Система стабилизации курса для транспортного средства

 

Изобретение относится к автомобилестроению и может быть использовано в системах управления подвижными объектами. Путем незначительной модификации изобретение может быть использовано для запоминания курса движения и затем для воспроизведения движения по переменному во времени курсу. Цель изобретения - создание дешевых и высокоточных систем ориентации для транспортных средств. Предложенная система состоит из блока управления , блока коррекции курса, блока преобразования информации, блока памяти программ, блока памяти данных, блока портов ввода-вывода, блока управления рулевым приводом и блока индукционного датчика курса. Разработана и апробирована модель системы и синтезирована оптимальная конфигурация для решения народнохозяйственных задач. Разработан алгоритм работы системы и программное обеспечение. 8 ил.

Изобретение относится к автомобилестроению и может быть использовано на транспортных средствах.

Известно устройство для измерения расстояния до предметов-трассировщик, которое содержит систему сбора информации, схемы обработки информации, приборы зарядовой связи и цепь управления. Недостатками устройства является слож-ность системы сбора информации, невозможность работы устройства на неподготовленной заранее трассе, а именно известность опорных координат.

Наиболее близким техническим решением является транспортное средство с системой ориентации, которое содержит гироскоп и соединенную с ним систему ориентации транспортного средства, а также вычислитель и систему управления.

Известное техническое решение сложно в реализации, ориентация выполняется путем коррекции системы при проезде через известные точки, система требует настройки перед работой и имеет различную точность в зависимости от направления движения, а также сказываются погрешности, связанные с нутацией и другими ошибками гироскопа.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение технико-эксплуатационных характеристик системы ориентации транспортного средства, расширение функциональных возможностей, повышение надежности, комфорта, снижение стоимости, снижение потребления горючего.

Это достигается тем, что в систему стабилизации курса для транспортного средства, включающую блок вычисления, блок определения курса, блок преобразования информации, снабженной блоком памяти программ, введены блок памяти данных, блок портов ввода-вывода, блока управления рулевым приводом и блок индукционного датчика курса, выполненный в виде последовательно соединенных генератора индукционного датчика магнитного поля Земли и демодулятора, вход выход которого подключен к индукционному датчику магнитного поля Земли, а выход индукционного датчика магнитного поля Земли является выходом блока индукционного датчика курса, блок преобразования информации выполнен в виде последовательно соединенных фильтра, устройства выборки хранения и аналого-цифрового преобразователя, группа входов-выходов которого является группой входов-выходов блока преобразования информации, а первый вход фильтра и второй вход устройства выборки и хранения являются соответственно первым и втором входами блока преобразования информации, третий вход-выход аналого-цифрового преобразователя соединен соответственно с входом-выходом блока портов ввода-вывода, четвертый вход-выход блока портов ввода-вывода соединен с первым входом-выходом блока управления, блок коррекции курса выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя код-число импульсов, распределителя тактовых импульсов, блока транзисторных ключей, шагового реверсивного двигателя и зубчато-червячного редуктора, причем вход преобразователя код число импульсов является входом блока коррекции курса, блок управления выполнен в виде последовательно соединенных блока запуска и цифрового блока управления, при этом выход блока индукционного датчика курса подключен к первому входу блока преобразования информации, к второму входу которого подключен первый выход блока портов ввода-вывода, второй выход которого подключен к входу блока управления рулевым приводом, а второй и третий вход и четвертый выход блока управления соединены соответственно с входом-выходом блока памяти данных, с выходом блока памяти программ и входом блока коррекции курса.

Указанная цель обеспечивается применением индукционного датчика курса, работающего через блок преобразования информации совместно с блоком управления системой, причем в системе производится стабилизация заданного оператором направления движения транспортного средства. Отработка воздействий на гидроусилитель руля выполняется блоком коррекции курса, причем система включается в работу с помощью блока управления рулевым приводом.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы стабилизации курса для транспортного средства; на фиг.2 и 3 представлена функциональная схема системы стабилизации курса для транспортного средства; на фиг.4 показан общий вид системы стабилизации курса для транспортного средства; на фиг.5 модель системы стабилизации курса для транспортного средства; на фиг.6-8 приведен алгоритм работы системы стабилизации курса для транспортного средства.

Система стабилизации курса для транспортного средства состоит из восьми блоков (см. фиг.1): блока управления системой 1, блока портов ввода-вывода 2, блока управления рулевым приводом 3, блока памяти программ 4, блока памяти данных 5, блока памяти данных 5, блока коррекции курса 6, блока индукционного датчика курса 7, блока преобразования информации 8. При этом блок управления 1 соединен своим четвертым выходом с входом блока коррекции курса 6, своим входом-выходом 1 с входом-выходом 4 блока портов ввода-вывода 2, своим входом-выходом 2 с входом-выходом блока памяти данных 5, своим входом 3 с выходом блока памяти программ 4, при этом блок портов ввода-вывода 2 вторым выходом соединен с блоком управления рулевым приводом 3, блок индукционного датчика курса 7 соединен с первым входом блока преобразования информации 8. Блок индукционного датчика курса 7 содержит генератор 9 и последовательно соединенный с ним индукционный датчик магнитного поля Земли 10 и демодулятор 11, второй вход-выход которого подключен к второму входу-выходу индукционного датчика магнитного поля Земли 10, а выход индукционного датчика магнитного поля Земли 10 соединен с блоком преобразования информации 8, содержащим последовательно соединенные фильтр 12, устройство выборки-хранения 13, аналого-цифровой преобразователь 14.

При этом блок коррекции курса 6 содержит последовательно соединенные преобразователь код-число импульсов 15, распределитель тактовых импульсов 16, блок транзисторных ключей 17, шаговый реверсивный двигатель 18, зубчато-червячный редуктор 19. Блок управления системой 1 содержит последовательно соединенные блок запуска 20 и блок управления 21. Блок управления 21 (см. фиг. 2) содержит генератор тактовых импульсов 22, причем к его входам XTAL1 и XTAL2 подсоединены последовательно соединенные кварц 23 и конденсатор 24, а к входу RESIN через последовательно соединенные элементы ИЛИ-НЕ 25, 26 подключен блок запуска 20 (фиг.1) блока управления 21, состоящий также из резистора 27, диода 28, конденсатора 29, ключа 30, причем ключ 30 и конденсатор 29 одним из своих входов подключены к массе, а диод 28 и резистор 27 одним из своих входов подключены к источнику питания напряжением +5 В.

Вход RDYIN генератора тактовых импульсов 22 через резистор 31 соединен с источником питания напряжением +5 В. Выходы F1, F2, RESET, READY, SYNC генератора тактовых импульсов 22 соединены с входами F1, F2, RESET, READY, SYNC процессора блока управления 32. Входы HOLD, INT через резистор 33 соединены у процессора блока управления 32 с массой. Шина адреса процессора блока управления 32 соединена с шиной адреса буфера 34. Причем шина данных, выходы HLDA, DBIN, WR соединены с шиной данных входами HLDA, DBIN, WR системного контроллера 35. Вход OF буфера 34 соединен с выходом HLDA процессора блока управления 32. Вход Т буфера 34 через резистор 36 соединен с источником питания напряжением +5 В. Вход STSTB системного контроллера 35 соединен с входом STSTB генератора тактовых импульсов 22. Вход BUSEN соединен у системного контроллера 35 с массой.

Блок портов ввода-вывода 2 содержит адаптер 36, причем шина данных адаптера 36 соединена с шиной данных системного контроллера 35. Входы А1, А0 адаптера 36 соединены с шиной адреса буфера 34. Вход WR адаптера 36 соединен с выходом 1/0W системного контроллера 35 и с первым входом элемента И-НЕ 37. Вход RD адаптера 36 соединен с выходом 1/0R системного контроллера 35 и с вторым входом элемента И-НЕ 37. Выход элемента И-НЕ 37 соединен с первым входом элемента И-НЕ 38. Второй вход элемента И-НЕ 38 соединен с выходом дешифратора 39. Вхоы А2.А7 дешифратора 39 соединены с шиной адреса буфера 34. Вход Е дешифратора 39 соединен с массой. Выход элемента И-НЕ 38 соединен с входом CS адаптера 36. Вход RESET адаптера 36 соединен с выходом RESET генератора тактовых импульсов 22.

Блок управления рулевым приводом 3 содержит триггер 40, причем инверсный выход триггера 40 соединен с обоими входами И-НЕ 41. Выход элемента И-НЕ 41 через резистор 42 соединен с источником питания напряжением +25 В. Также выход элемента И-НЕ 41 соединен с одним из входов электромагнита 43 и диода 44. Другой выход электромагнита 43 и диода 44 соединен с массой. Вход установки триггера 40 соединен с выходом С2 адаптера 36 блока портов ввода-вывода 2. Вход сброса триггера 40 соединен с выходом СЗ адаптера 36 блока портов ввода-вывода 2.

Блок памяти программ 4 содержит дешифратор 45, постоянное запоминающее устройство 46, элемент 2И-НЕ 47. Блок памяти данных 5 содержит оперативное запоминающее устройство 48, элементы ИЛИ-НЕ 49, 2И-НЕ 50, 2И-НЕ 51.

Блок коррекции курса (см. фиг.3) 6 содержит регистр 52, триггеры 53, 54, счетчик 55, элемент И 56, элемент 2И-НЕ 57, элемент 2НЕ-И 58, элементы 2И-НЕ 59-70, резисторы 71-78, конденсаторы 78-80, транзисторы 81-84, диоды 85-88. Блок индукционного датчика курса 7 содержит генератор синусоидального напряжения 89 и трансформатор 90, а также трансформатор 91, резисторы 92-95 диоды 96-99. Блок преобразования информации 8 содержит резистор 100, конденсаторы 101, 102, устройство выборки-хранения 103, аналого-цифровой преобразователь 104.

Система стабилизации курса для транспортного средства (см. фиг.4) также содержит ключ 105 для включения системы в работу, рулевую колонку 106, стойку 107 для крепления системы стабилизации курса для транспортного средства, электромагнит 108, служащий для подключения блока управления рулевым приводом 3 и соответственно ведомого колеса зубчато-червячного редуктора 109 к рулевой колонке 106. На фиг.4 также показаны ведущее колесо зубчато-червячного редуктора 110 и шаговый реверсивный двигатель 111, гидроусилитель рулевого привода 112, типовой элемент замены 113, в котором реализована цифровая и аналоговая части системы стабилизации курса для транспортного средства, а также помехозащищенный кабель 114 для подключения индукционного датчика 115 магнитного поля Земли.

На изображенной на фиг.5 модели системы стабилизации курса для транспортного средства представлен задатчик угловой скорости вращения транспортного средства 116, микроЭВМ 117, шаговый реверсивный двигатель 118, зубчато-червячный редуктор 119, гидроусилитель рулевого привода 120, причем все указанные позиции на фиг.5 являются эквивалентами реальных элементов и их передаточные функции приближенно отражают элементы реального объекта. В модели также имеется эквивалент рулевого привода 121, шасси транспортного средства 122, сумматор 123, причем применение сумматора 123 вызвано необходимостью моделирования системы, а также датчик магнитного курса 124. На датчик магнитного курса 124 действует входная величина Ψ представляющая собой составляющую напряженности магнитного поля Земли, а на задатчик угловой скорости вращения транспортного средства 116 действует входная величина S, которая в модели системы стабилизации курса для транспортного средства является реакцией на руль водителя транспортного средства.

Для доказательства получения положительного эффекта при взаимодействии отдельных элементов системы стабилизации курса для транспортного средства и его работоспособности производится описание работы системы стабилизации курса для транспортного средства. Так при включении питания системы ключом 105 для включения системы в работу подается питание на все микросхемы, осуществляется подача сигнала сброса для всей системы, после чего начинается инициализация системы. По сигналу сброса с блока запуска 20 счетчик адресов команд блока управления 21 сбрасывается в "0". Блок управления 21 считывает из блока памяти программ 4 команды, вырабатывает сигналы управления системой и осуществляет необходимые вычисления в соответствии с алгоритмом, представленным на фиг.6-8. Блок индукционного датчика курса 7 выдает сигнал, соответствующий пространственной ориентации транспортного средства, при этом генератор 9 (см. фиг.1) и демодулятор 11 служат для получения и демодуляции сигнала с датчика 10 индукционного магнитного поля Земли. В блоке преобразования информации сигнал с выхода блока индукционного датчика курса 7 фильтруется фильтром 12. По сигналу с блока управления 21, переданному через блок портов ввода-вывода 2, сигнал с выхода фильтра 12 фиксируется на устройстве выборки и хранения 13 по соответствующей команде с блока управления 21. Затем в соответствии с алгоритмом происходит ан аналого-цифровое преобразование сигнала на аналого-цифровом преобразователе 14, при этом управляющий сигнал на запуск преобразования в АЦП 14 приходит с блока управления 21 через блок портов ввода-вывода 2. Сигнал окончания преобразования с АЦП 14 через блок портов ввода-вывода 2 приходит на блок управления 21. По сигналу окончания преобразования с АЦП блок управления 21 считывает через блок портов ввода-вывода 2 результат преобразования с АЦП 14 в цифровом коде, а именно текущую координату по алгоритму работы системы. Координата К₃, запоминающая заданное направление движения, затем в цифровом коде по сигналу с блока управления 21 заносится в блок памяти данных 5. Затем в соответствии с алгоритмом работы системы аналогично считывается преобразованный в цифровую форму сигнал с выхода индукционного датчика курса блока 7 и вычисляется величина ошибки курса. В зависимости от величины ошибки курса блок управления 21 формирует управляющий сигнал в виде цифрового кода, который подается на блок коррекции курса 6 и далее на преобразователь код-число импульсов 15, состоящий из регистра хранения кода 52 (см. фиг.2), и далее счетчик 55 пропускает на выход число импульсов пропорциональное управляющему коду.

Распределитель тактовых импульсов 16 служит для распределения импульсов и подает импульсы на блок транзисторных ключей 17, и далее на обмотки шагового реверсивного двигателя 18, который приводит соответственно зубчато-червячный редуктор 19. В качестве индукционного датчика магнитного поля Земли применен ИД4, при этом для работы системы на ИД4, работающий в режиме фазовращателя, подается синусоидальное напряжение с генератора синусоидального напряжения 89. При этом в режиме фазовращения включенный индукционный датчик ИД4 работает на одной частоте, а именно 400 Гц и напряжении до 2 В, причем со сдвигом фаз меняется амплитуда выходного напряжения, идущего на трансформатор 91. Это изменение амплитуды происходит вследствие произведения двух сигналов, входного и опорного, причем опорное напряжение управляет положением знака, а напряжение сигнала в 6 раз меньше опорного и обеспечивается трансформатором 90. В результате происходит эффективная коммутация диодов 96-99 демодулятора. Далее фильтр с элементами 100, 101 убирает несущие и таким образом выделяется искомая огибающая и по ней вычисляется рассогласование курса.

Использование данной системы стабилизации курса для транспортного средства позволяет значительно облегчить работу водителя, также облегчается труд механизаторов при применении системы на сельскохозяйственной технике, при работе в опасной для человека среде применение указанной системы позволяет обойтись без водителя вообще, а путем незначительной модификации данная система может быть использована для запоминания курса движения и затем для воспроизведения движения по заданному переменному во времени курсу. При применении системы улучшаются технико-эксплуатационные характеристики транспортного средства.

Формула изобретения

Система стабилизации курса для транспортного средства, включающая блок управления, блок коррекции курса и блок преобразования информации, отличающаяся тем, что в нее введены блок памяти программ, блок памяти данных, блок портов ввода-вывода, блок управления рулевым приводом и блок индукционного датчика курса, состоящий из генератора, индукционного датчика магнитного поля Земли, демодулятора, причем первый выход генератора соединен с входом индукционного датчика магнитного поля Земли, второй выход генератора соединен с входом демодулятора, вход-выход индукционного датчика магнитного поля Земли соединен с входом-выходом демодулятора, а выход индукционного датчика магнитного поля Земли является выходом блока индукционного датчика курса, блок преобразования информации выполнен в виде последовательно соединенных фильтра, устройства выборки и хранения, аналого-цифрового преобразователя, группа входов-выходов которого является группой входов-выходов блока преобразования информации, а первый вход фильтра и второй вход устройства выборки и хранения являются первым и вторым входами блока преобразования информации, вход-выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом-выходом блока портов ввода-вывода, вход-выход блока портов ввода-вывода соединен с первым входом-выходом блока управления, блок коррекции курса выполнен в виде последовательно соединенных преобразователя код число импульсов, распределителя тактовых импульсов, блока транзисторных ключей, шагового реверсивного двигателя, зубчато-червячного редуктора, причем вход преобразователя код число импульсов является входом блока коррекции курса, блок управления выполнен в виде последовательно соединенных блока запуска и цифрового блока управления, при этом выход блока индукционного датчика курса подключен к первому входу блока преобразования информации, к второму входу которого подключен первый выход блока портов ввода-вывода, второй выход которого подключен к входу блока управления рулевым приводом, а второй вход-выход, третий вход и четвертый выход блока управления соединены с входом-выходом блока памяти данных, выходом блока памяти программ и входом блока коррекции курса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8