CN103204148A - 汽车列车的稳定方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于稳定由牵引车(201)和挂车(202)组成的汽车列车的方法和装置。按本发明的方法的特征在于，测取施加在牵引车(201)的转向轮上的转向作用，并且测取由转向作用而产生的当前转向角变化量Δδ(t)和所属的当前转向角速度dδ(t)/dt，测取牵引车(201)的当前速度v(t)，并且根据当前转向角变化量Δδ(t)、当前转向角速度dδ(t)/dt和当前速度v(t)自动触发制动作用，由此激活挂车(202)的车轮制动装置(209a、209b)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于稳定由牵引车和挂车组成的汽车列车的方法和装置。
背景技术
在现有技术中已知用于稳定汽车列车的方法和装置。由DE 199 64 048A1已知一种用于稳定道路运输工具，尤其是轿车的方法和装置，其具有由道路运输工具牵引的挂车，其中，监测道路运输工具的摆动，并且在识别出摆动时自动对道路运输工具施加基本反相于摆动的偏转力矩。
由DE 10 2004 010 296 A1已知一种用于由牵引车以及挂车或半挂车组成的汽车列车，其中，当识别出挂车或半挂车摆动时，为了减弱摆动首先在牵引车上实施对称的制动作用，如果通过对称的制动作用没有达到期望的减弱摆动的效果，则之后在牵引车上实施非对称的制动作用。
由DE 10 2004 005 074 A1已知一种装置，用于减弱牵引着挂车的道路运输工具的摆动。该装置包括摆动检测装置，借此检测挂车的摆动并且根据数值测取摆动强度，该数值中包含至少一个描述车辆侧向动力学的数值，并且该装置还包括摆动衰减装置，借助该装置在摆动强度超过摆动极限值时，通过对道路运输工具的自动的制动作用和/或脱离驾驶员消除发动机扭矩，从而实现对摆动的衰减。此外，该装置包括转向角分析装置，借此从一个转向角的时间段内至少测取一个特征参数，其中前述强度极限值取决于该特征参数。
在现有技术中已知的用于稳定汽车列车的方法和装置基本用来测取和减弱已经存在的挂车和/或牵引车的摆动，例如尤其由于牵引车的制动和/或偏转而引起的摆动。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种在制动和/或偏转时更好地稳定汽车列车的方法和装置。
按照本发明方法方面的技术问题通过一种用于稳定由牵引车和挂车组成的汽车列车的方法得以解决。按本发明的方法的特征在于，测取施加在牵引车的转向轮上的转向作用，测取由转向作用而产生的当前转向角变化量Δδ(t)和所属的当前转向角速度dδ(t)/dt，测取牵引车的当前速度v(t)，并且根据当前转向角变化量Δδ(t)、当前转向角速度dδ(t)/dt和当前速度v(t)自动触发制动作用，由此激活挂车的车轮制动装置。
按本发明的自动制动作用可以获得以速度v(t)行驶的汽车列车的动态纵向稳定，可以阻止或者至少减弱汽车列车的晃动并且阻止或者至少减小挂车向牵引车靠近。
与现有技术不同的是，按本发明的制动作用不是取决于已经存在的汽车列车的摆动而被触发，而是取决于牵引车的当前转向角变化量Δδ(t)、当前转向角速度dδ(t)/dt和当前速度v(t)，也就是说，当激发的转向作用引起潜在的摆动时，并且在产生这种摆动之前便已经触发制动作用。此外与现有技术不同的是，在挂车上施加制动作用。
在此，“挂车”的定义包括通过牵引杆与牵引车的挂车连接件连接的挂车(例如宿营车、船舶挂车等)或者半挂车或者所谓的鞍式挂车，其部分重量转移到牵引车的车桥上，该鞍式挂车通过鞍形板和所谓的“鞍座主销”与牵引车相连接。在此，挂车具有至少一个附带可制动轮的车桥。对于具有多个车桥的挂车，以下实施方式涉及每个车桥均相应地具有可制动轮。
在此，“转向作用”的定义包含由牵引车的驾驶员产生的手动转向作用和自动转向作用，例如通过自动化工作的牵引车的横向转向系统可以产生自动转向作用。这种转向作用产生牵引车的转向轮(例如前轮)的当前转向角δ(t)的变化量Δδ(t)。转向角速度dδ(t)/dt表示通过转向作用使转向角δ(t)的变化有多“快”。
汽车列车在正常运行下通常不会出现挂车或牵引车的摆动，使得牵引车和挂车构成动态稳定系统。当在以速度v(t)行驶的牵引车中产生具有较小的作用速度，也就是具有较小的转向角速度dδ(t)/dt和较小的转向角变化量Δδ(t)的转向作用时，则产生作用在牵引车上的较小的偏转力矩以及随后产生较小的横摆角速度。这种行驶状况在汽车列车的正常运行下通常出现在进入弯道行驶或更换车道时。通过这种转向作用，并未减小或仅可忽略地轻微地减小了汽车列车的纵向稳定性。
然而，如果在以速度v(t)行驶的牵引车中产生具有较大的作用速度，也就是具有较大的当前转向角速度dδ(t)/dt和较大的转向角变化量Δδ(t)的转向作用时，则产生作用在牵引车上的相应较大的偏转力矩以及随后产生较大的横摆角速度。这造成了牵引车和挂车的摆动或晃动，并且明显削弱了汽车列车的稳定性，使得可能导致汽车列车发生摇晃，并且随后可能导致最糟糕的情况是发生事故。
转向作用对汽车列车的纵向稳定性的影响取决于牵引车的速度v(t)。如果汽车列车静止或以步行速度行驶，则摇晃的危险为“零”或可忽略，使得在这种情况下，无需考虑转向作用，不会自动触发挂车的车轮制动装置的制动作用。
在按本发明的方法的特别优选的改进方案中，设有函数F1(Δδ,dδ/dt,v)，所述函数F1(Δδ,dδ/dt,v)为每个可实现的所述牵引车的行驶状态分配表示当前行驶状态的危险程度的函数值F1，通过以下行驶状态参数的组合定义所述牵引车的行驶状态：所述牵引车(201)的转向角变化量Δδ、转向角速度dδ/dt和速度v。在此，所述函数F1优选特别以牵引车或汽车列车的参数进行设定。在该改进方案中，当用于反映当前行驶状态的当前函数值F1=F1(Δδ(t),dδ(t)/dt,v(t))在时间点t(当前转向角变化量Δδ(t)、当前转向角速度dδ(t)/dt和当前速度v(t))大于或等于预设的第一极限值G1时，便触发制动作用。
只有当通过当前转向角变化量Δδ(t)、当前转向角速度dδ(t)/dt和当前速度v(t)反映出在未来会产生汽车列车的临界行驶状态时，例如通过分配的相应更高的函数值F1反映这种临界行驶状态，其中F1≥G1，此时制动作用的自动触发才尤其取决于当前转向角变化量Δδ(t)、当前转向角速度dδ(t)/dt和当前速度v(t)。随后，触发的制动作用提高了汽车列车的纵向稳定性，使得在最佳情况下甚至完全没有出现临界行驶状态。就此，通过函数F1隐含地表示出对由于当前转向作用而引起的行驶机动(转向作用)的前瞻性评估。
在可选的优选改进方案中提供有“查询表”，从所述查询表中可以引用反映各种行驶状态的危险程度的数值，用于大量可实现的(由转向角变化量Δδ、转向角速度dδ/dt和速度v定义的)行驶状态。在该改进方案中如前述，当用于当前行驶状态的数值大于或等于预设的第一极限值G1时，便会触发制动作用。
在此，通常在挂车出现摆动前，便自动地触发制动作用，并且对汽车列车的纵向稳定性产生影响，此外这种纵向稳定性在(紧急)制动时还减小或避免挂车向前移动，并且在(紧急)转向时抑制摆动的出现。
按本发明的方法的特别优选的改进方案的特征在于，设有函数F2(Δδ,dδ/dt,v,aq,al,gr)，所述函数F2(Δδ,dδ/dt,v,aq,al,gr)为每个可实现的所述牵引车的行驶状态分配表示当前行驶状态的危险程度的函数值F2，通过以下行驶状态参数的组合定义所述牵引车的行驶状态：转向角变化量Δδ、转向角速度dδ/dt、速度v、横向加速度aq、横摆角速度gr和纵向减速度al。当用于反映当前行驶状态的当前函数值F2(t)=F2(Δδ(t),dδ(t)/dt,v(t),aq(t),al(t),gr(t))大于或等于预设的第二极限值G2时，便触发制动作用。
在该变型方案中，尤其可以考虑附加的行驶状况，在这种行驶状况中例如牵引车没有或仅有轻微的对汽车列车的纵向稳定性完全没有重要影响的转向作用，以至于不会自动触发挂车的制动作用，但是在这种情况下牵引车受到外界影响而产生强制的移动，例如导致较大的横向加速度和/或较高横摆角速度和/或较大的纵向减速度。
通过对上述函数结构的相似应用获得上述改进方案的可选的实施方式：
F3(Δδ,dδ/dt,v,aq)，
F4(Δδ,dδ/dt,v,al)，
F5(Δδ,dδ/dt,v,gr)，
F6(Δδ,dδ/dt,v,aq,al)
F7(Δδ,dδ/dt,v,aq,gr)，和
F8(Δδ,dδ/dt,v,al,gr)。
优选地，通过制动作用对称地实现对挂车车轮制动装置的激活。在此，对称的制动作用应理解为，对挂车的车桥的两个车轮施加相同强度的制动，例如刹车摩擦片以相同的强度被压在制动盘上。挂车的车轮制动装置优选具有防抱死系统(ABS系统)，使得一方面尽可能传递最大的制动扭矩，并且另一方面避免车轮的抱死。此外，挂车的车轮优选可分别控制和制动。
此外优选地，制动作用的强度取决于：当前转向角变化量Δδ(t)和当前转向角速度dδ(t)/dt，和/或牵引车的当前横向加速度aq(t)，和/或牵引车的当前纵向减速度al(t)，和/或牵引车的当前横摆角速度gr(t)。此外，在按本发明的方法的另外的实施方式中，制动作用根据一个或多个上述参数或者是对称的或者是非对称的。
可以设想到的情况是，由于为此所需的传感器失效或者所需的信息不具有足够的质量和可靠性，从而无法获得可靠的当前转向角变化量Δδ(t)、当前转向角变化dδ(t)/dt和速度v(t)以及当前横向加速度aq(t)、横摆角速度gr(t)和当前纵向减速度al(t)，以致无法实施按本发明的方法。
如果发生这种情况，优选通过光学和/或声学报警通知牵引车的驾驶员并且优选停止实施按本发明的方法。如果在这种情况下已经触发了制动作用，则有以下优选可能性自动中止制动作用的步骤。一方面可以立即关闭挂车的制动作用。另一方面可以不加改变地继续实施制动作用直至满足预设的条件(例如直至完成预设的时间)，之后再进行关闭，或者可以根据预设的功能，在一个时间段内将当前的制动作用减小到“零”，也就是无制动力。
优选当制动作用被自动触发时，向驾驶员输出光学和/或声学报警。就此，驾驶员可以针对可感知的自动的制动作用归纳其原因。此外，通过报警将驾驶员的注意力有目的地转移到当前行驶状况中并且必要时转移到上述制动和/或偏转上。
在自动触发制动作用之后，在实施方式中，优选通过驾驶员在输入装置内的手动输入，例如通过对操纵杆或方向盘上的按键的手动操作，尤其通过压下牵引车的加速踏板/油门，结束已自动触发的制动作用。由此，使驾驶员例如可以自己确定结束制动作用的时间或者在明显已解决故障的情况下自己关闭制动作用。
附加或可选的是，可以不加改变地继续实施自动触发的制动作用直至满足预设的条件，随后自动关闭。这些条件可以是：在制动作用开始后已完成设定的时间段，汽车列车未处于临界行驶状态，和/或牵引车或挂车未出现侧滑摆动。此外如上述，可以根据预设的功能在一个时间段内将当前的制动作用自动减小到“零”。
当今的牵引车以及部分挂车装配有安全系统、辅助系统和/或舒适性系统用于纵向和横向调节。为了避免与其它的安全系统、辅助系统和/或舒适性系统的调节作用发生冲突，按本发明触发制动作用以及随后必要时产生的制动作用自身优选与牵引车和必要时挂车的安全系统、辅助系统和/或舒适性系统相调谐或协调。
本发明的另一方面涉及一种用于稳定由牵引车和挂车组成的汽车列车的装置，其包含第一器件，借此可以测取施加在牵引车的转向轮上的转向作用，并且可以测取由转向作用而产生的当前转向角变化量Δδ(t)和所属的当前转向角速度dδ(t)/dt；第二器件，借此可以测取牵引车的当前速度v(t)；以及第三器件，借此根据当前转向角变化量Δδ(t)、当前转向角速度dδ(t)/dt和当前速度v(t)可以激活所述挂车的车轮制动装置。
所述装置的优选改进方案的特征在于，其具有第四器件，借此可测取牵引车的当前横向加速度aq(t)；和/或第五器件，借此可测取牵引车的当前纵向减速度al(t)；和/或第六器件，借此可测取牵引车的当前横摆角速度gr(t)，并且如此设计和设置所述第三器件，使得附加地根据牵引车的当前横向加速度aq(t)和/或当前纵向减速度al(t)和/或当前横摆角速度gr(t)，激活挂车的车轮制动装置。
通过将结合本发明所述方法的前述实施方式相似地转移并应用到上述装置中，从而获得关于所述装置的有利的改进方案、相应的优点和例证。
本发明的最后方面涉及一种具有前述按本发明的装置的车辆。
附图说明
从以下参照附图对实施例的说明中获得其它的优点、特征和细节。描述的和/或图示的特征本身或者在任意合理组合后均可构成本发明的内容或技术方案，必要时也与权利要求无关。以相同的附图标记表示相同的、类似的和/或功能相同的部件。
在附图中：
图1示出按本发明的方法的流程示意图；和
图2示出具有按本发明的装置的汽车列车的示意图。
具体实施方式
图1示出按本发明的在制动和偏转时用于稳定汽车列车的方法的流程示意图，其中，汽车列车包括牵引车201和与之相连的挂车202。所述方法包括如下流程步骤。在步骤一101中，测取到施加在牵引车201的转向轮上的转向作用并且测取由转向作用而产生的当前转向角变化量Δδ(t)和所属的当前转向角变化速度dδ(t)/dt。在步骤二102中测取到牵引车201的当前速度v(t)。两个方法步骤持续地时间上平行地进行，使得各个参数Δδ(t)、dδ(t)/dt和v(t)分别是时间动态的。
在此，在步骤三103中，根据当前转向角变化量Δδ(t)、当前转向角变化速度dδ(t)/dt和当前速度v(t)，借助预设函数F1(Δδ,dδ/dt,v)计算得出表示当前行驶状态的危险程度的函数值F1(t)，所述函数F1(Δδ,dδ/dt,v)定义每个可实现的通过行驶状态参数(转向角变化量Δδ、转向角变化速度dδ/dt和牵引车201的速度v)的组合定义的牵引车的行驶状态。
在步骤四104中进行比较，用于反映当前行驶状态的当前函数值F1(t)(Δδ(t),dδ(t)/dt,v(t))是否大于或等于预设的第一极限值G1。如果是这种情况(Y)，则在步骤五105中通过激活挂车202的车轮制动装置209a、209b自动触发制动作用。如果不是这种情况(N)则没有制动作用。
在步骤六106中，在制动作用被触发后的一段预定的时间段后，通过将在挂车上产生的制动力指数地降低到“零”，从而自动结束制动作用。
图2示出具有牵引车201以及通过挂车牵引杆203与所述牵引车201相连接的挂车202的汽车列车的示意图。汽车列车具有按本发明的用于在制动和/或偏转时稳定汽车列车的装置。所述装置包含第一器件204，借此可以测取施加在牵引车201的转向轮上的转向作用，并且可以测取由转向作用而产生的当前转向角变化量Δδ(t)和所属的当前转向角变化速度dδ(t)/dt，所述装置还包含第二器件205，借此可以测取牵引车201的当前速度v(t)，以及第三器件206，借此根据当前转向角变化量Δδ(t)、当前转向角变化速度dδ(t)/dt和当前速度v(t)可以激活挂车202的车轮制动装置209a、209b。
图2中的虚线208a和208b示意性地表示第三器件206与单轴挂车202的每个车辆制动装置209a、209b之间的各个有效连接。
尽管通过优选实施例详细示出并阐述了本发明的细节，但是本发明不受公开实施例的限制，并且只要不脱离本发明的保护范围，技术人员由此可以推导出其它变型方案。
附图标记列表
101-105 流程步骤
201 牵引车
202 挂车
203 挂车牵引杆
204 第一器件
205 第二器件
206 第三器件
208a,208b 控制连接
209a,209b 车轮制动装置
Claims (13)
1.一种用于稳定由牵引车(201)和挂车(202)组成的汽车列车的方法，其中，
-测取施加在所述牵引车(201)的转向轮上的转向作用，并且测取由所述转向作用而产生的当前转向角变化量Δδ(t)和所属的当前转向角速度dδ(t)/dt，
-测取所述牵引车(201)的当前速度v(t)，并且
-根据当前转向角变化量Δδ(t)、当前转向角速度dδ(t)/dt和当前速度v(t)自动触发制动作用，由此激活所述挂车(202)的车轮制动装置(209a、209b)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，附加地测取所述牵引车的当前横向加速度aq(t)和/或所述牵引车的当前横摆角速度gr(t)和/或所述牵引车(201)的当前纵向减速度al(t)，并且附加地根据所述牵引车(201)的当前横向加速度aq(t)和/或当前横摆角速度gr(t)和/或当前纵向减速度al(t)触发所述制动作用。
3.如权利要求1所述的方法，其中，
-设定函数F1(Δδ,dδ/dt,v)，所述函数F1(Δδ,dδ/dt,v)为每个可实现的所述牵引车的行驶状态分配表示该行驶状态的危险程度的函数值F1，通过以下行驶状态参数的组合定义所述牵引车的行驶状态：所述牵引车(201)的转向角变化量Δδ、转向角速度dδ/dt和速度v，并且
-当用于反映当前行驶状态的当前函数值F1(t)=F1(Δδ(t),dδ(t)/dt,v(t))大于或等于预设的第一极限值G1时，便触发所述制动作用。
4.如权利要求2所述的方法，其中，
-设定函数F2(Δδ,dδ/dt,v,aq,al,gr)，所述函数F2(Δδ,dδ/dt,v,aq,al,gr)为每个可实现的所述牵引车的行驶状态分配表示该行驶状态的危险程度的函数值F2，通过以下行驶状态参数的组合定义所述牵引车的行驶状态：所述牵引车(201)的转向角变化量Δδ、转向角速度dδ/dt、速度v、横向加速度aq、横摆角速度gr和纵向减速度al，并且
-当用于反映当前行驶状态的当前函数值F2(t)=F2(Δδ(t),dδ(t)/dt,v(t),aq(t),al(t),gr(t))大于或等于预设的第二极限值G2时，便触发所述制动作用。
5.如权利要求1至4之一所述的方法，其中，当所述制动作用被触发时，向驾驶员输出光学和/或声学报警。
6.如权利要求1至5之一所述的方法，其中，所述制动作用的强度取决于：
-所述当前转向角变化量Δδ(t)和当前转向角速度dδ(t)/dt，和/或
-所述牵引车(201)的当前横向加速度aq(t)，和/或
-所述牵引车(201)的当前纵向减速度al(t)，和/或
-所述牵引车(201)的当前横摆角速度gr(t)。
7.如权利要求1至6之一所述的方法，其中，所述制动作用至少在制动作用开始时是对称的。
8.如权利要求1至7之一所述的方法，其中，所述制动作用与所述牵引车(201)和/或所述挂车(202)的其它安全系统、辅助系统和/或舒适性系统相调谐或协调。
9.如权利要求1至8之一所述的方法，其中，通过驾驶员在所述牵引车(201)的输入器件内的手动输入，结束自动触发的制动作用。
10.如权利要求1至9之一所述的方法，其中，当满足以下一个或多个条件时，自动结束自动触发的制动作用：
-在所述制动作用开始后已完成设定的时间段，
-所述汽车列车未处于临界行驶状态，
-所述牵引车(201)或所述挂车(202)未出现侧滑摆动。
11.一种用于稳定由牵引车(201)和挂车(202)组成的汽车列车的装置，其包含：
-第一器件(204)，借此可以测取施加在所述牵引车(201)的转向轮上的转向作用，并且可以测取由所述转向作用而产生的当前转向角变化量Δδ(t)和所属的当前转向角速度dδ(t)/dt，
-第二器件(205)，借此可以测取所述牵引车(201)的当前速度v(t)，以及
-第三器件(206)，借此根据当前转向角变化量Δδ(t)、当前转向角变化速度dδ(t)/dt和当前速度v(t)可以激活所述挂车(202)的车轮制动装置(209a、209b)。
12.如权利要求11所述的装置，其中，
-具有第四器件，借此可测取所述牵引车(201)的当前横向加速度aq(t)，
-具有第五器件，借此可测取所述牵引车(201)的当前纵向减速度al(t)，
-具有第六器件，借此可测取所述牵引车(201)的当前横摆角速度gr(t)，并且
-如此设计和设置所述第三器件(206)，使得附加地根据所述牵引车(201)的当前横向加速度aq(t)和/或当前纵向减速度al(t)和/或当前横摆角速度gr(t)，激活所述挂车(202)的所述车轮制动装置(209a、209b)。
13.一种具有如权利要求11或12所述装置的车辆。
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