RU2694645C1 - Mobile system for assistance to driver of vehicle with trailer at rear manoeuvring - Google Patents
Mobile system for assistance to driver of vehicle with trailer at rear manoeuvring Download PDFInfo
- Publication number
- RU2694645C1 RU2694645C1 RU2018108959A RU2018108959A RU2694645C1 RU 2694645 C1 RU2694645 C1 RU 2694645C1 RU 2018108959 A RU2018108959 A RU 2018108959A RU 2018108959 A RU2018108959 A RU 2018108959A RU 2694645 C1 RU2694645 C1 RU 2694645C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- angle
- trailer
- driver
- car
- vehicle
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- 238000013479 data entry Methods 0.000 claims 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D13/00—Steering specially adapted for trailers
- B62D13/06—Steering specially adapted for trailers for backing a normally drawn trailer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
- B60W30/18—Propelling the vehicle
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
- B62D1/24—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle not vehicle-mounted
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D15/00—Steering not otherwise provided for
- B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, в частности к системе и способу управления автомобилем с прицепом задним ходом. Изобретение позволяет облегчить управление автомобилем с прицепом при движении назад, изначально не оборудованным штатной системой помощи маневрированию с прицепом задним ходом. Предлагаемая система не требует вмешательство в штатные системы автомобиля и предполагает минимальные затраты на ее реализацию.The present invention relates to mechanical engineering, in particular to a system and method of driving a car with a trailer in reverse. The invention allows to facilitate driving with a trailer when driving back, initially not equipped with a standard system of assistance to maneuver with a trailer in reverse. The proposed system does not require intervention in the staffing system of the car and implies minimal costs for its implementation.
Предлагаемая система включает: датчики угла отклонения рулевого колеса (руля) водителя и угла сцепки прицепа с автомобилем (отклонения продольной оси прицепа от продольной оси автомобиля) с беспроводным каналом передачи данных и мобильное устройство типа смартфона или планшета, используемого для ввода параметров системы управления, заданного значения угла сцепки, ограничения сигналов, расчета угла поворота рулевого колеса водителя и выдачи команд водителю (голосовые и/или в виде динамического изображения) для их реализации.The proposed system includes: sensors for the deflection angle of the steering wheel (rudder) of the driver and the hitch angle of the trailer with the vehicle (deviations of the longitudinal axis of the trailer from the longitudinal axis of the vehicle) with a wireless data transmission channel and a mobile device such as a smartphone or tablet used to enter control system parameters specified values of the hitch angle, limiting signals, calculating the angle of rotation of the driver’s steering wheel and issuing commands to the driver (voice and / or in the form of a dynamic image) for their implementation.
Способ эксплуатации системы, который отличается малыми затратами из-за простоты установки системы на автомобиль. Способ включает последовательные шаги, в которых с помощью мобильного устройства инициализируют систему управления путем ввода параметров системы, задают требуемый угол сцепки при маневрировании задним ходом; производят ограничения сигналов для обеспечения работоспособности системы; формируют команды водителю, подлежащие к исполнению, для достижения заданного значения угла сцепки.The method of operating the system, which is low cost due to the ease of installation of the system on the car. The method includes successive steps in which, using a mobile device, the control system is initialized by inputting the system parameters, the required hitch angle is set when reversing maneuvering; make signal constraints to ensure system health; form commands to the driver, subject to execution, to achieve the specified value of the hitch angle.
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates.
Предполагаемое изобретение относится к системе и способу помощи водителю автомобиля, изначально не оборудованного системой помощи маневрирования задним ходом с прицепом, обладающей простотой ее установки на автомобиль и низкой стоимостью реализации.The alleged invention relates to a system and method of assisting a driver of a car not originally equipped with a reversing maneuver assistance system with a trailer, which is easy to install on a car and has a low implementation cost.
Уровень техникиThe level of technology
Парковка задним ходом с прицепом может вызвать сложности, как у начинающих водителей, так и у опытных. Опрос водителей, которые имеют прицеп, показал, что более 70% из них не могут парковаться задним ходом с прицепом. Особенностью такого движения является то, что двигаясь назад необходимо компенсировать небольшие отклонения прицепа от прямолинейного движения поворотами руля в обратную сторону. Неточное управление водителем может привести к складыванию системы (большое значение угла сцепки), вывести из этого положения можно только проехав вперед.Reverse parking with a trailer can cause difficulties for both novice drivers and experienced drivers. A survey of drivers who have a trailer, showed that more than 70% of them can not park in reverse with a trailer. The peculiarity of this movement is that, moving backwards, it is necessary to compensate for small deviations of the trailer from straight-line movement by turning the steering wheel in the opposite direction. Inaccurate driver control can lead to the folding system (a large value of the angle of the hitch), to withdraw from this position can only be driven forward.
Для того чтобы помочь водителю при управлении транспортным средством с прицепом задним ходом, система помощи водителю должна учитывать намерения водителя, анализировать текущее значение угла сцепки, угла рулевого колеса водителя и генерировать подсказки водителю по управлению автомобилем, чтобы прицеп двигался устойчиво в заданном направлении с устранением возможности складывания сцепки «автомобиль-прицеп».In order to assist the driver in driving with the trailer in reverse, the driver assistance system must take into account the driver’s intentions, analyze the current value of the hitch angle and the driver’s steering wheel angle and generate driving tips to the driver so that the trailer moves steadily in a given direction, eliminating the possibility folding hitch "car-trailer".
Известны близкие к изобретению по общим признакам и достигаемому техническому результату аналоги:Known close to the invention in general characteristics and the achieved technical result analogues:
1. Система и способ помощи водителю транспортного средства с прицепом, патент RU 2574042, 31.10.2014, МПК B60R 1/00, B62D 13/06, B62D 15/02, G01C 21/20. Предлагается система помощи в размещении метки на прицепе, предназначенной для считывания через видеосистему автомобиля ее положения и реализации задачи управления автомобилем с прицепом при движении назад. При этом, как вариант, предлагается использовать мобильное устройство (смартфон, планшет и т.п.) для реализации помощи в установке метки и настройке видеосистемы.1. System and method of assistance to the driver of a vehicle with a trailer,
Недостатком в ключе предполагаемого изобретения является то, что мобильное устройство не используется для текущего управления автомобилем с прицепом при маневрировании назад.The disadvantage in the key of the proposed invention is that the mobile device is not used for the current driving with a trailer while maneuvering backwards.
2. Система и способ помощи при движении транспортного средства задним ходом с прицепом, патент RU 2627219 С2, 17.07.2015, МПК B60W 30/00. Система помощи при движении задним ходом с прицепом для транспортного средства содержит прицеп, имеющий тормозную систему, устройство ввода рулевых команд и контроллер. Устройство ввода рулевых команд используется для задания желаемой кривизны траектории движения прицепа. Контроллер генерирует команду на автоматическое отклонение рулевых колес автомобиля и команду активации тормозной системы прицепа для достижения желаемой кривизны траектории прицепа.2. System and method of assistance when driving a vehicle in reverse with a trailer, patent RU 2627219 С2, 07.17.2015, IPC B60W 30/00. The reverse assistance system with a trailer for a vehicle contains a trailer having a braking system, a steering input device and a controller. The input device for steering commands is used to set the desired curvature of the trajectory of the trailer. The controller generates a command to automatically deflect the steering wheels of the vehicle and a command to activate the trailer brake system in order to achieve the desired curvature of the trailer path.
Прототип предполагаемого изобретения: Система помощи при движении задним ходом с прицепом, патент RU 2608786 С2, 17.04.2015, МПК B62D 1/24, B62D 13/06, B60W 30/00. Здесь предлагается структура системы помощи водителю, включающая следующие составные части: датчики угла сцепки, угла отклонения рулевых колес автомобиля и скорости движения; модуль ввода требуемого значения кривизны пути прицепа; контроллер, содержащий регулятор кривизны и регулятор угла сцепки; устройство автоматического привода рулевых колес автомобиля; человеко-машинный интерфейс. Водитель перед маневрированием назад должен ввести кинематические параметры объекта «автомобиль-прицеп» и задать требуемое значение кривизны пути прицепа. Далее водителю предлагается управлять только скоростью движения и по мере продвижения назад уточнять заданную кривизну. При этом регулятор кривизны по заданному значению кривизны формирует на основе аналитической зависимости требуемое значение угла сцепки. Этот сигнал ограничивается величиной угла складывания (для устранения возможности складывания объекта «автомобиль-прицеп»), и далее отслеживается в замкнутом контуре, организованном регулятором угла сцепки. Выходной сигнал этого регулятора подается на автоматическое устройство привода рулевых колес автомобиля. Последнее, отрабатывая поступивший сигнал, отклоняет рулевые колеса автомобиля и обеспечивает движение прицепа с заданной кривизной.The prototype of the proposed invention: Assistance when reversing with a trailer, patent RU 2608786 C2, 04.17.2015,
Недостатками второго аналога и прототипа является то, что:The disadvantages of the second analogue and prototype is that:
- монтирование таких систем производится на заводе-изготовителе автомобиля или в специализированном центре технического обслуживания с внедрением в штатные системы управления автомобилем, поэтому нет возможности мобильной переустановки системы с одного автомобиля на другой;- the installation of such systems is carried out at the vehicle manufacturer or at a specialized technical service center with the introduction of regular vehicle control systems, so there is no possibility of mobile reinstallation of the system from one vehicle to another;
- обязательное наличие штатной видеосистемы и другого специального оборудования;- Mandatory availability of a standard video system and other special equipment;
- высокая стоимость таких систем помощи водителю.- The high cost of such driver assistance systems.
Задачей заявленного изобретения является создание такой системы помощи управления автомобилем с прицепом при маневрировании задним ходом, которая не требует вмешательства в штатные системы автомобиля, будет недорогой, простой в установке и мобильной для переустановки на другой автомобиль.The task of the claimed invention is the creation of such a system of assistance to driving a car with a trailer when maneuvering in reverse, which does not require intervention in the vehicle’s regular systems, will be inexpensive, easy to install, and mobile to reinstall to another car.
Раскрытие изобретенияDISCLOSURE OF INVENTION
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемой системе используются автономные, компактные, недорогие датчики для измерения угла отклонения рулевого колеса (руля) водителя и угла сцепки прицепа с автомобилем, которые с легкостью устанавливаются и снимаются с автомобиля, а для управления используется мобильное устройство (смартфон или планшет) с предустановленным специализированным программным обеспечением. Связь между указанным оборудованием производится по беспроводному каналу, например Bluetooth. Перед началом движения водитель посредством мобильного устройства задает параметры системы управления, заданный угол сцепки. Мобильное устройство ограничивает сигналы для обеспечения работоспособности системы и формирует команды управления по сигналам с указанных датчиков с целью достижения заданного значения угла сцепки. Управление автомобилем осуществляется водителем по этим командам (голосовые и/или в виде динамического изображения) путем отклонения рулевого колеса.The task is solved by the fact that in the proposed system autonomous, compact, inexpensive sensors are used to measure the driver’s steering wheel (rudder) angle and the trailer hitch angle of the car, which are easily installed and removed from the car, and a mobile device is used for control or tablet) with preinstalled specialized software. Communication between the specified equipment is made over a wireless channel, such as Bluetooth. Before driving, the driver, using a mobile device, sets the parameters of the control system, a given hitch angle. The mobile device limits the signals to ensure the health of the system and generates commands to control signals from these sensors in order to achieve the specified value of the hitch angle. Driving is carried out by the driver for these commands (voice and / or in the form of a dynamic image) by deflecting the steering wheel.
Краткое содержание фигурSummary of figures
На фиг. 1 представлены основные кинематические соотношения объекта управления «автомобиль-прицеп» (вид сверху).FIG. 1 shows the main kinematic relations of the control object “car-trailer” (top view).
На фиг. 2 представлена структура устройства помощи водителю.FIG. 2 shows the structure of the driver assistance device.
На фиг. 3 представлен вариант человеко-машинного интерфейса, реализованного посредством мобильного устройства.FIG. 3 shows a variant of a man-machine interface implemented by a mobile device.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
На фиг. 1 и в дальнейших рассуждениях приняты следующие обозначения:FIG. 1 and in further discussion the following notation is used:
1 - автомобиль; 2 - продольная ось автомобиля; 3 - рулевые колеса автомобиля; 4 - ось рулевых колес автомобиля; 5 - ось заднего моста автомобиля; 6 - ось колес прицепа; 7 - прицеп; 8 - продольная ось прицепа; 9 - дышло прицепа; 10 - точка сцепки дышла прицепа с автомобилем;1 - the car; 2 - the longitudinal axis of the vehicle; 3 - car steering wheels; 4 - axis of the steering wheels of the car; 5 - axis of the rear axle of the car; 6 - axle trailer wheels; 7 - trailer; 8 - longitudinal axis of the trailer; 9 - trailer drawbar; 10 - hitch point of the drawbar of a trailer with a car;
ϕ - угол отклонения рулевых колес автомобиля 3, ограничен в виде: обычно это ограничение не превышает величину 30°, поэтому примем: ϕmax=30°; примем, что отклонение руля водителя и отклонение рулевых колес автомобиля связано соотношением:ϕ - the deflection angle of the steering wheels of the
где ϕрул - угол отклонения рулевого колеса водителя, kрул - коэффициент пропорциональности рулевого управления.where φ rudder - the driver's steering angle deviation, k rudder - steering proportionality coefficient.
θ - угол сцепки, или угол отклонения продольной оси прицепа 8 от продольной оси автомобиля 2, примем, что значение модуля угла сцепки, при превышении которого во время движения назад начинается непроизвольное увеличение с невозможностью его компенсации из-за ограниченности ϕ называется углом складывания (θскл);θ is the hitch angle, or the deflection angle of the longitudinal axis of the
Ψавт, Ψпр - угол поворота автомобиля 1 и прицепа 7 (соответственно) от какого-то направления, например, заданного (на рисунке обозначено вертикальной линией); Authors Ψ, Ψ, etc. - the yaw angle of the
Vавт, Vпр - скорость автомобиля 1 и прицепа 7, соответственно, скорость автомобиля будем измерять по рулевым колесам 3 с точкой приложения в центре оси вращения рулевых колес 4;V authors, etc. V - velocity of the
0авт, 0пр - центры (точки) вращения автомобиля 1 и прицепа 7 на повороте соответственно;0 avt , 0 pr - centers (points) of rotation of the
Rпр - радиус вращения прицепа 7, измеряемый вдоль оси вращения колес прицепа 6 (эффективной оси для многоосного прицепа);R CR - the radius of rotation of the
a, b, с - кинематические параметры объекта управления «автомобиль-прицеп» (а, с - положительные ненулевые числа), соответственно: колесная база автомобиля, или расстояние между осями вращения колес автомобиля (4 и 5); расстояние от оси заднего моста автомобиля 5 до точки сцепки 10; расстояние от точки сцепки 10 дышла прицепа 9 до оси вращения колес прицепа 6 (эффективной оси для многоосного прицепа); отметим, что обычно дополнительное требование к этим параметрам определится далее; a , b, c are the kinematic parameters of the control object “car-trailer” ( a , c are positive non-zero numbers), respectively: the wheelbase of the car, or the distance between the axes of rotation of the wheels of the car (4 and 5); the distance from the axis of the rear axle of the
- угловая скорость прицепа 7, появляющаяся из-за внешних неконтролируемых возмущений, природа возникновения которых указана выше; будем считать эту величину ограниченной. - the angular velocity of the
Для составления математического описания объекта управления «автомобиль-прицеп» приняты следующие допущения:To compose a mathematical description of the control object "car-trailer" the following assumptions are made:
- автомобиль движется с относительно низкой скоростью;- The car is moving at a relatively low speed;
- не будут учитываться эффект боковой податливости шин, боковой юз автомобиля;- the effect of lateral compliance of tires, side skid of a car will not be taken into account;
- не учитывается динамика движения, в частности, получаемые соотношения не зависят от ускорений.- the movement dynamics is not taken into account, in particular, the obtained relations do not depend on accelerations.
Известно [Мирошниченко А.Н. Основы теории автомобиля и трактора. - Томск: Изд-во ТГАСУ, 2014. - 490 с], что угловая скорость автомобиля определяется зависимостью:It is known [Miroshnichenko A.N. Fundamentals of the theory of the car and the tractor. - Tomsk: Publishing House TGASU, 2014. - 490 s], that the angular velocity of the vehicle is determined by the dependence:
Из фиг. 1 можно определить, чтоFrom FIG. 1 it is possible to determine that
На точку сцепки 10 при движении автомобиля действуют два вектора линейной скорости: вектор поступательного движения автомобиля, соответствующий продольной скорости автомобиля (Vавтcosϕ), и вектор соответствующий вращательному движению автомобиля. Исходя из этих векторов, определим линейную и угловую скорость прицепа. Путем проекции указанных векторов на продольную ось прицепа найдем скорость прицепа:When the vehicle is moving, two linear velocity vectors act on the hitch point 10: the vehicle's translational motion vector, corresponding to the vehicle's longitudinal speed (V av cosϕ), and corresponding to the rotational movement of the car. Based on these vectors, we determine the linear and angular velocity of the trailer. By projecting these vectors on the longitudinal axis of the trailer, we find the trailer speed:
Подставляя сюда выражение для по зависимости (2), найдемSubstituting here the expression for according to (2), we find
Угловая скорость прицепа определяется вектором линейной скорости перпендикулярным продольной оси прицепа (см. фиг. 1). Из кинематической схемы ясно, что при The angular velocity of the trailer is determined by the linear velocity vector perpendicular to the longitudinal axis of the trailer (see Fig. 1). From the kinematic scheme it is clear that with
Также делая подстановку по (2), и учитывая ненулевое в общем случае возмущающее воздействие, найдем:Also making the substitution by (2), and taking into account the non-zero disturbing effect in the general case, we find:
Поскольку из (3) следует, что то по зависимостям (2) и (5) несложно определить скорость изменения угла θ:Since from (3) it follows that then using dependencies (2) and (5), it is easy to determine the rate of change of the angle θ:
Зависимость (6) можно переписать по-другому, используя известное равенство [Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 177 с.]: Комбинируя по этой формуле синусы и косинусы по ϕ, можно найти:Dependence (6) can be rewritten differently, using the well-known equality [Bronshtein I.N., Semendyayev K.A. Handbook of mathematics for engineers and students of technical colleges. - M .: Science, Ch. ed. Phys.-Mat. lit., 1986. - 177 p.]: Combining the sines and cosines of ϕ using this formula, one can find:
где - положительный коэффициент усиления (утверждение о положительности легко установить из принятых условий);Where - positive gain (the statement about the positivity is easy to establish from the accepted conditions);
- балансировочная зависимость угла рулевых колес автомобиля по углу θ; или значение ϕ такое, что если его зафиксировать, то при текущее значение угла сцепки будет находиться в балансировочном положении: или объект «автомобиль-прицеп» будет находиться в установившемся развороте, причем как при движении вперед, так и назад; - balancing dependence of the angle of the steering wheels of the car on the angle θ; or the value of ϕ such that if you fix it, then the current value of the hitch angle will be in the balancing position: or the “car-trailer” object will be in a steady turn, both when moving forward and backward;
- параметр линеаризации функции ϕбал(θ) около точки θ=0; - the parameter of linearization of the function ϕ bal (θ) near the point θ = 0;
- производная функции ϕбал(θ) по своему аргументу. - derivative of the function ϕ bal (θ) in its argument.
Изучим динамику изменения угла θ в соответствии с равенством (7) при движении вперед (Vавт>0) и отсутствии внешнего возмущения We study the dynamics of changes in the angle θ in accordance with equality (7) when moving forward (V auto > 0) and in the absence of external disturbance
Для этого рассмотрим вначале производную функции ϕбал(θ). Из ее значения можно видеть, что если параметры а, б, с все положительные, тогда в полном диапазоне изменения угла сцепки λ(θ)>0, т.е. функция ϕбал(θ) является возрастающей. Если параметр b отрицательный, тогда для указанного свойства требуется условиеTo do this, we first consider the derivative of the function ϕ bal (θ). From its value it can be seen that if the parameters a , b, c are all positive, then in the full range of change of the coupling angle λ (θ)> 0, i.e. the function ϕ bal (θ) is increasing. If b is negative, then the specified property requires the condition
где - максимально возможное значение модуля угла сцепки. Будем понимать условие (8) как дополнительное условие при отрицательном параметре b, которое считаем выполненным.Where - the maximum possible value of the hitch angle module. We will understand condition (8) as an additional condition with a negative parameter b, which we consider to be fulfilled.
Далее рассмотрим случай, когда значение угла рулевых колес автомобиля удовлетворяет условиям: ϕбал(θ)>ϕ=const, т.е. текущее положение рулевых колес автомобиля меньше, чем балансировочное значение, соответствующее текущему углу θ. Из зависимости (7) следует, что это порождает т.е. уменьшение угла θ. А поскольку функция ϕбал(θ) возрастающая, то при этом будет уменьшаться и сам эта функция. Это будет продолжаться до тех пор, пока не наступит равенство ϕ=ϕбал(θбал).Next, we consider the case when the value of the angle of the steering wheels of the vehicle satisfies the conditions: ϕ ball (θ)> ϕ = const, those. the current position of the steering wheels of the car is less than the balancing value corresponding to the current angle θ. From dependence (7) it follows that this generates those. decrease in angle θ. And since the function ϕ bal (θ) is increasing, this function will also decrease. This will continue until equality ϕ = ϕ bal (θ bal ).
Аналогичные рассуждения можно построить и для случая ϕбал(θ)<ϕ≡const. А это значит, что при движении вперед (Vавт>0) при постоянном угле поворота рулевых колес θ→θбал≡const, где последний соответствует назначенному углу ϕ. То есть движение системы по углу сцепки является устойчивым.Similar arguments can be constructed for the case of ϕ bal (θ) <ϕ≡const. This means that when driving forward (V aut > 0) at a constant angle of rotation of the steering wheels θ → θ ball ≡const, where the latter corresponds to the designated angle ϕ. That is, the movement of the system at the hitch angle is stable.
Если же автомобиль движется назад (Vавт<0) - из подобных рассуждений следует, что система точно неустойчива, чем объясняются все проблемы управления таким движением. При этом уравнение (7) будет иметь вид:If the car moves backwards (V aut <0) - it follows from similar reasonings that the system is precisely unstable, which explains all the problems of controlling such a movement. In this case, equation (7) will be:
Используя подход, подобный тому, что был применен при выводе уравнения (7), можно найти зависимость, обратную к ϕбал(θ):Using an approach similar to that used in the derivation of equation (7), we can find the dependence inverse to ϕ bal (θ):
В силу возрастающего характера функции ϕбал(θ) следует, что максимальное значение угла поворота рулевых колес автомобиля (ϕmax) соответствует максимальному значению модуля реализуемого балансировочного значения угла сцепки при движении вперед Следует отметить, что при движении назад из-за неустойчивости системы этот угол имеет смысл угла складывания (θскл). Из (10) следует:Due to the increasing nature of the function ϕ ball (θ), it follows that the maximum value of the angle of rotation of the steering wheels of the car (ϕ max ) corresponds to the maximum modulus of the realizable balancing value of the hitch angle when moving forward It should be noted that when moving back due to the instability of the system, this angle has the meaning of the folding angle (θ sk ). From (10) it follows:
Из полученных соотношений (4) и (5) можно найти кривизну пути прицепа (κ) при отсутствии внешнего возмущения:From the obtained relations (4) and (5), it is possible to find the curvature of the trailer’s path (κ) in the absence of external disturbance:
Найдем также кривизну пути прицепа на установившемся движении (повороте) с заданным значением ϕ≡const≠0 в отсутствии внешнего возмущения. По выше изложенному этому движению соответствует θ=θбал=const по (10). Значение кривизны пути прицепа для этого случая также назовем балансировочным значением (κбал). Из (7) и (12) непосредственной подстановкой несложно найти:We also find the curvature of the trailer's path on a steady motion (turn) with a given value ϕ≡const ≠ 0 in the absence of an external disturbance. According to the above, this motion corresponds to θ = θ bal = const by (10). The value of the curvature of the trailer for this case is also called the balancing value (κ ball ). From (7) and (12), it is easy to find by direct substitution:
где приблизительная зависимость получена линеаризацией около θбал=0. Это соотношение показывает, что управление по сигналу θбал, если принять его за заданное значение, в приблизительно пропорциональной зависимости соответствует управлению по кривизне пути прицепа, и поэтому может заменить последнее. Это и реализуется в предполагаемом изобретении.where the approximate dependence is obtained by linearizing about θ bal = 0. This ratio shows that control by the signal θ ball , if we take it for a given value, in approximately proportional dependence corresponds to control by the curvature of the trailer’s path, and therefore can replace the latter. This is implemented in the proposed invention.
Уравнения (1)-(13) с принятыми допущениями описывают кинематические и связанные с ними динамические соотношения объекта управления «автомобиль-прицеп», необходимые для синтеза закона управления при движении задним ходом. Приблизительные равенства в соотношениях (7), (10), (11), (13) в силу их определения точно описывают соответствующие им зависимости в области нулевого значения углов. При увеличении модуля углов погрешность увеличивается, но как показывают расчеты для типовых практических задач с ограничением ϕmax=30° погрешность не превышает 10-15%. Также заметим, что из анализа зависимостей следует, что величина определенная из (11) по линейному приближению, меньше точного значения.Equations (1) - (13) with accepted assumptions describe the kinematic and related dynamic relations of the control object “car-trailer”, which are necessary for the synthesis of the control law when reversing. Approximate equalities in relations (7), (10), (11), (13) by virtue of their definition accurately describe the corresponding dependences in the region of zero angles. With an increase in the modulus of angles, the error increases, but as the calculations for typical practical problems with the limitation ϕ max = 30 ° show, the error does not exceed 10–15%. Also note that from the analysis of dependencies it follows that the value determined from (11) by a linear approximation, less than the exact value.
Рассмотрим варианты закона управления. Будем считать, что параметры объекта управления kрул, а, b, с заданы, а заданное значение угла сцепки (обозначим его как θзад) будет формироваться водителем. Для устранения возможности складывания системы этот сигнал ограничивается на основании (11) очевидным неравенством:Consider the options of the law of control. We assume that the parameters of the control object k roll , a , b, c are given, and the specified value of the hitch angle (denoted as θ back ) will be formed by the driver. To eliminate the possibility of folding the system, this signal is limited on the basis of (11) by the obvious inequality:
с использованием линейного приближения, а значит, как указывалось, с запасом 10-15%.using a linear approximation, which means, as indicated, with a margin of 10-15%.
Предложим закон управления:We propose a control law:
где kЗУ - положительный коэффициент закона управления, который влияет на скорость переходного процесса и снижение влияния внешнего возмущения; предполагаем, что этот параметр находится внутри ограничения:where k ZU is a positive coefficient of the control law, which affects the speed of the transition process and the reduction of the influence of external disturbances; we assume that this parameter is inside the constraint:
Это требование вытекает из последующих рассуждений.This requirement follows from the subsequent reasoning.
Действительно, если закон управления (15) подставить в уравнение (9), получим описание динамики угла сцепки в замкнутой системе управления при движении назад:Indeed, if the control law (15) is substituted into equation (9), we obtain a description of the dynamics of the coupling angle in a closed control system when moving backwards:
где приблизительное равенство приведено по линейному приближению и зависимостям по (7). Очевидным требованием устойчивости и пропорциональности управления в отсутствии возмущения здесь является то, чтобы модуль аргумента синуса не превышал величину π/2. Отсюда следует верхнее ограничение (16).where approximate equality is given in linear approximation and dependencies in (7). The obvious requirement of stability and proportionality of control in the absence of a perturbation here is that the modulus of the sine argument does not exceed π / 2. Hence the upper limit (16).
Рассмотрим случай отсутствия внешнего возмущения Считая сигнал θзад постоянным, из точного равенства (17) несложно найти при назначенных ограничениях, что θ→θзад≡const. Это в свою очередь приводит по (1) и (15) ϕ→ϕбал(θзад)≡const. Налицо устойчивое поведение объекта управления, в частности, устойчивый поворот. Причем, сравнивая приблизительную часть (17) с уравнением динамики при движении вперед (7), можно видеть, что при kЗУ=1 динамика движения объекта «автомобиль-прицеп» при движении назад приблизительно такая-же, что и при движении вперед с ϕ=ϕбал(θзад)=const. Если kЗУ увеличить, то увеличится и скорость переходного процесса.Consider the case of the absence of external disturbances. Assuming constant signal θ rear, from the exact equation (17) it is easy to find at a designated limitations that θ → θ backside ≡const. This in turn results from (1) and (15) ϕ → ϕ bal (θ ass ) ≡const. There is a stable behavior of the control object, in particular, a steady turn. Moreover, comparing the approximate part (17) with the equation of dynamics when moving forward (7), it can be seen that at k ZU = 1, the movement dynamics of the “car-trailer” object when moving backward is approximately the same as when moving forward with ϕ = ϕ bal (θ ass ) = const. If k memory is increased, then the speed of the transition process will increase.
Такие рассуждения будут справедливыми при отсутствии внешнего возмущения, даже если синтезированное по (15) управление выходит на ограничение: При выходе угла поворота рулевых колес на свой конструктивный максимум будет просто ограничиваться скорость переходного процесса и, соответственно, затягиваться переходный процесс (по сравнению с «безлимитным» управлением).Such reasoning will be fair in the absence of external disturbance, even if the control synthesized from (15) goes into the constraint: When the angle of rotation of the steering wheels at its constructive maximum will simply be limited by the speed of the transition process and, accordingly, the transition process is delayed (compared to the "unlimited" control).
Таким образом, закон управления (15) при движении объекта «автомобиль-прицеп» назад при указанных условиях обеспечивает такое же устойчивое поведение системы, как и при движении вперед.Thus, the control law (15) when the vehicle-trailer object moves back under the specified conditions provides the same stable system behavior as when moving forward.
Если на прицеп действует внешнее возмущение то на установившемся режиме (когда ) при линейных приближениях установившееся значение угла сцепки (θуст) выражается как:If an external disturbance acts on the trailer then at steady state (when ) for linear approximations, the steady-state value of the hitch angle (θ mouth ) is expressed as:
Поскольку θуст≠θзад, то и остальные параметры движения не будут соответствовать ожидаемым. Но из равенства (18) можно видеть, что выбором kЗУ>1 можно ослабить влияние внешнего возмущения.Since θ of the set ≠ θ ass , the other motion parameters will not be as expected. But from equality (18) it can be seen that by choosing k ZU > 1, the influence of an external perturbation can be weakened.
В силу вынужденной неточности управления при воздействии внешнего возмущения, сам закон управления может быть упрощен: вместо (15), с учетом (7), можно записать:Due to the forced inaccuracy of control under the influence of an external disturbance, the control law itself can be simplified: instead of (15), taking into account (7), we can write:
Он отличается от закона (15) только приблизительным заданием функции ϕбал(θ), рассмотрим, что он дает. Его можно переписать какIt differs from the law (15) only in the approximate setting of the function ϕ ball (θ), consider what it gives. It can be rewritten as
где - новое заданное значение угла сцепки, смещенное из-за неточности назначения ϕбал(θ). Здесь по аналогичным рассуждениям следует, что но при увеличении параметра kЗУ указанная неточность уменьшается.Where - the new setpoint of the hitch angle, offset due to the inaccuracy of the assignment ϕ ball (θ). Here, according to similar reasoning, it follows that but as the memory parameter increases, the indicated inaccuracy decreases.
Моделирования системы управления с законом управления (19) указывают на его справедливость. Он и используется в предполагаемом изобретении.Modeling a control system with a control law (19) indicate its fairness. It is used in the proposed invention.
На фиг. 2 представлена структура устройства помощи водителю.FIG. 2 shows the structure of the driver assistance device.
Датчик угла отклонения рулевого колеса (руля) водителя 11 и датчик угла сцепки прицепа с автомобилем 12 фиксируются водителем перед началом маневрирования назад с прицепом на рулевое колесо и фаркоп соответственно с помощью систем быстрого крепления (магниты, зацепы, липкая лента и др.) и включаются. Датчики 11 и 12 передают сигналы измерения по беспроводному каналу в мобильное устройство 13.The driver’s steering wheel (rudder)
Датчики 11 и 12 могут быть построены различными способами. Основными критериями являются: автономность, беспроводной канал связи с мобильным устройством, компактность, легкосъемность, низкая стоимость и погрешность не хуже 1 град.
Вариантом исполнения датчика угла поворота рулевого колеса 11 может быть реализация на основе микромеханического датчика MPU6050 [MPU-6000/MPU-6050 Product Specification. InvenSense, 2013, 54 p. Website: www.invensense.com], который представляет собой трехосевой датчик угловой скорости (гироскоп) и трехосевой акселерометр. Поскольку ось вращения рулевого колеса современных автомобилей отклонена от вертикальной оси, можно с использованием комплементарного фильтра на основе показаний об угловой скорости и ускорениях построить автономный достаточно точный датчик угла поворота рулевого колеса. Подобные решения используются в современных гаджетах. Кроме того, датчик имеет микроконтроллер для обработки данных, беспроводной канал передачи данных и элементы питания.An embodiment of the steering
Вариантом исполнения датчика угла сцепки 12 может быть автономный датчик с микроконтроллером, беспроводным каналом передачи данных и элементами питания, в котором в качестве чувствительного элемента используется оптический энкодер, поворотный потенциометр и др. На этот чувствительный элемент через рычаги или гибкую связку передается угол отклонения продольных осей автомобиля и прицепа - угол сцепки (см. фиг. 2).A variant of the
Мобильное устройство 13 устанавливается на удобное для наблюдения водителем место (приборную панель, держатель и др.) и инициализируется его специализированное программное обеспечение. Вначале в мобильное устройство вводятся или корректируются (при необходимости) параметры системы управления: kрул, ϕmax, a, b, c, kЗУ. Далее, также с помощью мобильного устройства 13, вводится заданное значение угла сцепки (θзад). Мобильное устройство 13 ограничивает сигналы θзад и kЗУ по зависимостям (14), (11), (7), (16) и формирует требуемый угол отклонения рулевого колеса водителя по зависимости (19). Кроме того, сравнивая текущий угол рулевого колеса водителя с требуемым значением, мобильное устройство 13 выдает водителю команды (голосовые и/или в виде динамического изображения) на корректировку этого угла. Скоростью движения транспортного средства водитель управляет самостоятельно. Также во время маневрирования возможна корректировка угла θзад.The
На фиг. 3 представлен вариант человеко-машинного интерфейса, реализованного посредством мобильного устройства 13 в виде программы «Ассистент». Интерфейс реализован посредством нескольких страниц для настройки и инициализации всей системы, задания требуемого угла сцепки и управления автомобилем по командам от мобильного устройства (на фиг. 3 представлены некоторые из них). Страница 14 демонстрирует процедуру ввода заданного угла сцепки путем перемещения на интерактивном мониторе изображения прицепа. На страницах 15 и 16 показаны процедуры выдачи команд водителю на корректировку положения рулевого колеса и текущее положение прицепа относительно заданного.FIG. 3 shows a variant of the man-machine interface implemented by the
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018108959A RU2694645C1 (en) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | Mobile system for assistance to driver of vehicle with trailer at rear manoeuvring |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018108959A RU2694645C1 (en) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | Mobile system for assistance to driver of vehicle with trailer at rear manoeuvring |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2694645C1 true RU2694645C1 (en) | 2019-07-16 |
Family
ID=67309298
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018108959A RU2694645C1 (en) | 2018-03-12 | 2018-03-12 | Mobile system for assistance to driver of vehicle with trailer at rear manoeuvring |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2694645C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2744641C1 (en) * | 2019-10-09 | 2021-03-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Adaptive assistance system for the driver of a passenger car with a trailer when reversing, and how it is used |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9513631B2 (en) * | 2014-01-14 | 2016-12-06 | Robert Bosch Automotive Steering Gmbh | Method for controlling the driving of a motor vehicle and drive control system |
RU2608786C2 (en) * | 2014-04-18 | 2017-01-24 | Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК | Help system in reverse motion with trailer |
US9555832B2 (en) * | 2011-04-19 | 2017-01-31 | Ford Global Technologies, Llc | Display system utilizing vehicle and trailer dynamics |
RU2627219C2 (en) * | 2014-07-30 | 2017-08-04 | Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК | System to render help at reverse of a vehicle with trailer |
-
2018
- 2018-03-12 RU RU2018108959A patent/RU2694645C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9555832B2 (en) * | 2011-04-19 | 2017-01-31 | Ford Global Technologies, Llc | Display system utilizing vehicle and trailer dynamics |
US9513631B2 (en) * | 2014-01-14 | 2016-12-06 | Robert Bosch Automotive Steering Gmbh | Method for controlling the driving of a motor vehicle and drive control system |
RU2608786C2 (en) * | 2014-04-18 | 2017-01-24 | Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК | Help system in reverse motion with trailer |
RU2627219C2 (en) * | 2014-07-30 | 2017-08-04 | Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК | System to render help at reverse of a vehicle with trailer |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2744641C1 (en) * | 2019-10-09 | 2021-03-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Adaptive assistance system for the driver of a passenger car with a trailer when reversing, and how it is used |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10773721B2 (en) | Control method using trailer yaw rate measurements for trailer backup assist | |
CN107415939B (en) | Steering stability control method for distributed driving electric automobile | |
US9340228B2 (en) | Trailer motion and parameter estimation system | |
US10604184B2 (en) | Adaptive steering control for robustness to errors in estimated or user-supplied trailer parameters | |
US11167792B2 (en) | Single-mode implement steering | |
US8160809B2 (en) | Close-spaced leader-follower navigation using control mimic | |
US6816799B2 (en) | Vehicle operating parameter determination system and method | |
CN107690350B (en) | Steering stabilizer for model vehicle | |
US20160362135A1 (en) | Trailer length estimation method using trailer yaw rate signal | |
Marino et al. | A nested PID steering control for lane keeping in vision based autonomous vehicles | |
US10077072B2 (en) | Vehicle steering device and vehicle steering control method with reduced lateral speed | |
US10279815B2 (en) | Vehicle controls based on the measured weight of freight | |
CN107963126B (en) | Large-curvature automatic driving steering control method for multi-axle steering vehicle | |
US7273127B2 (en) | Rack force disturbance rejection | |
CN104411566B (en) | Track of vehicle control device | |
CN108438048B (en) | Novel automatic steering control system and control method for crawler tractor | |
Zhou et al. | Robust path following of the tractor-trailers system in GPS-denied environments | |
RU2694645C1 (en) | Mobile system for assistance to driver of vehicle with trailer at rear manoeuvring | |
CN111497872A (en) | Method for automatically generating deviation factor to correct track drift | |
WO2022270322A1 (en) | Backward movement control device for articulated vehicle, computer-readable medium storing backward movement control program for articulated vehicle, and backward movement control method for articulated vehicle | |
KR20130099672A (en) | Fuzzy inference system and method | |
CN114148403B (en) | Multi-working-condition stability control method for wire-controlled steering system | |
CN111947654A (en) | Navigation and control integrated chip and control method thereof | |
CN112026749A (en) | Stability control method for wire-controlled steering system | |
CN113911130B (en) | Vehicle yaw rate estimation method and system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210313 |