СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ С ПРЕПЯТСТВИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PREVENTING VEHICLE COLLISION WITH OBSTACLE AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к локационным системам обеспечения безопасности автомобиля при движении.
Наиболее близким к изобретению является способ предупреждения столкновения автомобиля с препятствием, заключающийся в том, что выбирают сектора наблюдения за дорожной обстановкой путем установки n-интегрированных модулей устройства, формируют диаграммы направленности импульсного дальномерного оптического локатора и непрерывного доплеровского оптического локатора, за счет несканирующих астигматических приемопередающих оптических систем, разбивают на ряд интервалов диапазон дальности обнаружения импульсного дальномерного оптического локатора с помощью временных селекторов, разбивают на ряд интервалов диапазон измерения относительных скоростей сближения с препятствием непрерывным доплеровским оптическим локатором при помощи полосовых частотных фильтров, обеспечивают поступления сигналов в систему обработки информации в случае появления препятствия на пути движения автомобиля, с импульсного дальномерного оптического локатора и непрерывного доплеровского оптического локатора, несущие информацию о расстоянии, направлении и скорости сближения с препятствием через соответствующие временные селекторы и полосовые частотные фильтры, а также одновременно с измерителя собственной скорости автомобиля, при этом система обработки информации проводит идентификацию секторов приема сигналов от препятствия, определяет интервалы расстояний до них, относительные скорости сближения и оценивает степень опасности столкновения, сигналы предупреждения о наличии, направлении и степени сближения с препятствием выводятся на систему звукового предупреждения и систему светового предупреждения, система обработки информации через бортовой компьютер приводит в действие систему управления или экстренного торможения автомобиля, в случае аварийной обстановки или замедленной реакции водителя [1].
Наиболее близким к изобретению является устройство предупреждения столкновений автомобиля с препятствием, которое содержит набор идентичных интегрированных модулей, включающих в себя несканирующую, астигматическую, приемопередающую оптическую систему, которая одновременно формирует диаграммы направленности импульсного дальномерного и непрерывного доплеровского оптических локаторов, работающих в разных диапазонах длин волн. К выходу импульсного дальномерного оптического локатора каждого модуля подключены m временных селекторов, выделяющих соответствующие интервалы дистанции до препятствия. К выходу непрерывного доплеровского оптического локатора модуля подключены k полосовых частотных фильтра, выделяющих интервалы относительных скоростей сближения с препятствием. Выходы временных селекторов и полосовых частотных каждого модуля подключены к соответствующим входам системы обработки информации, в которую также поступает информация о собственной скорости автомобиля. Выходы системы обработки информации подключены к системам светового и звукового предупреждения водителя, которые с помощью световых и звуковых сигналов сообщают о наличии, направлении и расстоянии до препятствия, а также к бортовому компьютеру, управляющему параметрами движения автомобиля [1].
Недостатком данных способа и устройства является недостоверное оценивание степени опасности столкновения автомобиля с препятствием так, как не определяется критическое значение безопасной дистанции до препятствия на основе определения тормозного пути автомобиля с учетом реакции водителя в процессе движения автомобиля.
Цель изобретения - повышение безопасности эксплуатации автомобиля на основе определения критического значения безопасной дистанции автомобиля.
тек
сбл
Т
0
с
н
уст.
с
р
и
р
и
2
Решение данной цели изобретения достигается в способе предупреждения столкновения автомобиля с препятствием, заключающимся в том, что выбирают сектора наблюдения за дорожной обстановкой путем установки n-интегрированных модулей устройства, формируют диаграммы направленности импульсного дальномерного оптического локатора и непрерывного доплеровского оптического локатора, за счет несканирующих астигматических приемопередающих оптических систем, разбивают на ряд интервалов диапазон дальности обнаружения импульсного дальномерного оптического локатора с помощью временных селекторов, разбивают на ряд интервалов диапазон измерения относительных скоростей сближения с препятствием непрерывным доплеровским оптическим локатором при помощи полосовых частотных фильтров, обеспечивают поступления сигналов в систему обработки информации в случае появления препятствия на пути движения автомобиля, с импульсного дальномерного оптического локатора и непрерывного доплеровского оптического локатора, несущие информацию о расстоянии, направлении и скорости сближения с препятствием, через соответствующие временные селекторы и полосовые частотные фильтры, а также одновременно с измерителя собственной скорости автомобиля, при этом система обработки информации проводит идентификацию секторов приема сигналов от препятствия, определяет интервалы расстояний до них, относительные скорости сближения и оценивает степень опасности столкновения, сигналы предупреждения о наличии, направлении и степени сближения с препятствием выводятся на систему звукового предупреждения и систему светового предупреждения, система обработки информации через бортовой компьютер приводит в действие систему управления или экстренного торможения автомобиля, в случае аварийной обстановки или замедленной реакции водителя дополнительно определяют критическое значение безопасной дистанции до препятствия при данных условиях движения в соответствии с выражением: , где S - текущая дальность автомобиля до препятствия, V - скорость сближения автомобиля с препятствием, S - тормозной путь автомобиля, который определяют при кратковременном нажатии водителем на педаль тормоза в соответствии с выражением:  где V - начальная скорость торможения автомобиля, км/ч; τ -время запаздывания срабатывания тормозной системы; τ - время нарастания замедления; j - установившееся замедление, м/с, определяют время запаздывания срабатывания тормозной системы в соответствии с выражением τ=τ+τ, где τ - время реакции водителя автомобиля, τ - время инерционности тормозной системы, время реакции водителя автомобиля определяют периодически через заданные временные интервалы на основе фиксации моментов между выдачей сигнализатором сигнала водителю автомобиля о нажатии и нажатием на педаль тормоза автомобиля.
Реализация предлагаемого способа достигается устройством предупреждения столкновения автомобиля с препятствием, состоящим из набора идентичных интегрированных модулей, каждый из которых содержит приемопередающую оптическую систему, импульсный дальномерный и непрерывный доплеровский оптические локаторы, работающие на разных длинах волн, системы обработки информации, системы светового и системы звукового предупреждения, измерителя собственной скорости автомобиля и бортового компьютера автомобиля, при этом приемопередающая оптическая система каждого модуля выполнена несканирующей астигматической, сопряженной одновременно с импульсным дальномерным оптическим локатором и непрерывным доплеровским оптическим локатором и формирующей стационарные по отношению к автомобилю диаграммы направленности этих локаторов, к выходу импульсного дальномерного оптического локатора подключены входы «m» временных селекторов, а к выходу непрерывного доплеровского оптического локатора подключены входы «k» полосовых частотных фильтров, выходы всех временных селекторов и полосовых частотных фильтров соединены с соответствующими входами системы обработки информации, идентифицирующей сектора приема сигналов от препятствий, интервалы расстояний до них, относительные скорости сближения и оценивающей степень опасности столкновения, к дополнительному входу системы обработки информации подключен выход измерителя собственной скорости автомобиля, к третьему выходу системы обработки информации присоединены входы систем звукового и светового предупреждения, которые с помощью звуковых и световых сигналов предупреждают водителя о направлении, расстоянии до препятствия и степени опасности столкновения с препятствием, а также вход бортового компьютера автомобиля, который выдает команды на системы управления и торможения автомобиля, в которое дополнительно введены акселерометр, контактный датчик, расположенный на педали тормоза автомобиля, блок определения безопасной дистанции автомобиля до препятствия, сигнализатор для оценки реакции водителя, сигнализатор предупреждения о недопустимой дистанции автомобиля до препятствия, причем выходы акселерометра, измерителя собственной скорости автомобиля, контактного датчика, источника питания, первый и второй выходы системы обработки информации соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым входами блока определения безопасной дистанции автомобиля до препятствия, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входами сигнализатора для оценки реакции водителя, сигнализатора предупреждения о недопустимой дистанции автомобиля до препятствия.
Кроме того, блок определения безопасной дистанции автомобиля до препятствия состоит из ключа, линии задержки, первого, второго и третьего делителей, первого и второго умножителей, первого и второго суммирующих устройств, первого, второго и третьего задатчиков, квадратора, первого и второго элемента НЕ, счетчика, первой и второй дифференцирующей цепи, генератора импульса, сдвигового регистра, элемента ИЛИ, вычитающего устройства, причем первый и второй входы блока определения безопасной дистанции автомобиля до препятствия являются соответственно первым входом ключа и одновременно линии задержки, первым входом первого делителя и одновременно первым и вторым входами квадратора, выход линии задержки соединен со вторым входом ключа, выход которого соединен с первым входом первого умножителя, второй вход которого соединен с выходом первого задатчика, выход первого умножителя соединен со вторым входом второго делителя, первый вход которого соединен с выходом квадратора, выход второго задатчика соединен со вторым входом первого делителя, выход которого соединен с первым входом второго умножителя, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, первый, второй и третий входы которого соединены с выходом счетчика и первым и вторым выходами третьего задатчика сигналов, выходы второго умножителя и второго делителя соединены соответственно с первым и вторым входами второго суммирующего устройства, выход которого соединен со вторым входом вычитающего устройства, третий, четвертый, пятый и шестой входы блока определения безопасной дистанции автомобиля до препятствий являются соответственно входом первого элемента НЕ, входом первой дифференцирующей цепи, первым входом вычитающего устройства и первым входом третьего делителя, выход первой дифференцирующей цепи соединен со вторым входом сдвигового регистра, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выходы сдвигового регистра соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с входом второй дифференцирующей цепи, выход которой соединен со вторым входом счетчика, первой вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ, выход вычитающего устройства соединен со вторым входом третьего делителя, выход которого соединен с входом второго элемента НЕ, выходы элемента ИЛИ и второго элемента НЕ являются соответственно первым и вторым выходами блока определения безопасной дистанции автомобиля до препятствия.
Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу, является следующая совокупность действий.
тек
сбл
Т
1. Определяют безопасную дистанцию до препятствия при данных условиях движения в соответствии с выражением: , где S - текущая дальность автомобиля до препятствия, V - скорость сближения автомобиля с препятствием, S - тормозной путь автомобиля.
0
с
н
уст
2
2. Определяют тормозной путь автомобиля при кратковременном нажатии водителем на педаль тормоза в соответствии с выражением:  где V - начальная скорость торможения транспортного средства, км/ч; τ - время запаздывания срабатывания тормозной системы; τ - время нарастания замедления; j - установившееся замедление, м/с.
с
р
и
р
и
3. Определяют время запаздывания срабатывания тормозной системы в соответствии с выражением τ=τ+τ, где τ - время реакции водителя транспортного средства, τ - время инерционности тормозной системы.
4. Определяют время реакции водителя транспортного средства периодически через заданные интервалы на основе фиксации моментов между выдачей сигнализатором сигнала водителю автомобиля и нажатием на педаль тормоза автомобиля.
Новыми элементами, обладающими существенными отличиями по устройству, являются акселерометр, контактный датчик, расположенный на педали тормоза автомобиля, блок определения безопасной дистанции автомобиля до препятствия средства, сигнализатор для оценки реакции водителя, сигнализатор предупреждения о недопустимой дистанции автомобиля до препятствия и связи между известными и новыми элементами.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства предупреждения столкновения автомобиля с препятствием, на фиг.2 - блока прогнозирования безопасной дистанции до препятствия средства.
Устройство содержит (фиг.1) интегрированные модули 1i, несканирующие астигматические приемопередающие оптические системы 2i, импульсные дальномерные оптические локаторы 3i, непрерывные доплеровские оптические локаторы 4i, где i=1…n, временные селекторы 5ij, где j=1…m, полосовые частотные фильтры 6it, где t=1…k, система обработки информации 7, система звукового предупреждения 8, система светового предупреждения 9, измеритель собственной скорости автомобиля 10, бортовой компьютер автомобиля 11, акселерометр 12, контактный датчик 13, блок 14 определения безопасной дистанции автомобиля до препятствия, сигнализатор 15 оценки реакции водителя, сигнализатор 16 предупреждения о недопустимой дистанции до автомобиля.
Блок 14 определения безопасной дистанции автомобиля до препятствия (фиг.2) состоит из ключа 17, линии 18 задержки, первого 19, второго 20 и третьего 21 делителей, первого 22 и второго 23 умножителей, первого 24 и второго 25 суммирующих устройств, первого 26, второго 27 и третьего 28 задатчиков, квадратора 29, первого 30 и второго 31 элемента НЕ, счетчика 32, первой 33 и второй 34 дифференцирующей цепи, генератора 35 импульса, сдвигового регистра 36, элемента ИЛИ 37, вычитающего устройства 38.
Устройство предупреждения столкновения автомобиля с препятствиями работает следующим образом.
Каждый из интегрированных модулей 1i устройства расположен и ориентирован на автомобиле таким образом, что отвечает за свой сектор наблюдения за дорожной обстановкой, при этом несканирующие астигматические приемопередающие оптические системы 2i формируют диаграммы направленности импульсного дальномерного оптического локатора 3i и непрерывного доплеровского оптического локатора 4i. Диапазон дальности обнаружения импульсного дальномерного оптического локатора 3i с помощью временных селекторов 5ij разбит на ряд интервалов, величины которых определяются совокупностью таких параметров, как дальность обнаружения, предельная относительная скорость сближения с препятствием, время реакции водителя, быстродействие системы торможения и другие. Аналогично, диапазон измерения относительных скоростей сближения с препятствием с непрерывного доплеровского оптического локатора 4i при помощи полосовых частотных фильтров 6it разбит на ряд интервалов относительных скоростей сближения. В случае появления препятствия на пути движения автомобиля сигналы с импульсного дальномерного оптического локатора 3i и непрерывного доплеровского оптического локатора 4i, несущие информацию о расстоянии, направлении и скорости сближения с препятствием, через соответствующие временные селекторы 5ij и полосовые частотные фильтры 6it поступают в систему обработки информации 7. Одновременно в нее поступают сигналы с измерителя собственной скорости автомобиля 10. Система обработки информации 7 проводит идентификацию секторов приема сигналов от препятствия, определяет интервалы расстояний до них, относительные скорости сближения и оценивает степень опасности столкновения. Сигналы предупреждения о наличии, направлении и степени сближения с препятствием выводятся на систему звукового предупреждения 8 и систему светового предупреждения 9 в наиболее простой, наглядной и эргономичной форме, не требующей отвлечения водителя от дорожной обстановки. В случае аварийной обстановки или замедленной реакции водителя система обработки информации 7 через бортовой компьютер 11 приводит в действие систему управления или экстренно.
Блок 14 определения безопасной дистанции автомобиля до препятствия обеспечивает на основе определения тормозного пути автомобиля с учетом оценки реакции водителя, а также информации о дальности и скорости сближения с препятствием выдачу сигнала о достижения предельного значения дистанции до препятствия.
Для определения тормозного пути водителю автомобиля необходимо периодически осуществлять кратковременное нажатие на педаль тормоза.
Для определения тормозного пути автомобиля сигналы с выходов акселерометра 12 и измерителя 10 собственной скорости автомобиля поступают на первый и второй входы блока 14 определения безопасной дистанции автомобиля до препятствия и соответственно на первый вход ключа 17 и одновременно на вход линии 18 задержки, первый вход первого 19 делителя и одновременно на первый и второй входы квадратора 29.
уст
Через определенный интервал времени необходимый для формирований установившего замедления с выхода линии 18 задержки сигнал, соответствующий значению j поступает на второй вход ключа 17, с выхода которого поступает на первый вход первого 22 умножителя, на второй вход которого поступает сигнал, соответствующий фиксированному значению 26 с выхода первого 26 задатчика.
ycт
0
с
¡
2
С выхода первого 22 умножителя сигнал, соответствующий значению 26j, поступает на второй вход второго 20 делителя, на первый вход которого поступает сигнал, соответствующий значению V  с выхода квадратора. С выхода второго 27 задатчика сигнал, соответствующий значению 3,6, поступает на второй вход первого 19 делителя, с выхода которого сигнал, соответствующий значению  поступает на первый вход второго 23 умножителя, на второй вход которого поступает сигнал, соответствующий значению (τ+0,5 τ) с выхода первого 24 сумматора, на первый, второй и третий входы которого поступают сигналы с выхода счетчика 30 и первого и второго выхода третьего 28 задатчика сигналов. С выходов второго 23 умножителя и второго 20 делителя сигналы поступают на первый и второй входы второго 25 суммирующего устройства, с выхода которого сигнал, соответствующий значению  поступает на второй вход вычитающего устройства 38.
Таким образом, происходит определение тормозного пути автомобиля для данных условиях движения.
Для оценки реакции водителя автомобиля водитель периодически осуществляет кратковременное нажатие на педаль тормоза в момент выдачи сигнала с сигнализатора оценки реакции водителя.
При этом предварительно осуществляется обнуление сдвигового регистра 36 и счетчика 32 от источника питания соответственно через первую 33 и вторую 34 дифференцирующую цепи.
В дальнейшем с выхода контактного датчика 13 сигналы поступают на третий вход блока 14 определения безопасной дистанции автомобиля до препятствия и соответственно через первый 30 элемент НЕ на первый вход счетчика 32, временной интервал на выходе счетчика 32 будет соответствовать времени реакции водителя автомобиля для данного момента времени.
Для учета реакции водителя в разные промежутки времени сигналы с выходов сдвигового регистра 36 через разные временные интервалы поступают на входы элемента ИЛИ 37, с выхода которого поступает одновременно на вход второй 34 дифференцирующей цепи для периодического обнуления счетчика 32 и на сигнализатор 15 для оценки реакции водителя.
Таким образом, происходит оценка реакции водителя в процессе движения автомобиля.
Для определения момента достижения критического значения безопасной дистанции сигналы, соответствующие дальности и скорости сближения с препятствием, поступают с первого и второго выходов системы 7 обработки информации на пятый и шестой входы блока 14 определения безопасной дистанции автомобиля до препятствия и соответственно на первые входы вычитающего устройства 38 и третьего 21 делителя.
тек
Т
С выхода вычитающего устройства 38 сигнал, соответствующий значению S-S, поступает на второй вход третьего 21 делителя, с выхода которого сигнал, соответствующий значению  поступает на вход второго 31 элемента НЕ, с выхода которого при условии, если значения сигнала меньше нулевого значения, поступает на сигнализатор 16 недопустимой дистанции автомобиля до препятствия.
Таким образом, обеспечивается повышение безопасности эксплуатации автомобиля на основе определения безопасной дистанция автомобиля до препятствия.
Источник информации
1. Коннов В.П., Польский Ю.Е., патент на изобретение РФ №2348948, 10.03.2009, кл. МПК G01S 13/93 (2006.01), патентообладатель: Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Мифотекс".