в микроконтроллерное устройство 5 обработки информации, которое включает программный блок 7 анализа сигналов датчиков 1, 2, 3, 4 частот вращения колес, который сравнивает их значения с рабочим диапазоном сигналов датчиков и выявляет датчики у которых возникли неисправности в виде пропадания сигнала на ограниченном временном интервале, при этом показания такого датчика автоматически исключаются из дальнейшего анализа.When the vehicle is moving, the
Далее, в микропроцессорном устройстве 5 обработки информации программный блок оценивания 8 параметров движения транспортного средства сравнивает сигналы от датчиков 1, 2, 3, 4 частот вращения колес транспортного средства и получает согласно алгоритму программы для ЭВМ данные, характеризующие параметры движения транспортного средства, в частности, продольную скорость центра масс, продольное и поперечное ускорения, угол поворота управляемых колес, скорости продольных скольжений колес, давления воздуха в шинах и др. (См. свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2009616286. Программа «ИНКА-СПОРТ версия 2.0/ Бузников С.Е., Елкин Д.С.// Роспатент 2009 г.).Further, in the microprocessor device 5 for processing information, the software unit for estimating 8 vehicle motion parameters compares the signals from the vehicle
В блоке 9 вычисления нормальных составляющих динамических нагрузок выполняется расчет распределения нормальных составляющих сил, действующих на каждое колесо, с учетом полной массы и развесовки по осям, радиусов колес, ширины колеи, колесной базы и высоты центра масс, задаваемых в настроечных данных блока 13 ввода-вывода, а также продольных и поперечных ускорений, определяемых в блоке 8.In block 9 for calculating the normal components of dynamic loads, the distribution of the normal components of the forces acting on each wheel is calculated, taking into account the total mass and weight distribution along the axes, wheel radii, track width, wheelbase and height of the center of mass specified in the setting data of
В блоке 10 вычисления распределения тягово-тормозных сил по колесам выполняется расчет тяговых и тормозных сил, действующих на колеса с учетом типа привода (передний, задний, полный) и параметров тормозной системы, задаваемых в настроечных данных блока 13 ввода-вывода.In
В блоке 11 решения обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации зависимости коэффициента трения скольжения от величины скольжения колеса выполняется расчет максимального значения коэффициента трения скольжения для одного из трех участков аппроксимации исходной кривой в зависимости от измеренного скольжения колеса.In
В блоке 12 фильтрации оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес выполняется проверка условий достоверности полученных оценок путем их сравнения с допустимым диапазоном изменений, допустимыми величинами первой и второй производных, задаваемых в настроечных данных блока 13 ввода-вывода.In
Блок 13 ввода-вывода выполняет функции ввода и хранения настроечных данных, а также индикации водителю оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес и их передачу внешним устройствам активной безопасности.The input-
Предложение поясняют рисунки, разъясняющие расчетные формулы и процесс вычисления промежуточных параметров по ним, где на фиг. 2 приведено семейство зависимости коэффициентов трения скольжения ks 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 explaining the calculation formulas and the process of calculating intermediate parameters using them, where in Fig. 2 shows a family of dependences of sliding friction coefficients k s on the value of longitudinal slip S, presented as odd functions k s (S)=-k s (-S) for various surfaces with maximum values .
Опыт, накопленный в результате исследований свойств шин, показывает, что в условиях реальной эксплуатации величины коэффициентов трения скольжения (1≤i≤4 для 4-х колесной схемы) шин и передаваемые силы при разгонах, торможениях и поворотах, существенно зависят от целого ряда определенных факторов и могут изменяться в достаточно широких пределах.The experience gained as a result of studies of the properties of tires shows that in real operation, the values of the coefficients of sliding friction (1≤i≤4 for a 4-wheel scheme) tires and the transmitted forces during acceleration, braking and cornering significantly depend on a number of specific factors and can vary within a fairly wide range.
К числу основных факторов, существенно влияющих на , относятся:Among the main factors that significantly affect , relate:
- скорости продольного скольжения шины;- the speed of the longitudinal sliding of the tire;
- состав резиновой смеси материала протектора шины;- the composition of the rubber compound 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;- tire and road surface temperature;
- ширина профиля шины;- tire profile width;
- давление воздуха в шине;- air pressure in the tire;
- состояние поверхности дорожного покрытия;- condition of the road surface;
- глубина водного слоя на поверхности дорожного покрытия;- depth of the water layer on the surface of the road surface;
- скорость продольного движения центра масс автомобиля.- the speed of the longitudinal movement of the center of mass of the car.
Диапазон изменений максимальных значений коэффициентов трения скольжения современных шоссейных шин ограничен сверху величиной порядка 1, 2 для сухого асфальтобетона, а для сликов может доходить до значений 1, 8 и более, снизу эти значения ограничены величиной порядка 0,05 в случае движения по таящему льду. В режиме аквапланирования величина может снижаться практически до нулевых значений.The range of changes in the maximum values of the coefficients of sliding friction of modern road tires is limited from above by a value of the order of 1.2 for dry asphalt concrete, and for slicks it can reach values of 1, 8 or more, from below these values are limited by a value of the order of 0.05 in the case of movement on melting ice. In hydroplaning mode, the value can drop to almost zero.
На фиг. 3 приведена зависимость от скорости Vm на различных покрытиях.In FIG. 3 shows the dependence on the speed V m on different surfaces.
Изменения сопровождаются соответствующими изменениями граничной скорости пробуксовок ведущих колес, 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 limiting speed of slippage of the driving wheels, the limiting speeds of skidding and drifting of the wheels of the rear and front axles, the limiting values of safe distances between passing vehicles and the stopping distance.
Идентификация коэффициентов трения скольжения заключается в формировании адекватных оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения в соответствии с третьим законом Ньютона и основана на уравнении равенства тягово-тормозных сил и сил трения скольжения.The identification of sliding friction coefficients consists in the formation of adequate estimates maximum values of 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;F i - traction-braking force acting on the ie wheel;
FNi - нормальная составляющая динамической нагрузки на i-e колесо;F Ni - normal component of the dynamic load on the wheel ie;
kSi - коэффициент трения скольжения i-ro колеса.k Si - sliding friction coefficient of the i-ro wheel.
Коэффициенты трения скольжения в продольных kSdi и поперечных kSqi направлениях связанные между собой ограничением "круга Камма":Sliding friction coefficients in longitudinal k Sdi and transverse k Sqi directions interconnected by the restriction of the "Kamm circle":
- топовое (максимальное) значение коэффициента трения скольжения i-го колеса. - top (maximum) value of the sliding friction coefficient of the i-th wheel.
Фиг. 4 содержит вычислительный блок алгоритма максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес ТС, реализующий следующие действия способа:Fig. 4 contains a computational block of the algorithm for the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels of the vehicle, which implements the following steps of the method:
14 - ввод данных настроечных параметров математической модели ТС;14 - data entry of the tuning parameters of the mathematical model of the vehicle;
15 - ввод данных о частотах вращения колес;15 - input of data on wheel speeds;
16 - вычисление параметров движения ТС;16 - calculation of vehicle movement parameters;
17 - вычисление нормальных составляющих динамической нагрузки на каждое колесо;17 - calculation of the normal components of the dynamic load on each wheel;
18 - вычисление тягово-тормозных сил, воздействующих на каждое колесо; 19- решение обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации коэффициента трения скольжения;18 - calculation of traction and braking forces acting on each wheel; 19 - solution of the inverse problem of piecewise linear approximation of the coefficient of sliding friction;
20 - фильтрация оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес;20 - filtering estimates of the maximum values of the coefficients of sliding friction of the wheels;
21 - вывод данных на внешние устройства.21 - data output to external devices.
Ввод настроечных данных параметров математической модели ТС и используемых шин выполняют однократно в блок 13 ввода-вывода ввода настроечных данных при настройке системы в случаях внесения изменений, например, при замене шин с летних на зимние или наоборот.The input of the tuning data of the parameters of the mathematical model of the vehicle and the tires used is performed once in the input-
Изменения сезонных настроек параметров используемых шин выполняют автоматически при вводе команд «Лето» или «Зима» с устройства ввода данных.Changes to the seasonal settings of the parameters of the tires used are performed automatically when the commands "Summer" or "Winter" are entered from the data input device.
Сигналы, формируемые импульсными датчиками 1, 2, 3, 4 частот вращения колес ТС, регистрируют и передают их через устройство 6 сопряжения в микроконтроллерное устройство 5 обработки информации.The signals generated by the
В микроконтроллерном устройстве 5 обработки информации производят вычисления параметров движения колесного ТС по известному способу косвенных измерений (См. Патент РФ №2335805 «Способ предотвращения столкновения автомобиля с препятствиями и система для его осуществления») определяют скорость центра масс ТС (Vm), продольные и поперечные ускорения (am, aq), угол поворота управляемых колес (ϕс) и продольные скольжения колес (Si, 1≤i≤4).In the microcontroller information processing device 5, the calculation of the motion parameters of the wheeled vehicle is carried out according to the known method of indirect measurements (See RF Patent No. transverse accelerations (a m , a q ), angle of rotation of the steered wheels (ϕ c ) and longitudinal slips of the wheels (S i , 1≤i≤4).
В блоке 9 вычислений нормальных составляющих динамических нагрузок вычисляют значения нагрузок на колеса. Нормальные составляющие нагрузки на i-e колесо FNi определяют в виде:In block 9 for calculating the normal components of dynamic loads, the values of wheel loads are calculated. The normal components of the wheel load ie F Ni are defined as:
m1, m2, m3, m4 - массы, приходящиеся соответственно на переднее левое (i=1), переднее правое (i=2), заднее левое (i=3) и заднее правое (i=4) колесо;m 1 , m 2 , m 3 , m 4 - masses attributable respectively to the front left (i=1), front right (i=2), rear left (i=3) and rear right (i=4) wheel;
g - ускорение свободного падения;g - free fall acceleration;
mO - суммарная масса автомобиля;m O - the total mass of the car;
adT=(ad-аТ) - продольное тягового- тормозное ускорение центра масс;a dT \u003d (a d -a T ) - longitudinal traction-braking acceleration of the center of mass;
- тяговое ускорение центра масс; - traction acceleration of the center of mass;
Fdi, 1≤i≤4, - тяговая сила, приложенная к i-му колесу;F di , 1≤i≤4, - traction force applied to the i-th wheel;
- тормозное замедление центра масс; - braking deceleration of the center of mass;
FTi, 1≤i≤4, - тормозная сила, приложенная к i-му колесу;F Ti , 1≤i≤4, - braking force applied to the i-th wheel;
- поперечное ускорение центра масс; - transverse acceleration of the center of mass;
Rm - радиус поворота;R m - turning radius;
b - колесная база;b - wheelbase;
а - ширина колеи;a - track width;
hm - высота центра масс;h m - height of the center of mass;
Rd - динамический радиус колес;R d - dynamic radius of the wheels;
aT - угол тангажа;a T - pitch angle;
βk - угол крена дорожного покрытия;β k - angle of roll of the pavement;
kz1, kz2, kz3, kz4 - коэффициенты аэродинамического сопротивления по вертикальной оси;k z1 , k z2 , k z3 , k z4 - coefficients of aerodynamic drag along the vertical axis;
Vm - продольная скорость центра масс.V m - longitudinal velocity of the center of mass.
В условиях движения, близкого к прямолинейному (aq≈0) на горизонтальной гладкой поверхности, без продольных (aT≈0) и поперечных уклонов (βk≈0) дорожного покрытия и антикрыльев, систему уравнений (3) использует для вычисления в блоке 9 нормальных составляющих нагрузки на каждое колесо.Under conditions of movement close to rectilinear (a q ≈ 0) on a horizontal smooth surface, without longitudinal (a T ≈ 0) and transverse slopes (β k ≈ 0) of the road surface and anti-wings, the system of equations (3) is used to calculate in the block 9 normal load components per wheel.
Величину тягово-тормозного ускорения adT определяют в блоке 10 на основе вычисления распределения тягово-тормозных сил из уравнения второго закона Ньютона в виде:The value of traction-braking acceleration a dT is determined in
где: kx - коэффициент лобового аэродинамического сопротивления;where: k x - drag coefficient;
kтр - коэффициент трения качения шин.k tr - tire rolling friction coefficient.
Величины am и Vm, входящие в вектор параметров движения, измеряют по данным сигналов датчиков 1, 2, 3, 4 частот вращения колес, значения kx, kтр и mo вводят как параметры настройки. В условиях движения по поверхностям, близким к горизонтальным (аТ≈0), величина adT определяется однозначно.The values of a m and V m included in the vector of motion parameters are measured according to the signals of the
Распределение тяговых Fdi и тормозных сил FTi по колесам (1≤i≤4) задается уравнениями:The distribution of traction F di and braking forces F Ti over the wheels (1≤i≤4) is given by the equations:
K3i - коэффициенты усиления i-го тормоза;K 3i - gains of the i-th brake;
- управляющее воздействие на тормозную систему; - control action on the brake system;
РТ - давление в тормозной системе;P T - pressure in the brake system;
PTmax - максимальное давление в тормозной системе.P Tmax - maximum pressure in the brake system.
Величину U3 определяют по данным измерения adT в виде:The value of U 3 is determined according to the measurement data a dT in the form:
amin - минимальное значение замедления при торможении с не отключенной трансмиссией, задаваемое в настроечных данных;a min - the minimum value of deceleration during braking with the transmission not disabled, set in the tuning data;
amax - максимальное значение замедления.a max - maximum deceleration value.
Зависимость коэффициента трения скольжения в продольном направлении от величины продольного скольжения колеса аппроксимируют в блоке 11 кусочно-линейной функцией вида:The dependence of the coefficient of sliding friction in the longitudinal direction on the magnitude of the longitudinal sliding the wheels are approximated in
Е, SГр1, SГр2 - параметры настройки для используемых моделей шин в условиях летней и зимней эксплуатации (например, Е=0.005, SГр1=0.15, SГр2=0.3);Е, S Gr1 , S Gr2 - settings for used tire models in summer and winter conditions (for example, Е=0.005, S Gr1 =0.15, S Gr2 =0.3);
a0, 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 the piecewise linear approximation (for example, a 0 =0.25, b 0 =5.0).
Текущие значения коэффициентов трения скольжения kSi определяют из уравнения (1) 3-го закона Ньютона, соответствующих равенству действующих на колеса внешних сил и сил трения скольжения.The current values of the coefficients of sliding friction k Si are determined from the equation (1) of Newton's 3rd law, corresponding to the equality of the external forces acting on the wheels and the forces of sliding friction.
Оценки максимальных значений коэффициентов трения скольжения в дискретном времени определяют как решение в блоке 11 обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации kSi (Si):Estimates of the maximum values of sliding friction coefficients in discrete time is defined as a solution in
Оценки максимальных (топовых) значений коэффициентов трения скольжения ведомых колес 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 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 с целью ограничения влияния шумов измерения на результаты, выполняют в блоке 12 фильтрации оценок по известным алгоритмам ограничений по допустимому диапазону и гладкости по ограничениям по первой и второй производной.The filtering of the estimates of the maximum values of the coefficients of sliding friction of the wheels in order to limit the influence of measurement noise on the results is performed in
Итоговая оценка максимального значения коэффициентов трения скольжения колес определяется в виде:The final estimate of the maximum value of the sliding friction coefficients of the wheels is determined as:
Вывод данных на внешнее устройство выполняют, например, на устройство визуального отображения информации и/или на блоки управления движением для использования в качестве входных данных для обеспечения безопасного управления, тягой, тормозами и рулем.Data output to an external device is performed, for example, to a visual display device and/or motion control units for use as input for providing safe control, traction, brakes and steering.
Рассмотренный алгоритм идентификации максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес был реализован программно в блоке 12 фильтрации оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес для задач управления автомобилем и зарегистрирован в Роспатенте (Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ №2007610818 «Идентификация максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля», 2007).The considered algorithm for identifying the maximum values of the sliding friction coefficients of the wheels was implemented programmatically in
К числу преимуществ, то есть технических результатов, достигаемых предлагаемой системой можно отнести следующие:Among the advantages, that is, the technical results achieved by the proposed system, are the following:
- идентификация максимальных значений коэффициентов трения скольжения шин выполняется при разгонах, движении с постоянной скоростью и торможениях;- identification of the maximum values of the sliding friction coefficients of tires is performed during acceleration, movement at a constant speed and braking;
- низкая стоимость технических средств, обусловленная отсутствием необходимости введения дополнительных физических датчиков первичной информации, необходимых для решения поставленной технической задачи;- low cost of technical means, due to the absence of the need to introduce additional physical sensors of primary information necessary to solve the set technical problem;
- возможность функционирования в неполной конфигурации датчиков частот вращения колес, включая отказы одного или двух датчиков с разных бортов автомобиля;- the possibility of functioning in an incomplete configuration of wheel speed sensors, including failures of one or two sensors from different sides of the vehicle;
- пониженное энергопотребление, обусловленное отсутствием дополнительных датчиков информации;- reduced power consumption due to the absence of additional information sensors;
- более высокая эксплуатационная надежность, обусловленная минимальной конфигурацией используемых технических средств, включая датчики первичной информации;- higher operational reliability due to the minimum configuration of the technical means used, including primary information sensors;
- отсутствие влияния состояния внешней среды, включая освещенность, осадки, туман и прочее, на эффективность функционирования системы.- no influence of the state of the environment, including illumination, precipitation, fog, etc., on the efficiency of the system.
На основании изложенного можно утверждать следующее.Based on the foregoing, the following can be stated.
Поставленная техническая задача решается техническими средствами и может быть использована в предложенном виде как в новых, так и в находящихся в эксплуатации транспортных средствах в народном хозяйстве, следовательно, предложение соответствует критерию изобретения «промышленная применимость».The stated technical problem is solved by technical means and can be used in the proposed form both in new and in vehicles in operation in the national economy, therefore, the proposal meets the criterion of the invention "industrial applicability".
Предложение имеет отличия от известной системы, следовательно, соответствует критерию изобретения «новизна».The proposal differs from the known system, therefore, meets the criterion of invention "novelty".
Использование всех известных и новых действий способа работы системы предлагаемого технического решения при создании и модернизации систем активной безопасности транспортных средств позволяет достичь новых, ранее неизвестных технических результатов, следовательно, соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».The use of all known and new actions of the method of operation of the system of the proposed technical solution in the creation and modernization of active safety systems of vehicles makes it possible to achieve new, previously unknown technical results, therefore, it meets the criterion of the invention "inventive step".
Перечень позицийList of positions
1. датчик 1 частот вращения колес,1.
2. датчик 2 частот вращения колес,2. 2 wheel speed sensor,
3. датчик 3 частот вращения колес,3. 3 wheel speed sensor,
4. датчик 4 частот вращения колес.4. 4 wheel speed sensor.
5. микроконтроллерное устройство 5 обработки информации5. microcontroller device 5 information processing
6. линии связи с устройством 6 сопряжения с микроконтроллерным устройством 5 обработки информации6. communication lines with the
7. блок 7 анализа сигналов датчиков 1, 2, 3, 4 частот вращения колес,7.
8. блок 8 оценивания параметров движения транспортного средства,8.
9. блок 9 вычисления нормальных составляющих динамических нагрузок, действующих на каждое колесо,9. block 9 for calculating the normal components of dynamic loads acting on each wheel,
10. блок 10 вычисления распределения тягово-тормозных сил, действующих на каждое колесо,10.
11. блок 11 решения обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации коэффициента трения скольжения,11.
12. блок 12 фильтрации оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес,12.
13. блок 13 ввода-вывода данных на внешние устройства индикации водителю и ввода настроечных данных, вычислительный блок алгоритма максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес ТС, реализующий следующие действия способа13.
14. ввод данных настроечных параметров математической модели ТС;14. data entry of the tuning parameters of the mathematical model of the vehicle;
15. ввод данных о частотах вращения колес;15. data input about wheel speeds;
16. вычисление параметров движения ТС;16. calculation of vehicle movement parameters;
17. вычисление нормальных составляющих динамической нагрузки на каждое колесо;17. calculation of the normal components of the dynamic load on each wheel;
18. вычисление тягово-тормозных сил, воздействующих на каждое колесо;18. calculation of traction and braking forces acting on each wheel;
19. решение обратной задачи кусочно-линейной аппроксимации коэффициента трения скольжения;19. solution of the inverse problem of piecewise linear approximation of the coefficient of sliding friction;
20. фильтрация оценок максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес;20. filtering estimates of the maximum values of the coefficients of sliding friction of the wheels;
21. вывод данных на внешние устройства.21. data output to external devices.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2779538C1 true RU2779538C1 (en) | 2022-09-08 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2812025C1 (en) * | 2023-06-27 | 2024-01-22 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") | System for identifying maximum values of sliding friction coefficients of wheels of car and trailer as part of road train motion control system |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2376174C1 (en) * | 2007-08-30 | 2009-12-20 | Мицубиси Дзидося Когио Кабусики Кайся | Device to control driving force distribution |
| 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 |
| RU2744524C1 (en) * | 2019-10-23 | 2021-03-11 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Brake control unit |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2376174C1 (en) * | 2007-08-30 | 2009-12-20 | Мицубиси Дзидося Когио Кабусики Кайся | Device to control driving force distribution |
| RU2744524C1 (en) * | 2019-10-23 | 2021-03-11 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Brake control unit |
| 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 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2812025C1 (en) * | 2023-06-27 | 2024-01-22 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") | System for identifying maximum values of sliding friction coefficients of wheels of car and trailer as part of road train motion control system |
| RU2811997C1 (en) * | 2023-06-27 | 2024-01-22 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт "НАМИ" (ФГУП "НАМИ") | Method for identifying maximum values of sliding friction coefficients of wheels of car and trailer as part of road train motion control system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110382326B (en) | Method and device for estimating road surface friction coefficient of tire under high-speed normal driving condition | |
| CN109664774B (en) | Drive anti-skid control method and system for distributed drive electric automobile | |
| JP6122916B2 (en) | System and method for determining tire wear | |
| Ghandour et al. | Tire/road friction coefficient estimation applied to road safety | |
| CN105829185B (en) | Estimation of potential adhesion by evaluating rolling radius | |
| Doumiati et al. | A method to estimate the lateral tire force and the sideslip angle of a vehicle: Experimental validation | |
| Singh et al. | Enhancement of collision mitigation braking system performance through real-time estimation of tire-road friction coefficient by means of smart tires | |
| EP1338490A2 (en) | Method of controlling travelling stability of vehicle | |
| ES2998784T3 (en) | Tire stiffness estimation and road friction estimation | |
| WO2014199557A1 (en) | Tire grounded state estimation method | |
| CN116653977A (en) | Four-wheel drive automobile road surface adhesion coefficient estimation method and device based on intelligent tire multi-sensor information fusion | |
| CN100415584C (en) | Control system and method for anti-lock braking of motor vehicle | |
| CN101337491A (en) | A method for estimating the available grip margin of a rolling tire | |
| GB2531327A (en) | Traction control | |
| CN115848375B (en) | Wheel anti-skid control method for unmanned vehicle | |
| KR20080105032A (en) | Vehicle Characterization Method | |
| KR20240028516A (en) | A METHOD FOR DETERMINING INTERFACE CONDITIONS BETWEEN TIRE AND GROUND, PARTICULARLY TO DETERMINE THE ONSET OF AQUAPLANING PHENOMENA | |
| Jang et al. | Lateral handling improvement with dynamic curvature control for an independent rear wheel drive EV | |
| Umeno | Estimation of tire-road friction by tire rotational vibration model | |
| RU2779538C1 (en) | Identification system for the maximum values of the sliding friction coefficients of vehicle wheels | |
| RU2779539C1 (en) | Method for identifying the maximum values of the sliding friction coefficients of the vehicle wheels | |
| 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 | |
| RU2812025C1 (en) | System for identifying maximum values of sliding friction coefficients of wheels of car and trailer as part of road train motion control system | |
| RU2702878C1 (en) | Method for prevention of drift and slippage of car wheels | |
| Singh et al. | Development of a smart tire system and its use in improving the performance of a collision mitigation braking system |