Устройство измерения линейной скорости транспортного средства
DEVICE FOR MEASURING THE LINEAR VELOCITY OF A VEHICLE

Изобретение относится к области измерения линейной скорости и может быть использовано для определения линейной скорости транспортных средств, в частности, автомобильных, морских, железнодорожных и др.
Известно устройство для измерения скорости транспортного средства, содержащее включенные в систему реального времени датчики пути и скорости, выходы которых соединены со входами блоков формирователей сигналов, выходы которых соединены со входами блоков счетчиков импульсов, выходы которых соединены со входами блоков вычисления скорости, другие входы которого соединены с выходами блоков постоянных характеристик, навигационный приемник, входом соединенный с навигационной антенной, а выходом - со входом блока данных навигационного приемника, выход которого соединен с одним из входов блока сравнения скоростей, который другими входами соединен с выходами блоков вычисления скорости, а выход соединен со входом блока связи с CAN-интерфейсом, выходы которого соединены со входами блоков постоянных характеристик (RU2360805, B60L 3/10, 10.07.2009).
Недостатками данного устройства для измерения скорости являются его сложность и недостаточная надежность.
В качестве прототипа выбрано устройство измерения линейной скорости транспортного средства, содержащее источник акустических сигналов, выход которого посредством двух идентичных волноводов соединен соответственно с входом первого приемника и со входом второго приемника, при этом в качестве источника акустических сигналов и приемников использованы пьезоэлектрические преобразователи, а в качестве волновода - звукопровод, например, металл, воздух, разряженный газ, керамика (RU94038127, G01P 1/00, 20.08.1996). Устройство обладает высокой чувствительностью, технологичностью, малым уровнем собственных шумов и низким порогом чувствительности.
К недостаткам известного устройства следует отнести сложность его изготовления и чувствительность пьезоэлемента к возмущениям внешней среды.
Технический результат изобретения заключается в уменьшении аппаратных и вычислительных затрат при определении текущей линейной скорости транспортных объектов и повышении точности и надежности измерений.
Технический результат достигается тем, что в устройство измерения линейной скорости транспортного средства, содержащее источник акустических сигналов и расположенный на заданном от него расстоянии приемник акустических сигналов, согласно изобретению введены генератор тактовых импульсов и вычислительный блок, при этом выход генератора тактовых импульсов подключен к входам синхронизации соответственно вычислительного блока, выход которого является выходом устройства, и источника акустических сигналов, выполненного в виде генератора акустических импульсов, выход приемника акустических сигналов соединен с информационным входом вычислительного блока, а расстояние S между выходом генератора акустических импульсов и входом приемника акустических сигналов выбрано из условия S ≥ 3TV, где T – период следования акустических импульсов, V - скорость распространения акустических импульсов.
На чертеже представлена функциональная схема устройства измерения линейной скорости транспортного средства.
Устройство измерения линейной скорости транспортного средства содержит источник акустических сигналов, выполненный в виде генератора 1 акустических импульсов, и расположенный на заданном от него расстоянии приемник 2 акустических сигналов, генератор 3 тактовых импульсов, вычислительный блок 4, выход генератора 3 тактовых импульсов подключен к входам синхронизации соответственно вычислительного блока 4, выход которого является выходом устройства, и генератора 1 акустических импульсов, выход приемника 2 акустических сигналов соединен с информационным входом вычислительного блока 4, а расстояние S между выходом генератора 1 акустических импульсов и входом приемника 2 акустических сигналов выбрано из условия S ≥ 3TV, где T – период следования акустических импульсов, V - скорость распространения акустических импульсов. Вычислительный блок 4 выполняет вычислительные действия и содержит ячейки памяти (регистры).
Устройство измерения линейной скорости транспортного средства работает следующим образом.
Генератор 1 акустических импульсов по синхронизирующим сигналам, поступающим на его вход от генератора 3 тактовых импульсов, формирует акустические импульсы с периодом следования Т, собственная скорость движения которых в среде распространения равна V. Эти импульсы принимаются приемником 2 акустических сигналов, расположенным на расстоянии S от генератора 1 акустических импульсов. При движении транспортного средства, на котором установлено устройство измерения линейной скорости, и, соответственно, генератора 1 акустических импульсов со скоростью v скорость распространения акустических импульсов становится равной (V+v). При изменении скорости транспортного средства соответственно, приемника 2 акустических сигналов на величину  акустические импульсы, излученные до момента изменения скорости, будут распространяться относительно приемника 2 акустических сигналов со скоростью (V+v) – (v+)= V - . Следовательно, ближайший к приемнику 2 акустических сигналов акустический импульс, находящийся в момент изменения скорости на расстоянии L от него, достигнет приемника 2 акустических сигналов через время  после момента изменения скорости. Следующий за данным акустический импульс, отстоящий от приемника 2 акустических сигналов в момент изменения скорости на расстояние (L+ТV), достигнет приемника 2 акустических сигналов через время  после момента изменения скорости. Таким образом, временной интервал  между моментами приема приемником 2 акустических сигналов обоих импульсов оказывается равным . Значение временного интервала  определяется в вычислительном блоке 4, на первый вход которого поступают с выхода приемника 2 акустических сигналов электрические импульсы, формируемые при поступлении на его вход акустических импульсов. По полученному значению в вычислительном блоке 4 определяется искомое значение приращения скорости: . После вычисления очередного приращения в вычислительном блоке 4 суммированием приращения с предыдущим значением скорости v вычисляется текущее значение скорости v транспортного средства, которое запоминается в вычислительном блоке 4 и поступает на выход устройства.
0
1
Для определения знака приращения (т.е. направления движения объекта) в вычислительном блоке 4 осуществляется сравнение времени достижения t приемника 2 акустических сигналов ближайшим к нему импульсом (или следующим за ним - t) с временем . Время достижения акустическими импульсами приемника 2 акустических сигналов определяется в вычислительном блоке 4 как временной интервал между моментами поступления электрического импульса от генератора 3 тактовых импульсов на второй вход вычислительного блока 4 (поступающего одновременно на вход генератора 1 акустических импульсов) и соответствующего ему электрического импульса от приемника 2 акустических сигналов на первый вход вычислительного блока 4. Если , то приращение положительно, если – отрицательно.
Во избежание ложного (повторного) суммирования уже известного приращения скорости помимо описанных выше действий реализуются также следующие операции:
- генератор 1 акустических импульсов, генератор 3 тактовых импульсов, приемник 2 акустических сигналов, вычислительный блок 4 включаются до начала движения транспортного средства;
- первое, полученное после серии нулевых значений приращений , ненулевое значение приращения  не учитывается, за истинное принимается следующее, полученное по временному интервалу  между следующими акустическими импульсами (в силу того, что первое ненулевое значение приращения формируется по временному интервалу  между акустическим импульсом, поступившим на приемник 2 акустических сигналов до момента приращения скорости, и акустическим импульсом, поступившим на приемник 2 акустических сигналов после момента приращения скорости);
- после вычисления очередного истинного приращения скорости определение следующего приращения скорости начинается с (N+1)-го импульса, начиная от первого импульса, использованного при определении последнего приращения (- число акустических импульсов одновременно присутствующих между генератором 1 акустических импульсов и приемником 2 акустических сигналов); это обусловлено тем, что данный импульс является первым импульсом, движущимся с новой скоростью (V+v+) – предыдущие импульсы имели скорость (V+v).
Точность предложенного устройства можно оценить следующим образом. Так, например, для ультразвуковых импульсов в воздухе V=330 м/с, Т2 мс, а точность определения временного интервала между импульсами современными вычислителями. В этом случае погрешность определения приращения скорости (которую можно уменьшить как увеличением периода Т, так и за счет уменьшения погрешности определения временного интервала между импульсами) равна: , что вполне соответствует современным требованиям, предъявляемым к измерителям скорости.
Предлагаемое устройство может быть использовано при определении параметров движения транспортных средств и решении задачи навигации широкого класса подвижных объектов, движущихся линейно и допускающих возможность разнесения генератора акустических импульсов и акустического приемника на расстояние, обеспечивающее требуемую точность измерения скорости транспортного средства (автомобильного, морского, железнодорожного и др. транспорта).