SE521605C2 - Förfarande och anordning för beräkning av tväraccelerationen på en axel genom en påhängsvagn eller ett släp hos ett fordonsekipage - Google Patents

Description

l0 15 20 30 xfl IJ _\ CN CI' (fl 2 ekipaget kan förhindras. En sådan bromsaktivering kan emellertid leda till en redu- cering av sidstyrningskraften hos släp- respektive påhängsvagnens axlar, så att vid kurvtagning med hög tväracceleration uppstår en risk att släpet eller påhängsvagnen bryts loss (s.k. Trailer-Swing). För att förhindra detta, måste bromsaktiveringen hos släpet eller påhängsvagnen ske i beroende av tväraccelerationen på släpets eller på- hängsvagnens axel. Mätning av en sådan tväracceleration på släpets eller påhängs- vagnens axel medelst härför lämpade sensorer visar sig vara relativt dyr, då jämfört med vanliga ekipage ytterligare, i allmänhet dyra sensorelement måste användas. Ett sådant förfaringssätt visar sig även vara opraktiskt, eftersom ett dragfordon typiskt sett körs med omväxlande släp eller påhängsvagnar, vilka har varierande utrustning.

Uppgiften för föreliggande uppfinning är att anvisa ett förfarande, med utgångs- punkt från vilket tväraccelerationen på släpets eller påhängsvagnens axel är approxi- mativt registrerbar på ett enkelt och prisvärt sätt.

Uppgiften löses genom ett förfarande med de kännetecknande särdragen hos patent- krav l eller 2, en anordning med de kännetecknande särdragen enligt patentkrav 7 samt ett förfarande med de kännetecknande särdragen i patentkrav 8.

Medelst förfarandet enligt uppfinningen är det möjligt att utan någon extra kompli- cerad sensor, d.v.s. endast på grundval av hos dragfordonet uppmätta eller registre- rade mätvärden, på ett enkelt sätt beräkna tväraccelerationen på släpets eller på- hängsvagnens axel. Det visar sig att medelst förfarandet enligt uppfinningen är det möjligt att uppnå mycket tillförlitliga beräkningsvärden, varvid härtill endast er- fordras en relativt ringa beräkningsinsats av en styrenhet. Det visar sig att enligt det första förfarandet enligt uppfinningen är det tillräckligt att registrera girhastigheten och hastigheten i körriktningen hos dragfordonet för att åstadkomma en tillfreds- ställande beräkning av tväraccelerationen på axeln hos påhängsvagnen/släpet (på nytt utfört nedan som en mätning eller beräkning). Enligt det andra förfarandet en- ligt uppfinningen visar det sig på motsvarande sätt tillräckligt att utföra en registre- 10 15 20 “25 30 521 695 3 ring av hastigheten i körriktningen hos dragfordonet och böjvinkeln mellan drag- fordonet och påhängsvagnen/släpet.

Enligt det första förfarandet sker beräkningen av den sökta tväraccelerationen i be- roende av registrerad hastighet i körriktningen och girhastigheten hos dragfordonet.

Härtill registreras i ett mellansteg därpå knäckningsvinkeln ur de båda ingångsvär- dena med hjälp av en närmare nedan förklarad ekvation 8. I beroende av knäck- ningsvinkeln och hastigheten i körriktningen beräknas den sökta tväraccelerationen med hjälp av nedan förklarade ekvationer 9 eller l0.

Enligt det andra förfarandet, enligt vilket det förutsätts att en mätning eller beräk- ning av knäckningsvinkeln är möjlig, genomförs förutom detta även en registrering av hastigheten i körriktningen, vilket sker antingen med hjälp av ett för ändamålet avsett sensormedel eller i enlighet med den nämnda ekvationen 8. Ur de båda in- gångsvärdena hastighet i körriktningen och knäckningsvinkel erhålls den sökta tväraccelerationen rned hjälp av de nämnda ekvationema 9 eller 10. Vad beträffar det använda begreppet "registrering" hänvisas till, att i regel är det så att värdena för hastighet i körriktningen och girhastighet ställs till förfogande av andra funktioner eller komponenter hos en kördynamik-reglerenhet, d.v.s. i regel kan dessa värden uppmätas. Härmed kan knäckningsvinkeln beräknas med hjälp av det tidigare före- slagna förfarandet, såvida det är nödvändigt, eftersom densamma ej nödvändigtvis måste ställas till förfogande av andra kördynamikregler-komponenter eller -funk- tioner. Vidare påpekas att knäckningsvinkeln principiellt även kan registreras med hjälp av en potentiometer, vilket exempelvis är beskrivet i DE C2 39 23 677.

En nackdel hos denna möjlighet visar sig emellertid vara att denna mätprincip skulle kräva anordningar på såväl dragfordonet som på släpet eller påhängsvagnen.

Fördelaktiga utföringsformer av förfarandet enligt uppfinningen eller anordningen enligt uppfinningen framgår av de osjälvständiga kraven. 10 20 :ao UH i\ 3 _-L Cïx CI) -le UI F öreträdesvis beaktas vid den matematiska jämförelsen av dragfordonets girhastig- het och hastighet i körriktningen såväl knäckningsvinkeln mellan dragfordon och påhängsvagn/släp som hastigheten i körriktningen på avståndet mellan släpets eller påhängsvagnens axel och dragfordonets koppling eller centrumtapp.

Enligt en särskilt föredragen utföringsforrn antages i den matematiska jämförelsen att en vid släpets eller pâhängsvagnens axel föreliggande tvärhastighet är i det när- maste noll eller att släpet respektive påhängsvagnens axel ej uppvisar någon sned- gångsvinkel. Med utgångspunkt från detta antagande är en särskilt enkel kinematisk entydig modell för beräkning av tväraccelerationen på släpets eller påhängsvagnens axel framställbar, eftersom man här förvisso utgår från att släpet eller påhängsvagn- en "går som på skenor". Detta antagande uppfylls mycket väl i en särskilt viktig kör- dynamisk situation, nämligen vid ett överstyrande dragfordon och ett icke slirande släp eller påhängsvagn, varigenom det för denna redan inledningsvis nämnda kör- situation är möjligt att uppnå speciellt bra beräkningar av tväraccelerationen hos släpets eller påhängsvagnens axel.

Enligt en särskilt föredragen utföringsform beräknas knäckningsvinkeln All” på grund av sin tidsmässiga härledning AW, i beroende av dragfordonets och påhängs- vagnens eller släpets girhastigheter coz, coA för att erhålla ett beräkningsvärde AW, varvid girhastigheten coA för påhängsvagnen eller släpet framställs som Vxz - sin AW.

De angivna förhållandena gäller särskilt då tvärhastigheten vKyZ hos dragfordonets dragkoppling eller centrumtapp försummas. 10 15 20 'ß 30 521 655 5 Uppfinningen beskrivs nu närmare med hänvisning till bifogade ritning. På denna visar fig. l en schematisk vy av de i förfarandet enligt uppfinningen beaktade mät- eller utvärderingsvärdena hos ett ekipage med påhängsvagn, fig. 2 ett block- eller flödesschema för âskådliggörande av förfarandet enligt upp- finningen, fig. 3 visar ett blockschema av en ytterligare utföringsforrn av uppfinningen.

För beräkning av tväraccelerationen på släpet eller påhängsvagnens axel hos ett fordonståg har uppfinningen en enkel kinematisk enspårsmodell som utgångspunkt.

Det vill säga, det antages att på släpets eller påhängsvagnens axel är hastigheten i tvärled noll eller också har släpets eller påhängsvagnens axel ingen snedgångsvin- kel. Denna modell visas i fig. l, varvid de i kopplingspunkten K via en centrumtapp roterbart med varandra förbundna dragfordonet Z och släp/pähängsvagn A för tyd- lighetens skull har ritats till hälften åtskilda. I fig. 1 visas endast en axel av släpet eller påhängsvagnen. Denna kan emellertid representera flera sammanfogade axlar.

Detta modellbetingade eller modellartade betraktningssätt är möjligt, om axelavstån- den är små i förhållande till påhängsvagnens/släpets längd. Vidare skall härvid axeln eller axlarna hos släpet/påhängsvagnen ej vara styrbara. Slutligen skall den rotato- riska relativrörelsen mellan dragfordon och påhängsvagn/släp uppvisa en frihets- grad, nämligen rotationen i kopplingspunkten. De nämnda betingelserna är uppfyll- da för samtliga personbils(PKW)-ekipage och förutom ekipage med påhängsvagn även för lastbilar (LKWs) med släp eller påhängsvagn med mittaxel. För sådana ekipage eller fordonskombinationer är förfarandet enligt uppfinningen användbart.

Slutligen påpekas att det inom ramen för föreliggande ansökan använda begreppet "axel hos en påhängsvagn eller ett släp" dels skall omfatta ett släp eller en påhängs- vagn, som endast uppvisar en axel. För det andra skall detta begrepp även kunna förstås innebära att för en påhängsvagn eller ett släp som har fler än en axel, exem- pelvis två eller tre axlar, förs dessa samman i enlighet med en modellartad betrak- telse till en "resulterande" axel. Dessutom visar fig. 1 koordinatsystem för dragfor- 10 20 (25 don och släp/påhängsvagn, varvid x-axlar betecknar körriktningen (den längsgående riktningen) för respektive delfordon.

Beteckningarna i fig. 1 har följande betydelser: XA YA Xz Yz VK VXA VKyA Vxz Vkyz (02 (DA NP x-axel för pâhängsvagnen/släpet y-axel för påhängsvagnen/släpet x-axel för dragfordonet y-axel för dragfordonet hastighet i kopplingspunkten hastighet i körriktningen för påhängsvagnen/släpet hastighet i tvärled hos påhängsvagnen/släpets kopplingspunkt hastighet i körriktningen för dragfordonet hastighet i tvärled i dragfordonets kopplingspunkt girhastighet hos dragfordonet girhastighet hos påhängsvagnen/släpet knäckningsvinkel kurvradie för pàhängsvagnen/släpet avstånd mellan centrumtapp till släpets eller påhängsvagnens axel (längd hos påhängsvagnen/släpet) momentanpol hos pâhängsvagnen/släpet (dvs. punkt, kring vilken påhängsvagnen/släpet roterar momentant) Mellan hastighetskomposantema i kopplingspunkten föreligger följande samband vxA = vxz- cosAW - vKyZ- sin AW, vKyA = vxz- sin AW + vKyZ- cos NP. (1) Ur de i fig. l skisserade geometriska sambanden erhålles kurvradien UI 10 15 20 lm 521 655 7 TA = 1A (2) VKyA och girhastigheten VXA VKyA 60A = = (3) TA lA Accelerationen i tvärled på släpets eller påhängsvagnens axel är VxArVkyA ayAA = wA - var = (4) 1A Hastighetskomposanterna vXA och vKyA i släpets eller påhängsvagnens koordinat- system är ej kända och måste därför ersättas av motsvarande komposanter i drag- fordonets koordinatsystem. Detta kan ske på grundval av ekvation (l), varvid även såväl hastigheten i tvärled vKyz som knäckningsvinkeln AW ej uppmäts och därmed är okända. Därpå beräknas knäckningsvinkeln.

För förändring av knäckningsvinkeln gäller AW = (oz - mA (5) respektive ekvation (3) VKyA NP = coz - (6) 10 15 20 25 f3o Hastigheten vKyZ i tvärled är i regel ringa och kan därför utelämnas. Med denna förenkling vKyZ = 0 och med ekvationen (1) erhålls en ekvation för ett beräknat värde på knäckningsvinkeln Vxz AW = coz - - sin AW (7) 1A Därmed erhåller man differentialekvationen Vxz AW + - sin AW = (oz (8) 1A i vilken endast de kända mätvärdena vxz och coZ från dragfordonet och den konstanta parametem 1A ingår. Denna differentialekvation kan integreras i styrenheten medelst ett enkelt numeriskt integrationsförfarande, tex. enligt rektangel- eller trapetsregeln, från en tangenttryckning till en annan, varvid sinusfunktionen kan approximeras med hjälp av en enkel karakteristik. En andra möjlighet består i den vanliga lineari- seringen sin x -- x för små vinklar, varmed kan erhåller en lineär differentialekvation av första ordningen, vars tidskonstant är beroende av hastigheten vxl.

Insättning av ekvationen (l) i ekvationen (4) med ovanstående förenkling vKyz = 0 ger nu beräkningsekvationen för accelerationen i tvärled vid släpets eller påhängs- vagnens axel ayAA = - sin AW - cos AW (9) eller - sin 2AW (10) l\.)|--^ 32"' 10 15 20 25 30 521 605 9 varvid All” bestäms genom lösning av differentialekvationen (8). Med sinusfunktio- nen kan förfaras som ovan beskrivits.

Med ekvationerna (8) och (10) kan beräkningsvärden för accelerationen i tvärled vid släpets eller påhängsvagnens axel och knäckningsvinkeln bestämmas, vilka endast beror av de uppmätta värdena för hastighet i körriktningen och girhastighet hos dragfordonet samt det konstanta avståndet från centraltappen till släpets eller på- hängsvagnens axel. Det påpekas än en gång att denna enkla beräkning utgår från antagandena att släpet eller påhängsvagnen "går som på räls", d.v.s. snedgångsvin- keln hos släpets eller påhängsvagnens axel är lika med noll och att hastigheten i tvärled hos dragfordönets centrumtapp är försumbar.

Det bör påpekas att antagandet går som på räls leder till att värdet för accelerationen i tvärled vid släpets eller påhängsvagnens axel tenderar att bli något för stort vid beräkningen. Eftersom beräkningen emellertid skall tjäna till att förhindra alltför kraftiga bromsaktiveringar hos släpet/påhängsvagnen är detta ej kritiskt.

Såvida hastigheten i tvärled vKyZ hos dragfordonet uppmäts i centrumtappen eller beräknas på ett tillförlitligt sätt, kan det motsvarande värdet användas för beräkning av knäckningsvinkel och accelerationen i tvärled vid släpets eller påhängsvagnens axel. De ovan angivna ekvationema blir härigenom endast oväsentligt mer kompli- cerade, antagandet att hastigheten i tvärled hos dragfordonet är försumbar är inte längre nödvändigt.

Det hänvisas till att knäckningsvinkeln NP ej nödvändigtvis måste beräknas på det åskådliggjorda sättet utan att den även kan uppmätas. I detta fall kan beräkning av knäckningsvinkeln bortfalla och i stället kan mätvärdet direkt användas för beräk- ning av accelerationen i tvärled med ekvationen (10). 10 15 20 25 30 521 305 I det fall att avståndet 1A mellan centrumtappen och släpets eller påhängsvagnens axel inte är exakt känt kan för det visade beräkningsförfarandet även ett typiskt avståndsvärde användas.

Den enligt uppfinningen föreslagna beräkningen ger i jämförelse med uppmät- ningar, vilka registreras med en med sensorer utrustad försökspåhängsvagn/försöks- släp, mycket goda resultat. Den föreslagna lineariseringen av sinusfunktionen enligt ekvation (8) eller (10) leder ej till någon negativ inverkan på resultatets noggrann- het.

Den föreslagna beräkningsalgoritmen åskådliggöres på nytt i sammanfattning i fig. 2 i fonn av ett block- eller flödesschema för ett motsvarande styrprogram. Ingångsvär- den är, som tidigare förklarats, mätvärdena m2 och vxz. Utgångsvärde är beräknings- värdet ayAA för accelerationen i tvärled vid släpets eller påhängsvagnens axel. Det påpekas att det enligt uppfinningen beskrivna beräkningsförfarandet exempelvis är påvisbar i en styrkod hos en för ändamålet använd styrenhet.

Enligt fig. 2 löses, med utgångspunkt från ingångsvärdena coz och vxl, differential- ekvationen enligt ekvation (7) för fastställande av förändringen över tiden hos den beräknade knäckningsvinkeln AW (steg 101). I ett därpå följande steg 102 sker, medelst den åskådliggj orda numeriska integrationen av detta värde, bestämningen av det beräknade värdet på knäckningsvinkeln NP.

Slutligen beräknas accelerationen i tvärled vid släpets eller påhängsvagnens axel, ayAA, i ett steg 103 med utgångspunkt från ingångsvärdena AW och vXZ enligt ekva- tion 10.

Det åskådliggjorda förfarandet kännetecknas av tillräckligt noggranna resultat till en ringa beräkningsinsats i en styrenhet. Beräkningen av knäckningsvinkeln sker me- delst en enkel numerisk integration av en differentialekvation av första ordningen. 10 20 125 521 tips F öreträdesvis genomföres den numeriska integrationen med ett enkelt förfarande, exempelvis enligt kvadrat- eller trapetsregeln, varvid på ett fördelaktigt sätt tids- intervallet för integrationen är anpassat till styrenhetens cykeltid. Det är likaså möj- ligt, att medelst en karakteristikkurva genomföra en approximering av den i diffe- rentialekvationen (7) eller (8) och ekvationen för acceleration i tvärled vid släpets eller påhängsvagnens axel (ekvation 10) uppträdande sinusfunktionen. Alternativt till detta förfarandesätt är det även tänkbart att utföra en linearisering av den använ- da sinusfunktionen.

Vid användning av förfarandet enligt uppfinningen kan det bortses från fastställan- det av svårbestämbara fordonsparametrar som massa, tyngdpunktsläge eller däck med speciell styvhet mot snedgång.

F örfarandet enligt uppfinningen förklaras nu ännu en gång med hänvisning till det i fig. 3 visade blockschemat. I detta blockschema är följande separata komponenter urskiljbara: Hänvisningssiffra 301 betecknar en knäckningsvinkelsensor, varvid den streckade linjen skall antyda att användning av denna sensor är ett altemativ till fast- ställande av knäckningsvinkeln ur vxz och coz. Vid utnyttjande av en sådan knäck- ningsvinkelsensor 301 kan en med hänvisningssiffran 302 betecknad girhjulsensor utelämnas, vilken kommer att förklaras närmare nedan, vilken girhjulsensor 302 således utnyttjas inom ramen för en reglerenhet, exempelvis en kördynamik-regler- enhet eller en ESP-reglerenhet. Även den nu nämnda girhjulsensom 302 är åskådliggjord med streckade linjer, då den ej är nödvändig enligt det andra föreslagna förfarandet.

Med hänvisningssiffran 303 betecknas ett medel för registrering av fordonets hastig- het i körriktningen. Medel för inställning av avståndet mellan centrumtappen och påhängsvagnens axel eller mellan dragkopplingen och påhängsvagnen (värdet 1A) 10 15 521 eps betecknas med hänvisningssiffran 304. Eftersom även dessa medel är valfria är också de visade med streckade linjer. Övriga sensorrnedel betecknas schematiskt med hänvisningssiffran 305, varvid man här särskilt har utgått från en kördynamik-reglerenhet som exempelvis omfattar styr- hjulsensorer eller sensorer för registrering av dragfordonets acceleration i tvärled.

Med hänvisningssiffran 306 är bestämningsmedel betecknade för den sökta accele- rationen ayAA i tvärled hos påhängsvagnen eller släpet. En regulatorkärna, exempel- vis F DR/ESP eller liknande, är betecknad med siffran 307 och en styrenhet med siffran 308. Slutligen är aktuatoriken hos fordonståget (exempelvis manöveranord- ningar for motom samt bromsama hos motorfordonet och påhängsvagnen eller släpet) betecknad med hänvisningssiffran 309. Bestämningsmedlen 306 avger ett registrerat värde for accelerationen ayAA i tvärled till reglerkäman 307. Med hjälp av signaler eller värden Sl regleras de separata komponenterna hos aktuatoriken. Med hjälp av signalerna eller värdena S2 erhåller reglerkärnan 307 information över till- ståndet hos de separata komponenterna av aktuatoriken 309.

Claims (8)

10 15 20 ifi 521 605 B Patentkrav

1. l. F örfarande för beräkning av accelerationen i tvärled på en axel av en påhängs- vagn eller ett släp hos en fordonskombination, som_består av ett dragfordon och påhängsvagnen eller släpet, kännetecknat av följande steg: - uppmätning och beräkning av dragfordonets girhastighet (oz, - uppmätning och beräkning av dragfordonets hastighet vxZ i körriktningen, - jämförelse av förhållandet mellan värdena coz och vxz för erhållande av ett be- räkningsvärde på accelerationen ayAA i tvärled på påhängsvagnens eller släpets axel.

2. Förfarande för beräkning av accelerationen i tvärled på en axel av en påhängs- vagn eller ett släp hos en fordonskombination, som består av ett dragfordon och påhängsvagnen eller släpet, kännetecknat av följande steg: - uppmätning och beräkning av dragfordonets hastighet vxz i körriktningen, - uppmätning och beräkning av en knäckningsvinkel AW mellan dragfordonet och påhängsvagnen eller släpet, särskilt mellan en längsgående axel xZ hos dragfor- donet och en längsgående axel xA hos påhängsvagnen eller släpet, Ä jämförelse av förhållandet mellan värdet coZ och vxl medelst en analytisk beräk- ningsmetod för erhållande av ett beräkningsvärde på accelerationen ayAA i tvär- led på axeln hos påhängsvagnen eller släpet.

3. Förfarande enligt något av krav l eller 2, kännetecknat av att vid jämförelse medelst den analytiska beräkningsmetoden beaktas avståndet lA mellan släpets eller påhängsvagnens axel och dragfordonets dragkoppling eller centrumtapp.

4. Förfarande enligt något av de tidigare kraven, kännetecknat av att det vid jäm- förelse medelst den analytiska beräkningsmetoden antages att en vid släpets eller påhängsvagnens axel föreliggande hastighet i tvärled är lika med noll eller att slä- pets eller påhängsvagnens axel ej uppvisar någon snedgångsvinkel. 10 20 25 Tao 5121 61Q5

5. F örfarande enligt något av de tidigare kraven 2-4, k av att knäckningsvinkeln AW, med utgångspunkt från dess tidsmässiga härledning AW beräknas i beroende av dragfordonets och påhängsvagnens elelr släpets girhastigheter m2, mA for att erhålla ett beräkningsvärde AW, varvid girhastigheten coA hos påhängsvagnen eller släpet framställs som Vxz - sin AW. 1A

6. Förfarande enligt något av tidigare krav, kännetecknat av att beräkning av släpets/påhängsvagnens acceleration i tvärled utförs enligt en formel z V xz ayAA = - sin AW - cos AW 1A respektive i VZXZ ayAA = - - sin 2AW 2 1A eller VZXZ a = -sinAW-cosAW 1A respektive i Vzxz ayAA = - - sin 2AW. 2 1A 521 çsos

7. Anordning för genomförande av förfarandet enligt något av de tidigare kraven.

8. Förfarande för genomförande av bromsaktiveríng av ett släp/påhängsvagn hos ett fordonståg innefattande dragfordon-släp/pâhängsvagn, kännetecknat av att broms- aktiveringen utförs i beroende av, enligt något av de tidigare kraven 1 till 6, beräk- nad acceleration i tvärled på släpets eller påhängsvagnens axel.