УСТРОЙСТВО ПРОТИВ АКВАПЛАНИРОВАНИЯ ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
DEVICE AGAINST AQUAPLANING FOR VEHICLES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для предупреждения проблемы аквапланирования, возникающей, когда слой воды между колесами транспортного средства и поверхностью дороги приводит к потере контакта и сцепления колес с дорожным покрытием. Проблема возникает, когда толщина слоя воды становится больше, чем глубина канавок протектора на шинах, что приводит к серьезному риску нарушения безопасности движения.
Уровень техники
Были исследованы и предложены различные решения, такие как применение «дренирующих» асфальтов, которые предотвращают образование луж воды, или конструкции шин с определенным дизайном канавок протектора. Однако, когда присутствует чрезмерное количество воды, дренаж асфальта не гарантируется, и естественный износ протектора последовательно уменьшает его возможности по отводу воды.
Другой подход к решению проблемы аквапланирования состоит в использовании устройств, которые устанавливают рядом с колесами транспортного средства, в частности ведущими колесами, и которые выбрасывают струи жидкости или газа на поверхность дороги для удаления слоя воды, которая собирается в лужи на такой поверхности. Устройства такого типа также позволяют очищать, в определенных пределах, поверхность дороги от разных материалов, присутствующих на ней, таких как песок, листья и мусор вообще.
Последний документ, который описывает устройство такого типа, как упомянуто выше, представляет собой европейский патент EP 2 058 141. Такое устройство состоит по существу по меньшей мере из сопла, установленного в фиксированном положении на транспортном средстве, рядом с соответствующей шиной, и в которое подают под давлением газ, содержащийся в соответствующем резервуаре. Резервуар соединен с компрессором, и в нем предусмотрен клапан управления. Кроме того, последовательность дефлекторов, расположенных параллельно или несколько под наклоном относительно траектории воды, поднимаемой и выбрасываемой шиной, расположена вдоль периметра колес. Канал, по которому подают сжатый газ к соплу, также соединен с динамическим входным отверстием для воздуха, которое установлено спереди транспортного средства.
Решение в соответствии с патентом EP 2 058 141 имеет различные недостатки.
Прежде всего, следует представить тот факт, что работа обеспечивается только тогда, когда транспортное средство движется по прямому пути. Фактически, если колесо поворачивается, соответствующая струя газа остается фиксированной относительно транспортного средства, то есть она не следует пути, по которому перемещается колесо, в результате чего усугубляется проблема аквапланирования, поскольку струя удаляет воду из области на поверхности дороги, на которую не попадает колесо, и выбрасывает его в область, в которую направляется колесо.
Второй недостаток патента EP 2 058 141 состоит в том, что дефлекторы закреплены в нише шасси и, таким образом, могут легко засоряться землей и грязью вообще, что снижает их эффективность до критической точки полного препятствования протеканию воды. Кроме того, даже когда используется переднее динамическое входное отверстие для воздуха, хотя в нем предусмотрена защита, оно подвержено засорению, что делает систему нестабильной и неуправляемой.
Дополнительная проблема состоит в том, что упомянутая система работает только в идеальных, а не в реальных условиях, из-за множества конструктивных факторов, которые могут изменять ее рабочие характеристики, включая теоретическое избыточное давление, формируемое динамическими входными отверстиями для воздуха, расположенными перед бампером, что увеличивает давление, формируемое системой. Такое избыточное давление прямо пропорционально скорости транспортного средства и также зависит от чистоты фильтров, содержащихся в системе каналов.
И в конечном итоге патент EP 2 058 141 обеспечивает возможность подачи непрерывного потока газа для удаления воды с поверхности дороги. Такое решение потенциально является очень опасным, учитывая тот факт, что когда применяется система против аквапланирования, внезапно может установиться хороший контакт транспортного средства с дорогой, то есть хорошее сцепление с поверхностью дороги, что вынуждает водителя предпринимать резкие и незамедлительные действия для управления транспортным средством.
В международной заявке WO 01/39992 описаны способ и устройство для улучшения безопасности движения транспортного средства в случае присутствия воды, снега или аналогичных состояний на дороге. Струи воздуха используются перед колесами, при этом струи являются мобильными и/или регулируемыми и управляемыми системой обработки данных на основе информации от сенсорных средств, которые детектируют рабочие параметры (положение колеса, поперечное ускорение, угловая скорость и т.д.) транспортного средства. Однако здесь не ожидается, что струи также будут работать как функция состояний поверхности дороги. Кроме того, струи работают в непрерывном режиме.
В заявке на патент Германии DE 3619191 описаны способ и устройство для улучшения действия торможения транспортного средства, в частности, на покрытой льдом дороге. В этом документе предусматривается выброс гранулированного материала через устройства подачи, закрепленные на раме перед колесами транспортного средства.
Раскрытие изобретения
Одно из назначений настоящего изобретения состоит в создании устройства для предупреждения опасности, связанной с аквапланированием транспортного средства, которое преодолевает недостатки решений, известных в данной области техники, и предлагает большую безопасность и надежность во время работы.
Другое назначение изобретения состоит в создании устройства, которое эффективно и автоматически адаптируется к разным условиям работы транспортного средства, не приводя, в конечном итоге, к какой-либо деградации, вызванной определенными состояниями дороги.
Дополнительное назначение изобретения состоит в создании устройства, оборудованного элементами управления, которые являются как можно более простыми и координированными с системами безопасности, обычно используемыми в дорожных транспортных средствах.
Эти и другие назначения изобретения достигаются посредством устройства в соответствии с изобретением, которое имеет характеристики, представленные ниже в приложенной формуле изобретения.
Преимущества и характеристики устройства в соответствии с изобретением будут понятны из описания, приведенного со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
- на фиг. 1 показан вид сбоку в профиль передней части автомобиля со схематичным представлением первого варианта применения устройства в соответствии с изобретением;
- на фиг. 2 схематично проиллюстрирована деталь фиг. 1 в первом рабочем состоянии;
- на фиг. 3 схематично проиллюстрирована деталь фиг. 2 во втором рабочем состоянии;
- на фиг. 4 проиллюстрирован поперечный профиль передней части автомобиля со схематичным представлением второго варианта применения устройства в соответствии с изобретением;
- на фиг. 5 схематично проиллюстрирована деталь фиг. 4 в первом рабочем состоянии;
- на фиг. 6 схематично проиллюстрирована деталь фиг. 4 во втором рабочем состоянии;
- на фиг. 7 и 8 схематично проиллюстрированы две детали устройства в соответствии с изобретением;
- на фиг. 8 bis схематично проиллюстрирован дополнительный вариант устройства в соответствии с изобретением;
- на фиг. 9 схематично проиллюстрирован вид сбоку общего контура мотоцикла, оборудованного устройством в соответствии с изобретением;
- на фиг. 10 схематично показан мотоцикл по фиг. 9 на виде спереди.
Осуществление изобретения
Устройство в соответствии с изобретением, как показано на фиг. 1-3, состоит из набора основных макроблоков и дополнительных элементов, все из которых объединены в транспортном средстве (10).
Первый макроблок состоит из резервуара (12), в котором содержится текучая среда, используемая для удаления слоя воды (14), присутствующей на поверхности (16) дороги, которая вызывает аквапланирование. В резервуаре может содержаться воздух, вода или смесь текучих сред. Работа по заполнению резервуара обычно выполняется пользователем. Если текучая среда представляет собой воду, то резервуар заполняют таким же образом, как заполняется бачок с жидкостью для дворника лобового стекла. Если текучая среда представляет собой воздух, то резервуар заполняют таким же образом, как накачивают шины. Резервуар всегда и во всех случаях управляется электронной схемой для проверки уровня текучей среды в нем, его эффективности и для подачи инструкции водителю «заправить» или выполнить другие операции, в дополнение к предотвращению возможного замораживания.
Второй макроблок включает в себя множество датчиков (18), необходимых для детектирования состояния транспортного средства (10) и состояния поверхности (16) дороги для предотвращения проблемы аквапланирования. Датчики могут уже присутствовать на транспортном средстве, и поэтому они совместно используются с другими системами для снижения стоимости (например, датчики ABS или ESP, которые могут указывать: скорость транспортного средства, ускорение транспортного средства, угловую скорость для каждого отдельного колеса, угол поворота, присутствие воды на поверхности дороги, состояние торможения и т.д.). Среди них присутствует датчик скорости транспортного средства, для определения в скорости в километрах в час, с которой движется транспортное средство, датчик угловой скорости для каждого отдельного колеса, для определения, все ли колеса вращаются с одинаковой скоростью, если транспортное средство выполняет поворот, или одно или больше колес внезапно ускоряется или замедляется. Датчики дождя для определения, идет ли дождь, акселерометр и гироскоп для определения какого-либо наклона транспортного средства, датчики воды для определения, вытесняет ли колесо воду и в каком количестве. Датчик, который определяет угол поворота, необходим для понимания, движется ли транспортное средство по прямой или извилистой дороге. При их добавлении, например, в транспортном средстве устанавливают важные обратные связи систем ABS и ESP и другой системы безопасности. Также возможно установить датчики, специально предназначенные и предусмотренные для таких систем, как, например, датчики, которые позволяют проверять присутствие аномального слоя воды, до того, как в него попадает транспортное средство (например, инфракрасный датчик), или датчики, расположенные рядом с колесом, которые детектируют количество воды, вытесняемой шиной.
Другой макроблок включает в себя систему каналов для текучей среды и электрическое оборудование. Эта часть системы содержит все соединения, которые соединяются и обеспечивают работу всех других блоков и элементов. На чертежах каналы (20) для текучей среды показаны толстыми линиями и электрические проводники (22) показаны тонкими линиями.
Дополнительный элемент представлен насосом (24) для формирования рабочего давления текучей среды, содержащейся в резервуаре (12). Этот элемент является несущественным. Фактически, если резервуар представляет собой резервуар такого типа, который заполняют сжатым воздухом, очевидно, что нет необходимости создавать чрезмерное давление. Достаточно иметь давление воздуха внутри резервуара, формируемое компрессором воздуха (не показан). В других вариантах насос (24) мог бы быть установлен не между резервуаром и инжекторам (описаны ниже), но вместо этого он мог бы быть соединен непосредственно с инжекторами.
Другой макроблок состоит из множества инжекторов (26), из которых струи текучей среды выбрасывают для удаления слоя воды (14), присутствующей на поверхности (16) дороги, которая приводит к аквапланированию. Инжекторы (26) соединены через каналы (20) с насосом (24) и с резервуаром (12). Инжекторы (26) установлены в положениях рядом с колесом (28) или в нише шасси, на крыле, на бампере, внутри корпуса, на раскосах, на элементах подвески и т.д. и должны быть защищены известными средствами (например, элементами электрического нагрева), для исключения формирования льда, который мог бы препятствовать их работе.
В соответствии с основными характеристиками изобретения инжекторы (26) должны обеспечивать возможность «следования» точно и непрерывно направлению колес (28) не только на прямых участках, но также и на изгибах. Инжекторы (26) могут быть фиксированными или мобильными.
В случае, когда инжекторы (26) установлены с возможностью движения на транспортном средстве (фиг. 1-3), они могут быть размещены с возможностью поворота на оси, содержащейся в пределах продольной плоскости соответствующего колеса (28), и/или двигаться вдоль направляющей параллельно продольной плоскости соответствующего колеса. В качестве примеров идентифицируют три возможных решения. Первое решение состоит в том, что инжекторы устанавливают на суппорт (27), который устанавливают интегрально с осью колеса (фиг. 1-3) и который следует движениям колеса (также в случае четырех управляемых колес). Во втором решении рассматривается использование инжекторов, установленных в нише шасси или в соседних областях. В этом случае, инжекторы могут поворачиваться вокруг их центральной оси (29, фиг. 7) с помощью части с приводом и электронным управлением относительно угла поворота или в случае мотоциклов также как функция угла наклона. В третьем решении рассматривается инжектор, установленный рядом с колесом и выполненный с возможностью передвигаться вдоль электронно-управляемой магнитной или механической направляющей (31, фиг. 8).
В этом случае, при управлении колесом, инжектор следует движению колеса, двигаясь вдоль направляющей. В одном последнем решении рассматривается комбинация последних двух типов инжекторов, описанных выше, то есть выполненных с возможностью движения вдоль направляющей одновременно с вращением по оси.
В случае, когда инжекторы (26) установлены в фиксированных положениях на транспортном средстве (фиг. 4-6), на каждом колесе будет предусмотрено по меньшей мере два (предпочтительно три) инжектора, ориентированных под таким углом, чтобы охватывался общий диапазон угла поворота колеса. Кроме того, на основании типа используемых инжекторов также возможно изменять соответствующие струи текучей среды, увеличивая или уменьшая отверстие сопла и энергию струи.
В каждом случае удобно применять устройство в соответствии с изобретением в области передних колес, поскольку проблема аквапланирования обычно возникает прежде всего перед передними колесами.
Кроме того, должна обеспечиваться возможность иметь постоянную ориентацию устройства в направлении движения транспортного средства, независимо от состояния направленных колес. Фактически у транспортного средства может быть выражена недостаточная реакция на поворот руля, и поэтому, даже если колеса поворачиваются вправо, необходимо «очищать» левую сторону дороги для исключения аквапланирования и недостаточной реакции автомобиля на поворот руля.
Оставаясь в пределах объема изобретения, дополнительный вариант может быть рассмотрен в конструкции инжекторов (26). Этот вариант (фиг.8 bis) представлен, используя так называемый «многоточечный» инжектор, отличающийся простотой соединения «одноточечного» инжектора к источнику текучей среды и разносторонностью операции, эквивалентной множеству инжекторов, расположенных в стратегических точках или с определенными ориентациями. Как показано, многоточечный инжектор соединен с источником текучей среды через один канал (A), и у него предусмотрены отдельные сопла (C, D, E), которые избирательно открываются соответствующими клапанами (B). Клапаны (B) управляются модулем управления ЦПУ (работа которого будет описана ниже), используя «шину» управления (F). Таким образом, например, центральный инжектор (E) будет открываться с частотой, рассчитанной на основании того, что транспортное средство продолжает движение в прямом направлении, и управляемые колеса следуют пути транспортного средства, скорость которого имеет некоторое значение и т.д. Также возможно состояние, в котором центральный инжектор (E) открывается с определенной частотой и с рабочим циклом 60%, в то время как инжектор (D) открывается с другой частотой и с рабочим циклом 30%. Такое состояние может зависеть от факта, что ЦПУ определило, что транспортное средство движется прямым курсом и что колеса находятся в положении режима противодействия относительно направления движения.
Такие инжекторы могут быть установлены на всех типах транспортных средств и на всех колесах, включая в себя транспортные средства с приводом на передние колеса, приводом на задние колеса, с приводом на четыре колеса, с двумя управляемыми колесами, четырьмя управляемыми колесами, и вообще для всех типов колесных транспортных средств независимо от количества управляемых, ведущих или свободных осей. Следует отметить, что, в частности, в случае, когда устройство установлено на одноколейном колесном транспортном средстве (мотоцикл, мотороллер или аналогичное), инжектор, в дополнение к следованию углу поворота, также выполнен с возможностью следования углу наклона транспортного средства.
Другая важная характеристика изобретения представлена тем фактом, что в отличие от описания предшествующего уровня техники инжекторы (26) работают с перерывами, то есть их струи не являются непрерывными. Это позволяет водителю управлять транспортным средством чрезвычайно легко и безопасно, в частности, в переходных условиях запуска и остановки устройства аквапланирования. Другими словами, для реального и эффективного устранения проблемы аквапланирования необходимо сделать струи текучей среды, которые ударяют о поверхность дороги, «динамическими».
Функции инжекторов (26) в этом случае являются специфичными на основании их соответствующего положения установки в транспортном средстве. Инжекторы, установленные перед шинами или также поперечно шинам, но которые направляют свои струи перед шинами, имеют функцию удаления воды с поверхности дороги перед шинами. Поток текучей среды будет направлен в направлении поверхности дороги и будет следовать направлению колес во время управления направлением движения. Инжекторы, установленные выше или позади шин, имеют функцию «разрыва» потока воды, который направлен назад, относительно направления движения транспортного средства, посредством центробежного эффекта.
Центральное процессорное устройство (ЦПУ), установленное на транспортном средстве (10), соединено через электрические соединения (22) со всеми макроблоками и элементами, которые составляют устройство для противодействия проблеме аквапланирования. Функция ЦПУ состоит в определении, на основе значений, детектированных датчиками (18), момента времени и режимов работы устройства, в дополнение к обмену данными со всеми другими системами безопасности.
Взаимодействие с датчиками (18) может быть обеспечено как путем опроса датчиков, уже интегрированных в транспортном средстве, так и управляя датчиками, которые специально установлены на транспортном средстве для их исключительного использования. ЦПУ имеет два режима потенциального вмешательства в систему. Оно может вмешиваться в работу системы, когда датчики показали, что возникает проблема аквапланирования: в этом режиме работа системы имеет функцию устранения возникающей проблемы и может помочь правильной работе других устройств (например, ESP и ABS), даже когда колесами управляют, и на изогнутой, а не на прямолинейной траектории. Такой способ расчета может помочь водителю легко восстановить управление транспортным средством.
Второй режим работы состоит в предотвращении возникновения аквапланирования. На основании состояния датчиков (18), в динамическом состоянии транспортного средства и в расположенных на удалении датчиках, CPA приводит в действие систему и предупреждает явление аквапланирования прежде, чем оно возникнет. Система предрасполагает транспортное средство и устройство таким образом, чтобы избежать проявления такого события. Естественно, существует интерфейс, в котором предусмотрена приборная панель и возможность диагностики, как хорошо известно. Как и в большинстве современных устройств для обеспечения безопасности, при таких вторых обстоятельствах устройство также имеет возможность предусмотреть автоматическое торможение транспортного средства таким образом, чтобы снизить скорость прежде, чем будет достигнута опасная точка.
Отслеживание всех датчиков (18) является очень важным. Как только ЦПУ определяет необходимость приведения в действие устройства, можно привести в действие инжекторы (26). Однако это происходит интеллектуально, в связи с динамическими данными автомобиля, углом поворота, скоростью, отклонение от курса и в отношении количества колес, в которых возникает аквапланирование. В этом отношении, способ, длительность и давление струй рассчитывают динамически для каждого инжектора в режиме реального времени, в отношении состояний, детектируемых датчиками, и в соответствии с математическим алгоритмом, который устанавливает их силу, интенсивность и длительность. ЦПУ рассчитывает и выполняет привод инжекторов для переменной подачи текучей среды, что означает прерывистый поток, имеющий любую форму колебаний, любой период и рабочий цикл, а также управляет скоростью потока воздуха или количеством текучей среды на единицу времени, используемой во время фазы инжекции. Этот способ работы позволяет водителю легко управлять транспортным средством во время активации системы. ЦПУ поэтому не только будет управлять скоростью потока воздуха, воды или газа, но также будет управлять в динамическом режиме циклами подачи воздуха в каждый отдельный инжектор, вместо одной группы или всех из них. Следует помнить, что такая стратегия, в дополнение к ее использованию для повышения безопасности, также используется для эксплуатации избыточных давлений, которые образуются в самой системе, и повышения эффективности и длительности использования текучей среды или жидкости внутри резервуара. Другая функция ЦПУ состоит в диагностике, другими словами, она позволяет постоянно отслеживать эффективность и правильную работу всех частей, составляющих устройство. Система также обеспечивает циклы промывки контура и циклы автоматического тестирования. Естественно, режим работы распространяется на все колеса транспортного средства, и каждым колесом можно управлять индивидуально или вместе с другими колесами, определяя, таким образом, одноканальную или многоканальную систему. То же можно сказать для всех инжекторов или всех насосов, или резервуаров, которые могут быть установлены. Все компоненты, присутствующие в конструкции, потенциально могут составлять один или более чем один, вплоть до количества, достаточного для гарантирования правильной работы устройства.
Устройство в соответствии с изобретением может применяться в любом дорожном транспортном средстве. На фиг. 9 и 10 проиллюстрировано, например, его применение в мотоцикле, при этом номера ссылочных позиций различных компонентов являются такими же, как и на предыдущих чертежах, относящихся к автомобилю.
В заключение, устройство в соответствии с изобретением решает проблемы уже известных устройств благодаря использованию ограниченного количества компонентов, что делает систему, в частности, надежной. Кроме того, устройство является более эффективным и более безопасным, поскольку струи работают так, чтобы они эффективно следовали направлению движения колес и были ориентированы в направлении пространства под днищем автомобиля. Безопасность движения автомобиля также улучшается благодаря прерывистой работе струй.