Устройство для автоматического обеспечения оптимальной дистанции между автомобилями в потоке

Устройство для автоматического обеспечения оптимальной дистанции между автомобилями в потоке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Ичобр 0)ше пт, к сиетемам v-i рг1В. 1ени/ автомобилем. 1и поль:(ую1и1; io кацио ные .лг тчики, в частности длч ;;:.) би.рй. переь -.зя .чи) людей, onacHbie i p ;ы или ciie ina.u Н )е о6ор}довани изоб ретения являн Г(.я повышение 6o3una . ;iOi T4 .,ии/кения автомобиля в потоке. Устройство 1.оде)1;ит два локационных датчика: передний 2 ii задней 3, осуществляющих локацию впереди и сзади движущихся авгомо- Г) c(joTEeTCTBeHHO. Информация от них, , I :к.е от датчика 6 собственной скорости, блоков определения абсолютных скоростей ., реди 7 и сзади 8 движущихся автомобитей пос1уиает в блок 9 расчета оптим.:; ;;.И1 Й дистанции до впереди движущегося зв омобиля, определяемой по критерию минима.льной и о.т,инаковой степени тяжеск : ;:змо/кных столкновений с передним и с 5а;и;.;м .-вюмог -лнми Сигнал с выхода гекчцей и оптимальной .UiC ::ч1,1ии упрапляеп исполнительным ме- xaни, 12 т(ч1лнвоподачи и сигна. шза- Ton.-.t i. I з.п., 4 ил.

<,"Оч 13 COBETO(- Р

СОЦИАЛИСТИ<-3Е<;МИХ

РЕСА УБЛИК,SU„„1373594

А1

l) Ь 6i) К, 3! < i,) 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ / СВИДЕТЕЛЬСТВ

71>

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbiTIll. (21 ) 41 24? 82 /:31-! 1 (22) .", 06 86 (46) 15.02.88. Ьюл. № 6 (71) Ставропольский полите <ни«ескии институт (72) И. Г. Савеатеев (5: ) 656.052>.44! 088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 794575, кл. V 60 К 76 (54) УСТРОЙ СТВО Д:1 Я АВТОМА < И" Г < .

КОГО ОБЕС111 ЧЕ НИЧ ОГ1ТИМА.< > Ь !1<)Г<

ДИСтАV11,ИИ

< <7) И 1об).< <ение от,<о<; Г:">1 к < H< ГРм

p< .,<. "< !<) кани<)н;<ые,",.-:тчики, в частное "длч:. <" би.<Рй. i!< ре> .зи.:!H> людей, оп «нь<<Г гр; и.<и <.Не<«а,< 4 )е обор,довани<-. IIP:!,K) II:)<)F>ретения явля< . >! поиь<ц<ение безопа<".и, «.<я;+ения автомобиля в потоке. Устройство

c<:>.1.<.ржит два локационных датчика: перед,11!! : и задi!:<й,5, осуществляющих локацик впереди и сзади движущихся авгомо.>ил и Гоответственно. Информация от ннх, <,кгке от датчика 6 собственной скорости, <.«>к:>в определения абсолютных скоростей з<ц рели и сзади 8 движущихся автомоби-сй li<)< l упает в блок 9 расчета оптии:< ; l и дистанции lo впереди движущегося )н >мобиля, определяемой по критерию х<ин им а., ьной и одина ковой степ<. ни тяжес..<МО>ьНЬ<Х < тОЛКН<>В< i! HH С Псрединч И С

) );I>;;« .в<омог .<ими Сигнал с выхода .)ог,«(ав«н<)я Г< к щей i! оптимальной .;«с< н,)и<<,пра;л>1 т исполнительным механи.< !<)ë: 12 тс пливоподачи и сигна.<нзат< и,>;< I <, з.п.<(з-.)ы, 4 ил.

1373594

Изобретение относится к автомобильной технике, а именно к системам автоматического управления, автомобилем, использующим локационные датчики, и может быть особенно полезно для автомобилей, переводящих людей, опасные грузы или специальное оборудование.

Целью изобретения является повышение безопасности движения автомобиля в потоке.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема расположения автомобилей на дороге и их взаимодействие; на фиг. 2 — блоксхема устройства автоматического обеспечения оптимальной дистанции между автомобилями в потоке; на фиг. 3 — вариант устройства блока расчета оптимальной дистанции; на фиг. 4 — графики, иллюстрирующие влияние некоторых параметров движения автомобилей на оптимальную дистанцию.

Автомобиль 1 (фиг. I ) снабжен устройством автоматического обеспечения оптимальной дистанции, с помощью которого осуществляют локацию впереди идущего автомобиля 4 и сзади следующего автомобиля 5 соответственно (двухнаправленное слежение) .

Устройство для автоматического поддержания оптимальной дистанции (фиг. 2) состоит иэ переднего 2 и заднего 3 локационных даз чиков, датчика 6 собственной скорости автомобиля, блока 7 определения скорости впереди идущего автомобиля, блока 8 определения скорости сзади следующего автомобиля, блока 9 расчета оптимальной дистанции до впереди идущего автомобиля, блок 10 сравнения текущей дистанции до впереди идущего авгомобиля с оптимальной, передатчика 11 предупреждающей информации для сзади следующего автомобиля (микроволнового, светового. звукового ипи иного типа) и автоматизированного исполнительного механизма 12 топлив н.одачи . вигателя. Блоки 7, 8 и 10 являются простейшими сумматорами. Отрицательный вход сумм:тора 7 соединен с выхо:loM сигнала относительной скорости сближения Ъ со впереди идущим автомобилем датчика 2, а положительный вход -- с выходом датчика 6 собственной скорости Vz.

Сумматор 8 имеет два положитепьных входа, оцин иэ которых соединен с выходом датчика 6 собственной скорости, другой --- с выходом сигнала отнссительйой скорости сближения V» со сзади следующим автомобилем датчика 3. Пять входов блока 9 расчета оптимальной дистанции связаны по отдельности соответственно с выходом сигнала рас.тояния Siz до впереди идущего автомобиля датчика 2, с выходом сигнала скорости V, впереди идущего автомобиля сумматора 7, с выходом датчика 6 собст, венной скорости Vz,. выходом сигнала скорости Vg сзади cJleä к)снего автомобиля c ì5

3S

55 матора 8 и с выходом сигнала расстояния

S до сзади следующего автомобиля датчика 3. Указанная совокупность параметров используется в блоке 9 для определения оптимального собственного положения автомобиля относительно одновременно и впереди идущего, и сзади следующего, которое характеризуется величиной потребной дистанции до впереди идущего автомобиля, поскольку эта величина определяет косвенно и потребное оптимальное расстояние до сзади следующего автомобиля при заданном в каждый момент времени расстояния от впереди идущего автомобиля 4 (фиг. 1) до сзади следующего автомобиля 5. Критерием оптимальности является равенство оценок степени тяжести возможных столкновений со впереди и со сзади движущимися автомобилями вследствие экстренного торможения впереди идущего автомобиля 4 и при соответствующей тормозной реакции операторов автомобилей 1 и 5. Выбор критерия

«Равенство оценок степени тяжести, столкновений, а не нулевое их значение, что имеет место в известных устройствах, позволяющих выдерживать безопасную дистанцию до впереди идущего автомобиля без учета наличия сзади следующего автомобиля, обусловлен тем, что в общем случае, характеризующимся двухсторонним приближением на опасные расстояния одновременно и впереди идущего, и сзади следующего автомобилей, нет воэможности в экстренной ситуации предотвратить столкновение хотя бы с одним из них. Уравнивание тяжести столкновений снижает тяжесть последствий наиболее опасного из них и, следовательно, тяжесть столкновений для автомобиля 1.

При выборе конкретного оценочного параметра степени тяжести принимается во внимание следующее.

Можно считать, что тяжесть столкновения пропорциональна энергии удара, тогда степень тяжести оценивается величиной потерянной кинетической энергии при столкновении. Столкновения автомобилей можно отнести к типу абсолютно неупругих ударов, т.е, таких, при которых вся потерянная кинетическая энергия идет, например, на деформацию кузовов. Для такого типе удара для автомобилей равной полной ма сы потерянная кинетическая энергия пропорциональна квадрату относительной скорости между ними в момент сголкновения.

Поэтому ст. пень тяжести столкновения оценивается величиной квадрата относительной скорост,- к моменту столкновения.

Этот оценочный параметр является кинематическнм, а, следовательно, его величина полностью может быть определена по исходным координатам полож.ния (Sly и 5г,) и абсолютных скоростей (V — -Чз) элементов системы и по ее динами ескому .остоянию. Динамика си мы задается. как обычно при экстренных зорможениях, во-пер1373594

55 вых, условием, что в зоне контакта колес с дорогой Tc,; ìoçíûå силы у всех колес одновременно достигают максимально возможных по сцеплению величин, а, во-вторых, что коэффициенты сцепления одинаковы у всех колес и остаются неизменными в течение всего времени установившегося торможения.

Приведенное доказательство подтверждает, что при заданных условиях сцепления колес с дорогой совокупность именно

Bf. личин . ) г, Ьгз, Ч,— Чз, HBJIHIQULHxcH Bxogными параметрами блока 9 расчета оптимальной дистанции (фиг. 2), оказывается необходимой и достаточной для оценки в блоке 9 степеней тяжести возможных столкновений со впереди идущим и со сзади следующим автомобилями и для определения путем вариации величины исходного расстояния SI2 (при сохранении (S12+S23) =

=const) значения оптимальной дистанции

S„.„до впереди идущего автомобиля.

Выход блока 9 соединен с отрицательным входом блока 10 сравнения, являющегося сумматором, положительный вход которого связан с выходом сигнала текущего расстояния до впереди идущего автомобиля переднего локационного датчика 2. Выход блока сравнения подключен к передатчику 11 предупреждающей информации для сзади следующего автомобиля, а также к автоматизированному исполнительному механизму

12 топливоподачи двигателя автомобиля.

Передатчик ll может быть микроволнового, оптического, акустического или иного типа. В простейшем случае — это оптический стоп-сигнал, извещающий водителя заднего автомобиля об уменьшении скорости и состоящий из сигнальной лампы 13, транзисторного ключа на основе транзистора 14 р-п р-типа н входного резистора 15, разделительного диода 16, источника 17 питания для лампы 13 (клемма « — »). Разделительный диод 16 и входной резистор 15 включены в базовую цепь транзистора 14, причем катод диода 16 соединен с входом в целом передатчика l. Лампа 13 питается от источника 17 и находится в эмиттерной цепи транзистора. Коллектор транзистора соединен с «минусом» источника.

Взаимосвязь входных и выходного параметров по виду (1) обуславливает наличие в блоке 9 следующих элементарных вычисли гельных устройств (фиг. 3): сумматора 18 для сложения сигналов расстояний

S и багз и получения сигнала расстояния блока 19 умножения для перемножения сигналов 1 и скорости V впереди идущего автомобиля, блока 20 умножения для перемножения сигналов собственной скорости Чг и скорости V3 сзади следующего автомобиля и выходного сумматора 21, выполняющего сложение сигналов L, L Vi, Ч, Чг, Чг Нз и Нз с соответствующими коэффициентами передачи входов в него по виду (1) и формирующего на выходе сигнал оптимальной дистанции Sip . Один вход сумматора 18 соединен с каналом сигнала расстояния Sl до впереди идущего автомобиля, другой — с каналом сигнала расстояния S до сзади следующего автомобиля. На один вход блока 19 умножения подается сигнал с выхода сумматора 18, другой вход связан с каналом сигнала скорости Vi. Первый вход блока 20 умножения подключен к каналу сигнала собственной скорости V, второй — к каналу сигнала скорости V3. Входы выходного сумматора 21 соединены соответственно с выходом сумматора 18, с выходом блока 19 умножения, с каналом сигнала скорости Vi, с каналом сигнала скорости V>, с выходом блока 20 ум ножен ия, с каналом сигнала скорости Чз. Выход сумматора 21 является выходом в целом блока 9.

Устройство работает следующим образом.

При произвольном режиме движения каждого автомобиля из рассматриваемой группы их абсолютные скорости V — Чз и относительные расстояния S > и S» изменяются. Информация об этом вводится в устройство с помощью переднего и заднего 3 локационных датчиков, а также датчика 6 собственной скорости. В сумматоре 7 по сигналу относительно скорости Vi со впереди идущим автомобилем с переднего датчика

2 и сигналу собственной скорости Чг с датчика 6 рассчитывается скорость Vi впереди идущего автомобиля l =Нг VI2

В сумматоре 8 скорость V сзади следующего автомобиля определяется по сигналу собственной скорости Нг с датчика 6 и сигналу относительной скорости Ч з со сзади следующим автомобилем с заднего датчика 3

Чз = Чг + Чгз.

Сигнал скорости Vi с выхода сумматора 7, сигнал скорости Нз с выхода сумматора 8, а также сигналы Sip. Чг и Ьгз с датчиков

2, 6 и 3 соответственно поступают в блок

9, где рассчитывается оптимальная дистанция Si - . Выходной сигнал S > сравнивается в блоке 10 с сигналом текущей дистанции Si . Сигнал рассогласования AS = Ь г S n. поступает на исполнительный механизм 12 топливоподачи и передатчик 11 предупреждающей информации. Если действительная дистанция превышает требуемую (оптимальную), т.е.

AS)0, то механизм 12 осуществляет увеличение подачи топлива и разгон автомобиля

При AS(0 механизм 12 обеспечивает уменьшение топливоподачи и замедление автомобиля. Одновременно отрицательный сигнал AS проходит через разделительный диод

16 передатчика 11 и входной резистор 15, что приводит к открытию транзистора 14 и, следовательно, к загоранию лампы 13 стоп1373594

-0,25 (, +

2J 2J Iy"

50 сигнала. Таким образом, обеспечивается поддержание оптимальной при текущих параметрах потока автомобилей дистанции и предупреждение водителя сзади следующего автомобиля о необходимости снижения ско рости.

Ьлок 9 расчета оптимальной дистанции может быть выполнен различным образом по сложности конструкции и алгоритму функционирования. В частности, его устройство 10

pe< ëàìåíòèðóåòñÿ следук>щим полиноминальным соотношением между входными и выходными сигналами:

S l. — 87,72+ 2,50 L+ 1,82 V>—

0,1282 1 VI+3,11 Vz+2,19 - V>—

01122 Ч . % (1) 15

Где 1 = 512 + S 21.

Указанное соотношенис справедливо с

«<>I pc<11;IucTbIo 10% при коэффициенте сцеп.1сния к<>лес с дорогой

i. == (! 0 30) м; V, = — (14,5 24,5) м/с; (l4,5 24,5) м/с; з = (14,5:30) м/с. (оотношени«(! ) получено методом имиIHl1H<>HH<>I о моделирования с использовани(M ч ис, It. 1(íÎÃÎ р<. lilt ния задачи Коп>и, Iля

t Herc»I>I диффс ренциа.>ьных уравнений, Опи- 25 сынак>ших движение ра<сматриваемой группы 11>з О. 1обилеЙ I i>>HI 1 ) llpH экстренных

Г<>Р 1<>ж< HIIyЕДЕЛРНИЯ 1 < р; 1<и 1 l>H п<>след<>BBTB It Hblx столк1<овеНИyl, H I hжЕ с ИОПОЛНЗОВаНиЕМ <>птими<;lllH<>lH 1(>о<ц.< ры НО критерию равенства

yIIt H

HcхО ! t данных . тены следуюшие cpeHHtст;>т ич< сKHt I1 т< рмозных приводов при экстреl н»<х тормож. ниях: вречя нара TBíèH замед.1< Ни Я Bllt ><. J H И I y lilt ГО аВТОМОбИли раВНО с, время <апаздывания автоматизироB;lHl«>lo тормо ного привода автомобиля

1 0,3 с, время нарастания есо замедления

0,:3 <, время реакции водителя сзади сл<— дх кнцего автомобиля 1,0 с, время: 1- 40 паздывания привода этого автомобиля

0," с, а время нарастания замедления — (!,2 с.

Алгоритм ф> нкционирования блока 9

«>нестк<<й» и строго определяется процедурой форчирования нолиномиального соотношения я<ждх входными и выходными сигналами по виду (1). В блоке 18 по входНь<ч Hl палач и 22 формируется си<— нал их суммы. В блоке 19 происходит учножение величин Чl и ., а в блоке 20 — умножение величин < и Ъ ;1. От этих блоков сигналы I., y<. I, х . х;, а также Vl Vl со Входон блока 9 поступают в сумматор 21, где сигнал на выход)е с<>ответствует величине оптимальной дистанции.

I ðBôHêH на фиг. 4 иллкзстрируют влия>нц- на ве.<ичину Выходного сигнала блока 9 (<и:тичальную дисг,<нцию) изменения нек<>горых параметров днижения автомобилей.

Эти зависимости получены по соотношению (1) при следующих частных условиях:

Vl=Vz = 22 м/с = const (рассматриваем движение автомобиля 1 без регулирвания собственного режима движения ), Slz = 6 м/с = const скорость V;1 заднего изменяется во времени по закону

V> = V-- + 0,5 . Т. где V - = 18 м/с — скорость заднего автомобиля в начальный момент рассматриваемого периода времени;

t — текущее время, с; величина дистанции S2q до заднего автомобиля при этом переменна 23=) (Ъ 2 х;1) <1! 21" + (3 2 t ") где 822 — — 8 м - расстояние 522 при t=0. (.ум мирное расстояние = — S 1 2+S2> оказыВается, таким образом, тоже изменяющимся во Времени. Кривая 22 на фиг. 4 определяет изменение расстояния S,до заднего автомобиля, график 23 — расстояние SI2 до впереди H."у<цего автомобиля, кривая 24 —— изменение суммарного расстояния L, график

25 — изменение < коросги V, заднего автомобиля, а кпивая 26 изменение Оптимальной дистанции О<2 во времени В. личина

I Ii>T p(б ной (Опти м ал ьной ) диста и ци и к<>леб.lt тся при этом В Н1ироком,",иаН,1 и>не (5,0 — 11,2) м Можно сравнить

>гу зависим<кть < о значсниеч без<>паси к гной листа ции > „до Впереди идущего авточоб>илy< (регvzlHрgtMый параметр в уcòройствах-аналогах и npoToTHIIB), Определяемой по следукнцей известной формуле без учета наличии сзади следукнцего автомобиля:

SbI2 = Vz (т 2-+-0.5> " 2) — >, > 1<1+ где т 2 — время запаздывания тормо. ного привода;; т. Время нарастания замедления; установившееся замедлеHH(ВВТомобиля 1 (фиг 1); т 1 время нарастания замедления. установившееся замедление авто<н>биля 4.

Г1ри г ринятых ранее значениях параметрОВ, вхопящих В эту формулу, имеем S42 =—

===7.7 м =-= const. Величина >41 отмечена на фиг. 4 линие>< 27. Оптимальная дистанция (гра<рик ?6) в начале процесса значительно превы>пает безопасную дистанцию, затем становится меньше, а потом больше ее. Это своеобразно, косвенно еще раз подтверждает отлич <е предлагаемсн > устройст

BB ОТ ИЗВЕСТНЫХ, 1373594

Формула изобретения

1. Устройство для автоматического обеспечения оптимальной дистанции между автомобилями в потоке, содержащее передний локационный датчик, датчик собственной скорости автомобиля и передатчик предупреждающей информации для сзади следующего автомобиля, отличающееся тем, что, с целью повышения безопасности движения автомобиля в потоке, оно снабжено блоком определения скорости впереди идущего автомобиля, первый. вход которого связан с выходом переднего локационного датчика, а второй вход — с выходом датчика собственной скорости автомобиля, задним локационным датчиком текущей скорости сближения со сзади следующим автомобилем, блоком определения скорости сзади следующего автомобиля, один вход которого соединен с выходом датчика собственной скорости, а второй — с выходом заднего локационного датчика текущей скорости сближения со сзади следующим автомобилем, блоком расчета опти мальной дистанции до впереди идущего автомобиля, имеющим пять входов, первый из которых связан с выходом переднего локационного датчика, второй — с выходом блока определения скорости впереди идущего автомобиля, третий — с выходом датчика собственной скорости, четвертый — с выходом блока определения скорости сзади следующего автомобиля, пятый — с выходом заднего локационного датчика текущей скорости сближения со сзади идущим автомобилем, а выход подключен к одному из двух входов блока сравнения, к другому входу которого подсоединен выход переднего локационного датчика, а выход блока сравнения связан с сигнализатором и с исполнительным ме5 ханизмом топливоподачи.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок расчета оптимальной дистанции до впереди идущего автомобиля содержит сумматор, первый и второй блоки

10 умножения, блок суммирования расстояний, первый вход которого подключен к первому входу блока расчета оптимальной дистанции до впереди идущего автомобил я, второй вход — к пятому входу блока расчета оптимальной дистанции до впереди идущего автомобиля, выход блока суммирования расстояний подключен к первому входу первого блока умножения, другой вход которого подключен к второму входу блока расчета оптимальной дистанции до впереди идущего автомобиля, причем первый и второй входы второго блока умножения подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока расчета оптимальной дистанции до впереди идущего автомобиля, при этом шесть входов сумматора соеди25 нены соответственно с выходами блока суммирования расстояний, первого блока умножения, блока определения скорости впереди идущего автомобиля, датчика собственной скорости автомобиля, второго блока умножения и блока определения скорости сзади следующего автомобиля, а выход сумматора является выходом блока расчета оптимальной дистанции до впереди идущего автомобиля

1373594

Аг

8zs

Очи è м

М 37 2 д

1 ! ! !.о »»»тель A. fiaps <ов

Редактор Т. Парфенова Те, ред1 . Верее Корректор А Зичокосов

Заказ 365/13 Тиралк 558 Г1одписное

ВНИИГ!И Государственно о ком»те а (ХГР го делам изобретег ий н оглp:.-»й

I 1 36. 5. Москва, Ж Рауспская н»6 . д. 4/5

Производ,ивино-»»»»ãðàô» кско" »> ° пг»з игз г У, ãîðîä, ул П," кт» о, 4