СПОСОБ ЭКСТРЕННОГО ТОРМОЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD OF EMERGENCY BRAKING

Изобретение относится к средствам пассивной безопасности наземного транспорта с двигателями внутреннего сгорания /ДВС/ и дизельными двигателями.
Известны способы экстренного торможения транспортных средств, заключающиеся в том, что с помощью установленного на раме аварийного тормозного механизма с силовым приводом вводят в контакт с дорожным полотном либо внедряемый в полотно шток, связанный с пиропатроном, снабженным электрозапалом /см. патент РФ на изобретение №2274566, кл. В60Т 1/14, 2004 [1]/, либо вакуумный прижим, сообщаемый с эжекторным насосом /см. патент на полезную модель №103784, кл. B60T 1/14, 2009 [2]/, либо тормозной клин с системой его подвески, снабженной рабочими барабанами с гибкими тросами, тормозной колодкой и ручной лебедкой /см. патент РФ на изобретение №2286895, кл. В60Т 1/14, 2005 [3]; патент РФ на изобретение №2276021, кл. В60Т 1/14, 2004 [4]/.
Недостатками известных способов экстренного торможения является предельная сложность используемых устройств, низкая надежность, ограниченные возможности применения.
Кроме того, известны способы экстренного торможения транспортного средства путем создания дополнительной силы, прижимающей колеса к дорожному полотну при помощи, например, принудительного изменения положения центра тяжести транспортного средства относительно дорожного полотна /см., например, патент РФ на изобретение №2279991, кл. В60Т 1/04, 2006 [5]/.
Недостатками таких способов является сложность их реализации и низкая эффективность торможения.
Известны также способы экстренного торможения транспортного средства, заключающиеся в распознавании опасных ситуаций на дороге, в частности опасных сближений с объектом, с помощью радарных датчиков и видеокамер и предупреждении столкновений путем автоматического торможения с расчетным значением необходимого тормозного усилия /см. сайт: http://www.xc60-club.ru/obzory-i-testy/collis-warn/ [6]; сайт: http://gm-avto.ucoz.ru/publ/3-1-0-4 [7]/.
Недостатками известных устройств является низкая эффективность экстренного торможения и, соответственно, низкая степень повышения безопасности транспортных средств, сложность используемых систем предупреждения столкновений.
Наиболее близким способом того же назначения к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ экстренного торможения транспортного средства, включающий измерение дистанции до препятствия с помощью датчиков дистанции, расчет с помощью электронного блока относительной скорости сближения и оценку вероятности столкновения с препятствием, а также при большой опасности столкновения выполнение исполнительными устройствами, связанными с электронным блоком и действующими на ведущие колеса органами управления движением и торможением, заданной последовательности операций по экстренному торможению транспортного средства и подъему передней части его кузова относительно дороги /см. патент РФ на изобретение №2257303, кл. B60R 21/02, 2003 [8]/, и принятый за прототип.
Недостатками способа-прототипа являются низкие эффективность экстренного торможения и степень повышения безопасности за счет силового подъема передней части кузова, ограниченные возможности его использования и предельная сложность реализации за счет использования специальных силовых исполнительных устройств.
Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простого по осуществлению и эффективного способа экстренного торможения транспортного средства в чрезвычайно опасных аварийных ситуациях, использующего реверсный режим и позволяющего значительно повысить степень безопасности движения.
Технический результат - повышение эффективности торможения и степени безопасности транспортного средства, упрощение реализации способа и расширение возможностей его использования.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе экстренного торможения транспортного средства, включающем измерение дистанции до препятствия, расчет относительной скорости сближения и оценку вероятности столкновения с препятствием, а также, при большой опасности столкновения, выполнение исполнительными устройствами, связанными с действующими на ведущие колеса органами управления движением и торможением, заданной последовательности операций, особенность заключается в том, что дополнительно измеряют скорости вращения ведущих колес и движения транспортного средства относительно дорожного полотна, после чего с помощью вышеуказанных исполнительных устройств последовательно зажимают тормозные колодки, включают в момент прекращения вращения ведущих колес заднюю скорость, поднимают обороты двигателя внутреннего сгорания до заданной величины, отжимает сцепление, отпускают тормозные колодки, выключают в момент остановки транспортного средства относительно дорожного полотна реверс, сбрасывают обороты двигателя до холостых, выключают заднюю скорость и повторно зажимают тормозные колодки.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично изображено транспортное средство с вариантом устройства для реализации предлагаемого способа.
Устройство содержит размещенный в передней части транспортного средства 1 датчик 2 дистанции до препятствия /на рисунке последнее не показано/ радиолокационного или лазерного типа /см. [8]/, оптический датчик 3 скорости вращения ведущих колес 4 транспортного средства 1, например задних, установленный на нижней части рамы 5 и обращенный к рабочей поверхности колеса 4, снабженного нанесенными в поперечных канавках протектора шины специальной стойкой краской рисками 6, и оптический датчик 7 движения транспортного средства 1 относительно дорожного полотна 8, также установленный на нижней части рамы 5 и обращенный к дорожному полотну 8. При этом датчики 2, 3 и 7 подключены к электронному программируемому блоку /на рисунке не показан/, рассчитывающему на основании сигналов, снимаемых с датчика 2 дистанции до препятствия, относительную скорость сближения транспортного средства 1 с препятствием, и оценивающему вероятность столкновения с последним. В случае большой опасности столкновения электронный блок запрограммирован на выдачу исполнительным устройствам, связанным с действующими на ведущие колеса 4 органами управления движения и торможением с помощью сигналов, снимаемых с оптических датчиков 3, 7, соответственно, скорости вращения ведущих колес 4 и движения транспортного средства 1 относительно дорожного полотна 8, заданной последовательности команд: на зажатие тормозных колодок, включение в момент прекращения вращения ведущих колес 4 задней скорости /реверса/, поднятие оборотов двигателя внутреннего сгорания до заданной величины, отжатие сцепления, отпускание тормозных колодок, выключение в момент остановки транспортного средства 1 относительно дорожного полотна 8 реверса, сбрасывание оборотов двигателя до холостых, выключение задней скорости и повторное зажатие тормозных колодок.
Реализацию предлагаемого способа с помощью вышеописанного устройства осуществляют следующим образом.
Измеряют дистанцию транспортного средства 1 до препятствия с помощью датчика 2 дистанции до препятствия, рассчитывают по сигналу с датчика 2 с помощью электронного программируемого блока относительную скорость сближения и оценивают вероятность столкновения с препятствием. В случае большой опасности столкновения снимают с оптических датчиков 3, 7, соответственно, скорости вращения ведущих колес 4 и движения транспортного средства 1 относительно дорожного полотна 8, сигналы, с помощью которых формируют в программируемом электронном блоке и выдают исполнительным устройствам, связанным с действующими на ведущие колеса 4 органами управления движением и торможением, заданную последовательность команд. В соответствии с этими командами вышеуказанные исполнительные устройства производят над органами управления движением и торможением ведущих колес 4 операции в следующей последовательности: зажимают тормозные колодки, включают в момент прекращения вращения ведущих колес заднюю скорость /реверс/, поднимают обороты двигателя внутреннего сгорания до заданной величины, отжимают сцепление, отпускают тормозные колодки, выключают в момент остановки транспортного средства 1 относительно дорожного полотна 8 реверс, сбрасывают обороты двигателя до холостых, выключают заднюю скорость и повторно зажимают тормозные колодки.
Следует подчеркнуть, что осуществление именно вышеуказанной последовательности операций над органами управления движением и торможением ведущих колес 4 позволяет принципиально изменить весь характер процесса экстренного торможения транспортных средств с ДВС и дизельными двигателями, его кинематику и динамику, увеличив за счет этого эффективность торможения без резкого усложнения конструкции и применения, специальных силовых механизмов. В известных способах экстренного торможения /см., например, [6], [7], [8]/, естественно, не оснащенных специальными дополнительными устройствами силового контактирования с дорожным полотном 8, резко усложняющими реализацию способов, процесс экстренного торможения осуществляется путем интенсивного зажатия тормозных колодок до прекращения вращения ведущих колес 4 и последующего движения транспортного средства 1 юзом по инерции до полной остановки движения относительно дорожного полотна 8. В предлагаемом же способе торможения в момент остановки вращения ведущих колес 4 обеспечивается сразу же, не дожидаясь остановки движения транспортного средства 1, относительно дорожного полотна 8, то есть в процессе его движения по инерции, после проведения ряда дополнительных промежуточных операций над органами управления движением и торможением ведущих колес 4, обусловленных спецификой работы ДВС, переключение вращения ведущих колес 4 в режим реверса с заранее заданными оборотами /угловой скоростью вращения/. В таком режиме происходит процесс одновременного торможения транспортного средства 1 как за счет трения сцепления шин с дорожным полотном 8 с коэффициентом сцепления f=0,4 /см., например, В.И. Кнороз, Е.В. Кленников "Шины и колеса", М., Машиностроение, 1975, стр. 134 [9]/ при движении транспортного средства 1 по инерции, и отсутствии вращения ведущих колес 4, так и за счет работы ДВС в режиме реверса с регулируемой силой тяги. Именно такое изменение кинематики и динамики процесса экстренного торможения позволяет повысить эффективность торможения при оптимальном реверсном режиме примерно на 25% /см. далее/.
Пример реализации способа.
max.
max.
Заявителем с использованием дифференциальных уравнений движения и основных теорем динамики процессов торможения /систем/ были проведены теоретические и экспериментальные исследования динамики процессов торможения с помощью известного и предлагаемого способов, проведена сравнительная оценка эффективности торможения, причем получены практически идентичные результаты при теоретических и экспериментальных методах исследований. При этом в качестве базовых использовались технико-экономические параметры и тактические параметры легкового автомобиля "Волга" /ГАЗ-24/: m=1400 кг - собственная масса в снаряженном состоянии; V=145 км/час = 40,28 м/с - максимальная скорость; N - 72 кВт - максимальная мощность двигателя; f=0,4.
Заявитель приводит далее краткие результаты исследований. В случае необходимости по требованию эксперта он готов предоставить подробное описание исследований.
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mi>т</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>1790</mn><mtext> </mtext><mi>Н</mi></mrow>
<mrow><msub><mi>t</mi><mi>т</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>V</mi><mrow><mi>f</mi><mi>g</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>7,08</mn><mtext> </mtext><mi>с</mi></mrow>
<mrow><mfrac><mrow><mi>m</mi><msup><mi>V</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>=</mo><mo>−</mo><msub><mi>F</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>:</mo><msub><mi>S</mi><mi>т</mi></msub><mo>=</mo><mo>−</mo><mi>f</mi><mi>m</mi><mi>g</mi><msub><mi>S</mi><mi>т</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>S</mi><mi>т</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mi>V</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><mn>2</mn><mi>f</mi><mi>g</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>98,5</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
т
тр
т
т
т
т
Максимальная сила тяги двигателя с учетом потерь на качение и аэродинамических потерь /эти суммарные потери порядка 10%, см. [9], стр. 115/
. При торможении известными способами /см. [6], [7], [8]/ при скорости V=100 км/ч = 27,8 м/с находим время полного торможения t, отсчитываемое с момента остановки вращения колес 4 с помощью теоремы об изменении количества движения mV=-F·t=-fmgt; V=-fgt;
. Для определения тормозного пути S используем теорему об изменении кинетической энергии
;
.
<mrow><msub><msup><mi>t</mi><mo>′</mo></msup><mi>т</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><msup><mi>S</mi><mo>′</mo></msup><mi>т</mi></msub></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mi>т</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>F</mi><mi>т</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow>
тр.
При торможении предлагаемым способом определяем время торможения
и тормозной путь
в режиме включения реверса с максимальной силой тяги двигателя
. Как уже было сказано выше, в предлагаемом способе торможения на гашение скорости V одновременно работают и сила трения сцепления F, и реверсная тяга двигателя
<mrow><mi>m</mi><mi>V</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><msub><mi>F</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><msubsup><mi>F</mi><mi>т</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><msub><msup><mi>t</mi><mo>′</mo></msup><mi>т</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><msup><mi>t</mi><mo>′</mo></msup><mi>т</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>m</mi><mi>V</mi></mrow><mrow><msub><mi>F</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>+</mo><msubsup><mi>F</mi><mi>т</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>5,35</mn><mtext> </mtext><mi>с</mi></mrow>
;
<mrow><mfrac><mrow><mi>m</mi><msup><mi>V</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mn>2</mn></mfrac><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mi>f</mi><mi>m</mi><mi>g</mi><mo>+</mo><msubsup><mi>F</mi><mi>т</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><msub><msup><mi>S</mi><mo>′</mo></msup><mi>т</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><msup><mi>S</mi><mo>′</mo></msup><mi>т</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>m</mi><msup><mi>V</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><mo>−</mo><mi>f</mi><mi>m</mi><mi>g</mi><mo>+</mo><msubsup><mi>F</mi><mi>т</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>79,33</mn><mtext> </mtext><mi>м</mi></mrow>
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><msub><mi>t</mi><mi>т</mi></msub></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>t</mi><mi>т</mi></msub><mo>−</mo><msub><msup><mi>t</mi><mo>′</mo></msup><mi>т</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>t</mi><mi>т</mi></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mn>100</mn><mi>%</mi><mo>=</mo><mn>24</mn><mi>%</mi></mrow>
<mrow><msub><mi>R</mi><mrow><msub><mi>S</mi><mi>т</mi></msub></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>S</mi><mi>т</mi></msub><mo>−</mo><msub><msup><mi>S</mi><mo>′</mo></msup><mi>т</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>S</mi><mi>т</mi></msub></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><mn>100</mn><mi>%</mi><mo>=</mo><mn>24,53</mn><mi>%</mi></mrow>
;
. Таким образом, повышение эффективности предлагаемого способа торможения по сравнению с известными по времени торможения
, по тормозному пути
.
Предлагаемый способ экстренного торможения транспортного средства предельно эффективен в наиболее опасных аварийных режимах и позволяет значительно сократить время торможения и тормозной путь. Способ предельно прост по реализации, имеет широкие возможности применения, позволяет отказаться от сложных дополнительных электромеханических, гидравлических, пиротехнических и т.п. устройств, осуществляющих при экстренном торможении силовой контакт с дорожным полотном.