УСТРОЙСТВО ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ В КОЛОННЕ

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использована в качестве датчика системы предупреждения водителей о возможном столкновении автомобиля с препятствием в возникающей аварийной ситуации.
Наиболее близким к заявляемому решению (прототипом) является система предотвращения столкновений транспортных средств в колонне (см. описание к патенту РФ №2292564 от 27.01.2007, МПК G01S 13/93), 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, схему управления положением антенны, вход которой связан со вторым выходом вычислителя опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, первую и вторую 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 - с входом второй исполнительной схемы, выход которой связан с дроссельной заслонкой.
Недостатками прототипа являются повышенная вероятность столкновения транспортного средства при интенсивном сближении с препятствием (впереди идущем транспортном средством), например, во время движения с большой скоростью, при резкой остановке впереди идущего транспортного средства и (или) при движении по уклону, когда водитель несвоевременно реагирует на сложившуюся ситуацию, в том числе по причине запоздания психофизической реакции или из-за не распознавания звукового предупреждающего сигнала (повышенный уровень окружающего шума, слабослышащий водитель и др.). При этом торможения двигателем для предотвращения столкновения может быть недостаточно.
Технический результат полезной модели направлен на снижение вероятности столкновения транспортного средства при интенсивном сближении с препятствием за счет введения световой индикации, предупреждающей о достижении опасной дистанции и непосредственного автоматического воздействия на тормозную систему транспортного средства при создании аварийной ситуации.
Технический результат достигается тем, что в систему введена третья исполнительная схема, выход которой связан с органом управления давлением в тормозном приводе, а вычислитель опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения снабжен четвертым выходом, который связан с третьей исполнительной схемой при этом первая исполнительная схема содержит дополнительный выход, связанный со световым индикатором.
Отличительными признаками от прототипа является то, что в систему введена третья исполнительная схема, выход которой связан с органом управления давлением в тормозном приводе, а вычислитель опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения снабжен четвертым выходом, который связан с третьей исполнительной схемой при этом первая исполнительная схема содержит дополнительный выход, связанный со световым индикатором.
Функциональная схема предполагаемой системы предотвращения столкновений транспортных средств в колонне представлена на фиг.1.
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 И, второй усилитель мощности 12, фильтр доплеровских частот 13, второй регистратор скорости 14, вычислитель опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения 15, первую 16, вторую 17 и третью 18 исполнительные схемы, схему 19 управления положением антенны.
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 - со 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 9 соединен с первыми входами регистратора 10 дальности и первого регистратора скорости 11, выход модулятора 2 соединен со вторыми входами первого регистратора скорости 11 и регистратора 10 дальности, выход которого соединен со 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, первый выход вычислителя 15 опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения связан с первой 16 исполнительной схемой, первый выход которой соединен с источником звука, а второй - со световым индикатором, вход схемы 19 управления положением антенны связан со вторым выходом вычислителя 15 опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения, третий выход вычислителя 15 опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения связан с входом второй 17 исполнительной схемы, выход которой связан с органом управления подачей топлива, четвертый выход вычислителя 15 опасного расстояния по дальности, путевой скорости и скорости сближения связан с входом третьей 18 исполнительной схемы, выход которой связан с органом управления давлением в тормозном приводе. 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 dR по 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.
ам
д
Численно величина путевой скорости движения автомобиля V прямо пропорциональна доплеровской частоте F 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 и световую индикацию.
тор
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, т.е. между автомобилем и впереди находящимся препятствием (движущимся или неподвижным), при этом производится анализ трех текущих значений:
ам
1) путевой скорости движения автомобиля (относительно опорной поверхности) - V;
сбл
2) скорости сближения с препятствием V;
тек
3) текущей дальности до препятствия R.
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.
тор1
сбл
1
2
э
При движении автомобиля в направлении на неподвижное препятствие или на препятствие движущееся встречно расчет опасного расстояния R производится по классической формуле; опасное расстояние зависит от скорости сближения автомобиля с препятствием V, времени срабатывания тормозного привода t, времени нарастания ускорения t, коэффициента сцепления шин с опорной поверхностью φ, величины уклона дороги i, коэффициента эксплуатационных условий торможения K следующим образом:
При использовании для расчетов вычислительной техники коэффициенты, характеризующие состояние тормозной системы автомобиля и дорожного покрытия, могут устанавливаться программно.
сбл
тор2
ам
вод
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=0), но расстояние R, на котором необходимо выдать команду об опасном расстоянии, должно быть не ниже значения ΔR, которое зависит как от величин путевой скорости автомобиля V, так и от времени реакции водителя автомобиля t:
Тогда общий тормозной путь может быть найден по формуле
тек
сбл
ам
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, скорости сближения с препятствием V и путевой скорости автомобиля V только в случае достижения критического состояния этих величин, при которых возможно опасное столкновение как с подвижным, так и неподвижным препятствием.
Применение схемы 19 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 и световой сигнал, вырабатываемый схемой 16, схема 17 автоматически воздействует на орган управления подачей топлива, переводя автомобиль в режим торможения двигателем, а схема 18 - на орган управления давлением в тормозном приводе, переводя автомобиль в режим торможения рабочей тормозной системой.
В результате достигается снижение вероятности столкновения транспортного средства при интенсивном сближении с препятствием за счет введения световой индикации, предупреждающей о достижении опасной дистанции и непосредственного автоматического воздействия на тормозную систему транспортного средства при создании аварийной ситуации.