Устройство визуального отображения параметров движения транспортного средства
Изобретение относится к технике световой сигнализации транспортных средств (ТС), преимущественно автотранспорта. Устройство содержит датчик параметров движения и блок светосигнализации (сигнальное табло), имеющий источники света (транспаранты) различного цвета свечения. При движении ТС датчиком параметров движения формируются сигналы, пропорциональные текущим значениям ускорения и скорости ТС, которые, в зависимости от значения, подключают один из сигнальных элементов блока светосигнализации к цепи электропитания. Предложены различные конкретные технические решения по реализации измерителя параметров движения и сигнального табло (в том числе и выполнение световербального табло в виде дисплея, к которому дополнительно добавлен блок ввода, хранения, выбора и выдачи на табло произвольного текста). Изобретение повышает безопасность вождения ТС путем повышения информативности световой сигнализации для других, следующих позади, участников дорожного движения. 17 з.п. ф-лы, 15 ил.
Изобретение относится к вспомогательным системам световой сигнализации транспортных средств, преимущественно автотранспорта, предназначенным для подачи сигналов водителям других транспортных средств, следующих позади, для повышения безопасности вождения.
Известно традиционное устройство сигнализации торможения транспортного средства, содержащее в своем составе выключатель, механически связанный с педалью тормоза, и лампы стоп-сигналов, включение которых происходит при нажатии педали тормоза [Шувалов Л.П. Автомобиль ЖИГУЛИ. М.: Издательство ДОСААФ, 1974, стр.242].
Это устройство обладает, однако, следующими недостатками: оно не дает дополнительной информации (кроме торможения) о параметрах движения транспортного средства и не учитывает торможение двигателем.
Известно устройство сигнализации торможения транспортного средства, содержащее лампы стоп-сигнала, в цепь питания которых включены последовательно соединенные контакты стоп-сигнала, диоды, обмотка контрольного реле, контакт которого заземлен и через контрольные лампы подключен к точкам соединения контактов стоп-сигнала и диодов, и отличающееся тем, что оно снабжено контактами замка зажигания, контактами электропневмоклапана экономайзера принудительного холостого хода и исполнительным реле, которое обеспечивает срабатывание устройства при размыкании контактов электропневмоклапана экономайзера принудительного холостого хода, происходящем при «торможении двигателем» [Устройство сигнализации торможения транспортного средства. Абрамов М.М., Бубенников С.В. и Новиков Н.Н.: Авторское свидетельство SU 1473994, кл. В 60 Q 1/44, 23.04.89, Бюл. №15].
Неучет торможения двигателем в этом устройстве преодолен тем, что включение стоп-сигналов происходит не только при нажатии педали тормоза, но и в режиме принудительного холостого хода, если транспортное средство имеет экономайзер принудительного холостого хода.
Недостатком этого устройства является техническая сложность реализации и интеграции в схемы электрооборудования транспортных средств и, как следствие, коммерческая неперспективность. Да и использовать это устройство можно только при наличии у транспортного средства экономайзера принудительного холостого хода, что ограничивает его возможное применение.
Известно устройство сигнализации торможения транспортного средства, содержащее датчик скорости и формирователь сигнала торможения, выполненный на исполнительном реле, замыкающий контакт которого включен параллельно выключателю, механически связанному с педалью тормоза, и подключен в цепь сигнальных ламп торможения, и отличающееся тем, что датчик скорости выполнен на магнитодиоде, взаимодействующем с вращающимся постоянным магнитом магнитоиндукционного спидометра, а устройство снабжено импульсным анализатором ускорения (содержащим элементы задержки, счетчик импульсов, триггеры, элементы И, генератор импульсов, блоки уставки ускорения и сравнения), вход которого соединен с выходом датчика скорости, а выход - с входом формирователя сигнала торможения [Устройство сигнализации торможения транспортного средства. Загородних А.Н., Гальянов И.В. и Суздальцев А.И.: Авторское свидетельство SU 1568419, кл. В 60 Q 1/44, 07.05.91, Бюл.№17].
В этом устройстве включение стоп-сигналов происходит не только при нажатии педали тормоза, но также по сигналу от «анализатора ускорения».
Однако техническая сложность интеграции в схему электрооборудования транспортного средства ведет к коммерческой неперспективности устройства. Кроме того, в этом устройстве принципиальные возможности датчика скорости с анализатором ускорения использованы не полностью: не сигнализируется увеличение скорости (положительное ускорение) и скорость движения.
Прототипом настоящего изобретения является известное дополнительное сигнальное устройство, содержащее светосигнальный фонарь, который часто ставится в легковых автомобилях сзади, обычно в салоне на заднем стекле, и используется как третий дополнительный стоп-сигнал, то есть включается выключателем стоп-сигналов, механически связанным с педалью тормоза. [Например: Изделие «Two Way Brake Light BL 085», изготовитель FAWAZ AL KHATEEB CO, http://pride.ru/catalog/2/201/9_18116.html].
Преимуществом такого применения этого устройства является повышение надежности путем дублирования информации о торможении транспортного средства.
Это устройство обладает следующими недостатками: торможение двигателем не ведет к включению светосигнального фонаря и устройство не дает информации о скорости движения и положительном ускорении.
Задачей изобретения является повышение безопасности вождения транспортного средства путем придания дополнительному сигнальному устройству информативности о скорости движения, положительном ускорении («НЕ ОБГОНЯЙ»), отрицательном ускорении транспортного средства («ТОРМОЗИ»), а также придания ему функции передачи произвольной информации в текстовой форме.
Поставленная задача решается тем, что дополнительное сигнальное устройство, содержащее выключатель и светосигнальный индикатор, которое устанавливается в транспортном средстве сзади - в салоне на заднем ветровом стекле или крыше, преобразовано в устройство визуального отображения параметров движения транспортного средства, отличающееся тем, что:
1. Для повышения информативности о параметрах движения транспортного средства оно содержит светоиндикатор в виде сигнального табло, имеющего элементы - источники света различного цвета свечения, которые, при необходимости - если входной сигнал по мощности недостаточен для создания полноценного светового потока, могут быть снабжены усилителями мощности на входах, и датчик параметров движения, который измеряет скорость движения и ее производную, то есть положительное - разгон и отрицательное - торможение ускорение, и имеет выходы:
- выход «положительное ускорение», соединенный с элементом сигнального табло - транспарантом «НЕ ОБГОНЯЙ», например, синего цвета свечения;
- выход «отрицательное ускорение», соединенный с элементом сигнального табло - транспарантом «ТОРМОЗИ», красного цвета свечения;
- выход «постоянная скорость», соединенный с элементом сигнального табло - транспарантом «ДЕРЖИ ДИСТАНЦИЮ», например, желтого цвета свечения, если сигнальное табло имеет 3 элемента.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, для использования магнитомеханического спидометра транспортного средства для измерения параметров движения, датчик параметров движения выполнен в виде тахогенератора постоянного тока, соединенного с валом спидометра, и дифференцирующего устройства в виде CR-цепочки, при этом выход дифференцирующего устройства через первый диод, включенный в прямом направлении, соединен с выходом датчика параметров движения «Положительное ускорение» и через второй диод, включенный в обратном направлении, - с выходом датчика параметров движения «Отрицательное ускорение»; а выход тахогенератора соединен с выходом датчика параметров движения «Постоянная скорость».
3. Устройство по п.1 и п.2, отличающееся тем, что, для повышения надежности, датчик параметров движения выполнен на тахогенераторе переменного тока с выпрямителем и сглаживающим фильтром.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, для использования электрического импульсного спидометра транспортного средства для измерения параметров движения, датчик параметров движения выполнен в виде электронной схемы, содержащей повторитель с высоким входным сопротивлением, присоединенный своим входом к датчику импульсов электрического спидометра, а выходом - к входу управляемого тактовым генератором счетчика с последовательным вводом и параллельным выходом, который своим параллельным выходом, через шифратор, соединен с выходом датчика параметров движения «Постоянная скорость», то есть с цифровым элементом сигнального табло «Держи дистанцию», рекомендующим дистанцию в метрах в зависимости от текущей скорости транспортного средства в соответствии с правилами дорожного движения, например, в виде текстового сообщения «Держи дистанцию [число] метров», и регистром, как минимум на два числа; регистр выходом первого числа соединен с вычитающим входом сумматора, а выходом второго числа с суммирующим входом сумматора; выход сумматора соединен через демультиплексор с выходами датчика параметров движения;
управляющий вход демультиплексора соединен с выходом знака разности сумматора так, что отрицательная разность подается через шифратор на выход датчика параметров движения «Отрицательное ускорение», то есть на цифровой элемент сигнального табло «ТОРМОЗИ», выводящий, например, текстовое сообщение «Торможу с перегрузкой [число] g», а положительная разность подается через шифратор на выход датчика параметров движения «Положительное ускорение», то есть на цифровой элемент сигнального табло «НЕ ОБГОНЯЙ», выводящий, например, текстовое сообщение «Ускоряюсь с перегрузкой [число] g»; тактовый генератор соединен с управляющими входами счетчика, регистра, сумматора и демультиплексора.
5. Устройство по п.1 и п.4 отличающееся тем, что, для использования электрического импульсного спидометра транспортного средства для измерения параметров движения и упрощения конструкции по п.4 на основе применения современной элементной базы датчик параметров движения выполнен в виде электронной схемы, содержащей повторитель с высоким входным сопротивлением, присоединенный своим входом к датчику импульсов электрического спидометра, а выходом - к входу микроконтроллера (микроЭВМ), запрограммированного в соответствии с п.4, выходы которого «Положительное ускорение», «Постоянная скорость» и «Отрицательное ускорение» через шифраторы соединены с цифровыми элементами сигнального табло «НЕ ОБГОНЯЙ», «Держи дистанцию» и «ТОРМОЗИ» соответственно, выводящими, например, текстовые сообщения «Ускоряюсь с перегрузкой [число] g», «Держи дистанцию [число] метров» и «Торможу с перегрузкой [число] g» соответственно.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, для получения автономного от штатных узлов транспортного средства измерителя параметров движения, датчик параметров движения выполнен в виде автономного акселерометра с закрепленной в корпусе на упругих элементах инерционной подвижной массой, перемещающейся по ходу, то есть вдоль продольной оси транспортного средства, например, с плоскопараллельным перемещением массы или маятникового типа, воздействующей на переключатели «Положительное ускорение», «Отрицательное ускорение» и «Постоянная скорость».
7. Устройство по п.1 и п.6 отличающееся тем, что, для использования простого жидкостного маятникового датчика ускорения, датчик параметров движения выполнен в виде установленной вдоль хода движения, изготовленной из диэлектрика изогнутой трубки, передняя и задняя полости которой соединены капилляром для демпфирования колебаний электропроводящей жидкости, например ртути, которой изогнутая трубка частично заполнена, имеющей симметрично расположенные контакты, соединенные следующим образом: контакт по ходу движения соединен с выходом «Отрицательное ускорение», контакт против хода движения соединен с выходом «Положительное ускорение», верхний средний контакт, установленный на верхнем, для состояния покоя, уровне жидкости - с выходом датчика параметров движения «Постоянная скорость»; а нижний средний контакт на дне трубки, который при любом возможном ускорении покрыт жидкостью, соединен с источником питания.
8. Устройство по п.1 и п.6, отличающееся тем, что для простоты реализации переключающее устройство датчика параметров движения выполнено в виде электрических контактов, два из которых являются нормально-замкнутыми для равновесного нейтрального положения подвижной массы, причем пластины нормально-замкнутых контактов, закрепленные на подвижной массе, соединены электропроводником: один из них пластиной, закрепленной на основании акселерометра, подключен к источнику питания, второй - к выходу «Постоянная скорость» датчика параметров движения, а два других контакта являются нормально разомкнутыми для равновесного нейтрального положения подвижной массы, причем пластины нормально разомкнутых контактов, закрепленные на подвижной массе, соединены с источником питания: один из нормально разомкнутых контактов замыкается при отклонении маятника по ходу движения - он своей пластиной, закрепленной на основании акселерометра, соединен с выходом «Отрицательное ускорение» датчика параметров движения, другой замыкается при отклонении маятника против хода движения - он своей пластиной, закрепленной на основании акселерометра, соединен с выходом «Положительное ускорение» датчика параметров движения.
9. Устройство по п.1 и п.6, отличающееся тем, что, для простоты реализации и использования более надежных герметичных контактов - «герконов» по сравнению с обычными (п.8) инерционная подвижная масса акселерометра снабжена постоянными магнитами, а переключающее устройство выполнено на герконах, замыкающих электроконтакты, когда постоянный магнит находится в непосредственной близости; при этом средний геркон, расположенный вблизи нейтрального положения груза, формирует сигнал для выхода датчика параметров движения «Постоянная скорость», геркон, расположенный по ходу движения, формирует сигнал для выхода датчика параметров движения «Отрицательное ускорение», а геркон, расположенный против хода движения, формирует сигнал для выхода датчика параметров движения «Положительное ускорение».
10. Устройство по п.1, п.6 и п.9 отличающееся тем, что, для использования магниточувствительных микросхем вместо герконов, обладающих гистерезисом, переключающее устройство датчика параметров движения выполнено на магниточувствительных микросхемах, изменяющих уровень выходного сигнала, когда постоянный магнит находится в непосредственной близости; причем средняя магниточувствительная микросхема, расположенная вблизи нейтрального положения груза, формирует сигнал для выхода датчика параметров движения «Постоянная скорость», магниточувствительная микросхема, расположенная по ходу движения, формирует сигнал для выхода датчика параметров движения «Отрицательное ускорение», а магниточувствительная микросхема, расположенная против хода движения, формирует сигнал для выхода датчика параметров движения «Положительное ускорение».
11. Устройство по п.1 и п.6, отличающееся тем, что, для использования фотоэлементов, инерционная подвижная масса акселерометра снабжена как минимум одним светодиодом, а переключающее устройство выполнено на фотоприемниках, например. Фотодиодах, фототранзисторах, фототиристорах, фоторезисторах, генерирующих фототок при освещении светом от светодиода через соответствующее калиброванное отверстие, причем фотоприемник, освещаемый через среднее калиброванное отверстие, вблизи нейтрального положения подвижной массы формирует сигнал для выхода датчика параметров движения «Постоянная скорость», фотоприемник, освещаемый через калиброванное отверстие, расположенное по ходу движения относительно нейтрального положения подвижной массы, формирует сигнал для выхода датчика параметров движения «Отрицательное ускорение», а фотоприемник, освещаемый через калиброванное отверстие, расположенное против хода движения относительно нейтрального положения подвижной массы, формирует сигнал для выхода датчика параметров движения «Положительное ускорение».
12. Устройство по п.1 и п.6, отличающееся тем, что, для получения яркости свечения элемента светосигнального табло, пропорциональной количественному значению измеряемого ускорения, переключающее устройство датчика параметров движения выполнено в виде электронной схемы с применением потенциометра (реостата), ползунок которого механически связан с подвижным грузом, и усилителей мощности на транзисторах, причем превышающее некоторый заданный порог смещение ползунка потенциометра, вызванное смещением груза из нейтрального положения по ходу движения, приводит к срабатыванию электронного ключа, связанного с выходом «Отрицательное ускорение» датчика параметров движения, а превышающее некоторый заданный порог смещение ползунка потенциометра, вызванное смещением груза из нейтрального положения против хода движения, приводит к срабатыванию электронного ключа, связанного с выходом «Положительное ускорение» датчика параметров движения.
13. Устройство по п.1, п.6 и п.8 или п.9 или п.10 или п.11 или п.12, отличающееся тем, что, для предотвращения ложных включений и демпфирования колебаний инерционной подвижной массы, датчик параметров движения выполнен с применением демпфирующих колебания инерционной подвижной массы элементов, например, в виде акселерометра, подвижная масса которого находится в заполненной вязкой жидкостью емкости или соединена с демпфером - амортизатором колебаний, например, в виде губчатой резины или другого губчатого элемента.
14. Устройство по п.1 и п.6, отличающееся тем, что, для использования пьезоэлектрического датчика ускорения, датчик параметров движения выполнен в виде автономного пьезоэлектрического акселерометра, содержащего инерционную массу, а также, например, два пьезоэлектрических элемента - один расположен по ходу движения относительно груза, второй - против хода движения, причем превышающее некоторый заданный порог напряжение на пьезоэлектрическом элементе, расположенном по ходу движения относительно груза, приводит к подаче сигнала на выход «Отрицательное ускорение» датчика параметров движения, превышающее некоторый заданный порог напряжение на пьезоэлектрическом элементе, расположенном против хода движения относительно груза, приводит к подаче сигнала на выход «Положительное ускорение» датчика параметров движения, а при примерном равенстве напряжений на обоих пьезоэлектрических элементах сигнал подается на выход «Постоянная скорость» датчика параметров движения.
15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, для использования готовой специализированной микросхемы - акселерометра, датчик параметров движения выполнен в виде автономного «монолитного акселерометра в микросхеме», например, фирмы Analog Devices: ADXL150 [«Электронные компоненты», 2003, №2, стр.61]. С усилителем мощности, формирующим уровни сигнала на выходах датчика параметров движения в зависимости от знака ускорения микросхемного «монолитного» акселерометра, превышающий некоторый заданный порог отрицательный потенциал на выходе микросхемы приводит к подаче сигнала на выход «Отрицательное ускорение» датчика параметров движения, а превышающий некоторый заданный порог положительный потенциал на выходе микросхемы приводит к подаче сигнала на выход «Положительное ускорение» датчика параметров движения.
16. Устройство по п.1 - п.15 отличающееся тем, что, для вербального информирования водителя движущегося позади транспортного средства, элементы сигнального табло снабжены поясняющими надписями, проявляющимися при включении соответствующего элемента табло, например, надписью «SPEED UP» для элемента табло «НЕ ОБГОНЯЙ», связанного с выходом датчика параметров движения «Положительное ускорение», и надписью «BRAKE» для элемента табло «ТОРМОЗИ», связанного с выходом датчика параметров движения «Отрицательное ускорение».
17. Устройство по п.1 - п.15 отличающееся тем, что, для дополнительного информирования водителя движущегося позади транспортного средства, например о своих намерениях или дорожной обстановке впереди по курсу, сигнальное табло выполнено в виде текстового или графического дисплея и к устройству добавлен размещаемый в кабине водителя блок ввода текста, его хранения, выбора текстового сообщения, необходимого в данной дорожной обстановке, из набора имеющихся и выдачи его на табло нажатием кнопки (например, кнопки с цифрой номера сообщения, если сообщениям присваиваются номера, и они с цифрами своих номеров высвечиваются на ЖК-дисплее текстового блока.
На фиг.1 показано предполагаемое место установки устройства визуального отображения параметров движения транспортного средства, на фиг.2 - обобщенная блок-схема устройства, на фиг.3 - схема реализации датчика параметров движения на тахогенераторе постоянного тока, на фиг.4 - схема реализации датчика параметров движения на тахогенераторе переменного тока, на фиг.5 - схема реализации устройства с импульсным датчиком скорости и цифровыми электронными элементами, на фиг.6 - схема реализации устройства с импульсным датчиком скорости и микроконтроллером, на фиг.7 - принципиальная схема простейшей реализации устройства с маятниково-жидкостным датчиком ускорения, на фиг.8 - принципиальная схема простейшей реализации устройства с маятниковым датчиком ускорения, на фиг.9 - упрощенная схема возможной реализации устройства с пружинным датчиком ускорения и герконами, на фиг.10 - схема возможной реализации датчика параметров движения с пружинным датчиком ускорения и магниточувствительными микросхемами, на фиг.11 - схема возможной реализации датчика параметров движения с пружинным датчиком ускорения и фотоэлементами, на фиг.12 - принципиальная схема возможной реализации устройства с пружинным датчиком ускорения, потенциометром и усилителями на транзисторах, на фиг.13 - схема возможной реализации датчика параметров движения с пьезоэлектрическим датчиком ускорения, на фиг.14 - схема возможной реализации датчика параметров движения на микросхемном монолитном акселерометре, на фиг.15 - предполагаемый внешний вид текстового блока световербального варианта устройства.
На фиг.1 показано предполагаемое место установки устройства визуального отображения параметров движения на заднем ветровом стекле легкового автомобиля. Предполагается, что устройство может крепиться, аналогично прототипу, непосредственно на стекле посредством резиновых присосок или двустороннего скотча, либо быть закреплено на задней полке на уровне нижней кромки заднего ветрового стекла, либо быть закреплено на крыше транспортного средства, либо быть встроенным в задний спойлер.
Не задаваясь конкретной технической реализацией, устройство визуального отображения параметров движения транспортного средства содержит (фиг.2): датчик параметров движения 1 и блок светосигнализации 2, имеющий не менее двух (как правило - три) цветных световых индикатора - транспаранта 3, 4, 5.
Работает устройство следующим образом. При движении транспортного средства датчиком параметров движения, воспринимающим скорость V и ускорение а, формируются сигналы положительного ускорения 6, скорости 7 и отрицательного ускорения 8, которые, в зависимости от значения, подключают только один из транспарантов 3, 4, 5 блока светосигнализации к цепи электропитания. Световербальный вариант устройства содержит в составе сигнального табло блока светосигнализации (например, в цветных рассеивателях элементов сигнального табло) шаблоны слов, например, «НЕ ОБГОНЯЙ», «ДЕРЖИ ДИСТАНЦИЮ_», «ТОРМОЗИ» (или других), которые проявляются при внутренней подсветке соответствующими элементами сигнального табло.
На фиг.3 представлена реализация датчика параметров движения с тахогенератором постоянного тока 9, являющегося в этом случае получателем информации о скорости движения, предоставляемой магнитомеханическим спидометром. Устройство содержит также дифференцирующую CR-цепочку 10, диоды 11 и 12, усилители мощности 13, 14 и 15, а также реле 16 и 17 с размыкающими контактами 16.1 и 17.1 соответственно.
Функционирует устройство следующим образом. Тахогенератор 9 постоянного тока, соединенный с валом спидометра 18, выдает электрический сигнал, пропорциональный скорости вращения вала спидометра и, соответственно, скорости движения транспортного средства. Этот сигнал:
1) поступает через усилитель мощности 13 на выход датчика параметров движения «Скорость» 7 и, далее, в случае отсутствия сигнала в каналах ускорения - когда размыкающие контакты 16.1 реле 16 и размыкающие контакты 17.1 реле 17 замкнуты, на вход «Держи дистанцию» светосигнального табло (при этом есть принципиальная возможность вывести значение текущей скорости или оптимальной при данной скорости дистанции на элемент «Держи дистанцию» светосигнального табло 4);
2) подвергается дифференцированию с помощью CR-цепочки 10. Продифференцированный сигнал, пропорциональный ускорению транспортного средства, через первый диод 11, включенный в прямом направлении, и усилитель мощности 14 поступает на выход датчика параметров движения «Положительное ускорение» 6 и соответствующий элемент сигнального табло 3, и через второй диод 12, включенный в обратном направлении, и усилитель мощности 15 - на выход датчика параметров движения «Отрицательное ускорение» 8 и соответствующий элемент сигнального табло 5.
На фиг.4 представлен фрагмент реализации датчика параметров движения с тахогенератором переменного тока 19, являющегося в этом случае получателем информации о скорости движения, предоставляемой магнитомеханическим спидометром. Устройство содержит также выпрямительный мост 20, сглаживающий LC-фильтр 21, и, аналогично реализации с тахогенератором постоянного тока, дифференцирующую CR-цепочку 10, диоды 11 и 12.
Реализация отличается от предыдущей тем, что поскольку применен тахогенератор переменного тока 19, его выходной сигнал предварительно выпрямляется мостом 20 и сглаживается LC-фильтром 21, содержащим дроссель L и конденсатор С, и лишь после этого подвергается дифференцированию и усилению по мощности как в случае с тахогенератором постоянного тока.
На фиг.5 представлена реализация устройства с импульсным датчиком скорости и цифровыми электронными элементами. Предполагается, что транспортное средство оборудовано штатным электрическим спидометром 22, включающим в себя электронный датчик импульсов 23 и модуль спидометра на приборном щитке 24. Устройство визуального отображения параметров движения в этом случае может в цифровом виде обрабатывать информацию с датчика импульсов 23 и в количественном виде выдавать информацию о параметрах движения на элементы 3, 4, 5 сигнального табло 2. Для этого устройство содержит повторитель (формирователь) импульсов 25 с высоким входным сопротивлением, счетчик импульсов 26, тактовый генератор 27, регистр на два числа 28, сумматор 29, демультиплексор 30 и шифраторы 31, 32, 33, позволяющие визуально представить численные значения параметров движения на цифровом табло. Тактовый генератор 27, счетчик 26, регистр 28, сумматор 29 и демультиплексор 30 условно могут быть объединены в цифровой аппаратный блок 34. Регистр 28 выходом первого числа соединен с вычитающим входом сумматора 29, а выходом второго числа с суммирующим входом сумматора 29; выход сумматора соединен через демультиплексор 30 (переключатель на два выхода) и через шифраторы 32 и 33 с выходами датчика параметров движения 6 и 8; управляющий вход демультиплексора 31 соединен с выходом знака разности сумматора 29 так, что отрицательная разность подается через шифратор 33 на выход датчика параметров движения «Отрицательное ускорение» 8 и, соответственно, на цифровой элемент 5 сигнального табло 2, а положительная разность подается через шифратор 32 на выход датчика параметров движения «Положительное ускорение» 6 и, соответственно, на цифровой элемент 3 сигнального табло 2. Тактовый генератор 27 соединен с управляющими входами счетчика 26, регистра 28, сумматора 29 и демультиплексора 30.
Работает устройство следующим образом. Сигнал с датчика импульсов 23 подается на вход повторителя (формирователя) импульсов 25 и, далее, на вход счетчика импульсов 26, управляемого тактовым генератором 27. На выходе счетчика 26 имеем число, прямо пропорциональное скорости транспортного средства, которое подается на шифратор 31, в нем домножается на известный коэффициент пропорциональности (в соответствии с правилами дорожного движения - если на табло будет высвечиваться рекомендуемая дистанция между транспортными средствами при текущей скорости, а не сама скорость) и результат высвечивается на цифровом элементе 4 табло 2. Для цифрового дифференцирования скорости число с выхода счетчика 26 подается на регистр 28, который помнит предыдущее число (с предыдущего такта генератора 27). Разность этих чисел пропорциональна производной скорости, то есть ускорению, и значение ее определяется сумматором 29.
На фиг.6 представлена реализация устройства с импульсным датчиком скорости и микроконтроллером 35. Предполагается, что транспортное средство оборудовано штатным электрическим спидометром 22, включающим в себя электронный датчик импульсов 23 и модуль спидометра на приборном щитке 24. Устройство визуального отображения параметров движения в этом случае может в цифровом виде обрабатывать информацию с датчика импульсов 23 и в количественном виде выдавать информацию о параметрах движения на элементы 3, 4, 5 сигнального табло 2. В отличие от предыдущей реализации, аппаратный цифровой блок 34 (см фиг.5) заменен микроконтроллером (микроЭВМ) 35.
Микроконтроллер 35 запрограммирован таким образом, что обрабатывает импульсы с датчика импульсов 23 аналогично цифровым электронным элементам «старшего поколения» (аппаратный цифровой блок 34 - фиг.5), но в программном виде. На выходах микроконтроллера 35 имеем в виде чисел значения скорости, положительного ускорения и отрицательного ускорения, которые через шифраторы 31, 32 и 33 соответственно подаются на выходы 7, 6 и 8 датчика параметров движения и цифровые элементы 4, 3 и 5 сигнального табло 2.
Простейшая реализация устройства с маятниково-жидкостным датчиком ускорения показана на фиг.7. Датчик ускорения в этом случае представляет собой герметичную емкость 36 в виде изогнутой трубки, передняя и задняя полости которой соединены капилляром 37 для демпфирования колебаний электропроводящей жидкости 38, которой трубка частично заполнена. На нижней стороне трубки 36 симметрично расположены электрические контакты 39, 40 и 41, попарно разомкнутые при движении с постоянной скоростью. На верхней стороне трубки 36 расположен электрический контакт 42. На контакт 40 подается напряжение питания от аккумуляторной батареи 43, а контакты 39, 41 и 42 соединены соответственно с лампами Л1 (44), например, синего цвета свечения, Л2 (45), например, красного цвета свечения, и Л3 (46), например, желтого цвета свечения.
Работает устройство следующим образом. При отсутствии ускорения контакт 42 на верхней стороне трубки 36 замкнут с контактом 40 благодаря электропроводности жидкости 38: горит лампа Л3 (46). При появлении положительного или отрицательного ускорения контакты 40 и 42 размыкаются из-за перетекания жидкости 38 (профиль емкости (трубки) 36 должен быть соответствующим) и лампа Л3 (46) гаснет. При положительном ускорении замыкаются контакты 39 и 40, поскольку электропроводная жидкость 38 в этом случае перетекает влево. Загорается лампа Л1 (44). При торможении (отрицательном ускорении) замыкаются уже контакты 40 и 41, поскольку электропроводная жидкость 38 перетекает вправо, и загорается лампа Л2 (45) красного цвета.
Простейшая реализация устройства с пружинным или маятниковым датчиком ускорения представлена на фиг.8. Устройство содержит: инерционную подвижную массу 47 (или маятник - если колебания возможны в том числе и под воздействием силы тяжести), пружины 48 и 49 (пластинчатые как на фиг.8, но не обязательно), демпфирующий элемент 50, например, из губчатой резины, закрепленной (приклеенной) одной стороной к основанию акселерометра (корпусу устройства) 51, а с другой - к инерционной подвижной массе 47, и электрические контакты - нормально замкнутые 52 и 53 и нормально разомкнутые 54 и 55. При этом пластины нормально замкнутых контактов 52 и 53, закрепленные на подвижной массе, соединены между собой электропроводником 56, пружинящая пластина контакта 52, закрепленная на основании устройства, соединена с источником электропитания 43, пружинящая пластина контакта 53. закрепленная на основании устройства, соединена с лампой Л3 (46); пластины нормально разомкнутых контактов 54 и 55, закрепленные на подвижной массе, соединены электропроводником 57 с источником питания 43, пружинящая пластина контакта 54, закрепленная на основании устройства, соединена с лампой Л1 (44), пружинящая пластина контакта 55, закрепленная на основании устройства, соединена с лампой Л2 (45).
Работает устройство следующим образом. При движении с постоянной скоростью маятник 47 находится в вертикальном положении, контакты 54 и 55 разомкнуты, контакты 52 и 53 замкнуты - через них напряжение питания от батареи 43 подводится к лампе Л3 (46), например, желтого цвета свечения, которая горит. При появлении положительного ускорения маятник отклоняется против хода движения (влево), контакт 52 размыкается и лампа Л3 (46) гаснет. В то же время происходит замыкание контакта 54, который подводит напряжение питания к лампе Л1 (44), например, синего цвета свечения, которая загорается. При появлении отрицательного ускорения маятник отклоняется по ходу движения (вправо), контакт 53 размыкается и лампа Л3 (46) гаснет. В то же время происходит замыкание контакта 55, который подводит напряжение питания к лампе Л2 (45) красного цвета свечения, которая загорается. Демпфер 50 демпфирует свободные колебания маятника 47 и, следовательно, предотвращает ложные включения ламп. Демпфер 50 применяется во всех пружинных и маятниковых реализациях устройства, но для простоты изложения на последующих фигурах не показан.
Реализация устройства с пружинным датчиком ускорения и «герконами» (фиг.9) содержит, в отличие от реализации устройства с обычными электроконтактами (фиг.8), постоянный магнит 58 в качестве инерционной массы (или магнит 58 закреплен на инерционной массе) и герконы К2 (59), К1 (60) и К3 (61), закрепленные на основании акселерометра и заменяющие обычные электрические контакты 52, 53, 54, 55, представленные на фиг.8: геркон К2 (59) - вместо контактов 52 и 53 - он при замыкании контакта подает электропитание от источника 43 на лампу Л3 (46), геркон К1 (60) - вместо контакта 54 - он при замыкании контакта подает электропитание от источника 43 на лампу Л1 (44), геркон К3 (61) - вместо контакта 55 - он при замыкании контакта подает электропитание от источника 43 на лампу Л2 (45).
Функционирует устройство следующим образом. В равновесном положении, т.е. при отсутствии ускорения, груз (он же - постоянный магнит) 58 находится в нейтральном положении (под действием пружин 48 и 49) вблизи контакта (геркона) К2 (59). Напряженность магнитного поля в окружающем пространстве, создаваемого постоянным магнитом 58 в этом положении такова, что контакт К2 (59) замкнут, а контакты К1 (60) и К3 (61) разомкнуты. Горит лампа Л3 (46) желтого цвета. При положительном ускорении груз 47 (магнит 58, закрепленный на грузе 47) отклоняется в сторону, противоположную вектору скорости V, при этом удаляется от контакта К2 (59) и приближается к контакту К1 (60). Напряженность магнитного поля в области расположения контакта К2 (59) ослабевает, он размыкается и лампа Л3 (46) гаснет. В то же время напряженность магнитного поля в области расположения контакта К1 (60) нарастает, он замыкается и лампа Л1 (44), например, синего цвета, загорается. При отрицательном ускорении груз 47 (магнит 58) отклоняется в сторону вектора скорости V, при этом удаляется от контакта К2 (59) и приближается к контакту К3 (61). Напряженность магнитного поля в области расположения контакта К2 (59) ослабевает, он размыкается и лампа Л3 (46) гаснет. В то же время напряженность магнитного поля в области расположения контакта К3 (61) нарастает, он замыкается и лампа Л2 (45) красного цвета загорается.
Реализация устройства с пружинным датчиком ускорения и магниточувствительными микросхемами (фиг.10), использующими эффект Холла, аналогична реализации на ГЕРКОНАХ, только в качестве элементов, чувствующих изменение магнитного поля, содержит магниточувствительные микросхемы 62, 63 и 64, выходной сигнал которых необходимо усилить по мощности перед подачей на светоиндикаторы.
На фиг.11 представлен фрагмент реализации устройства с пружинным датчиком ускорения и фотоэлементами, которая аналогична другим «пружинным» или «маятниковым» реализациям. Устройство содержит светодиод 65, закрепленный на грузе 47, фотодиоды 66, 67 и 68 в качестве чувствительных элементов, воспринимающих через калиброванные отверстия 69, 70 и 71 световой сигнал от светодиода 65, и усилители фототока 72, 73 и 74 на выходах датчика параметров движения.
Работа устройства основана на том, что фотодиод (66, 67 или 68) генерирует фототек, когда светодиод 65, из-за смещения инерционной массы 47 вдоль направления движения, находится напротив соответствующего фотодиоду калиброванного отверстия (69, 70 или 71 соответственно).
Реализация устройства с пружинным датчиком ускорения, потенциометром и усилителями на транзисторах представлена на фиг.12. Электрическая часть устройства содержит потенциометр (реостат) R6 (75), механически связанный с инерционной массой 47, резисторы R1 (76), R2 (77), R3 (78), R4 (79), R5 (80), транзисторы Тр1 (81) и Тр2 (82), источник питания 43 и лампы Л1 (44) и Л2 (45).
Функционирует устройство следующим образом. В равновесном положении, т.е. при отсутствии ускорения, подвижный контакт реостата R6 (75), механически связанный с подвижным грузом 47, находится в среднем положении. Величины сопротивлений резисторов R1 (76), R2 (77) (R1=R2) R3 (78), R4 (79) (R3=R4), R5 (80) и R6 (75) подобраны таким образом, что транзисторы Тр1 (81) и Тр2 (82), играющие роль ключей, закрыты: токи их коллекторов и эмиттеров близки нулю и лампы Л1 (44) и Л2 (45) не горят. При положительном ускорении груз 47 с массой m отклоняется в сторону, противоположную вектору скорости V, связанный с грузом подвижный контакт реостата R6 (75) смещается и электрический потенциал на базе транзистора Тр1 (81) возрастает и открывает транзистор Тр1 (81). Загорается лампа Л1 (44) с синим рассеивателем (цветом свечения). Так устройство сигнализирует об ускоренном движении. При отрицательном ускорении (торможении) груз 47 отклоняется в направлении вектора скорости V, подвижный контакт реостата смещается таким образом, что уже на базе транзистора Тр2 (82) электрический потенциал становится больше, чем в равновесном положении, и открывается транзистор Тр2 (82), в результате чего загорается лампа Л2 (45) с красным цветом свечения. Так устройство сигнализирует о торможении.
На фиг.13 показана схема возможной реализации датчика параметров движения с пьезоэлектрическим акселерометром. Устройство содержит пьезоэлектрические элементы 83 и 84, инерционную массу 85, усилители 86, 87 и 88 и логический элемент & 89.
Электрические сигналы (потенциалы) на входе усилителей 86, 87 и 88, выходы которых являются выходами датчика параметров движения, возникают благодаря пьезоэлементам 83 и 84 при их поджатии механические грузом 85. Сигнал для выхода датчика параметров движения «Постоянная скорость» 7 формируется логическим элементом & 89. Этот сигнал поступает на вход усилителя мощности 87 в случае равенства (нулю) потенциалов на выходах пьезоэлементов 83 и 84.
Возможная простейшая реализации устройства на основе микросхемного акселерометра представлена на фиг.14. Устройство содержит микросхемный монолитный акселерометр 90 (например, ADXL 150 компании Analog Devices) и диоды 91 и 92.
Микросхемный монолитный акселерометр 90 позволяет непосредственно с выхода специализированной микросхемы получить электрический сигнал, пропорциональный ускорению, причем со знаком. Этот сигнал может быть подан, например, на входы двух диодов 91 и 92, один из которых включен в прямом 91, а другой 92 в обратном направлении. В этом случае выход диода 91 является выходом «Положительное ускорение» 6 датчика параметров движения, а выход диода 92 является выходом «Отрицательное ускорение» 8 датчика параметров движения.
На фиг.15 представлен предполагаемый внешний вид текстового блока устройства, позволяющего заранее вводить, а также хранить, выбирать и посылать на светосигнальное табло в виде дисплея произвольные короткие текстовые сообщения.
Применение устройства визуального отображения параметров движения транспортного средства позволяет реально повысить безопасность дорожного движения в местах его повышенной интенсивности, когда автомобили перемещаются на больших скоростях и не соблюдают рекомендуемую правилами дорожного движения дистанцию (например, МКАД), а также при проведении автогонок информация о скорости движения полезна водителю следующего позади транспортного средства для поддержания оптимальной дистанции, а информация о положительном ускорении - при оценке ситуации в начале маневра обгона. Световербальный вариант устройства в исполнении, когда носителем текста являются сменные шаблоны фраз в элементах сигнального табло, позволит автовладельцам выразить свою оригинальность, а «полноценный» световербальный вариант устройства с возможностью выдачи одного текстового сообщения из целого набора в качестве информации водителю следующего позади транспортного средства полезен для заблаговременного предупреждения о перестроении или других маневрах, с дорожной обстановке впереди по курсу (например, «Впереди пробка») и так далее.
1. Устройство для визуального отображения параметров движения транспортного средства, содержащее корпус, выключатель и светосигнальный индикатор, установленный в транспортном средстве сзади - в салоне на заднем ветровом стекле или крыше, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено датчиком параметров движения, а светосигнальный индикатор выполнен в виде сигнального табло с элементами-транспарантами, оборудованными источниками света различного цвета свечения и выполненными с возможностью передачи визуальной информации водителю следующего позади транспортного средства, при этом у датчика параметров движения выход «положительное ускорение» подключен к транспаранту одного цвета свечения с рекомендацией воздержания от обгона, выход «постоянная скорость» - к транспаранту второго цвета свечения с рекомендацией поддержания дистанции, а выход «отрицательное ускорение» - к транспаранту третьего цвета свечения с рекомендацией торможения.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источники света для транспарантов при необходимости снабжены на входах усилителями мощности, при этом транспарант с рекомендацией воздержания от обгона выполнен с возможностью высвечивания на нем надписи «НЕ ОБГОНЯЙ» синего цвета, транспарант с рекомендацией поддержания дистанции - с возможностью высвечивания на нем надписи «ДЕРЖИ ДИСТАНЦИЮ» желтого цвета, а транспарант с рекомендацией торможения - с возможностью высвечивания на нем надписи «ТОРМОЗИ» красного цвета.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик параметров движения содержит тахогенератор постоянного тока, соединенный с валом спидометра, дифференцирующее устройство в виде CR-цепочки и два реле с размыкающими контактами, при этом выход дифференцирующего устройства через первый диод, включенный в прямом направлении, соединен с одним из реле и выходом «положительное ускорение» датчика параметров движения и через второй диод, включенный в обратном направлении, - с другим реле и выходом «отрицательное ускорение» датчика параметров движения, а выход тахогенератора через размыкающие контакты обоих реле соединен с выходом «постоянная скорость» датчика параметров движения.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что тахогенератор постоянного тока датчика параметров движения выполнен с использованием тахогенератора переменного тока, последовательно соединенного с выпрямителем и сглаживающим фильтром.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик параметров движения содержит повторитель с высоким входным сопротивлением, присоединенный своим входом к датчику импульсов электрического спидометра, счетчик с последовательным вводом, счетный вход которого соединен с выходом повторителя, а параллельный выход - со входом одного из шифраторов, выход которого является выходом «постоянная скорость» датчика параметров движения, регистр как минимум на два числа, выход первого числа которого соединен с вычитающим входом сумматора, а выход второго числа - с суммирующим входом сумматора, демультиплексор, один из входов которого соединен с числовым выходом сумматора, другой вход - с выходом знака разности сумматора, а выходы положительной и отрицательной разностей - со входами соответственно двух других шифраторов, выходы которых являются выходами соответственно «положительное ускорение» и «отрицательное ускорение» датчика параметров движения, тактовый генератор, выход которого соединен с управляющими входами счетчика, регистра, сумматора и демультиплексора.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик параметров движения содержит повторитель с высоким входным сопротивлением, присоединенный своим входом к датчику импульсов электрического спидометра, программируемый микроконтроллер, вход которого соединен с выходом повторителя, а выходы - со входами трех шифраторов или усилителей мощности, выходы которых являются соответственно выходами «положительное ускорение», «постоянная скорость» и «отрицательное ускорение» датчика параметров движения.
7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик параметров движения выполнен в виде автономного акселерометра с закрепленной в корпусе на упругих элементах инерционной подвижной массой, перемещающейся вдоль продольной оси транспортного средства.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что автономный акселерометр выполнен жидкостным, с установленной вдоль хода движения диэлектрической изогнутой трубкой, передняя и задняя полости которой соединены капилляром для демпфирования колебаний электропроводящей жидкости, при этом трубка имеет симметрично расположенные контакт против хода движения, соединенный с выходом «положительное ускорение» датчика параметров движения, контакт по ходу движения, соединенный с выходом «отрицательное ускорение» датчика параметров движения, а также верхний средний контакт, соединенный с выходом «постоянная скорость» датчика параметров движения, и нижний средний контакт на дне трубки, соединенный с источником питания.
9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что автономный акселерометр снабжен электрическими контактами, при этом два контакта выполнены нормально замкнутыми при равновесном нейтральном положении инерционной подвижной массы, одни их пластины, закрепленные на инерционной подвижной массе, соединены электропроводником, а другие их пластины, закрепленные на основании акселерометра, подключены соответственно к источнику питания и к выходу «постоянная скорость» датчика параметров движения, два других контакта выполнены нормально разомкнутыми при равновесном нейтральном положении инерционной подвижной массы, одни их пластины, закрепленные на инерционной подвижной массе, соединены с источником питания, а другие их пластины закреплены на основании акселерометра с возможностью замыкания при отклонении инерционной подвижной массы соответственно против хода движения и по ходу движения и соединены соответственно с выходом «положительное ускорение» и выходом «отрицательное ускорение» датчика параметров движения.
10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что автономный акселерометр снабжен постоянными магнитами, закрепленными на инерционной подвижной массе, и тремя герконами, при этом первые контактные элементы герконов соединены с источником питания, второй контактный элемент геркона, расположенного вблизи нейтрального положения инерционной подвижной массы, соединен с выходом «постоянная скорость» датчика параметров движения, второй контактный элемент геркона, расположенного против хода движения, соединен с выходом «положительное ускорение» датчика параметров движения, а второй контакт геркона, расположенного по ходу движения, соединен с выходом «отрицательное ускорение» датчика параметров движения.
11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что автономный акселерометр снабжен магниточувствительными микросхемами, изменяющими уровень выходного сигнала, когда постоянный магнит находится в непосредственной близости, причем магниточувствительная микросхема, расположенная вблизи нейтрального положения инерционной подвижной массы, соединена с выходом «постоянная скорость» датчика параметров движения, магниточувствительная микросхема, расположенная против хода движения, соединена с выходом «положительное ускорение» датчика параметров движения, а магниточувствительная микросхема, расположенная по ходу движения, соединена с выходом «отрицательное ускорение» датчика параметров движения.
12. Устройство по п.7, отличающееся тем, что автономный акселерометр снабжен как минимум одним светодиодом и фотоприемниками, генерирующими фототок при освещении светом от светодиода через соответствующее калиброванное отверстие, при этом фотоприемник, освещаемый через калиброванное отверстие вблизи нейтрального положения инерционной подвижной массы, соединен с выходом «постоянная скорость» датчика параметров движения, фотоприемник, освещаемый через калиброванное отверстие, расположенное против хода движения относительно нейтрального положения инерционной подвижной массы, соединен с выходом «положительное ускорение» датчика параметров движения, а фотоприемник, освещаемый через калиброванное отверстие, расположенное по ходу движения относительно нейтрального положения инерционной подвижной массы, соединен с выходом «отрицательное ускорение» датчика параметров движения.
13. Устройство по п.7, отличающееся тем, что автономный акселерометр снабжен электронным блоком, содержащим электрический потенциометр, ползунок которого механически связан с инерционной подвижной массой, и два транзисторных ключевых усилителя мощности, выходы которых являются выходами соответственно «положительное ускорение» и «отрицательное ускорение» датчика параметров движения, при этом один из усилителей мощности выполнен с возможностью срабатывания при смещении инерционной подвижной массы из нейтрального положения против хода, а другой - с возможностью срабатывания при смещении инерционной подвижной массы из нейтрального положения движения по ходу движения.
14. Устройство по п.7, отличающееся тем, что датчик параметров движения выполнен с применением демпфирующих колебаний инерционной подвижной массы элементов, например, в виде акселерометра, инерционная подвижная масса которого находится в полости, заполненной вязкой жидкостью, или соединена с демпфером в виде пластины из губчатой резины или другого губчатого материала, соединенного с корпусом.
15. Устройство по п.7, отличающееся тем, что автономный акселерометр снабжен логическим элементом И, тремя усилителями и двумя пьезоэлектрическими элементами, один из которых расположен против хода движения относительно инерционной подвижной массы и соединен с одним из усилителей, выход которого является выходом «положительное ускорение» датчика параметров движения, второй расположен по ходу движения относительно инерционной подвижной массы и соединен с другим усилителем, выход которого является выходом «отрицательное ускорение» датчика параметров движения, а логический элемент И, формирующий сигнал в случае равенства нулю потенциалов на выходах обоих пьезоэлектрических элементов, соединен с третьим усилителем, выход которого является выходом «постоянная скорость» датчика параметров движения.
16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик параметров движения выполнен в виде автономного монолитного акселерометра в микросхеме, выход которого соединен с логическим блоком, выполненным с возможностью подачи сигналов на выходы «положительное ускорение», «постоянная скорость» и «отрицательное ускорение» датчика параметров движения, сигналов, свидетельствующих соответственно о положительном ускорении, постоянной скорости и отрицательном ускорении транспортного средства.
17. Устройство по п.1, отличающееся тем, что элементы сигнального табло снабжены поясняющими надписями, проявляющимися при включении соответствующего элемента табло.
18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сигнальное табло выполнено в виде дисплея или матрицы светоизлучающих элементов, например светодиодов, и дополнительно снабжено размещаемым в кабине водителя блоком ввода текста, его хранения, а также выбора текстового сообщения, необходимого в данной дорожной обстановке или рекламного характера, из набора и выдачи его на табло.
