Управление торможением на поворотах

Система управления торможением на поворотах (CBC) — это мера безопасности автомобиля , которая улучшает управляемость за счет распределения силы, приложенной к колесам автомобиля при поворотах. Представленная BMW в 1992 году, эта технология теперь используется в современных электрических и бензиновых транспортных средствах, таких как автомобили, мотоциклы и грузовики. ^{[1] [2] [3]} CBC часто включается в функцию безопасности электронного контроля устойчивости (ESC), предоставляемую производителями транспортных средств. ^[4]

CBC использует электронный блок управления транспортного средства для получения данных от нескольких датчиков. Затем CBC регулирует крутящий момент рулевого управления тормоза , давление тормозов , скорость рыскания и тормозной путь, помогая водителю сохранять контроль над транспортным средством при повороте как внутрь, так и наружу. ^[5]

Эксперименты, проведенные с технологией CBC, показали, что она является усовершенствованием традиционной антиблокировочной тормозной системы (ABS), используемой в современных транспортных средствах. ^{[2] [3] [5]} CBC, вероятно, также будет использоваться в будущих беспилотных транспортных средствах из-за ее точности и реагирования в режиме реального времени. ^{[6] [7]}

История

Раннее использование

CBC впервые был представлен немецким автопроизводителем BMW в 1992 году в рамках их новой функции динамического контроля устойчивости. Она была включена в модель 750i 1992 года ( седан 7-й серии ) и добавила дополнительную меру безопасности к уже существующим функциям ABS и автоматического контроля устойчивости (ASC). ^[1] Описывая функцию, BMW заявила: «При торможении на поворотах или при торможении во время смены полосы движения устойчивость вождения и реакция рулевого управления еще больше улучшаются». ^[8]

Хотя BMW был первым производителем автомобилей, создавшим эту технологию, федеральные постановления ЕС от 2009 года ^[9] и США от 2011 года ^[10] потребовали включения этой технологии безопасности торможения в будущие транспортные средства в этих регионах.

Текущее использование

Федеральные предписания сделали функции безопасности ESC обязательными при производстве автомобилей, которые включали как технологию CBC, так и функции. ^[11] Это привело к тому, что другие производители стали внедрять эту технологию под другими названиями.

Немецкий производитель автомобилей Mercedes-Benz представил технологию под своими системами ESP Dynamic Cornering Assist и Curve Dynamic Assist. ^[12] Принадлежащий BMW производитель Mini и британский производитель Land Rover включили ее под названием Cornering Brake Control. ^{[13] [14]} Другие компании использовали технологию CBC как часть своей функции ESC, что сделало технологию CBC более универсальной мерой безопасности. ^[15]

Механическая эксплуатация

CBC использует электронный блок управления транспортного средства и ESC для получения данных от нескольких датчиков. Эти датчики вычисляют такие переменные, как скорость, ускорение, скорость рыскания и угол поворота рулевого колеса. ^[16] Затем CBC использует эти переменные для регулировки давления тормозов, желаемой скорости рыскания, крутящего момента рулевого управления тормоза и тормозного пути.

Эксперименты с технологией CBC проводились с использованием аппаратно-программного (HiL) тестирования для подтверждения ее реакции на эти факторы в режиме реального времени. ^{[2] [3]}

Давление в тормозной системе

Блокировка колес представляет серьезную опасность для водителя при повороте. Блокировка колес ограничивает функциональность рулевого управления из-за центробежной силы (силы, действующей на транспортное средство, которая смещает его равновесие при повороте), что вызывает дисбаланс в тормозном давлении, которое может регулировать технология CBC.

CBC решает эту проблему, используя адаптивную систему тормозного усилия для распределения давления между тормозами транспортного средства при повороте. ^{[3] [5]} Затем CBC регулирует давление в зависимости от скорости транспортного средства и его положения относительно кривой, оптимизируя его устойчивость и сцепление с дорогой. ^{[17] [18]} Это делает рулевое управление и торможение более плавными для водителя, ограничивая возможность блокировки колес транспортного средства.

Скорость рыскания

Технология CBC стабилизирует транспортное средство до желаемой скорости рыскания (скручивающее движение), которую испытывает транспортное средство при прохождении поворотов. ^[2] При внезапном торможении стабилизация скорости рыскания позволяет легко снизить давление в тормозной системе. Она также снижает коэффициент скольжения , который является коэффициентом, определяющим фактическую скорость транспортного средства после движения против трения (силы, которая сопротивляется движению). ^[19] Это изменение помогает технологии точно реагировать на дорожные условия, поскольку фактическая скорость транспортного средства будет точно соответствовать расчетной прямой и угловой скорости. ^[20] Логика CBC плавно достигает желаемой скорости рыскания и бокового ускорения, максимизируя комфорт и ходовые качества. ^[2]

Формула для расчета фактической скорости рыскания: ^[21]

${\displaystyle {\displaystyle \psi =V/R}}$

где

• ${\displaystyle \psi }$фактическая скорость рыскания
• ${\displaystyle V}$это скорость движения (скорость, измеренная в прямом направлении движения транспортного средства)
• ${\displaystyle R}$радиус поворота (расстояние до центра кривой )

В зависимости от таких условий, как модель транспортного средства и дорожная разметка, выполняются дополнительные расчеты, чтобы гарантировать, что технология CBC может эффективно стабилизировать транспортное средство. CBC может рассчитать желаемую скорость рыскания, которая учитывает как фактическую скорость рыскания, так и требуемый человеческий вклад (измеряемый углом поворота транспортного средства во время поворота).

Формула для расчета желаемой скорости рыскания: ^[22]

${\displaystyle \psi ^{*}=\psi +k*d\delta /dt}$

где

• ${\displaystyle \psi ^{*}}$желаемая скорость рыскания
• ${\displaystyle \psi }$фактическая скорость рыскания
• ${\displaystyle k}$- коэффициент масштабирования (определяется индивидуально для каждой марки и модели транспортного средства )
• ${\displaystyle d\delta }$это изменение угла поворота рулевого колеса ( ), которое происходит при повороте транспортного средства ${\displaystyle \delta }$
• ${\displaystyle dt}$это изменение времени ( ) ${\displaystyle t}$

Затем CBC может частично задействовать тормоза, чтобы снизить скорость рыскания транспортного средства во время поворота. ^[2]

Регулировка крутящего момента

CBC уменьшает нежелательный крутящий момент рулевого управления при торможении на поворотах. ^[3] Это ограничивает радиус ( ), найденный в общей формуле крутящего момента, которая определяет, насколько далеко транспортное средство находится от внутренней части кривой. ${\displaystyle r}$

Формула для расчета крутящего момента: ^[23]

${\displaystyle \tau =rF\sin \theta }$

где

• ${\displaystyle \tau }$вектор крутящего момента (имеющий величину и направление)
• ${\displaystyle r}$это радиус от точки приложения силы до точки измерения крутящего момента
• ${\displaystyle F}$это приложенная сила
• ${\displaystyle \theta }$угол между приложенной силой и радиусом

Изменение радиуса предотвращает отклонение транспортного средства наружу и потенциальное покидание полосы, компенсируя ошибку водителя. ^[24]

Современные транспортные средства с CBC могут иметь ось рулевого управления , смещенную вбок (к поверхности дороги) в том же направлении, что и точка контакта шины (точка, где шина встречается с дорогой). Адаптивное распределение тормозного усилия затем способно распределять давление на тормоза, напрямую учитывая силу контакта шины (силу, которая прикладывается обратно к шинам), что уменьшает крутящий момент рулевого управления тормоза. ^[3]

Как описано в общей формуле крутящего момента, снижение крутящего момента рулевого управления тормозом приведет к уменьшению радиуса поворота, поскольку сила ( ) останется постоянной, надежно удерживая транспортное средство от отклонения наружу. ${\displaystyle F}$

Тормозной путь

CBC сокращает тормозной путь, необходимый для остановки автомобиля при повороте. ^[2] CBC может одновременно снизить давление в тормозной системе, скорость рыскания и крутящий момент, чтобы ограничить боковое движение (движение в стороны). ^{[2] [25]} Ограничение бокового движения помогает улучшить устойчивость автомобиля при повороте, позволяя CBC плавно тормозить. ^[25] Это помогает водителю немедленно остановить автомобиль, столкнувшись с аварийной ситуацией впереди.

Программное обеспечение

CBC имеет программный компонент, который может быть сопряжен с современными системами ABS для включения логики CBC. ^[5] Программное обеспечение CBC оценивает различные скорости колес транспортного средства, а затем регулирует переменные, такие как крутящий момент рулевого управления тормозом, чтобы гарантировать, что транспортное средство не повернется слишком далеко внутрь/наружу, что повышает безопасность со стороны программного обеспечения. ^[5]

Тестирование программного обеспечения в контуре (SiL)

Эксперименты с логикой CBC использовали тестирование Software-in-the-Loop (SiL) для подтверждения ее валидности. Оно использует имитируемую среду для тестирования кода программного обеспечения в виртуальном пространстве. ^[26] Алгоритм , используемый для тестирования логики CBC, включал множество компонентов внутри транспортного средства, таких как шины, подвеска и масса . ^[5] Алгоритм также моделировал ожидаемое поведение водителя и использовал как прогнозируемое поведение, так и компоненты транспортного средства для определения валидности логики CBC.

Результаты испытаний SiL ясно показали, что логика CBC помогает удерживать транспортные средства в пределах заданной траектории , усиливая традиционную меру безопасности ABS . ^[5]

Будущие приложения

Ожидается, что CBC будет включена в автономные транспортные средства , поскольку эта технология может работать с будущими системами управления транспортными средствами для обеспечения безопасности торможения при повороте. ^[6] CBC уже может автономно задействовать тормоза транспортного средства в случае чрезвычайной ситуации, но не имеет необходимых сигналов, необходимых для управления транспортным средством без какого-либо человеческого вмешательства. Сигналы Controller Area Network или CAN (сигналы, отправляемые в программном обеспечении автономного транспортного средства) могут отправлять необходимые данные в CBC, чтобы транспортное средство могло полагаться на свою логику и реакцию в реальном времени. ^[6] Эти системы транспортного средства могут работать синонимично для повышения устойчивости автономных транспортных средств при повороте, обеспечивая безопасные и комфортные условия для пассажиров. ^[7]

Ссылки

1. Leffler, Heinz (1995-02-01). "Тормозная система нового BMW 7 серии с электронным управлением тормозами и пробуксовкой колес". Серия технических документов SAE . 1. 400 Commonwealth Drive, Уоррендейл, Пенсильвания, США: SAE International. doi : 10.4271/950792.{{cite journal}}: CS1 maint: location (link)
2. Ли, Шаохуа; Чжао, Цзюньву; Ян, Шаопу; Фань, Хаоян (2019-02-08). «Исследование скоординированного управления тормозами на поворотах трехосных большегрузных транспортных средств на основе аппаратно-программного тестирования». IET Intelligent Transport Systems . 13 (5): 905–914. doi :10.1049/iet-its.2018.5406. ISSN  1751-9578. S2CID  116184782.
3. Бауманн, М.; Бехле, Т.; Бухгольц, М.; Дитмайер, К. (2016-01-01). «Управление торможением на поворотах на основе модели для электрических мотоциклов». IFAC-PapersOnLine . 8-й симпозиум IFAC по достижениям в области управления автомобилем AAC 2016. 49 (11): 291–296. doi : 10.1016/j.ifacol.2016.08.044 . ISSN  2405-8963.
4. "Drive Ninja - Сайт сравнения цен на автомобили". Drive Ninja . Получено 2023-10-23 .
5. Руссо, Риккардо; Терцо, Марио; Тимпоне, Франческо (22.02.2007). «Разработка программного обеспечения в контуре и проверка логики управления торможением в повороте». Динамика транспортных систем . 45 (2): 149–163. doi :10.1080/00423110600866491. ISSN  0042-3114. S2CID  110889084.
6. Монтани, Маргерита; Капитани, Ренцо; Анниккиарико, Клаудио (2019-01-01). «Разработка конструкции тормозной системы по проводам для контроля устойчивости автомобиля». Procedia Structural Integrity . Международная конференция AIAS 2019 по анализу напряжений. 24 : 137–154. doi : 10.1016/j.prostr.2020.02.013 . hdl : 2158/1184580 . ISSN  2452-3216. S2CID  214027261.
7. Zheng, Binshuang; Hong, Zhengqiang; Tang, Junyao; Han, Meiling; Chen, Jiaying; Huang, Xiaoming (2023-01-16). «Комплексный метод оценки комфорта езды автономных транспортных средств при типичных сценариях торможения: тестирование, моделирование и анализ». Математика . 11 (2): 474. doi : 10.3390/math11020474 . ISSN  2227-7390.
8. "CBC Cornering Brake Control - Системы контроля устойчивости вождения - Органы управления - Руководство пользователя BMW X5 - BMW X5 | BMWManuals.org". www.bavarianmw.com . Получено 23.10.2023 .
9. "InterRegs - Regulations Spotlight". 2014-11-11. Архивировано из оригинала 2014-11-11 . Получено 2023-10-24 .
10. "Министерство транспорта, Национальное управление безопасностью движения на трассах: Федеральные стандарты безопасности транспортных средств; Электронные системы контроля устойчивости; Органы управления и дисплеи | US GAO". www.gao.gov . Получено 24.10.2023 .
11. "Электронная система контроля устойчивости (ESC) в автомобилях и как она работает". AckoDrive . 2022-03-16 . Получено 2023-10-24 .
12. "Система курсовой устойчивости Mercedes-Benz ESP® обязательна для всех автомобилей". MBUSA Newsroom . 2012-09-28 . Получено 2023-10-24 .
13. "Узнайте больше о функции безопасности Corner Brake Control, предлагаемой MINI". Блог MINI of Montgomery County . 2018-01-31 . Получено 2023-10-24 .
14. «ПРЕДСТАВЛЯЕМ НОВЫЙ RANGE ROVER: БЕЗМОЛВНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ, УВЕРЕННОСТЬ И САМОУГОЛОК НА ДОРОГЕ И ЗА ПРЕДЕЛАМИ ДОРОГ | Land Rover Media Newsroom». media.landrover.com . Получено 24.10.2023 .
15. "Окончательное правило: Федеральные стандарты безопасности транспортных средств; Электронные системы контроля устойчивости; Органы управления и дисплеи | NHTSA". www.nhtsa.gov . Получено 2023-10-31 .
16. «Понимание «скорости рыскания» и «датчика угла поворота рулевого колеса». www.autobodynews.com . Получено 2023-11-04 .
17. "Контроль устойчивости на поворотах в автомобилях — объяснение!". Блог GoMechanic . 2021-10-09 . Получено 2023-11-09 .
18. «Что такое управление торможением в поворотах в автомобилях и как оно работает?». CarBikeTech . 2016-08-17 . Получено 2023-10-24 .
19. Чжан, Сяо-Дун; Чэнь, Чи-Кенг (2022-12-08). «Исследование системы управления торможением на поворотах для мотоцикла». Прикладные науки . 12 (24): 12575. doi : 10.3390/app122412575 . ISSN  2076-3417.
20. Шахаби, Али; Каземиан, Амир Хоссейн; Фарахат, Саид; Сархадди, Фарамарз (2021). «Регулирование коэффициента скольжения колес для исследования динамического поведения автомобиля при торможении и рулевом управлении». Механика и промышленность . 22 : 17. Bibcode : 2021MeInd..22...17S. doi : 10.1051/meca/2021016 . ISSN  2257-7777. S2CID  234263593.
21. "Трансляция команд робота: Расчет радиуса окружности по скорости движения и скорости рыскания". Mathematics Stack Exchange . Получено 2023-11-04 .
22. US9561803B2, Марккула, Густав, «Метод расчета желаемой скорости рыскания для транспортного средства», выпущенный 2017-02-07 
23. "Учебник по крутящему моменту и вращательному движению | Физика". www.physics.uoguelph.ca . Получено 2023-11-05 .
24. US9180908B2, Элзен, Кристофер Л. Ван Дан; Чеок, Ка Чай и Радовникович, Мичо, «Система удержания полосы движения и система центрирования полосы движения», выпущено 10 ноября 2015 г. 
25. Song, Dandan; Yang, Tao (2012). «Исследование стратегии управления тормозной силой транспортного средства на дороге с низким сцеплением при повороте». Труды 10-го Всемирного конгресса по интеллектуальному управлению и автоматизации. стр. 618–622. doi :10.1109/WCICA.2012.6357953. ISBN 978-1-4673-1398-8. S2CID  15665345 . Получено 2023-11-09 .
26. "Что такое тестирование программного обеспечения в контуре?". Aptiv . 17 марта 2022 г. Получено 07.11.2023 г.