Способ определения прогнозируемого коэффициента перераспределения боковой силы для систем предотвращения опрокидывания и сигнализации об опрокидывании автомобиля

Изобретение относится к технике управления устойчивостью транспортных средств. Заявленный способ включает этап определения прогнозируемого коэффициента перераспределения боковой силы автомобиля посредством оценки параметров движения автомобиля на протяжении заданного периода времени, а также этап управления автомобилем на основе прогнозируемого коэффициента перераспределения боковой силы. Прогнозируемое значение коэффициента перераспределения боковой силы может использоваться для определения предрасположенности автомобиля к опрокидыванию до того, как автомобиль начнет функционировать в условиях, вызывающих опрокидывание автомобиля. Благодаря данному потенциалу по прогнозированию функционирование системы предупреждения об опрокидывании автомобиля может быть усовершенствовано и человек, управляющий автомобилем, будет заранее предупрежден о приближающемся опрокидывании. Для предотвращения опрокидывания может быть задействована система предотвращения опрокидывания, содержащая устройства перераспределения крутящего момента, типа электронных дифференциалов повышенного трения. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к автомобильной промышленности и, в частности, к способу контроля устойчивости автомобиля.

Опрокидывание автомобиля имеет самый высокий процент смертельных исходов среди автомобильных аварий, не связанных со столкновением. Для предотвращения опрокидывания автомобиля при определении склонности автомобиля к опрокидыванию используется показатель опрокидывания, называемый коэффициентом перераспределения боковой силы (LTR). Обычно коэффициент перераспределения боковой силы оценивается по параметрам автомобиля, замеренным в фиксированный момент времени. Это аналогично тому, как если бы динамическая система была сфотографирована, а затем на основании полученных по снимку данных (неизменных во времени) оценивалась опасность опрокидывания автомобиля. Если пороговое значение для коэффициента перераспределения боковой силы принято слишком малым, это приведет к выдаче предупреждения об опрокидывании или преждевременному срабатыванию системы предотвращения опрокидывания автомобиля при движении в нормальных условиях. Если пороговое значение принято слишком большим, оно может не позволить своевременно предотвратить опрокидывание автомобиля. Определение порогового значения для коэффициента перераспределения боковой силы является сложной задачей, вследствие динамических изменений, происходящих при функционировании автомобиля, которые не могут быть учтены при помощи только статического значения коэффициента перераспределения боковой силы.

Разработан способ контроля устойчивости автомобиля, который включает этапы определения прогнозируемого значения коэффициента перераспределения боковой силы автомобиля посредством оценки параметров движения автомобиля на заданном временном интервале, а также управления автомобилем на основе прогнозируемого значения коэффициента перераспределения боковой силы. В варианте выполнения изобретения прогнозируемое значение коэффициента перераспределения боковой силы может использоваться для определения предрасположенности автомобиля к опрокидыванию до того, как автомобиль начнет функционировать в условиях, вызывающих опрокидывание автомобиля. Благодаря данному потенциалу по прогнозированию функционирование системы предупреждения об опрокидывании автомобиля может быть усовершенствовано и человек, управляющий автомобилем, будет заранее предупрежден о приближающемся опрокидывании. Более того, для предотвращения опрокидывания может быть задействована система предотвращения опрокидывания, содержащая устройства перераспределения крутящего момента, типа электронных дифференциалов повышенного трения.

Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фиг.1 - схема полноприводного автомобиля, в котором используется система контроля устойчивости в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 - схема системы контроля устойчивости автомобиля в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3 - модель динамики автомобиля в боковом направлении;

фиг.4 - модель динамики автомобиля при опрокидывании.

На фиг.1 схематично показан неограничительный пример выполнения полноприводного автомобиля 20, содержащего поперечно расположенный двигатель 22. Двигатель 22 соединен с двумя передними колесами 24а, 24b через передний или ведущий мост 26, соединенный с коробкой передач, а с двумя задними колесами 28а, 28b - через задний мост 30. Передний мост 26 постоянно включен и приводится в действие непосредственно от двигателя 22. Задний мост 30 приводится в действие опосредованно через блок преобразования мощности (не показан) и центральное соединительное устройство или муфту 32. Задний мост 30 механически соединен с передним ведущим мостом 26 при помощи одного или большего числа ведущих или карданных валов. Для распределения крутящего момента от заднего карданного вала между задними колесами 28а, 28b может использоваться дифференциал 34 повышенного трения с электронным управлением. Муфта 32 и дифференциал 34 повышенного трения с электронным управлением могут представлять собой хорошо известные в данной области техники устройства и могут управляться при помощи какой-либо системы управления 58 автомобиля (показанной на фиг.2), типа электронного блока управления (ЭБУ) автомобиля или другого контроллера. Очевидно что возможные конфигурации автомобиля 20 не ограничиваются вариантом, показанным на чертежах, и могут представлять собой другие конфигурации, включающие без ограничений конфигурации с двумя ведущими колесами.

Как показано на фиг.2, система 58 управления может содержать блок управления 60 типа ЭБУ на основе микропроцессора, включающего запоминающее устройство, на котором записана, например, одна или большее число карт, содержащих информацию о параметрах функционирования автомобиля, и, по меньшей мере, один автомобильный датчик 62 для регистрации параметров движения автомобиля, который может представлять собой, не ограничиваясь ими, датчик угловой скорости рыскания, датчик скорости колеса, датчик бокового ускорения и/или датчик угла поворота рулевого колеса. Блок управления 60 выдает входной сигнал для центральной муфты 32 и/или дифференциала 34 повышенного трения с электронным управлением для управления включением и выключением устройств, распределяющих момент между колесами или мостами. Блок управления 60 может также управлять работой устройства 64 предупреждения об опрокидывании, которое может представлять собой, например, устройство звуковой сигнализации или визуальный индикатор на панели приборов автомобиля для предупреждения водителя автомобиля о приближающемся опрокидывании автомобиля.

С учетом фиг.3 и 4 коэффициент перераспределения боковой силы может быть определен по нелинейным моделям автомобиля, следующим образом:

С учетом динамики автомобиля в боковом направлении:

или

где m - масса автомобиля, - боковая скорость автомобиля, r - угловая скорость рыскания автомобиля, u - продольная скорость автомобиля, g - ускорение свободного падения, А_y - боковое ускорение автомобиля, h - высота центра тяжести относительно центра крена автомобиля, показанного на фигуре 4.

С учетом динамики опрокидывания автомобиля:

С учетом динамики автомобиля в вертикальном направлении:

где - вертикальное ускорение автомобиля.

Соответственно с учетом уравнений (1)-(4) коэффициент перераспределения боковой силы может быть выражен следующим образом:

где I_хх, I_yy и I_zz - моменты инерции относительно осей х, y и z соответственно и где

Для относительно малых значений коэффициент перераспределения боковой силы может быть выражен следующим образом:

или

Для малых значений ϕ_r коэффициент перераспределения боковой силы может быть также оценен по следующей формуле:

где A_y__meas - боковое ускорение, которое может быть получено при помощи акселерометра, a h_CG - высота центра масс всего автомобиля.

В соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения разработан способ определения коэффициента перераспределения боковой силы автомобиля, который включает прогнозируемый коэффициент перераспределения боковой силы (PLTR), который позволяет оценить значения параметров поведения автомобиля на некотором промежутке времени, а не в какой-либо фиксированный момент времени. Данный метод разработан для точного "отсчета времени" до опрокидывания или оценки поведения автомобиля перед опрокидыванием в широком диапазоне условий эксплуатации автомобиля. Определение прогнозируемого коэффициента перераспределения боковой силы проводится следующим образом:

где A_y__meas - замеренное значение бокового ускорения автомобиля. В выражении (10) прогнозируемый коэффициент перераспределения боковой силы в момент времени t₀ определяется для прогноза на временном интервале Δt. В данном выражении, предназначенном для доказательства концепции, можно пренебречь влиянием знака замеренного бокового ускорения. Замеренное боковое ускорение A_y__meas в выражении (10) обычно содержит типичные помехи и поэтому сложно получить значение коэффициента без погрешностей. Для уменьшения типичных помех используется следующая методика фильтрации:

где τ - постоянная времени.

Замеренное боковое ускорение может быть дополнительно оценено по выражению, связывающему его с углом поворота рулевого колеса в линейной модели:

где TF_Model(s) - линейная передаточная функция, связывающая угол поворота рулевого колеса и боковое ускорение в линейной модели, a δ_w - истинное среднее значение угла поворота рулевого колеса. При использовании данного основанного на модели фильтра помехи, полученные при определении бокового ускорения, могут быть отфильтрованы при помощи низкочастотного фильтра. Кроме того, информация о входном воздействии водителя на рулевое колесо играет важную роль в прогнозировании показателя опрокидывания из-за запаздывания в системе рулевого управления.

Соответственно прогнозируемый коэффициент перераспределения боковой силы определяется следующим образом:

где , δ_d - угол поворота рулевого колеса водителем, τ_sw - постоянная времени первого порядка системы рулевого управления, a SR - передаточное число рулевого привода.

Фильтр может использоваться для фильтрации измеренного бокового ускорения, а фильтр может использоваться для фильтрации значения угла поворота рулевого колеса водителем. При этом следует выбирать достаточно большой интервал Δt, который бы перекрывал время реакции системы предотвращения опрокидывания.

В отличие от более традиционных способов определения коэффициента перераспределения боковой силы новый способ определения прогнозируемого коэффициента перераспределения боковой силы может использоваться системой 58 управления для управления работой устройства распределения крутящего момента (например, центральной муфтой 32 и дифференциалом 34 повышенного трения с электронным управлением) для повышения устойчивости автомобиля и предотвращения опрокидывания автомобиля. В варианте выполнения изобретения, показанном на фиг.1 и 2, в качестве примера прогнозируемый коэффициент перераспределения боковой силы может использоваться контроллером или блоком 60 управления для определения, когда и в какой степени задействовать устройства распределения крутящего момента для увеличения демпфирования рыскания автомобиля и предотвращения опрокидывания автомобиля. В качестве

неограничивающего примера блок 60 управления может быть настроен таким образом, что центральная муфта 32 и/или дифференциал 34 повышенного трения с электронным управлением будут приводиться в действие, как только значение прогнозируемого коэффициента перераспределения боковой силы превысит пороговое(вые) значение(я) или скорость изменения прогнозируемого коэффициента перераспределения боковой силы превысит заданное пороговое значение. Прогнозируемый коэффициент перераспределения боковой силы может также использоваться для управления работой устройства 64 предупреждения об опрокидывании для предупреждения водителя автомобиля о приближающемся опрокидывании. Следует учесть, что использование прогнозируемого коэффициента перераспределения боковой силы для управления работой автомобильного устройства распределения крутящего момента или устройства предупреждения об опрокидывании не ограничивает возможных вариантов его использования, и что прогнозируемый коэффициент перераспределения боковой силы может использоваться для управления работой других устройств автомобиля, таких как тормозная система автомобиля или система рулевого управления с усилителем для предотвращения опрокидывания автомобиля.

Выше было приведено подробное описание данного изобретения, при этом следует учесть, что для специалистов в данной области техники после прочтения и изучения данного описания будут очевидны различные изменения и модификации изобретения. Все подобные изменения и модификации должны охватываться данным изобретением в той мере, в которой они находятся в пределах объема формулы изобретения.

1. Способ управления устойчивостью автомобиля, в котором выполняют этап определения прогнозируемого коэффициента перераспределения боковой силы (PLTR) автомобиля посредством оценки параметров движения автомобиля на протяжении заданного периода времени, причем PLTR отражает PLTR, вычисленный в выбранный момент времени t₀ для прогноза на временном интервале Δt, а также этап управления автомобилем на основе PLTR.

2. Способ по п.1, в котором автомобиль оснащают устройством распределения крутящего момента для управления распределением крутящего момента между двумя колесами автомобиля или между двумя мостами автомобиля, а на этапе управления автомобилем приводят в действие устройство распределения крутящего момента между двумя колесами автомобиля или двумя мостами автомобиля.

3. Способ по п.1, в котором автомобиль оснащают устройством предупреждения об опрокидывании, а на этапе управления автомобилем приводят в действие устройство предупреждения об опрокидывании для предупреждения водителя автомобиля о приближении опрокидывания.

4. Способ по п.1, в котором на этапе определения PLTR оценивают боковое ускорение автомобиля по выражению, связывающему его с углом поворота рулевого колеса в линейной модели

где TF_Model(S) - линейная передаточная функция, связывающая в линейной модели угол поворота рулевого колеса и боковое ускорение, δ_w - реальное значение среднего угла поворота управляемого колеса.

5. Способ по п.1, в котором на этапе определения выполняют определение коэффициента перераспределения боковой силы следующим образом

где Δt - временной интервал прогноза δ_d - угол поворота рулевого колеса автомобиля; τ_sw - постоянная времени первого порядка рулевого привода, а SR - передаточное число рулевого привода.

6. Способ по п.5, дополнительно включающий этап применения фильтра
для измеренного бокового ускорения и фильтра
для угла поворота водителем рулевого колеса.

7. Способ по п.5, в котором автомобиль оснащают системой управления, а на этапе определения выполняют выбор временного интервала прогноза Δt, величина которого, по меньшей мере, равна времени реакции системы предотвращения опрокидывания автомобиля.