УСТРОЙСТВО ОГРАНИЧЕНИЯ СКОРОСТИ АВТОМОБИЛЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК, МАССОГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ДОРОЖНОГО ПРОФИЛЯ

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения с целью повышения активной безопасности транспортных средств и может быть использована в автомобильной технике.
Существует устройство ограничения скорости автомобиля в зависимости от динамических характеристик и жесткости дорожного покрытия в боковом движении, содержащее систему, прерывающую подачу топлива, два датчика, установленных на мосту и фиксирующих показания бокового ускорения моста и ускорения поворота моста, два последовательно включенных интегратора для обработки сигналов с датчиков и выдачи переменных составляющих бокового перемещения и угла поворота, коррелятор, расположенный на кузове автомобиля, с установленными на нем двумя датчиками бокового ускорения кузова и ускорения поворота кузова, звено сдвига, перемножитель и интегратор, предназначенный для определения по переменным составляющим импульсных переходных функций объекта, устройство определения абсолютной деформации грунта с возможностью передачи последних на вход электронного устройства определения критической скорости автомобиля, определяющего значение критической скорости с использованием частотного критерия устойчивости, рассогласователь, разрывающий связь между датчиком положения педали подачи топлива и электронным блоком управления впрыском при достижении действительной скорости автомобиля, равной критической, тем самым ограничивая скорость автомобиля в прямолинейном движении (пат. РФ 2285626 С1 В60Т 8/1755, В60К 31/00, F02D 41/00, опубл. 20.10.2006 г.) и принятое за прототип.
Недостатком известного устройства ограничения скорости автомобиля в зависимости от динамических характеристик и жесткости дорожного покрытия в боковом движении является то, что не учитывается изменение динамических характеристик в зависимости от координат размещения полезной загрузки, поперечного и продольного наклона дорожного полотна, угла и скорости поворота руля, отсутствует светозвуковая сигнализация, заблаговременно предупреждающая водителя о приближении действительной скорости автомобиля к критической.
Технический результат - ограничение максимальной скорости прямолинейного движения автомобиля по условию курсовой устойчивости с учетом изменения динамических характеристик автомобиля, в зависимости от изменения массо-геометрических параметров, дорожного профиля, управляющих воздействий водителя; заблаговременное предупреждение водителя о приближении действительной скорости автомобиля к критической.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве ограничения скорости автомобиля в зависимости от динамических характеристик, массо-геометрических параметров и дорожного профиля, содержащем систему, прерывающую подачу топлива, состоящую из электронного устройства определения критической скорости автомобиля, рассогласователя, разрывающего связь между датчиком положения педали подачи топлива и электронным блоком управления впрыском при достижении действительной скорости автомобиля, равной критической, тем самым ограничивая скорость автомобиля в прямолинейном движении, размещены датчики, фиксирующие усредненную полезную нагрузку и ее продольную координату, установленные в сидениях и в багажнике, датчик, установленный на валу рулевого механизма, фиксирующий угол поворота руля, два последовательно включенных дифференцирующих устройства для обработки сигналов с датчика угла поворота руля и получения переменных составляющих скорости и ускорения поворота рулевого колеса, дифференцирующее устройство для получения продольных ускорений автомобиля, датчики, установленные на кузове автомобиля, фиксирующие поперечный и продольный наклон дорожного профиля и устройство светозвуковой сигнализации, расположенное на панели приборов, заблаговременно предупреждающее водителя о приближении действительной скорости к критической.
Новизна полезной модели заключается в том, что предлагаемое устройство содержит датчики, фиксирующие усредненную полезную нагрузку и ее продольную координату, датчики, фиксирующие поперечный и продольный наклон дорожного профиля, датчик угла поворота руля и устройство светозвуковой сигнализации, что позволяет ограничивать скорость автомобиля с учетом изменения динамических характеристик в зависимости от координат размещения полезной загрузки, поперечного и продольного наклона дорожного профиля, угла и скорости поворота руля и заблаговременно предупреждать водителя о приближении действительной скорости автомобиля к критической.
На фиг.1 показана схема устройства; на фиг.2, 3 - схема сил по условию движения автомобиля; на фиг.4 - алгоритм работы электронного устройства определения критической скорости.
Устройство содержит (Фиг.1): датчики 1 - полезной нагрузки, установленные в сидениях и в багажнике, фиксирующие усредненную полезную нагрузку и ее продольную координату; датчик 2 - угла поворота руля, установленный на валу рулевого механизма; два последовательно включенных дифференцирующих устройства - 3 и 4 для получения переменных составляющих скорости и ускорения поворота рулевого колеса; дифференцирующее устройство - 5 для получения продольных ускорений автомобиля; датчик 6 - поперечного наклона автомобиля, установленный на кузове автомобиля; датчик 7 - продольного наклона автомобиля, установленный на кузове автомобиля; электронное устройство определения критической скорости автомобиля 8; устройство светозвуковой сигнализации 9, расположенное на панели приборов, заблаговременно предупреждающее водителя о приближении действительной скорости к критической; датчик положения педали подачи топлива 10; датчик скорости нажатия педали подачи топлива 11; датчик числа оборотов вторичного вала коробки передач 12; рассогласователь 13 электронного блока управления впрыском топлива 14, топливных форсунок 15 и двигателя 16.
Работа устройства осуществляется следующим образом: в сидениях и в багажнике автомобиля находятся датчики 1, фиксирующие усредненную полезную нагрузку и ее координаты. На валу рулевого механизма установлен датчик 2, фиксирующий угол поворота руля. Сигналы с датчика 2 подаются на два последовательно включенных дифференцирующих устройства 3 и 4, где дважды дифференцируются. На выходе дифференцирующих устройств получают переменные составляющие углового ускорения. Сигнал с датчика частоты вращения вторичного вала коробки передач 12, выдающий с учетом передаточного числа главной пары и радиуса колеса мгновенную скорость движения автомобиля, подается на дифференцирующее устройство скорости движения 5, на выходе получают продольные ускорения автомобиля. На кузове автомобиля установлены датчик 6, фиксирующий поперечный наклон автомобиля, и датчик 7, фиксирующий продольный наклон автомобиля. Далее сигналы подаются на электронное устройство определения критической скорости автомобиля 8, где вычисляется критическая и предельная скорости.
Значение критической скорости автомобиля подается на рассогласователь 13, а значение предельной - на устройство светозвуковой сигнализации 9. Кроме того, на устройство светозвуковой сигнализации 9 поступает сигнал частоты вращения вторичного вала коробки передач 12, выдающий с учетом передаточного числа главной пары и радиуса колеса мгновенную скорость движения автомобиля. Если значение мгновенной скорости автомобиля превышает значение предельной скорости, то срабатывает устройство светозвуковой сигнализации 9.
Рассогласователь 13 разрывает связь между датчиком положения педали подачи топлива 10 и электронным блоком управления впрыском 14 при достижении действительной скорости автомобиля, равной критической, тем самым ограничивая скорость автомобиля в прямолинейном движении.
Кроме того, на рассогласователь 13 поступают: сигнал частоты вращения вторичного вала коробки передач 12; скорость нажатия педали подачи топлива 11. Если значение мгновенной скорости автомобиля превышает значение критической скорости, то рассогласователь 13 выдает сигнал, соответствующий малому перемещению педали подачи топлива.
Электронный блок управления впрыском топлива 14, получая такой сигнал, полностью прекращает выдачу командных импульсов на топливные форсунки 15, последние тем самым прекращают подачу топлива в цилиндры двигателя 16, обеспечивая тем самым процесс торможения автомобиля.
В случае необходимости (совершение маневра) при резком нажатии на педаль подачи топлива, что фиксирует датчик скорости нажатия педали подачи топлива 11, рассогласователь 13 передает прямой сигнал с датчика положения педали подачи топлива 10, то есть система ограничения максимальной скорости отключается, и топливо подается по обычной схеме. Устройство ограничения скорости включается вновь в работу через 40 секунд, то есть за время, необходимое для завершения маневра.
Электронное устройство определения критической скорости автомобиля основывается на алгоритме вычисления критической скорости с учетом массо-геометрических параметров АТС, дорожного профиля и управляющих воздействий водителя.
Ниже дано обоснование алгоритма вычисления критической скорости с учетом массо-геометрических параметров АТС, дорожного профиля и управляющих воздействий водителя (Фиг.4).
z1
z2
1. Находятся вертикальные реакции на оси - R и R(Фиг.3):
1
2
λ=b/(a+b), λ=а/(a+b) - коэффициенты статического распределения нормальных реакций;
a и b - расстояние от центра массы до передней и задней осей соответственно;
m - масса; g - ускорение свободного падения; α - продольный наклон дорожного полотна;
- величина перераспределения реакций с учетом условий движения;
КР
КР
w
w
c
c
- ускорение автомобиля; h - высота центра массы; L - продольная база; Р - нагрузка на крюке от прицепа; h - высота шарнира связи с прицепом; P- равнодействующая сила от лобового сопротивления воздушного потока; h - высота центра давления воздушного потока; P - центробежная сила; β - угол между направлением радиуса поворота и нормалью к продольной оси.
T
КН
∑
ш
n
∑
T
T
ш
n
2. Определяется податливость АТС к шинному и креповому довороту (дополнительному углу поворота (довороту) за счет бокового увода шин передней и задней осей и деформации подвески на этих осях). Податливость оценивается отношением результирующего доворота, возникающего от некоторой задаваемой тестовой поперечной силы P≈0,3 mg, приложенной в центре подрессоренной массы на высоте оси крена h, к величине тестовой силы, т.е. D=D+D=θ(P)/P с учетом конкретной схемы подвески передней и задней осей и расположения подрессоренной массы относительно высоты оси крена (где D и D - податливости от шинного и крепового доворотов).
2.1. Находится доворот от шинной поворачиваемости обоих мостов для тестовой силы с учетом перераспределения сил в продольной плоскости
I
II
z1
z2
где λ=R/(mgcosα) и λ=R/(mgcosα).
01
02
Z1
Z2
K1
K2
W
c
KP
Коэффициенты сопротивления уводу K и K находятся с учетом нормальных реакций R, R при тестовом нагружении, когда F=0, F=0 (т.е. ); P=0; α=0; P=0 и P=0.
R
φ
F1
F2
где q, q, q, q - уточняющие коэффициенты;
Z
T
ΔR=Ph/B
Эквивалентный из-за увода шин угол доворота составит
ш
ш1
ш2
ш2
ш1
θ=-θ-(-θ)=θ-θ,
а коэффициент податливости к шинному довороту с учетом (3) будет
n
2.2. Коэффициент доворота машины D от влияния подвески находится следующим образом:
T
T
КН
1
2
Если в точке центра массы действует та же поперечная тестовая сила P (принимаем P≈0,3 mg на высоте оси крена h при высоте для передней и задней подвесок h и h) получим
Поперечный тестовый момент, вызывающий деформацию подвески, составит
а изменение деформации подвески
n
β
β
Δh=M/C,
n1
n2
1
2
CT
где  C, C, B, B - линейные жесткости передней и задней подвески, колея их колес, C - жесткость стабилизаторов, приведенная к колесам.
0
Определим углы доворотов осей передней и задней подвесок. Знак «+» присваивается, если доворот передней оси осуществляется в ту же сторону, что и задаваемый поворот водителем на управляемые колеса θ, и для задней оси если имеет место доворот в сторону увеличения кривизны поворота.
П
П
Т
01
П1
02
П
01
02
n
n
T
Углы доворота Δθ определяются с учетом конкретной схемы подвески и влияния: а) смещения координат по высоте h шарниров рулевых тяг на поворотной цапфе и рулевом механизме; б) изменение развала плоскости колеса с проявлением собственно развала и дополнительного смещения координат шарниров тяг; в) деформации сайлент-блоков подвески от поперечной силы P с изменением координат шарниров рулевых тяг (см. п.а) и и развала (см. п.б). Суммарный угол доворота передней оси составит Δθ=∑Δθ, задней Δθ, суммарный АТС Δθ=Δθ+Δθ и искомый коэффициент доворота от подвески D=Δθ/P, а суммарный для всей АТС
∑
n
ш
D=D+D.
0
3. Выполняем определение центробежной силы при задаваемом отклонении управляемых колес на угол θ. На основе обоснованной методики она составит (Фиг.2)
2
где F=mV/L - постоянная величина.
∑
C
C
T
T
C
∑
T
C
Линеаризуя зависимость Δθ=DP в зоне наиболее вероятных проявлений амплитуды центробежной силы P=(0,1÷0,5)P, получаем эквивалентный угол доворота Δθ АТС. Более строгое определение коэффициента доворота можно получить, выражая в виде функции Δθ(P) с последующим нахождением производной . Это позволит иметь фиксированную величину коэффициента доворота АТС для конкретной поперечной силы P, т.е. D(P=P).
4. Записываем условие устойчивости по заносу передней и задней осей
Используя выражение центробежной силы, освобождаемся от иррациональности в и получаем
Z1
Z2
ca
K1
K2
где U≈1,2 - коэффициент динамичности из-за поперечных линейных колебаний;  - инерционная сила разгона полноприводной машины или торможения;  и  - то же для разгона, соответственно, передне- и заднеприводной. Подставляя соответствующие R, R, P, F, F и обозначая  получим
кр
кр1
кр1
кр2
Таким образом, V=V, если V<V
кр
кр2
кр1
кр2
V=V, если V>V
пр
кр
Предельная скорость определяется из условия V=0,9·V.
Описанная конструкция позволяет ограничивать максимальную скорость прямолинейного движения автомобиля по условию курсовой устойчивости с учетом изменения динамических характеристик автомобиля, в зависимости от изменения массо-геометрических параметров, дорожного профиля, управляющих воздействий водителя, а также заблаговременно предупреждать водителя о приближении действительной скорости автомобиля к критической.