Система предотвращения столкновений транспортных средств в колонне

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в качестве датчика системы предупреждения водителей о возможном столкновении автомобиля с препятствием в возникающей аварийной ситуации. Достигаемый технический результат - снижение взаимных помех и введение непосредственного воздействия на движение автомобиля при достижении опасной дистанции между транспортными средствами. Система предотвращения столкновений транспортных средств в колонне содержит антенну, модулятор, два усилителя мощности, смеситель, преобразователь частоты, детектор, два регистратора скорости, регистратор дальности, вычислитель опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, генератор непрерывных колебаний, сумматор, циркулятор, фильтр доплеровских частот, схему управления положением антенны, две исполнительные схемы. 1 ил.

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано, главным образом, в качестве датчика системы предупреждения водителей о возможном столкновении автомобиля с препятствием в возникающей аварийной ситуации, для обеспечения безопасности движения автомобиля в транспортном потоке или же для повышения эффективности действия процесса торможения автомобиля, снабженного, например, антиблокировочной системой и в других случаях.

Известно устройство [1], содержащее устройства слежения за впереди едущим транспортным средством оснащенные, например, устройствами воздействия на тормозную систему автомобиля. Недостаток подобных устройств очевиден - при ложном срабатывании возможно возникновение аварийной ситуации.

Известно устройство [2], содержащее довольно сложную схему выделения фазоманипулированного сигнала с целью снижения уровня взаимных помех, создаваемых подобными устройствами. Недостаток устройства очевиден - отсутствие нескольких ступеней предупреждения водителя и непосредственного воздействия на двигательно-тормозную систему, а также повышенная сложность, и, следовательно, более низкая надежность.

Недостатком подобных устройств является отсутствие регулировки положения антенны при движении в потоке транспортных средств, а также отсутствие непосредственного воздействия на движение автомобиля при достижении опасной дистанции между транспортными средствами.

Наиболее близкой к предлагаемому является радар [3] безопасности движения автомобильного транспорта, содержащий антенну, модулятор, первый усилитель мощности, смеситель, преобразователь частоты, детектор, первый и второй регистраторы скорости, регистратор дальности и вычислитель опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, генератор непрерывных колебаний, второй усилитель мощности, сумматор, циркулятор и фильтр доплеровских частот, причем выход генератора непрерывных колебаний соединен с входом модулятора, первым входом смесителя и входом второго усилителя мощности, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности, вход которого соединен с выходом модулятора, выход сумматора соединен с вторым входом циркулятора, первый вход которого соединен с антенной, а выход - с вторым входом смесителя, выход которого соединен с входами преобразователя частоты и фильтра доплеровских частот, выход которого соединен с входом второго регистратора скорости, выход которого соединен с первым входом вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, выход преобразователя частоты через детектор соединен с первыми входами регистратора дальности и первого регистратора скорости, выход модулятора соединен с вторыми входами первого регистратора скорости и регистратора дальности, выход которого соединен с вторым входом вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, выход первого регистратора скорости соединен с третьим входом вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, выход которого связан с исполнительной схемой.

Недостатками системы являются наличие взаимных помех, а также отсутствие непосредственного воздействия на движение автомобиля при достижении опасной дистанции между транспортными средствами.

Техническая задача направлена на снижение взаимных помех и введение непосредственного воздействия на движение автомобиля при достижении опасной дистанции между транспортными средствами.

Технический результат достигается тем, что система предотвращения столкновений транспортных средств в колонне содержит антенну, модулятор, первый усилитель мощности, смеситель, преобразователь частоты, детектор, первый и второй регистраторы скорости, регистратор дальности и вычислитель опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, генератор непрерывных колебаний, второй усилитель мощности, сумматор, циркулятор и фильтр доплеровских частот, причем выход генератора непрерывных колебаний соединен с входом модулятора, первым входом смесителя и входом второго усилителя мощности, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности, вход которого соединен с выходом модулятора, выход сумматора соединен с вторым входом циркулятора, первый вход которого соединен с антенной, а выход - с вторым входом смесителя, выход которого соединен с входами преобразователя частоты и фильтра доплеровских частот, выход которого соединен с входом второго регистратора скорости, выход которого соединен с первым входом вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, выход преобразователя частоты через детектор соединен с первыми входами регистратора дальности и первого регистратора скорости, выход модулятора соединен с вторыми входами первого регистратора скорости и регистратора дальности, выход которого соединен с вторым входом вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, выход первого регистратора скорости соединен с третьим входом вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, в систему дополнительно введены схема управления положением антенны, вход которой связан со вторым выходом вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, первая и вторая исполнительная схемы, первый выход вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения связан с первой исполнительной схемой, выход которой соединен с источником звука, а третий - со входом второй исполнительной схемы, выход которой связан с дроссельной заслонкой.

Отличительным признаком от прототипа является то, что в систему дополнительно введены схема управления положением антенны, первая и вторая исполнительная схемы, а также имеются новые связи между вновь введенными и ранее применяемыми элементами.

Сопоставительный анализ заявляемой системы с имеющимися техническими решениями показывает, что она обладает рядом существенных отличий: сниженным уровнем взаимных помех, при условии, что встречные транспортные средства оборудованы подобной системой, а также несколькими уровнями реагирования на достижение опасного расстояния при движении в потоке транспортных средств.

На чертеже представлена функциональная схема системы предотвращения столкновений транспортных средств в колонне.

Система предотвращения столкновений транспортных средств содержит: генератор непрерывных колебаний 1, модулятор 2, первый усилитель мощности 3, сумматор 4, циркулятор 5, антенну 6, смеситель 7, преобразователь частоты 8, детектор 9, регистратор дальности 10, первый регистратор скорости 11, второй усилитель мощности 12, фильтр доплеровских частот 13, второй регистратор скорости 14, вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения 15, схема 18 управления положением антенны, первая 16 и вторая 17 исполнительная схемы.

Причем выход генератора 1 непрерывных колебаний соединен с входом модулятора 2, первым входом смесителя 7 и входом второго усилителя мощности 12, выход которого соединен с первым входом сумматора 4, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности 3, вход которого соединен с выходом модулятора 2, выход сумматора 4 соединен с вторым входом циркулятора 5, первый вход которого соединен с антенной 6, а выход - с вторым входом смесителя 7, выход которого соединен с входами преобразователя частоты 8 и фильтра доплеровских частот 13, выход которого соединен с входом второго регистратора скорости 14, выход которого соединен с первым входом вычислителя 15 опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, выход преобразователя частоты 8 через детектор соединен с первыми входами регистратора 10 дальности и первого регистратора скорости 11, выход модулятора 2 соединен с вторыми входами первого регистратора скорости 11 и регистратора 10 дальности, выход которого соединен с вторым входом вычислителя 15 опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, выход первого регистратора скорости 11 соединен с третьим входом вычислителя 15 опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, вход схемы 18 управления положением антенны связан со вторым выходом вычислителя 15 опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, первый выход вычислителя 15 опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения связан с первой 16 исполнительной схемой, выход которой соединен с источником звука, а третий - со входом второй 16 исполнительной схемы, выход которой связан с дроссельной заслонкой.

Система работает следующим образом.

Генератор непрерывных колебаний 1 формирует непрерывные колебания радиочастоты, поступающие одновременно:

- на модулятор 2, в котором формируются радиоимпульсы, усиленные в первом усилителе мощности 3, поступающие на сумматор 4, а с него через циркулятор 5 излучаются через антенну 6 в пространство;

- на первый гетеродинный вход смесителя 7, на второй вход которого поступает через антенну 6 и циркулятор 5 радиосигнал, отраженный от препятствия;

- на вход второго усилителя мощности 12, выходной радиосигнал которого через сумматор 4, циркулятор 5 и антенну 6 также излучается в пространство.

Таким образом, антенной 6 одновременно излучаются в пространство импульсный и непрерывный радиосигнал. Сигнал на выходе смесителя 7 несет информацию о дальности до препятствия и путевой скорости, если луч диаграммы направленности антенны 6 облучает препятствие, находящееся перед автомобилем, а боковой лепесток антенного луча соприкасается с земной поверхностью.

Измерение дальности до препятствия и скорости сближения с ним после смесителя 7 осуществляется преобразователем частоты 8, с выхода которого сигнал, преобразуясь в детекторе 9, поступает на первые входы регистратора дальности 10 и первого регистратора скорости 11, на вторые входы которых поступают радиоимпульсы, сформированные в модуляторе 2.

Первый регистратор скорости 11 выдает информацию на третий вход вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения 15, в котором скорость сближения автомобиля с препятствием вычисляется как скорость изменения приращения дальности во времени dt, так что

С регистратора 10 сигнал поступает на второй вход вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения 15.

Оценка путевой скорости осуществляется выделением сигнала, сформированного после смесителя 7, затем фильтром доплеровских частот 13, при помощи второго регистратора скорости 14.

Численно величина путевой скорости движения автомобиля V_ам прямо пропорциональна доплеровской частоте Fд и при определенной длине волны радиосигнала λ, и угле α облучения антенной дорожного покрытия находится по зависимостям

откуда

Таким образом, с выхода второго регистратора скорости 14 сигнал поступает на первый вход вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения 15, на второй его вход сигнал поступает с выхода регистратора скорости 10 и на третий его вход сигнал поступает с выхода первого регистратора скорости 11, а с выхода вычислителя 15 подается команда на исполнительную схему, например звуковую или световую индикацию.

Вычислитель опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения 15 производит вычисления и на его выходе появляется сигнал-команда при достижении опасного расстояния R_тор, т.е. между автомобилем и впереди находящимся препятствием (движущимся или неподвижным), при этом производится анализ трех текущих значений:

1) путевой скорости движения автомобиля (относительно земли) - V_ам;

2) скорости сближения с препятствием V_сбл;

3) текущей дальности до препятствия R_тек.

Критические значения этих величин оцениваются при ситуациях:

1) автомобиль движется в сторону неподвижного или встречно движущегося препятствия;

2) автомобиль движется в потоке, в котором все транспортные средства движутся в одну сторону с одинаковой скоростью;

3) автомобиль движется в потоке, в котором часть транспортных средств движется в противоположную сторону.

При движении автомобиля в направлении на неподвижное препятствие или на препятствие движущееся встречно расчет опасного расстояния R_тop1 производится по классической формуле; опасное расстояние зависит от скорости сближения автомобиля с препятствием V_сбл, времени срабатывания тормозного привода t₁, времени нарастания ускорения t₂, коэффициента сцепления шин с покрытием дороги v, величины уклона дороги i, коэффициента эксплуатационных условий торможения К_Э следующим образом:

При использовании для расчетов вычислительной техники коэффициенты, характеризующие состояние тормозной системы автомобиля и дорожного покрытия, могут устанавливаться программно.

При движении автомобиля в потоке, в котором все транспортные средства движутся в одну сторону, скорость относительного сближения двух движущихся транспортных средств может быть равна нулю (V_сбл=0), но расстояние R_top2, на котором необходимо выдать команду об опасном расстоянии, должно быть не ниже значения ΔR, которое зависит как от величин путевой скорости автомобиля V_ам, так и от времени реакции водителя автомобиля t_вод:

Тогда общий тормозной путь может быть найден по формуле

Следовательно, вычислитель опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения 15 выдает исполнительную команду по результатам вычислений совместных величин: текущей дальности до препятствия R_ТЕК, скорости сближения с препятствием V_сбл и путевой скорости автомобиля V_ам только в случае достижения критического состояния этих величин, при которых возможно опасное столкновение как с подвижным, так и неподвижным препятствием.

Применение схемы 18 управления положением антенны позволяет изменить угол, под которым производится излучение при наличии встречно движущегося транспортного средства, снабженного устройством, подобным предложенному. Это позволяет снизить взаимные помехи, создаваемые радарами.

В случае, если водитель не успел среагировать на предупреждающий звуковой сигнал, вырабатываемый схемой 16, схема 17 автоматически воздействует на дроссельную заслонку, переводя автомобиль в режим торможения двигателем.

Источники информации

1. Девятисильный А.С., Дорожко В.М. Устройство следящего управления продольным движением автомобиля. Патент РФ №2161814 С1, МПК G 05 D 1/02, В 60 К 31/00, G 08 G 1/16, 2001.

2. Дикарев В.И. и др. Радиолокационное устройство для предотвращения столкновений автомобиля. Патент РФ №2169929 С1, МПК G 01 S 13/93, 2001.

3. Климашев Б.М., Голубев Ю.С. Радар безопасности движения автомобильного транспорта. Патент РФ №2092869 С1, МПК G 01 S 13/93, 1997.

Система предотвращения столкновений транспортных средств в колонне, содержащая антенну, модулятор, первый усилитель мощности, смеситель, преобразователь частоты, детектор, первый и второй регистраторы скорости, регистратор дальности и вычислитель опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, генератор непрерывных колебаний, второй усилитель мощности, сумматор, циркулятор и фильтр доплеровских частот, причем выход генератора непрерывных колебаний соединен с входом модулятора, первым входом смесителя и входом второго усилителя мощности, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности, вход которого соединен с выходом модулятора, выход сумматора соединен с вторым входом циркулятора, первый вход которого соединен с антенной, а выход - с вторым входом смесителя, выход которого соединен с входами преобразователя частоты и фильтра доплеровских частот, выход которого соединен с входом второго регистратора скорости, выход которого соединен с первым входом вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, выход преобразователя частоты через детектор соединен с первыми входами регистратора дальности и первого регистратора скорости, выход модулятора соединен с вторыми входами первого регистратора скорости и регистратора дальности, выход которого соединен с вторым входом вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, выход первого регистратора скорости соединен с третьим входом вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены схема управления положением антенны, вход которой связан со вторым выходом вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, первая и вторая исполнительные схемы, первый выход вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения связан с первой исполнительной схемой, выход которой соединен с источником звука, а третий - со входом второй исполнительной схемы, выход которой связан с дроссельной заслонкой.