Устройство для предотвращения столкновения автоматического транспортного средства с препятствиями

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ПРЕПЯТСТВИЯМИ , содержащее первый датчик расстояний , оптически связанный с первым блоком сканирования, вычислитель, первый выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения информативности устройства, в него введены три датчика расстояний , три блока сканирования, коммутатор , два датчика наклона, датчики хода колес (по числу колес транспортного средства), выходы которых соединены с первой группой входов коммутатора, выход которого соединен с первым входом вычислителя, второй выход которого соединен с входами первого и второго датчиков расстояний, третий выход вычислителя соединен с входами третьего и четвертого датчиков расстояний, выходы датчиков расстояний подключены к второй группе входов коммутатора, вход которого является входом устройства , выходы первого и второго блоков сканирования соединены с вторьтм входом вычислителя, выходы третьего и четвертого блоков сканирования соединены с третьим входом вычислителя , второй, третий и четвертый датчики расстояний оптически связаны с соответствующими блоками сканирования, выходы первого и второго датчиков наклона соединены соот ветственно с четвертым и пятым входами вычислителя.. ;. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что вычислитель содержит компаратор, два функциональных преобразователя, п компа раторов (п - число колес транспортного средства), два формирователя импульсов, два синхронизатора, генератор частоты, селектор, коммутатор , выход которого соединен с первыми входами компаратора, первого и . второго функциональных преобраэоваГтелей7 п компараторов, выходы которых соединены с первым входом селек тора , выходы компаратора первого (Л и второго функциональных преобразователей соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым входами селектора, выход которого является первым выходом вычислителя,- первый вход коммутатора объединен с первыми входами первых и вторых формироваэ телей импульсов и синхронизаторов, с входом генератора частоты и является з:) первым входом вычислителя, выход ND генератора частоты подключен к вторым входам первых и формиро i :д вателей импульсов и синхронизаторов , первые выходы синхронизаторов соединены соответственно с вторым и ю третьим входом коммутатора, второй выход первого синхронизатора соединен с вторыми входами компаратора, первого и второго функциональных пре бразователей, второй выход второго синхронизатора соединен с вторыми входами п компараторов, третьи вы- , ходы первого и ВТОРОГО синхронизаторов соединены с третьими входами первого и второго формирователей импульсов, первые выходы которых являются соответственно вторым и третьим выходами вычислителя, вторые выжоды первого и второго формирователей

QOO3 СОВЕТСКИ)(ONIH

РЕСПУБЛИК (19) (11) G 1 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАЕМ ИЗОТ-.ТЕНИЙ И ОтНРЫТИЙ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3498951/18-24 (22) 01. 10. 82 (46) 23.12.83. Бюл. )1 47 (72) В.A. Веселов, Г.В. Герхен-Губанов, В.Г. Кузнецов, Л.Н. Поляков, С.Ю. Тилли и В. К. Мишкинюк (.53) 629.113.018(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР .

Р 663608, кл. В 60 Q 11/00, 1977.

2. Патент США Р 3781111, кл. 01 С 3/08. опублик. 1973 (про- i тотип). (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДОТВРА-, ЩЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С HPEIMTCTBHЯМИ, содержащее первый датчик рас-стояний, оптически связанный с первым блоком сканирования, вычислитель, первый выход которого является выходом устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения информативности устройства, в него введены три датчика расстояний, три блока сканирования, коммутатор, два датчика наклона, датчики хода колес (по числу колес транспортного средства), выходы которых соединены с первой группой входов коммутатора, выход которого соединен с первым входом вычислителя, второй выход которого соединен с входами первого и второго датчиков расстояний, третий выход вычислителя соединен с входами третьего и четвертого датчиков расстояний, выходы датчиков расстояний подключены к второй группе входов коммутатора, вход которого является входом устройства, выходы первого и второго блоков сканирования соединены с вторым входом вычислителя, выходы третьего и четвертого блоков сканирования соединены с третьим входом вычислителя, второй, третий и четвер с тый датчики расстояний оптически вязаны с соответствующими блоками сканирования, выходы первого и вто- рого датчиков наклона соединены соот ветственно с четвертым и пятым входами вычислителя.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что вычислитель содержит компаратор, два функциональных преобразователя, и компараторов (n — число колес транспорт- ного средства), два формирователя импульсов, два синхронизатора, генератор частоты, селектор, коммутатор, выход которого соединен с первыми входами компаратора, первого и . ,второго функциональных преобразова,телей, и компараторов, выходы которых соединены с первым входом селек. тора, выходы компаратора первого и второго функциональных преобразователей соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым входами селектора, выход которого является первым выходом вычислителя,-первый вход коммутатора объединен с первыми входами первых и вторых формирователей импульсов и синхронизаторов, с входом генератора частоты и является первым входом вычислителя, выход генератора частоты подключен к вторым входам первых и вторых формирователей импульсов и синхронизаторов, первые выходы синхронизаторов соединены соответственно с вторым и третьим входом коммутатора, второй выход первого синхронизатора соединен с вторыми входами компаратора, первого и второго функциональных пре. оразователей, второй выход второго синхронизатора соединен с вторыми входами п компараторов, третьи выходы первого и второго синхронизаторов соединены с третьими входами первого и второго формирователей импульсов, первые выходы которых являются соответственно вторым и третьим выходами вычислителя, вторые вы ходы первого и второго формирователей

1062758

1 импульсов соединены соответственно с третьими входами nepsoro и второго синхронизаторов, четвертые входы ко-, торых являются соответственно втоИзобретение относится к устройствам, обеспечивающим безопасное движение автоматического транспортного средства (АТС) при его перемещении по сложной пересеченной местности, 5

Это устройство обеспечивает защиту

ATC от наезда на непреодолимые выступы (камни, бугры и т.п. локальные преграды) и впадины (трещины, ямы, кратеры и т.п.), от потери устойчи- 10 вости (опрокидывания при превышении допустимых углов крена и дифферента) как при прямолинейном движении, так и при поворотах.

Известно устройство, содержащее 15 источник света и фотодиод, размещенные на одном иэ внешних углов транспортного средства (TC) связанное с исполнительным органом..Источник размещен в месте установки фотодиода, на остальных углах ТС имеются зеркала, защищенные гибким ограждением, расположенные с разворотом на

90 друг к другу для образования лучом замкнутого контура вокруг

ТС )Q .

Однако это устройство обеспечивает защиту ТС только от столкновений с положительными препятсвиями, т.е. камни, столбы, стенки и т.д., при этом устройство срабатывает либо при пересечении преградой луча, либо при утыкании ТС в преграду гибким ограждением зеркал. Однако оно не защищает ТС от наиболее опасных препятствий типа впадин, обрывов, трещин и т.п., которые могут привести его к полной потере подвижности либо гибеЛи.

Наиболее близким к изобретению является лазерный детектор препятствий ближнего действия, состоящий иэ пятиканального лазерного дальномера с устройством сканирования для измерения дальности до поверхности 45 в пяти азимутальных направлениях перед ATC путем сканирования по углу возвышения и вычислительного блока, обрабатывающего получаемую от дальномера информацию и вырабаты- 50 вающего сигналы предупреждения при обнаружении непреодолимых препятствий. Эти сигналы используются блоком управления движением для выра рым и третьим входами вычислителя, второй и третий входы коммутатора являются четвертым и пятым входами вычислителя. ботки команд исполнительнйм устройством привода движения.

Однако известному устройству присущи следующие недостатки: наличие большой "мертвой зоны", т.е. непросматриваемого участка поверхности на продолжении колеи выходящего иэпод контроля сканирующего лазерного дальномера при движении ATC на дальностях менее б м; не гарантировано обнаружение препятствий типа ям, кратеров, трещин и т.п. в полосе движения в непосредственной близости перед ATC вследствие наличия "мертвой зоны", а обнаружение подобных препят ствий на больших дальностях невозможно из-за затеняющего влияния релье.фа; не обеспечена безопасность ATC при разворотах и движении назад. На.пример, формирование представления

lo геометрических характеристиках по верхности в непосредственной близос-. ти перед АТС и вдоль бортов для обесПечения безопасности разворотов и заполнения с этой целью памяти вычислительного блока информацией о геометрии рельефа от сканирующего лазерного дальномера в полосе, превышающей полосу движения, потребует памяти, объем которой превосходит возмощности существующих бортовых устройств; не может быть обеспечена высокая точность решения задачи из-за неучета динамики угловых перемещений и текущего положения АТС; не обес.печена безопасность ATC при движении поперек склонов, когда за счет поперечного сползания в сторону уклона, истинный курс движения близок к крайнему сканируемому азимутальному направлению, либо существенно превышает его.

Эти недостатки объясняются малой информативностью устройства, в результате чего надежность обеспече,ния безопасности движения ATC невелика °

Целью изобретения является повышение информативности устройства для, обеспечения безопасности движения и поворотов ATC при его движении по пересеченной местности в условиях отсутствия априорной информации о рельефе.

1062758 первого и второго функциональных преобразователей, второй выход второго синхронизатора соединен со вторыми входами и компараторов,третьи выходы первого и второго синхронизаторов соединены с третьими входами первого и второго формирователей импульсов, первые выходы которых являются соответственно вторым и треть. им выходами вычислителя, вторые вы-!

О ходы первого и второго формирователей импульсов соединены соответственно с третьими входами первого и второго синхронизаторов, четвертые входы которых являются соответствен15 но вторым и третьим входами вычислителя, второй и третий входы коммутатора являются четвертым и пятым входами вычислителя.

30, 35

Вычислитель содержит компаратор, два функциональных преобразователя, и компараторов (n — число колес транспортного средства), два формирователя импульсов, два синхрони- 40 затора, генератор частоты, селектор, коммутатор, выход которого соединен с первыми входами компаратора первого и второго функциональных преобразователей, и компараторов, выходы которых соединены с первым входом селектора, выходы компаратора, первого и второго функциональных преобразователей соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами селектора, выход которого является первым выходом вычислителя, первый вход коммутатора объединен: с первыьк входами первых и вторых формирователей импульсов и синхронизаторов, с входом . 55 генератора частоты, и является первым входом вычислителя, выход. генератора частоты подключен к вторым входам первых и вторых формирователей импульсов и синхронизаторов, ФО первые выходы синхронизаторов соединены соответственно с вторым и третьим входом коммутатора, второй выход первого синхронизатора соединен со вторыми входами компаратора, 5

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для предотвращения столкновения автоматического транспортного средства с препятствиями, содержащее датчик расстояний, опти-, чески связанный с блоком сканирования, вычислитель, первый выход которого является выходом устройст,ва, введены три датчика расстояний, три блока сканирования, коммутатор, два датчика наклона, датчики хода колес (по числу колес транспортного (средства), выходы которых соединены с первой группой входов коммутатора, выход которого соединен с первым входом вычислителя, второй выход которого соединен с входами первого и второго датчиков расстояния, третий выход вычислителя соединен с входами третьего и четвертого датчиков расстояний, выходы датчиков расстояний - к второй группе входов коммутатора, вход которого является входом устройства, выходы первого и второго блоков сканирования соединены с вторым входом вычислителя, выходы третьего и четвертого блоков сканирования соединены с третьим входом вычислителя,второй, третий и четвертый датчики расстояний оптически связаны с соответствующими блоками сканирования, выходы первого и второго датчиков наклона соединены соответственно с четвертым и пятым входами вычис,лителя.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства для предотвращения столкновения автоматического транспортного средства с препятствиями; на фиг. 2 - блок-схема вычислителя; на фиг. 3 — расположение íà ATC датчиков расстояний и блоков сканирования, датчиков хода колес и зон обзора поверхности вокруг АТС, Устройство для предотвращения столкновений ATC с непреодолимыми рельефными образованиями состоит иэ блоков 1 и 2 сканирования, расположенных впереди сзади ATC (фиг. 3), блоков 3 и 4 сканирования, расположенных по бортам АТС, датчиков 5 — 8 расстояний, например лазерных локаторов малых расстояниЯ, оптически связанных с соответствующими блоками 1 — 4 сканирования и электрически связанных со входами коммутатора

9, датчиков 10-15 хода колес, связанных с вычислителем 16 через коммутатор 9, ко входам вычислителя 16 подключены также датчики 17 и 18 наклона, вычислитель включает в себя (фиг. 2) компаратор. 19, два функцио нальных преобразователя 20 и 21, коммутатор 22, синхронизатор 23, формирователь 24 импульсов, синхронизатор 25, формирователь 26 импульсов, генератор 27 частоты, компараторы

28-33, селектор 34.

Структура вычислителя построена в соответствии с рассмотренными ниже задачами и алгоритмами обеспечения безопасности движения. Схемное постро ение определяется структурами используемых формальных описаний алгоритмов (формулы 1-4), Селектор 34 может быть выполнен, например, в виде набора рекурсивных фильтров, реализуемых на сдвиговых регистрах и логических элементах, и предназначен для повышения достоверности принимаемых решений при случайеас ошибочных измерениях датчиков и сбоев вычислителя 16.

1062758 устройство при движении, например шестиколесного ATC по пересеченной местности работает следующим образом.

В зависимости от вида выполняемого дни>кения коммутатор 9 по командам, поступающим от системы упранления движением, осуществляет подключение соответствующих комбинаций датчиков устройства на входы компаратора 19 функциональных преобразователей 20 и 21, компараторон 28-33, и формирует необходимый для синхрони. заторон 23 и 25 формирователей ?4 и

26 импульсов вычислителя 16 сигнал.

При этом подключаемая комбинация. такова, что суммарная информация 15 от них поз ноляет решать по з аложенным в вычислителе 16 алгоритмам задачу обеспечения безопасности данного нида движения с наибольшей эффективностью. Измерение дальностей 20 до поверхности датчиками 5-8 производится только н том случае, если формирователи 24 и 26 импульсов выдают соответствующие команды запуска лазерных измерителей. 25

Например, по команде "Вперед" коммутатор 9 подключает к входам компаратора 19 и функциональных преобразователей 20 и 21, компараторов 28-33 датчик 5 расстояний, который осуществляет измерения дальности по командам> формируемым фор мирователем 24 импульсов. К вычислителю 16 подключаются также в случае использования описанных ниже алгоритмов обработки выходы датчиков 17 и 18 наклона и выходы датчиков 10-15 хода колес ATC. Проходимость рельефа при данном виде движения оценивается по следующим формулам. 40

Для локальных препятствий а по в где а — измерения дальности до по- 45

« верхности, выполненные датчиком 5 расстояний в зоне

35 обзора поверхности (фиг. 3)

"„, — предельное допустимое (поporoBoe) значение дальности 50 до препятствий, высота {глубина) которого преодолима для АТС; оценка производится компаратором 19. для прогнозируемого угла дифферен-55 та (Чп„)

pp - "Дап (2)

+ (((î + î — «>+ уо)/1, е 60 где Ч вЂ” текущее з н ачение угла дифферента от датчика 17;

L — длина ATC (расстояние между осями передних и задних колес); (0и(>)

Упр Хдоп )

= +К - (Z -Ь +у -y +уо -у ) /S

ПР 0 Р «2 текущее значение угла крена от датчика 18; ширина АТС; координаты точек рельефа под средними колесами ATC в системе координат, связанной с ATC. предельно допустимое для ATC значение угла крена; коэффициент, определяемый характеристикой подвески. где

В ««4 вдов

К1

Оценка и вычисления производятся функциональным преобразователем 21..

При невыполнении хотя бы одного иэ условий (1-3) по соотнетстнующим сигналам от компаратора 19 и функциональных преобразователей 20 и

21 селектором 34 формируется сигнал для системы управления движением.

Датчики 7 и 8 осуществляют измерения и подключаются к вычислителю

16 через коммутатор 9 либо по команде "Налево" и "Направо", либо при движении ATC по косогорам {т,е. с боковым креном при наличии потенциальной опасности поперечного скольжения машин), о чем устройство информируется датчиком 18. Безопасность поворотов и защита от опрокидывания прогнозируется по информации от боковых датчиков, по оценкам выполнения условий вида

1 а, ti

«(и) доп t а tn< q(n) Д0п 11 п««п (H) дои t

mox(n)

Доп ц

«aa1 (n) cl

«(n) где

i-е измерение дальности в зоне 36 обзора поверхнос) ти в области n-ro колеса (областью колеса зоны обзора считаем измерения в

1/3 длины всей зоны сканирования, расположенной напротив этого колеса);

i-e измерение дальности в зоне 37 обзора понерхности в области п-го колеса;

11 а

«(««) уо,—. координаты точек рельефа ч,а под передними колесами в сис" теме координат связанной с

АТС; у — то же, для задних колес АТС;

v — предельно допустимое для ATC доп значение угла дифферента;

К вЂ” коэффициент, учитывающий возмо>кный провис колес.

Оценка и вычисления производятся функциональным преобразователем 20;

Для прогнозируемого угла крена

1062758 "< "-допустимое иаксимальное "" ю,(минимальное), значение дальности для зоны 36 (I) или зоны 37 (II) обзора поверхности в области . п-го колеса;

n - число колес АТС, Решение шести (для шестиколесного

ATC) подобных неравенств дают достаточно полную картину соответствия воз можностей ATC по профильной проходимости - профилю рельефа по бокам от

АТС Это решение осуществляется ком . параторами 28-33.

Такое построение вычислителя с разграничением функций блоков распозна- . вания позволяет осуществлять обработку информации для принятия решения о непреодолимости рельефного образования только от тех датчиков расстояний, которые направлены в сторону вектора перемещения транспортного средства при различных вариантах прямолинейного движения или поворота.

При этом массо-габаритные и энергетические характеристики вычислителя позволяют осуществить его реализацию в бортовом варианте исполнения.

Таким обравом, предлагаемое устрой ° ство обеспечивает повышение безопасности прямолинейного движения и поворотов ATC на пересеченной местности

«в условиях неподготовленного рельефа и отсутствия априорной информации о нем за счет измерения геометрических характеристик рельефа вокруг всего

ATC в непосредственной близости от него практически без "мертвых зон" непросматриваемой поверхности; повышением точности прогнозирования непреодолиьых рельефных образований, уак как сведено к минимуму влияние динамики процесса движения, и устройство учитывает текущее положение

ATC и взаимодействие его с подстилающей поверхностью, за счет оценки безопасности каждого вида ,движения по собственным алгоритмам, учитывающим наиболее ответственную для него информацию; устройство обеспечивает решение вопросов прогнозирования опасных рельефных образований в рельефном масштабе времени движения АТС, Кроме того, массо-габаритные

:и энергетические характеристики устройства позволяют осуществить

его реализацию в бортовом исполнении.

1062758

Фиг 2

ВНИИПИ Эакаэ 10224/53 .Тираж 618 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4