RU2717121C2 - Method for determination of angular speed of vehicle wheels drifting - Google Patents
Method for determination of angular speed of vehicle wheels drifting Download PDFInfo
- Publication number
- RU2717121C2 RU2717121C2 RU2018127260A RU2018127260A RU2717121C2 RU 2717121 C2 RU2717121 C2 RU 2717121C2 RU 2018127260 A RU2018127260 A RU 2018127260A RU 2018127260 A RU2018127260 A RU 2018127260A RU 2717121 C2 RU2717121 C2 RU 2717121C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wheels
- drift
- car
- vehicle
- wheel
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
- B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
- B60R16/023—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units, or advanced driver assistance systems for ensuring comfort, stability and safety or drive control systems for propelling or retarding the vehicle
- B60W30/02—Control of vehicle driving stability
- B60W30/045—Improving turning performance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
- B60W50/08—Interaction between the driver and the control system
- B60W50/14—Means for informing the driver, warning the driver or prompting a driver intervention
Abstract
Description
Изобретение относится к автомобилестроению, в частности, к способам активной безопасности транспортных средств, состоящих в определении угловой скорости дрифта колес автомобиля и для управления тормозами автомобиля для стабилизации угловой скорости дрифта на нулевом уровне.The invention relates to the automotive industry, in particular, to methods of active safety of vehicles, consisting in determining the angular velocity of the drift of the wheels of the car and to control the brakes of the car to stabilize the angular velocity of the drift at zero level.
Известны способ и система для его осуществления, служащие для контроля за поворотом транспортного средства, имеющего по меньшей мере одно колесо, которое включает в себя, по меньшей мере, одно сенсорное устройство, установленное в колесе, которое обнаруживает по меньшей мере одну переменную колеса во время поворота транспортного средства и выдает сигнал, представляющий по меньшей мере одну переменную колеса, и дополнительно включает в себя оценочное устройство, которое обрабатывает по меньшей мере один сигнал и определяющее по меньшей мере, одно предельное значение угла поворота в соответствии с результатом обработки. Сенсорное устройство представляет собой датчик силы колеса, которое обнаруживает, по меньшей мере, одну составляющую силы колеса, действующую, по существу, между поверхностью дороги и зоной контакта колеса (см. опубликованную заявку США US 2003093208 А1, заявители HESSMERT ULRICH, BRACHERT JOST, SAUTER THOMAS, WANDEL HELMUT, POLZIN NORBERT, опубл. 15.05.2003).A known method and system for its implementation, used to control the rotation of a vehicle having at least one wheel, which includes at least one sensor device mounted in the wheel, which detects at least one variable wheel during turning the vehicle and generates a signal representing at least one variable of the wheel, and further includes an evaluation device that processes at least one signal and determining at least m Here, one limit value of the angle of rotation in accordance with the result of processing. The sensor device is a wheel force sensor that detects at least one component of the wheel force acting essentially between the road surface and the wheel contact area (see published application US US 2003093208 A1, applicants HESSMERT ULRICH, BRACHERT JOST, SAUTER THOMAS, WANDEL HELMUT, POLZIN NORBERT, publ. 05/15/2003).
Недостатком способа и системы является необходимость оснащения колеса дополнительным датчиком силы в зоне контакта колеса с поверхностью дороги, что ограничивает область применения способа и системы.The disadvantage of the method and system is the need to equip the wheel with an additional force sensor in the zone of contact of the wheel with the road surface, which limits the scope of the method and system.
Известны способ и система прогнозирования устойчивости рыскания транспортного средства, включающего в себя следующие этапы: начало моделирования, начиная с измеренного состояния транспортного средства в этот конкретный момент времени; получение информации о предстоящей поездке в течение заранее определенного периода времени; моделирование движения транспортного средства по будущему пути в течение предопределенного периода времени; вычисление одного или нескольких индикаторов прогнозируемой устойчивости рыскания транспортных средств во время имитируемого движения вдоль будущего пути в течение предопределенного периода времени; оценка расчетных показателей для определения того, потеряет ли транспортное средство контроль; и, если будет установлено, что транспортное средство потеряет контроль, происходит сигнализирование об этом системе устойчивости бортовой системы рыскания, (см. патент Европейского патентного ведомства ЕР 2261093 А1 заявители FORD GLOBAL TECHNOLOGIES, LLC и VOLVO CAR CORPORATION, опубл. 15.12.2010).A known method and system for predicting the stability of the yaw of the vehicle, which includes the following steps: the beginning of the simulation, starting with the measured state of the vehicle at this particular point in time; receiving information about the upcoming trip within a predetermined period of time; simulation of vehicle movement along a future path for a predetermined period of time; the calculation of one or more indicators of the predicted stability of the yaw of vehicles during simulated movement along a future path for a predetermined period of time; assessment of calculated indicators to determine whether the vehicle will lose control; and, if it is determined that the vehicle will lose control, an alarm is made about this stability system of the onboard yaw system (see patent of European Patent Office EP 2261093 A1, applicants FORD GLOBAL TECHNOLOGIES, LLC and VOLVO CAR CORPORATION, publ. 15.12.2010).
Недостатком способа и системы является необходимость накопления, хранения и использования дополнительной информации для моделирования пути вдоль будущей траектории движения автомобиля, что сопровождается усложнением системы.The disadvantage of the method and system is the need for the accumulation, storage and use of additional information for modeling the path along the future trajectory of the car, which is accompanied by a complication of the system.
Известен способ и устройство стабилизации угла поворота транспортного средства, основанные на использовании по меньшей мере одной управляемой передней оси и/или дополнительной оси с автоматически изменяемым углом поворота. Дополнительная стабилизация движения достигается путем регулировки измененного угла поворота управляемой передней оси и/или дополнительной оси учитывая наклон транспортного средства, распознаваемого через устройство контроля наклона, при превышении предельного наклона, в дополнение к этому определяется величина замедления транспортного средства для уменьшения этой тенденции наклона. Это противодействует заносу или сносу транспортного средства. Помимо этого, дополнительная стабилизация движения достигается путем определения направления движения в точке контакта с колесом основной оси колеса дополнительной оси на управляемой дополнительной оси относительно продольной оси транспортного средства и регулировки угла поворота управляемой дополнительной оси на ней, чтобы уменьшить угол дрейфа колеса дополнительной оси относительно его направления движения (см. патент США №US 9187121 В2, заявители GERECKE MARC; KOPPER HEIKO; MICHAELSEN ARNE; WABCO GMBH, опубл. 17.11.2015).A known method and device for stabilizing the angle of rotation of a vehicle, based on the use of at least one controllable front axle and / or additional axis with an automatically changeable angle of rotation. Additional stabilization of the movement is achieved by adjusting the changed angle of rotation of the steered front axle and / or the additional axis, taking into account the inclination of the vehicle recognized through the tilt control device when exceeding the maximum tilt, in addition, the deceleration value of the vehicle is determined to reduce this tilt tendency. This counteracts the drift or drift of the vehicle. In addition, additional stabilization of movement is achieved by determining the direction of movement at the point of contact with the wheel of the main axis of the wheel of the additional axis on the controlled additional axis relative to the longitudinal axis of the vehicle and adjusting the angle of rotation of the controlled additional axis on it to reduce the angle of drift of the wheel of the additional axis relative to its direction movement (see US patent No. US 9187121 B2, applicants GERECKE MARC; KOPPER HEIKO; MICHAELSEN ARNE; WABCO GMBH, publ. 11/17/2015).
Недостатком способа и устройства является автоматическое управление углом поворота управляемой передней или дополнительной оси без учета окружающей обстановки, что создает предпосылки к столкновениям с препятствиями.The disadvantage of this method and device is the automatic control of the angle of rotation of the controlled front or additional axis without regard to the environment, which creates the preconditions for collisions with obstacles.
Известен способ, в котором регистрируют импульсы от датчиков частот вращения колес и подают их на вход блока обработки информации. По значениям частот вращения колес определяют в реальном времени значения физических переменных, характеризующих состояние автомобиля, и граничные значения физических переменных. На выходе блока обработки информации формируют сигнал с информацией о приближении физических переменных, характеризующих состояние автомобиля, к граничным значениям или их превышении. В зависимости от значений физических переменных и граничных значений физических переменных, характеризующих состояние автомобиля, формируют сигнал с управляющим действием, предотвращающим столкновения автомобиля с препятствиями (см. Патент РФ №2335805, заявители БУЗНИКОВ СЕРГЕЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ и ЕЛКИН ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ, опубл. 10.10.2008).There is a known method in which pulses from wheel speed sensors are recorded and fed to the input of an information processing unit. Using the values of the wheel speeds, the values of physical variables characterizing the state of the car and the boundary values of physical variables are determined in real time. At the output of the information processing unit, a signal is generated with information about the approximation of physical variables characterizing the state of the car to the boundary values or their excess. Depending on the values of the physical variables and the boundary values of the physical variables characterizing the state of the car, a signal is generated with a control action that prevents the car from colliding with obstacles (see RF Patent No. 2335805, applicants BOZNIKOV SERGEY EVGENIEVICH and ELKIN DMITRIY SERGEEVICH, publ. 10.10.2008) .
Недостатком данной системы является недостаточно широкий вектор измеряемых координат состояния автомобиля, и в частности, угловой скорости дрифта колес.The disadvantage of this system is not a wide enough vector of the measured coordinates of the state of the car, and in particular, the angular velocity of the drift wheels.
Наиболее близким по технической сущности является устройство оценки позиции и угла пространственной ориентации транспортного средства. Устройство задает текущий диапазон распределения частиц как предварительно определенный диапазон с помощью фильтра. А также рассеивает частицы в заданном текущем диапазоне распределения, чтобы оценивать позицию и угол пространственной ориентации транспортного средства с помощью изображения. Камера смонтирована на транспортном средстве. Транспортное средство имеет передние колеса и задние колеса, перемещается в направлении спереди назад и выполняет поворот в направлении ширины транспортного средства. Устройство также содержит модуль определения скорости транспортного средства и модуль задания текущего диапазона распределения частиц. Модуль задания текущего диапазона распределения частиц выполнен с возможностью расширения текущего диапазона распределения, когда скорость транспортного средства становится высокой. Достигается повышение точности оценки позиции и угла пространственной ориентации транспортного средства, (см. Патент РФ №RU 2626424 С1, заявитель НИССАН МОТОР КО., ЛТД., опубл. 27.07.2017).The closest in technical essence is a device for assessing the position and angle of the spatial orientation of the vehicle. The device sets the current particle distribution range as a predefined range using a filter. It also scatters particles in a given current distribution range to evaluate the position and angle of the spatial orientation of the vehicle using an image. The camera is mounted on a vehicle. The vehicle has front wheels and rear wheels, moves in a front-to-rear direction, and rotates in a vehicle width direction. The device also contains a module for determining vehicle speed and a module for setting the current range of particle distribution. The module for setting the current particle distribution range is configured to expand the current distribution range when the vehicle speed becomes high. EFFECT: increased accuracy of estimation of the position and spatial orientation angle of the vehicle, (see RF Patent No.RU 2626424 C1, Applicant NISSAN MOTOR CO., LTD., Published on July 27, 2017).
Недостатком данного способа является сложность технической реализации программно-аппаратных средств для расчета параметров движения автомобиля методами визуальной одометрии и ограниченные возможности видеокамеры при работе в условиях темноты, осадков, тумана, пылевых бурь и т.д., что затрудняет практическое использование в реальных условиях эксплуатации транспортных средств.The disadvantage of this method is the complexity of the technical implementation of software and hardware for calculating the parameters of the car’s motion using visual odometry methods and the limited capabilities of the video camera when working in the conditions of darkness, precipitation, fog, dust storms, etc., which makes it difficult to use vehicles in real life conditions funds.
Техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в косвенных измерениях, прогнозировании и предотвращении дрифта колес автомобиля.The technical problem to which the invention is directed consists in indirect measurements, forecasting and prevention of drift of the wheels of a car.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе определения угловой скорости дрифта колес автомобиля, при котором регистрируют и обрабатывают сигналы, по меньшей мере, одного из колес по каждому борту, формируемые импульсными датчиками сигналы о частотах вращения колес автомобиля, передают их через линии сопряжения в блок обработки информации, в котором определяют значения физических переменных движения автомобиля и сравнивают их с граничными значениями, характеризующими критическое состояние автомобиля, и формируют на выходе блока обработки информации управляющие сигналы и передают их на устройство вывода графической информации и/или на индикаторы опасных состояний для информирования водителя, который определяет и формирует дальнейшие действия по управлению автомобилем, отличающийся тем, что в блоке обработки информации в режиме реального времени на основании формируемых импульсными датчиками сигналов о частотах вращения колес автомобиля и скорости их изменения вычисляют продольную скорость движения центра масс автомобиля, средний угол поворота управляемых колес, а также на основании сигналов о частотах вращения колес и настроечных параметров с помощью микроконтроллера с программным обеспечением вычисляют знак и величину угловой скорости дрифта, как величину скорости заноса задних колес и/или сноса передних, и формируют управляющие воздействия на устройство вывода графической информации для информирования водителя о приближении к границам критического режима возникновения дрифта колес.The stated technical problem is solved in that in the method for determining the angular velocity of the drift of the wheels of a car, in which the signals of at least one of the wheels on each side are recorded and processed, the signals about the frequencies of rotation of the wheels of the car generated by the pulse sensors transmit them through the interface lines to an information processing unit in which the values of the physical variables of the car’s movement are determined and compared with boundary values characterizing the critical state of the car, and formed on during the information processing unit, control signals and transmit them to the graphic information output device and / or hazard indicators to inform the driver who determines and generates further actions for driving the car, characterized in that in the information processing unit in real time based on the generated pulse sensors signals about the frequency of rotation of the wheels of the car and the speed of change calculate the longitudinal velocity of the center of mass of the car, the average angle of rotation steering wheels, as well as on the basis of signals about wheel speeds and tuning parameters, using a microcontroller with software, the sign and the value of the angular velocity of the drift are calculated as the value of the speed of skidding of the rear wheels and / or demolition of the front wheels, and control actions are generated on the graphic information output device to inform the driver about approaching the boundaries of the critical mode of occurrence of wheel drift.
Действия и математические вычисления проводят с помощью микроконтроллера с соответствующим программным обеспечением, позволяющим реализовать последовательность действий способа, описанную в алгоритме, показанную на Фиг. 1.Actions and mathematical calculations are carried out using a microcontroller with appropriate software, which allows implementing the sequence of actions of the method described in the algorithm shown in FIG. 1.
Технические результаты состоят в динамической стабилизации безопасной скорости автомобиля на виражах, за счет чего предотвращается снос передних и занос задних колес (дрифт) автомобиля и в упрощении используемых средств для получения информации о динамическом состоянии автомобиля и соответственно в повышении надежности безопасной работы на нем из-за простоты конструкции. Упрощение конструкции приводит к низкой стоимости технических средств, используемых в ней, и низкому энергопотреблению, обусловленным отсутствием введения дополнительных физических датчиков первичной информации, необходимых для решения задачи. Минимальная работоспособная конфигурация датчиков частот вращения колес достигается в случае наличия хотя бы одного датчика по каждому борту автомобиля. Предложенный способ дает возможность достоверного прогнозирования дрифта колес автомобиля до возникновения этих событий.The technical results consist in dynamically stabilizing the safe speed of the car in turns, which prevents the demolition of the front and skid of the rear wheels (drift) of the car and in the simplification of the tools used to obtain information about the dynamic condition of the car and, accordingly, to increase the reliability of safe operation due to it simplicity of design. Simplification of the design leads to a low cost of technical means used in it, and low power consumption due to the lack of introduction of additional physical sensors of primary information necessary to solve the problem. The minimum operable configuration of wheel speed sensors is achieved if at least one sensor is available on each side of the vehicle. The proposed method makes it possible to reliably predict the drift of the wheels of the car before the occurrence of these events.
Заявленное изобретение поясняется рисунками.The claimed invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлен алгоритм определения угловой скорости дрифта колес автомобиля;In FIG. 1 presents an algorithm for determining the angular velocity of the drift of the wheels of a car;
На фиг. 2 представлена расчетная кинематическая схема движения легкового автомобиля на вираже;In FIG. 2 presents the calculated kinematic diagram of the movement of a car on a bend;
На фиг. 3 представлены экспериментальные временные диаграммы основных параметров движения автомобиля при движении на вираже.In FIG. Figure 3 shows the experimental time diagrams of the main parameters of the movement of the car when driving in a turn.
Фиг. 1 содержит вычислительные блоки определения угловой скорости дрифта колес автомобиля, реализующие следующие действия способа:FIG. 1 contains computing units for determining the angular velocity of a drift of a car’s wheels, implementing the following method steps:
1 - ввод данных о частотах вращения колес;1 - data input on wheel speeds;
2 - вычисление продольных скоростей вращения колес;2 - calculation of longitudinal speeds of rotation of the wheels;
3 - вычисление продольной скорости центра масс и разности скоростей вращения пар колес;3 - calculation of the longitudinal velocity of the center of mass and the difference in the rotational speeds of the pairs of wheels;
4 - вычисление угла поворота управляемых колес;4 - calculation of the angle of rotation of the steered wheels;
5 - вычисление граничных скоростей сноса, заноса колес автомобиля;5 - calculation of boundary velocities of drift, skidding of car wheels;
6 - вычисление граничных значений углов поворота управляемых колес;6 - calculation of boundary values of the steering angle of the steered wheels;
7 - вычисление угловой частоты дрифта колес;7 - calculation of the angular frequency of the drift of the wheels;
8 - индикация опасных состояний;8 - indication of hazardous conditions;
9 - вывод данных водителю для управления торможением.9 - data output to the driver for braking control.
Способ определения угловой скорости дрифта колес автомобиля осуществляется следующим образом.The method of determining the angular velocity of the drift of the wheels of the car is as follows.
Сигналы, формируемые импульсными датчиками частот вращения колес автомобиля, регистрируют и передают их через блок сопряжения в блок обработки информации.The signals generated by the pulse sensors of the vehicle wheel speed are recorded and transmitted through the interface unit to the information processing unit.
В блоке обработки информации определяют значения физических переменных и сравнивают с истинными значениями, характеризующими критическое состояние автомобиля. А именно, в блоке обработки информации в реальном времени формируют оценки скорости центра масс, угла поворота управляемых колес, скоростей продольных скольжений колес, топовых значений коэффициентов трения скольжения колес, а также граничных значений скоростей сноса передних, заноса задних колес, граничных значений углов поворота управляемых колес, соответствующих сносу передних и заносу задних колес, и оценки угловой скорости дрифта колес автомобиля. Далее на основании сигналов о частотах вращения колес, и настроечных параметров с помощью микроконтроллера с программным обеспечением формируют на выходе блока обработки информации управляющие сигналы, передаваемые на устройство вывода графической информации и/или индикаторы опасных состояний для передачи водителю информации о физических параметрах, характеризующих состояние автомобиля, а также о приближении или превышении граничных значений скоростей дрифта колес, в этом случае дополнительно активируют, по крайней мере, одно средство индикации опасных состояний для привлечения внимания водителя.In the information processing unit, the values of the physical variables are determined and compared with the true values characterizing the critical condition of the vehicle. Namely, in the real-time information processing unit, estimates of the center of mass velocity, the angle of rotation of the steered wheels, the speeds of the longitudinal sliding of the wheels, the top values of the friction coefficients of the sliding of the wheels, as well as the boundary values of the demolition speeds of the front, skidding of the rear wheels, the boundary values of the steering angles are formed wheels corresponding to the demolition of the front and skidding of the rear wheels, and estimates of the angular velocity of the drift of the wheels of the car. Further, on the basis of signals about the frequencies of rotation of the wheels, and tuning parameters, using the microcontroller with software, control signals are transmitted at the output of the information processing unit to the output device of graphic information and / or indicators of dangerous states to transmit information to the driver about physical parameters characterizing the state of the car , as well as the approximation or exceeding of the boundary values of the drift speeds of the wheels, in this case, at least one medium is additionally activated TVO indicating dangerous conditions to attract the driver's attention.
В качестве возможной реализации математической модели косвенных измерений угловой скорости дрифта колес автомобиля Δωm используется система уравнений линейных скоростей вращения колес Vi 1≤i≤4 на вираже (см. Фиг. 2):As a possible implementation of the mathematical model of indirect measurements of the angular velocity of the drift of the wheels of the car Δω m, we use the system of equations of linear speeds of rotation of the
где Δωm - угловая скорость дрифта колес автомобиля;where Δω m is the angular velocity of the drift of the wheels of the car;
ΔVSi - скорость продольного скольжения i-го колеса (1≤i≤4).ΔV Si is the longitudinal sliding speed of the i-th wheel (1≤i≤4).
На фиг. 2 приняты следующие обозначения:In FIG. 2 adopted the following notation:
b - колесная база автомобиля;b - wheelbase of the car;
Ψ1 и Ψ2 - углы поворота соответственно 1 -го и 2-го управляемых колес;Ψ 1 and Ψ 2 - rotation angles of the 1st and 2nd steered wheels, respectively;
Ψc - средний угол поворота управляемых колес;Ψ c is the average angle of rotation of the steered wheels;
a 1 и a 2 - размеры колеи передних и задних колес; a 1 and a 2 - the gauge of the front and rear wheels;
Vi - линейная скорость вращения i-го колеса (1≤i≤4);V i - linear speed of rotation of the i-th wheel (1≤i≤4);
Ri - радиусы поворота соответствующих колес;R i are the turning radii of the respective wheels;
Rm - радиус поворота продольного движения центра массR m is the turning radius of the longitudinal motion of the center of mass
Vm - линейная скорость продольного движения центра масс;V m is the linear velocity of the longitudinal motion of the center of mass;
ΨR - угол рысканья;Ψ R is the yaw angle;
b* - расстояние от центра масс до задней оси автомобиля;b * is the distance from the center of mass to the rear axle of the vehicle;
ωm - угловая скорость вращения центра масс автомобиля на вираже при движении без дрифта колес.ω m - the angular velocity of rotation of the center of mass of the car in turn when driving without drift wheels.
Дифференциальное уравнение курсового угла Ψm:The differential equation of the heading angle Ψ m :
где - скорость изменения курсового угла.Where - rate of change of course angle.
Решение (2) с учетом формулы Эйлера и в дискретном времени приводится к виду:Solution (2) taking into account the Euler formula and in discrete time is reduced to the form:
Приращение курсового угла ΔΨm(k) на k-ом шаге составляет:The increment of the heading angle ΔΨ m (k) at the kth step is:
В случае заноса задних колес ΔΨm совпадает по знаку с Ψc при Vm>0, что приводит к увеличению модуля приращения курсового угла. В случае сноса передних колес Δωm имеет противоположный знак Ψc, что уменьшает модуль приращения курсового угла. Дополнительное вращение (дрифт) с частотой Δωm происходит вокруг центра оси передних колес при заносе и относительно центра задних колес при сносе.In the case of skidding of the rear wheels, ΔΨ m coincides in sign with Ψ c for V m > 0, which leads to an increase in the absolute value of the increment of the course angle. In the case of the demolition of the front wheels Δω m has the opposite sign Ψ c , which reduces the modulus of the increment of the course angle. Additional rotation (drift) with a frequency Δω m occurs around the center of the axis of the front wheels during skidding and relative to the center of the rear wheels during drift.
Причиной дрифта колес автомобиля является превышение центробежной силы, действующей на колеса передней и задней осей, сил трения скольжения соответствующих пар колес в пятне контакта шины с покрытием в поперечном направлении.The cause of the drift of the wheels of the car is the excess of the centrifugal force acting on the wheels of the front and rear axles, the sliding friction forces of the corresponding pairs of wheels in the tire contact patch with the coating in the transverse direction.
Оценки формируются по данным измерений частот вращения колес ωi(k) и настроечных данных свободных радиусов Rci(k) колес.Grades are formed according to the measurement of wheel speeds ω i (k) and the tuning data of the free radii R ci (k) of the wheels.
Решение некорректной задачи определения оценок и (1≤i≤4) по известным оценкам настроечным параметрам b, a 1≈a, a 2≈a при Δωm=0 приведено в алгоритме определенных параметров движения автомобиля (Свидетельство об государственной регистрации программы для ЭВМ №2009616286. ИНКА-СПОРТ Версия 2.0 /Бузников С.Е., Елкин Д.С. // Роспатент, 2009).Solving the incorrect task of determining grades and (1≤i≤4) according to well-known estimates the tuning parameters b, a 1 ≈ a , a 2 ≈ a for Δω m = 0 are given in the algorithm for certain vehicle motion parameters (Certificate of state registration of a computer program No. 20099616286. INCA-SPORT Version 2.0 / Buznikov S.E., Elkin D .S. // Rospatent, 2009).
Система уравнений скоростей вращения колес автомобиля на вираже, содержит 4 уравнения с 7-ю неизвестными, а задача их определения относится к некорректным.The system of equations for the speeds of rotation of the wheels of a car on a bend contains 4 equations with 7 unknowns, and the problem of their determination is incorrect.
Для преобразования задачи к корректной, вводится группа доопределяющих условий, характеризующих свойства объекта.To convert the task to the correct one, a group of additional conditions is introduced that characterize the properties of the object.
Так, в частности, для объекта характерно, что положительные скольжения колес на горизонтальной поверхности возможны только при разгонах, а отрицательные только при замедлениях, что соответствует согласованности знаков a m и ΔVSi (1≤i≤4):So, in particular, it is characteristic of the object that positive wheel sliding on a horizontal surface is possible only during acceleration, and negative only during deceleration, which corresponds to the consistency of the signs a m and ΔV Si (1≤i≤4):
Продольное ускорение центра масс a m ограничивается максимальными силами трения скольжения колес, что соответствует системе ограничений:The longitudinal acceleration of the center of mass a m is limited by the maximum sliding friction forces of the wheels, which corresponds to a system of restrictions:
- нижняя граница ускорения центра масс при торможениях, - the lower boundary of the acceleration of the center of mass during braking,
- верхняя граница ускорения центра масс при разгонах. - the upper limit of the acceleration of the center of mass during acceleration.
Величина и знак угловой частоты дрифта колес Δωm зависит от соотношения центробежной силы и силы трения скольжения колес поперечного направления для колес передней и задней оси и сводится к следующему условию:The magnitude and sign of the angular frequency of the drift of the wheels Δω m depends on the ratio of the centrifugal force and the sliding friction force of the wheels of the transverse direction for the wheels of the front and rear axles and is reduced to the following condition:
где граничные скорости сноса и заноса колес Vгр1 и Vгр2 определяются из условий равенства сил трения скольжения соответствующих передних и задних колес половине центробежной силы:where the marginal drift and skid speeds of the wheels V g1 and V g2 are determined from the conditions of equality of the sliding friction forces of the corresponding front and rear wheels to half the centrifugal force:
где m12=(m1+m2)m0 -1; m34=(m3+m4)m0 -1 - относительные распределения масс на переднюю (m1+m2) и заднюю (m3+m4) оси к общей массе m0;where m 12 = (m 1 + m 2 ) m 0 -1 ; m 34 = (m 3 + m 4 ) m 0 -1 - relative mass distributions on the front (m 1 + m 2 ) and rear (m 3 + m 4 ) axes to the total mass m 0 ;
Rd - динамический радиус колес;R d is the dynamic radius of the wheels;
a dT - тягово-тормозное ускорение; a dT - traction and brake acceleration;
ksq - значение коэффициента трения скольжения колес в поперечном направлении;k sq is the value of the coefficient of friction of the sliding wheels in the transverse direction;
g - ускорение свободного падения.g is the acceleration of gravity.
Полусуммы Vi и Vj разных бортов в соответствии с (1) составляют:Half sums V i and V j of different sides in accordance with (1) are:
Введем понятие ошибки на k-ом шаге вычислений:We introduce the concept of error at the kth step of calculations:
Eij(k)=V2imj(k)-Vm(k-1)=Vm(k)-Vm(k-1)+0.5[ΔVSi(k)+ΔVSj (k)].E ij (k) = V 2imj (k) -V m (k-1) = V m (k) -V m (k-1) +0.5 [ΔV Si (k) + ΔV Sj (k)].
Учитывая, что Vm(k)-Vm(k-1)=αm(k)ΔT, получимGiven that V m (k) -V m (k-1) = α m (k) ΔT, we obtain
Eij(k)=a m(k)ΔT+0.5[ΔVSi (k)+ΔVSj(k)].Eij (k) = a m (k) ΔT + 0.5 [ΔV Si (k) + ΔV Sj (k)].
С учетом 1-го доопределяющего свойства объекта (5), получим, что модуль суммы слагаемых равен сумме модулей при условии одинаковых знаков слагаемых.Taking into account the 1st additional defining property of the object (5), we find that the modulus of the sum of terms is equal to the sum of the modules provided that the terms of the terms are identical.
Следовательно, |Eij(k)|=|a m(k)|ΔТ+0.5|[ΔVSi(k)+ ΔVSj(k)]|.Therefore, | Ei j (k) | = | a m (k) | ΔТ + 0.5 | [ΔV Si (k) + ΔV Sj (k)] |.
Минимизация |Eij(k)| на множестве четырех пар колес разных бортов позволяет определить индексы колес пары i, j, для которой модуль суммы скоростей продольных скольжений колес является минимальным из числа возможных.Minimization of | E ij (k) | on the set of four pairs of wheels of different sides, it is possible to determine the indices of the wheels of a pair i, j, for which the modulus of the sum of the speeds of the longitudinal sliding of the wheels is the smallest possible.
Оценка скорости центра масс V2m(k)=Vm(k)+0.5[ΔVSi(k)+ΔVSj(k)].Estimation of the center of mass velocity V 2m (k) = V m (k) +0.5 [ΔV Si (k) + ΔV Sj (k)].
Если оценка продольного ускоренияIf the longitudinal acceleration estimate
удовлетворяет ограничениям 2-го доопределяющего условия (6), то оценки продольных скорости и ускорения центра масс принимаются равными V2m(k) и a 2m(k).satisfies the constraints of the second pre-determining condition (6), then the estimates of the longitudinal velocity and acceleration of the center of mass are taken equal to V 2m (k) and a 2m (k).
В противном случае, оценки продольного ускорения принимаются равными граничным и величина Vm(k) вычисляется по уравнениям модели движения.Otherwise, the longitudinal acceleration estimates are taken equal to the boundary ones and V m (k) is calculated using the equations of the motion model.
В общем случае, оценка скорости центра масс равна:In general, an estimate of the velocity of the center of mass is:
Для пары колес разных бортов разность ΔVij=Vi-Vj равна:For a pair of wheels of different sides, the difference ΔV ij = V i -V j is equal to:
Значение среднего угла поворота управляемых колес Ψc определяется из уравнения (11) в виде:The average angle of rotation of the steered wheels Ψ c is determined from equation (11) in the form:
Величины скоростей продольных скольжений колес ΔVSi, ΔVSj и угловой частоты дрифта Δωm не доступны для измерений, поэтому для определения угла Ψс используется его оценка, содержащая первое слагаемое правой части уравнения (12), а именно The values of the longitudinal sliding velocities of the wheels ΔV Si , ΔV Sj and the angular drift frequency Δω m are not available for measurements, therefore, to determine the angle Ψ c , its estimate containing the first term of the right-hand side of equation (12) is used, namely
Сопоставление уравнения оценки и уравнения (12) для Ψc позволяет представить оценку в виде:Comparison of the equation of assessment and Eq. (12) for Ψ c allows us to present the estimate as:
При условии равенства скоростей продольных скольжений колес ΔVSi=ΔVSj получим, что:Given the equality of the speeds of the longitudinal sliding of the wheels ΔV Si = ΔV Sj we get that:
Решение уравнения (14) относительно Δωm запишется в виде:The solution of equation (14) with respect to Δω m is written in the form:
Однако, собственное значение Ψc является неизвестным и для его оценки используется граничное значение среднего угла поворота управляемых колес для случая |Ψc|≥|Ψгр|, где |Ψгр|=min[|Ψгр1|, |Ψгр2|] используется замена However, the eigenvalue Ψ c is unknown and to estimate it, the boundary value of the average steering angle of the steered wheels is used for the case | Ψ c | ≥ | Ψ gr |, where | Ψ gr | = min [| Ψ gr1 |, | Ψ gr2 |] replacement used
Соответственно, модули граничных значений средних углов поворота управляемых колес, превышение которых сопровождается сносом и/или заносом колес автомобиля, определяются из (8) в виде:Accordingly, the modules of the boundary values of the average steering angles of the steered wheels, the excess of which is accompanied by the drift and / or skidding of the car wheels, are determined from (8) in the form:
Граничные скорости и Vгр1 и Vгр2 модули граничных углов |Ψгp1| и |Ψгр2| обладают свойством:Boundary velocities and V gr1 and V gr2 moduli of boundary angles | Ψ gp1 | and | Ψ gr2 | have the property of:
которое следует из уравнений (8) и (16).which follows from equations (8) and (16).
С учетом 3-го доопределяющего свойства (7) оценка угловой частоты дрифта колес определяется из уравнения (15) в виде:Taking into account the 3rd additional determining property (7), the estimate of the angular frequency of the drift of the wheels is determined from equation (15) in the form:
Прогнозирование возникновения дрифта колес (Δωm≠0) автомобиля выполняется путем экстраполяции граничных скоростей Vгp1, Vгр2, и Vm на время τэ и проверяется выполнение неравенства:Prediction of the occurrence of wheel drift (Δω m ≠ 0) of a car is carried out by extrapolating the boundary velocities V gp1 , V gr2 , and V m for a time τ e and the following inequality is checked:
где ;Where ;
; ;
; ;
В случае, если неравенство (19) выполняется, активируется индикатор опасных состояний в блоке ввода и отображения информации и могут формироваться сигналы управления торможением для снижения скорости центра масс.If inequality (19) is satisfied, the hazardous state indicator is activated in the information input and display unit and braking control signals can be generated to reduce the center of mass speed.
Для определения значений коэффициента трения скольжения колес в поперечном направлении ksq используется свойство круга Камма:To determine the values of the coefficient of friction of the sliding wheels in the transverse direction k sq , the Kamm circle property is used:
где kSdi и kSqi - коэффициенты трения скольжения i-го колеса в продольном и поперечным направлениях соответственно;where k Sdi and k Sqi are the sliding friction coefficients of the i-th wheel in the longitudinal and transverse directions, respectively;
- топовое (максимальное) значение коэффициента трения скольжения i-го колеса. - the top (maximum) value of the sliding friction coefficient of the i-th wheel.
Значение kSqi, определяемое из (20) равно:The value of k Sqi determined from (20) is equal to:
Значения kSdi определяются в соответствии с третьим законом Ньютона из уравнения равновесия тягово-тормозных сил и сил трения скольжения: тягово-тормозная сила Fi уравновешивается силой трения скольженияThe values of k Sdi are determined in accordance with Newton’s third law from the equation of equilibrium of traction and braking forces and sliding friction forces: traction and braking force Fi is balanced by the sliding friction force
FSi=FNi⋅kSdi, гдеF Si = F Ni ⋅k Sdi , where
FNi - нормальная составляющая динамической нагрузки на i-oe колеса.F Ni - normal component of the dynamic load on the i-oe wheels.
Модуль |kSdi| определяется из уравнения равновесия сил:Module | k Sdi | determined from the equation of equilibrium of forces:
При малых по модулю тягово-тормозных силах согласно (21) коэффициент трения скольжения i-го колеса в поперечном направлении получаем .For low modulus traction and braking forces according to (21), the friction coefficient of sliding of the i-th wheel in the transverse direction is .
Идентификация выполняется с использованием программного обеспечения в процессе движения автомобиля (Свидетельство об государственной регистрации программ для ЭВМ №2007610818 «Идентификация максимальных значений коэффициентов трения скольжения колес автомобиля» / Бузников С.Е., Елкин Д.С. // Роспатент, 2007). Входными данными для решения этой задачи являются измеряемые скольжения Si колес и текущие значения коэффициентов трения скольжения колес в продольном направлении kSdi.Identification is performed using software in the process of car movement (Certificate on state registration of computer programs No. 2007710818 “Identification of maximum values of sliding friction coefficients of car wheels” / S. Buznikov, D. Elkin // Rospatent, 2007). The input data for solving this problem are the measured slip S i of the wheels and the current values of the coefficient of friction of the slip of the wheels in the longitudinal direction k Sdi .
Для шин одной модели для однородной поверхностиFor tires of the same model for a uniform surface
Описанная последовательность действий способа и используемое для его реализации минимальное число технических средств позволяет достичь следующих технических преимуществ над известными способами:The described sequence of steps of the method and the minimum number of technical means used for its implementation allows to achieve the following technical advantages over known methods:
- возможности прогнозирования дрифта колес автомобиля до возникновения этих событий;- the ability to predict the drift of the wheels of the car before the occurrence of these events;
- низкой стоимости технических средств, обусловленной отсутствием необходимости введения дополнительных физических датчиков первичной информации, необходимых для решения задачи;- low cost of technical equipment, due to the lack of the need to introduce additional physical sensors of primary information necessary to solve the problem;
- возможности функционирования в минимальной конфигурации датчиков частот вращения колес в случае наличия хотя бы одного датчика частоты вращения колеса по каждому борту автомобиля;- the possibility of functioning in a minimum configuration of wheel speed sensors in the event of the presence of at least one wheel speed sensor on each side of the vehicle;
- снижения энергопотребления, обусловленного отсутствием дополнительных датчиков информации и возможности использования энергетически самодостаточных типов датчиков, например, магнитно-индукционных;- reduction of energy consumption due to the lack of additional information sensors and the possibility of using energetically self-sufficient types of sensors, for example, magnetic induction;
- более высокой эксплуатационной надежности, обусловленной минимальной конфигурацией используемых технических средств и их энергетической самодостаточностью, в частности, датчиков первичной информации частот вращения колес;- higher operational reliability due to the minimum configuration of the used technical means and their energy self-sufficiency, in particular, sensors of primary information of wheel speeds;
- возможности расчетного прогнозирования измеряемых физических переменных и их динамических границ для использования данных в системе объективного контроля для их анализа и установления причин ДТП.- the possibility of calculated forecasting of the measured physical variables and their dynamic boundaries for using data in an objective control system for their analysis and establishing the causes of accidents.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018127260A RU2717121C2 (en) | 2018-07-25 | 2018-07-25 | Method for determination of angular speed of vehicle wheels drifting |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018127260A RU2717121C2 (en) | 2018-07-25 | 2018-07-25 | Method for determination of angular speed of vehicle wheels drifting |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018127260A3 RU2018127260A3 (en) | 2020-01-27 |
RU2018127260A RU2018127260A (en) | 2020-01-27 |
RU2717121C2 true RU2717121C2 (en) | 2020-03-18 |
Family
ID=69183914
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018127260A RU2717121C2 (en) | 2018-07-25 | 2018-07-25 | Method for determination of angular speed of vehicle wheels drifting |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2717121C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2812026C1 (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 determining angular velocity of additional yaw of wheels of road train |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114056338A (en) * | 2021-12-21 | 2022-02-18 | 吉林大学 | Multi-sensor fusion vehicle state parameter estimation method |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2335805C1 (en) * | 2007-03-06 | 2008-10-10 | Сергей Евгеньевич Бузников | Method for prevention of car collisions with obstacles and system for its realisation |
KR20120063375A (en) * | 2010-12-07 | 2012-06-15 | 현대자동차주식회사 | Prevention apparatus of curved load departure for vehicle and method thereof |
-
2018
- 2018-07-25 RU RU2018127260A patent/RU2717121C2/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2335805C1 (en) * | 2007-03-06 | 2008-10-10 | Сергей Евгеньевич Бузников | Method for prevention of car collisions with obstacles and system for its realisation |
KR20120063375A (en) * | 2010-12-07 | 2012-06-15 | 현대자동차주식회사 | Prevention apparatus of curved load departure for vehicle and method thereof |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Sergei Evgenevich Buznikov, Denis Vladimirovich Endachev, Dmitrii Sergeevich Elkin, Nikolai Sergeevich Shabanov, Vladislav Olegovich Strukov. VIRTUAL SENSOR OF CAR DRIFT ANGULAR VELOCITY. International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET) Volume 8, Issue 11, November 2017, pp. 739-745, Article ID: IJMET_08_11_076 Available online at http:// http://www.iaeme.com/ijmet/issues.asp?JType=IJMET&VType=8&IType=11 ISSN Print: 0976-6340 and ISSN Online: 0976-6359 * |
Sergei Evgenevich Buznikov, Denis Vladimirovich Endachev, Dmitrii Sergeevich Elkin, Nikolai Sergeevich Shabanov, Vladislav Olegovich Strukov. VIRTUAL SENSOR OF CAR DRIFT ANGULAR VELOCITY. International Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET) Volume 8, Issue 11, November 2017, pp. 739-745, Article ID: IJMET_08_11_076 Available online at http:// http://www.iaeme.com/ijmet/issues.asp?JType=IJMET&VType=8&IType=11 ISSN Print: 0976-6340 and ISSN Online: 0976-6359, страницы 739-745. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2812026C1 (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 determining angular velocity of additional yaw of wheels of road train |
RU2812030C1 (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 controlling and preventing additional yaw of vehicle wheels |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018127260A3 (en) | 2020-01-27 |
RU2018127260A (en) | 2020-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2955479B1 (en) | Methods, systems and computer program products for detection of short term irregularities in a road surface | |
US9845109B2 (en) | Continuous estimation of surface friction coefficient based on EPS and vehicle models | |
Li et al. | Comprehensive tire–road friction coefficient estimation based on signal fusion method under complex maneuvering operations | |
CN107933559B (en) | Method and system for determining road characteristics in a vehicle | |
US20160368503A1 (en) | Method and arrangement for tire to road friction estimation | |
US10632978B2 (en) | Method and system for determining friction between the ground and a tire of a vehicle | |
EP2995520B1 (en) | Tire grounded state estimation method | |
US20140081542A1 (en) | System and method for preventing vehicle from rolling over in curved lane | |
Glaser et al. | Integrated driver–vehicle–infrastructure road departure warning unit | |
Chu et al. | Rollover speed prediction on curves for heavy vehicles using mobile smartphone | |
CN102414576B (en) | Laser diode based self-mixing sensor for a vehicle electronic stability program | |
JP2016034826A (en) | System and method for determining abrasion of tire | |
Li et al. | On-board road condition monitoring system using slip-based tyre-road friction estimation and wheel speed signal analysis | |
EP2261093B1 (en) | Method and system for predictive yaw stability control for automobile | |
Ding et al. | Application of recursive least square algorithm on estimation of vehicle sideslip angle and road friction | |
Bouteldja et al. | Jackknifing warning for articulated vehicles based on a detection and prediction system | |
Doumiati et al. | Unscented Kalman filter for real-time vehicle lateral tire forces and sideslip angle estimation | |
RU2717121C2 (en) | Method for determination of angular speed of vehicle wheels drifting | |
Panáček et al. | Impact of usable coefficient of adhesion between tyre and road surface by modern vehicle on its dynamics while driving and braking in the curve | |
Cheli | Cyber tyre: A novel sensor to improve vehicle's safety | |
RU2702878C1 (en) | Method for prevention of drift and slippage of car wheels | |
Herzfeld et al. | Collision avoidance by utilizing dynamic road friction information | |
RU2812026C1 (en) | Method for determining angular velocity of additional yaw of wheels of road train | |
RU2702476C1 (en) | Vehicle overturn prevention method | |
Ghandour et al. | Risk indicators prediction based on the estimation of tire/road forces and the maximum friction coefficient: Experimental validation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200819 Effective date: 20200819 |