Тенденции и перспективы развития передовых систем контроля динамических характеристик колеса транспортного средства
- Авторы: Губайдуллин Р.Р.1, Аглиуллин Т.А.2
-
Учреждения:
- ООО «Адванс Инжиниринг»
- Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева - КАИ
- Выпуск: Том 5, № 1 (2025)
- Страницы: 18-39
- Раздел: Фотоника
- URL: https://journal-vniispk.ru/2782-5507/article/view/305617
- EDN: https://elibrary.ru/FKOPKF
- ID: 305617
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В работе представлен обзор систем контроля динамических характеристик колес транспортных средств, таких как: силы, моменты, угловые скорости. Были рассмотрены существующие и перспективные системы контроля, определены обобщающие характеристики систем указанного класса, что позволило предложить классификацию, позволяющую определить область применения и специфические особенности систем каждого класса. Определены перспективные направления развития передовых систем контроля динамических характеристик сцепления колеса с дорожным покрытием и способы их реализации в системах активной безопасности транспортных средств. По совокупности задач, стоящих перед передовыми системами контроля динамических характеристик, и техническими возможностями систем контроля определены перспективные пути развития, основанные на использовании волоконно-оптических измерительных систем с радиофотонными методами съема и обработки сигнала, и применением адресных волоконных брэгговских структур в качестве чувствительного элемента датчика.
Об авторах
Роберт Радикович Губайдуллин
ООО «Адванс Инжиниринг»
Email: info@advanceengineering.ru
ORCID iD: 0000-0001-8480-1988
SPIN-код: 3962-8290
ведущий инженер-конструктор
Россия, Казань, РоссияТимур Артурович Аглиуллин
Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева - КАИ
Автор, ответственный за переписку.
Email: TAAgliullin@kai.ru
ORCID iD: 0000-0003-1043-7487
SPIN-код: 4604-8592
Scopus Author ID: 57190067102
доцент, кандидат технических наук
Россия, Россия, 420111, Казань, ул. К.Маркса, 10Список литературы
- Matsuzaki R. Strain Monitoring and Applied Load Estimation for the Development of Intelligent Tires Using a Single Wireless CCD Camera / R. Matsuzaki, N. Hiraoka, A. Todoroki, et al. // J. Solid Mech. Mater. Eng. - 2012. - V.6. - P.935–949.
- Roveri N. OPTYRE—Real Time Estimation of Rolling Resistance for Intelligent Tyres / N. Roveri, G. Pepe, F. Mezzani, A. Carcaterra et al. // Sensors. - 2019. - V. 19. - № 23. -P. 5119.
- Roveri N. OPTYRE – A new technology for tire monitoring: Evidence of contact patch phenomena / N. Roveri, G. Pepe, A. Carcaterra // Mechanical Systems and Signal Processing, 2015
- Mendoza-Petit M.F. A Strain-Based Intelligent Tire to Detect Contact Patch Features for Complex Maneuvers / M.F. Mendoza-Petit, D. García-Pozuelo, V. Diaz et al. // Sensors. - 2020. - V. 20. - № 6. - P. 1750.
- Mendoza-Petit M.F. A Strain-Based Method to Estimate Tire Parameters for Intelligent Tires under Complex Maneuvering Operations / M.F. Mendoza-Petit, D. García-Pozuelo, V. Diaz et al. // Sensors. - 2019. - V. 19. - № 13. - P. 2973.
- Doumiati M. Vehicle Dynamics Estimation using Kalman Filtering: Experimental Validation / Doumiati M. et al. – John Wiley & Sons, 2012.
- Vagisha V. A Review on Intelligent PID Controllers in Autonomous Vehicle / V.Vagisha, S. Swati, D. Subhranil, D. Sudhansu, S. Sitanshu // Advances in Smart Grid Automation and Industry 4.0, Select Proceedings of ICETSGAI4.0, 2021.
- Hongxiao Y. A model predictive control approach combined unscented Kalman filter vehicle state estimation in intelligent vehicle trajectory tracking / Y. Hongxiao, D. Jianmin, T. Saied, C. Huan, Q. Zhiquan // Advances in Mechanical Engineering, 2015.
- Agliullin T. Torque Vectoring Control on Ice for Electric Vehicles with Individually Actuated Wheels / T. Agliullin, V. Ivanov, V. Ricciardi, R.M. Acosta, K. Augsburg, C. Sandu et al. // Advances in Dynamics of Vehicles on Roads and Tracks, 2020.
- Farroni F. A Real-time physical analytical Grip Model for Tyre Rubber in sliding Contact with Road Asperities / F. Farroni, M. Russo, F. Timpone et al. // ATA - Ing. DellAutoveicolo. - 2014. - V. 67. – P. 30.
- Farroni F. A physical-analytical model for a real-time local grip estimation of tyre rubber in sliding contact with road asperities / F. Farroni, M. Russo, R. Russo // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering published online 2014.
- Freidovich L. LuGre-Model-Based Friction Compensation / L. Freidovich, A.Robertsson, A. Shiriaev и др. // Control Syst. Technol. IEEE Trans. On. 2010. - V. 18. - P.194–200.
- Марков А.С. Исследование коэффициента трения эластичной автомобильной шины при изменении износа рисунка протектора / А.С. Марков, Н.И. Овчинникова // Вестник ИрГТУ. – №2 (21). – 2017. – C. 191-189.
- Бойко А.В. Математическая модель для расчета коэффициента сцепления от проскальзывания с использованием нормальных и касательных распределенных нагрузок по длине пятна контакта эластичной шины с дорогой и беговым барабаном диагностического стенда / А.В. Бойко, В.Б. Распопина // Вестник ИрГТУ – №10 (93) – 2014.– C. 168-172.
- Бойко А.В. Математическая модель для расчета нормальных и касательных напряжений в пятне контакта эластичной шины с дорогой и беговым барабаном диагностического стенда // Вестник ИрГТУ – №11 (70) – 2012. – C. 128-131.
- Tire and Vehicle Dynamics - 3rd Edition [Электронный ресурс]. URL:https://www.elsevier.com/books/tire-and-vehicle-dynamics/pacejka/978-0-08-097016-5 (дата обращения: 15.03.2025).
- Canudas-de-Wit C. A new model for control of systems with friction / Canudas-de- Wit C., H. Olsson, K.J. Astrom et al. // IEEE Trans. Autom. Control. -1995. - V. 40. - № 3. - P. 419–425.
- Canudas-de-Wit C., Horowitz R. Observers for tire/road contact friction using only wheel angular velocity information / C. Canudas-de-Wit, R. Horowitz // Proceedings of the 38th IEEE Conference on Decision and Control (Cat. No.99CH36304), 1999. - №4. - P. 3932–3937.
- Acosta M. Blundell Road Friction Virtual Sensing: A Review of Estimation Techniques with Emphasis on Low Excitation Approaches / M. Acosta, S. Kanarachos, M // Appl. Sci. - 2017. - V.7. - № 12. – P. 1230.
- Zhang B. Vertical Tire Forces Estimation of Multi-Axle Trucks Based on an Adaptive Treble Extend Kalman Filter / B. Zhang, T. Xu, H. Wang et al. // Chin. J. Mech. Eng. 2021. - V. 34.
- Niskanen A., Tuononen A. Three 3-Axial Accelerometers Fixed Inside the Tyre for Studying Contact Patch Deformations in Wet Conditions // Veh. Syst. Dyn. - 2014. - V. 52. - P. 287–298.
- Savaresi S.M. New regressors for the direct identification of tire deformation in road vehicles via “In-Tire” accelerometers / S.M. Savaresi, M. Tanelli, P. Langthaler et al. // IEEE Trans. Control Syst. Technol. - 2008. - V. 16. - № 4. -P. 769–780.
- Gubaidullin R.R. Application of addressed fiber bragg structures for measuring tire deformation / R.R. Gubaidullin, Sakhabutdinov A.J, Aggliullin T.A. et al. // 2019 Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SYNCHROINFO). - 2019. - P. 1–7.
- Gubaidullin R.R. Fiber optic tire speed sensor / R.R. Gubaidullin, Sakhabutdinov A.J, Aggliullin T.A. et al. // 2021 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications, 2021. - P. 1–7.
- Gubaidullin R.R. Addressed fiber bragg structures in load-sensing wheel hub bearings / R.R. Gubaidullin, Sakhabutdinov A.J, Aggliullin T.A. et al. // Sensors. - 2020. - V. 20. - № 21. - P. 6191.
- Gubaidullin R.R. Addressed FBG-structures for tire strain measurement / R.R.Gubaidullin, Sakhabutdinov A.J, Aggliullin T.A. et al. // Proc SPIE Int Soc Opt Eng SPIE, 2019. Vol. 11146. - P. 6.
- Hopping K. Extending the HSRI tyre model for large inflation pressure changes / K. Hopping, K. Augsburg, F. Buchner // Conference: engineering for a changing world: 59th IWK, Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau – Ilmenau, 2017.
- RoaDyn P1HT wheel torque transducer for commercial vehicles [Электронный ресурс]. URL: https://www.kistler.com/en/product/type-9299a/?application=13 (дата обращения: 15.03.2025).
- Coppo F. A multisensing setup for the intelligent tire monitoring / F. Coppo , G.Pepe, N. Roveri et al. // Sensors. - 2017. - V. 17. - № 3. - P. 576.
- Tuononen A. A multi-laser sensor system to measure rolling deformation for truck tyres / Tuononen A., Xiong Y. // Int. J. Veh. Perform. - 2017. - V. 3. - P. 115.
- Xiong Y. Rolling deformation of truck tires: Measurement and analysis using a tire sensing approach / Y. Xiong, A. Tuononen // J. Terramechanics. - 2015. - V. 61. - P. 33–42.
- Xiong Y., Tuononen A. A laser-based sensor system for tire tread deformation measurement / Y. Xiong, A. Tuononen // Meas. Sci. Technol. - 2014. - V. 25. - P. 115103.
- Gurkan E. Rajesh Estimation of Tire-Road Friction Coefficient Using a Novel Wireless Piezoelectric Tire Sensor / E. Gurkan, A. Lee, R. // EEE Sensors Journal. - V. 11(2). P.267 – 279.
- Fontaine M. In-tire distributed optical fiber (DOF) sensor for the load assessment of light vehicles in static conditions / M. Fontaine, A. Coiret, J. Cesbron и др. // Sensors. - 2021. - V. 21. - № 20. - P. 6874.
- Breglio G. Feel-tire unina: development and modeling of a sensing system for intelligent tires / G. Breglio, A. Irace, V.R. Marrazzo и др. // 2019 IEEE 5th International forum on research and technology for society and industry (RTSI). - 2019. - P. 453–458.
- Kentaro NISHIKAWA tub bearing with integrated multi-axis load sensor // NTN TECHNICAL REVIEW. - No.79 (2011) C. 58-63.
- Andrews R.D. Elastoviscous properties of polyisobutylene. I. Relaxation of stress in whole polymer of different molecular weights at elevated temperatures / R.D. Andrews, N.Hofman-Bang, A.V. Tobolsky // J. Polym. Sci. - 1948. - V. 3. - № 5. - P. 669–692.
- Ferry J.D. The Relaxation Distribution Function of Polyisobutylene in the Transition from Rubber‐Like to Glass‐Like Behavior / J.D. Ferry, L.D. Grandine, E.R. Fitzgerald// J. Appl. Phys. - 1953. - V. 24. - № 7. - P. 911–916.
- Williams M.L. The Temperature Dependence of Relaxation Mechanisms in Amorphous Polymers and Other Glass-forming Liquids / M.L. Williams, R.F. Landel, J.D. Ferry // J. Am. Chem. Soc. - 1955. - V. 77. - № 14. - P. 3701–3707.
- Январёв С.Г. Метод измерения скорости движения объекта с использованием индукционных датчиков / С.Г. Январёв // Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, 2019. - С. 331–332.
- Сысоева C. Автомобильные бесконтактные датчики магнитного поля. Новый взгляд на разработку и применение мостовых ASIC/ С. Сысоева // Компоненты и Технологии. - 2014. - № 10 (159).
- Захаров И.С. Сравнительный анализ чувствительности эффектов Холла и магниторезистивного к влиянию допусков крепления датчика скорости автомобиля на точность / И.С. Захаров, С.Ф. Яцун, С.С. Сысоева // Известия Курского Государственного Технического Университета. - 2004. - № 1 (12).
- Коновалов С. Ф. Моделирование процессов компенсации нулевого сигнала в МЭМС гироскопе / С.Ф. Коновалов, В.П. Подчезерцев, Ю.А. Пономарев // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н. Баумана. - 2012. - № 9.
- Некрасов Я. А. Результаты исследования МЭМС-Гироскопа с температурной самокомпенсацией / Некрасов Я. А., Люкшонков Р. Г. // "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт «Электроприбор», 2015. - С. 288–293.
- Yang X. Flexible Strain Sensors Fabricated by Fused Deposition Modeling-Based Multimaterial 3D Printing with Conductive Polyurethane Composites / X. Yang, H. Ren, C. Wu et al. // 2021 27th International Conference on Mechatronics and Machine Vision in Practice (M2VIP), 2021.
- Cai G. Extremely Stretchable Strain Sensors Based on Conductive Self-Healing Dynamic Cross-Links Hydrogels for Human-Motion Detection / G. Cai, J. Wang, K. Qian et al. // Adv. Sci. - 2016. - V.4.
- Christ J. 3D printing of highly elastic strain sensors using polyurethane / Mutiwall Carbon Nanotube Composites / J. Christ, C. Hohimer, N. Aliheidari и др. // SPIE Smart structures and materials + nondestructive evaluation and health monitoring, 2017. - 1016511 p.
- Мировые тенденции развития распределенных волоконно-оптических сенсорных систем (обзор) [Электронный ресурс]. URL:https://cyberleninka.ru/article/n/ mirovye-tendentsii-razvitiya-raspredelennyh-volokonno-opticheskih-sensornyh-sistem-obzor/viewer (дата обращения: 15.03.2025).
- Aybatov D.L. Distributed temperature fiber bragg grating sensor / D.L. Aybatov, R.R. Kiyamova, O.G. Morozov et al. // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 7374:10. 2009. - V. 7374.
- Nureev I. I. Distributed Raman sensor system with point spots for downhole telemetry / Nureev I. I., Gubaidullin R.R., Kadushkin V.V. et al. // Institute of Physics and IOP Publishing Limited, 2020. - P. 12142.
- Созонов, Н. С. Экспериментально-теоретическое исследование влияния конструктивных элементов волоконно-оптического датчика деформации на его показания и методика корректировки передаточной функции / Н. С. Созонов, И. Н. Шардаков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. – 2017. – № 4. – C. 173-188. – doi: 10.15593/perm.mech/2017.4.12.
- Mukherjee B. WDM optical communication networks: progress and challenges // IEEE J. Sel. Areas Commun. 2000. - V. 18. - № 10. - P.1810–1824.
- Морозов О. Г. Радиофотонный метод определения угла прихода отражённого радиолокационного сигнала на основе тандемной амплитудно-фазовой модуляции / О.Г.Морозов, Г.А. Морозов, Г.И. Ильин и др. // Вестник поволжского государственного технологического университета. Серия радиотехнические и инфокоммуникационные системы. - 2021. - № 1 (49).
- Морозов О.Г. Трехкомпонентные адресные волоконные брэгговские структуры - новый элемент радиофотонных многосенсорных сетей / О.Г. Морозов, Сахабутдинов А.Ж., Нуреев И.И. и др. // Фотон-Экспресс. - 2021. - № 6 (174).
- Modelling and record technologies of address fiber Bragg structures based on gratings with two symmetrical pi-phase shifts / O. G. Morozov, A. Z. Sakhabutdinov, I. I. Nureev, R. S. Misbakhov // Journal of Physics: Conference Series : V International Conference on Information Technology and Nanotechnology, ITNT 2019, Samara, 21–24 мая 2019 года. - Vol.1368, 2. – Samara: Institute of Physics Publishing, 2019. – P. 022048. – doi: 10.1088/1742-6596/1368/2/022048. – EDN ANOQRB.
- Аглиуллин Т.А. Многоадресные волоконные брэгговские структуры в радиофотонных сенсорных системах / Т.А. Аглиуллин, В.И. Анфиногентов, Р.Ш. Мисбахов и др. // Труды учебных заведений связи. - 2020. - Т. 6. - № 1. - С. 6–13.
- Заболотный В.А. Алгоритм формирования двухчастотного зондирующего излучения для мониторинга симметричных высокодобротных волоконно-оптических структур / В.А. Заболотный, Т.А. Аглиуллин, Т.Р. Сахбиев, и др. // Научно-Технический Вестник Поволжья. - 2020. - № 6.
- Аглиуллин Т.А. Управление тонкой структурой трёхкомпонентных адресных брэгговских измерительных преобразователей, последовательно записанных в оптическое волокно квазираспределённой радиофотонной сенсорной системы / Т.А. Аглиуллин, Кузнецов А.А. и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. - 2020. - № 4 (48). - С. 72-81. DOI: https://doi.org/10.25686/2306-2819.2020.4.72
- Морозов О.Г. Адресные волоконные брэгговские структуры в квази-распределённых радиофотонных сенсорных системах / О.Г. Морозов, А.Ж. Сахабутдинов // Компьютерная Оптика. - 2019. - Т. 43. - № 4. - С. 535–543.
- Курбиев И. У. Многосенсорные радиофотонные системы на адресных линейно-чирпированных волоконных брэгговских решетках / И.У. Курбиев, И.И. Нуреев, А.Ж. Сахабутдинов // Сборник материалов научно-практической конференции Ядерные технологии: от исследований к внедрению – 2021. Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, Нижний Новгород, 2021. - С. 158–160.
- Мягдеев Р.М. Подходы к моделированию спектральных характеристик ВБР с фазовым сдвигом, сформированным неоднородностью / Р.М. Мягдеев, Р.О. Васимов, А.А. Кузнецов и др. // Фотон-Экспресс. - 2021. - № 6 (174).
- Мягдеев Р. М. Способ записи ВБР с фазовым сдвигом на искусственно введенной неоднородности / Р.М. Мягдеев, Р.О. Васимов, А.А. Кузнецов // Фотон-Экспресс.- 2021. - № 6 (174).
- Феофилактов С.В. Квази-распределенная акустическая сенсорная система для контроля движения среды в полой трубе / С.В. Феофилактов, А.Ж. Сахабутдинов, О.Г. Морозов и др. // Сборник тезисов докладов Международной конференции "Оптическая рефлектометрия, метрология и сенсорика – 2020", 2020. - С. 13–18.
- Куликов Е.В. Система для оценок износа ствола по данным измерения его деформаций с использованием адресных волоконных брэгговских решеток / Е.В. Куликов, А.Ж. Сахабутдинов, И.И. Нуреев и др. // Сборник тезисов докладов I Российской научной конференции Радиофотоника, фотоника и исследование свойств вещества, 2020. - С. 199–200.
- Никачадзе Д.М. Исследование характеристик термоэлектрических датчиков температуры / Д.М. Никачадзе, Л.М. Асатуров // Материалы ежегодной III Всероссийской научно-практической конференции обучающихся и преподавателей «Энергетика и автоматизация в современном обществе», 2020. - С. 71–75.
- Клевцов С. И. Источники погрешностей и алгоритмические пути повышения точности измерения температуры датчиками температур / С.И. Клевцов // Известия ТРТУ.– 2003. – № 3(32). – С. 37-44.
- Котяшев В.С. Сравнительный анализ цифровых полупроводниковых датчиков температуры / В.С. Котяшев, Р.Е. Багжанов, Р.К. Собянин, И.С. Терновая // Высшая Школа. - 2016. - № 1.
- Фрунзе А.В. Методическая погрешность энергетических пирометров, обусловленная влиянием на результат измерения расстояния между пирометром и объектом / А.В. Фрунзе // Измерительная Техника. - 2012. - № 10.
- Фрунзе А. Влияние методических погрешностей пирометров на выбор прибора / А. Фрунзе // Фотоника. – 2012. – № 3(33). – С. 46-51.
- Афанасьев А.В. Инфракрасный микропроцессорный пирометр с диафрагмальной оптикой / А.В. Афанасьев, И.Я. Орлов // Приборы и техника эксперимента. - 2003. - №1. - С. 149-152.
- Ковалев А.В. Экспериментальное исследование постоянства терморезистивного коэффициента термохимического датчика в расширенном интервале рабочих температур / А.В. Ковалев // Вестник Гомельского Государственного Технического Университета им. П.О. Сухого. - 2004. - № 2.
- Крышталь Р.Г. Устройства на поверхностных акустических волнах для чувствительных элементов датчиков температуры / Р.Г. Крышталь, А.П. Кундин, А.В. Медведь // Радиотехника и электроника. - 2017. - Т. 62. - № 3.
- Ткачев А.Л. Классификация акустических датчиков / А.Л. Ткачев, В.М.Мусалимов // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. – 2007. – С. 328-332.
- Фрайден, Дж. Современные датчики. Справочник / Дж. Фрайден; пер. c англ. Ю.А. Заболотной. – Москва: Изд-во Техносфера, 2005. – 592 с.
- Phase Shifts Induced by the Piezoelectric Transducers Attached to a Linearly Chirped Fiber Bragg Grating / Chen X., Painchaud Y., Ogusu K. и др. // J. Light. Technol. - 2010.- V. 28. - № 14. - P. 2017–2022.
- Губайдуллин Р.Р. Разработка конструкции устройства для подключения оптоволоконных датчиков к вращающемуся телу // Материалы Международной молодёжной научной конференции XXIV Туполевские чтения (Школа молодых ученых), 2019. - С. 495–499.
- Jousimaa O. Energy harvesting system for intelligent tyre sensors / O. Jousimaa, Y. Xiong, A.J. Niskanen et al. // 2016 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV), 2016. - P. 578–583.
Дополнительные файлы
