БОРТОВАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА БЕСПИЛОТНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
ON-BOARD INFORMATION SYSTEM OF UNMANNED VEHICLE

Изобретение относится к электронным системам транспортных средств и может быть использовано в бортовой информационно-вычислительной системе беспилотного транспортного средства.
Известна автомобильная бортовая информационная система, содержащая электронный блок, состоящий из лицевой панели с окном и нишей, имеющей отверстия для контактных гнезд, и корпуса с цифровым дисплеем, имеющим экран, совместимый с окном лицевой панели, динамиком, печатными платами, а также элементы фиксации электронного блока в панели автомобиля, контактный электрический соединитель, поддерживаемый интерфейс K-Line в соответствии с ISO 9141 и ISO 14230-1, при этом она снабжена клавиатурой с клавишами, имеющими просвечиваемую светодиодами маркировку, световодами, выполняющими функции дополнительной индикации излучаемым светодиодами светом, фотодатчиком и фотоприемником, фоточувствительные части которых размещены на наружной стороне лицевой панели, и печатной платой управления с кнопками, светодиодами, остальными частями фотодатчика и фотоприемника, встроенной на внутренней стороне лицевой панели, а также установленными на корпусе платой инвертора и главной платой с выступающими в передней части контактными гнездами для совмещения с отверстиями ниши на лицевой стороне панели и выступающими в задней части корпуса контактным электрическим соединителем, гнездом для подключения внешней антенны, видеокамерой заднего вида, размещаемой на заднем стекле автомобиля, и поддерживаемыми интерфейсами USB (Host, Slave), USB - OTG, 1 - Ware, CAN 2.0 В. [1] (Ерещенко M.B. Автомобильная бортовая информационная система, патент РФ на изобретение №2268829, М. кл. B60R 16/02, G06F 1/00, G06F 15/00, опубл. 27.01.2006 г.).
Недостатком данной бортовой информационной системы является ограниченная функциональная возможность, обусловленная тем, что система не осуществляет постоянную запись и надежное хранение изображения вокруг автомобиля.
Известна автомобильная бортовая информационная система, содержащая электронный блок, выходы которого соединены с входами цифрового дисплея и динамика, миниатюрную видеокамеру заднего вида, первую и вторую миниатюрные боковые видеокамеры и миниатюрную видеокамеру переднего вида, размещаемые соответственно на заднем, боковых и переднем стеклах автомобиля, коммутатор и блок хранения цифровой информации, который размещен в защищенном корпусе, причем выходы первой и второй миниатюрных боковых видеокамер и миниатюрной видеокамеры переднего вида соединены с соответствующими входами блока хранения цифровой информации, а выход миниатюрной видеокамеры заднего вида соединен с входом коммутатора, первый выход которого соединен с соответствующим входом блока хранения цифровой информации, второй выход - с входом электронного блока, а вход управления соединен с выходом датчика включения заднего хода автомобиля [2], (Винокуров В.И., Григорьева А.В., Зыков В.Н., Зыков А.В. Автомобильная бортовая информационная система, патент РФ на изобретение №2451609, опубл. 27.05.2012 г., МПК D60R 1/00, 2006.01).
Недостатками данной системы является отсутствие возможности распознавания дорожных знаков и управления скоростным режимом. Как известно, одной из основных причин дорожно-транспортных происшествий с тяжелыми последствиями является превышение скоростного режима движения.
Наиболее близким к изобретению является автомобильная бортовая информационная система, которая содержит электронный блок, первый и второй выходы которого соединены с входами цифрового дисплея и динамика, миниатюрные видеокамеры заднего вида, первую и вторую боковые переднего вида, размещаемые соответственно на заднем, боковых и переднем стеклах автомобиля, коммутатор, блок хранения цифровой информации, блок распознавания знаков и радар, блок хранения цифровой информации размещен в защищенном корпусе, выходы миниатюрных видеокамер, первой, второй боковой и передней, соединены с соответствующими входами блока хранения цифровой информации, выход миниатюрной видеокамеры заднего вида соединен с входом коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с соответствующим входом блока хранения цифровой информации и с первым входом электронного блока, а вход управления соединен с выходом датчика включения заднего хода автомобиля, выход второй боковой миниатюрной видеокамеры соединен с входом блока распознавания знаков, выход которого соединен со вторым входом электронного блока, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходом радара и с выходом датчика скорости (Ефанов В.В., Вытришко Ф.М., Гаврилов Н.В. Автомобильная бортовая информационная система, патент РФ №2487804 от 20.07.2013, МПК B60R 16/02 (2006.01)).
Недостатками данной системы являются отсутствие режимов автоматического управления направлением движения и скоростным диапазоном движения, режима автоматического определения препятствий на полосе движения, а также выбора режима торможения транспортного средства с учетом условий сближения транспортного средства с препятствием.
Технический задачей изобретения является повышение безопасности движения транспортных средств за счет автоматического управления скоростным режимом и направлением движения, автоматического определения препятствий на полосе движения и выбора режима торможения транспортного средства в соответствии с условиями сближения.
В качестве препятствия можно рассматривать нахождение пешехода или транспортного средства на полосе движения.
Технический результат изобретения достигается тем, что в бортовую информационную систему беспилотного транспортного средства, содержащую электронный блок, миниатюрные видеокамеры: заднего вида, первую и вторую боковые переднего вида, коммутатор, блок хранения цифровой информации, блок распознавания знаков и радар, причем миниатюрные видеокамеры: заднего вида, первая и вторая боковые переднего вида, - размещены соответственно на заднем, боковых и переднем стеклах транспортного средства, коммутатор и блок хранения цифровой информации размещены в защищенном корпусе, выходы миниатюрных видеокамер, первой, второй боковой и передней, соединены с соответствующими входами блока хранения цифровой информации, выход миниатюрной видеокамеры заднего вида соединен с входом коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с соответствующим входом блока хранения цифровой информации и с первым входом электронного блока, а вход управления соединен с выходом датчика включения заднего хода транспортного средства, выход второй боковой миниатюрной видеокамеры соединен с входом блока распознавания знаков, выход которого соединен со вторым входом электронного блока, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходом радара и с выходом датчика скорости, дополнительно введены первый, второй ключи, устройство управления скоростью движения, устройство управления направлением движения, устройство управления тормозной системой, блок определения опасных ситуаций, причем первый и второй неконтактные входы блока определения опасных ситуаций работают соответственно в радиолокационном и инфракрасном диапазонах, а третий вход соединен с выходом датчика скорости, первый и второй выходы блока определений опасных ситуаций соединены соответственно со вторыми входами первого и второго ключа, входом устройства управления тормозной системы, первый и второй выходы электронного блока соединены соответственно с первыми входами первого и второго ключей, выход первого и второго ключей соединены соответственно с входами устройства управления скоростью движения и устройства управления направлением движения.
Кроме того, блок определения опасных ситуаций содержит радиолокационный и инфракрасный блоки определения расстояния, первый и второй элементы ИЛИ, блок определения препятствий, элемент И, вычислитель, блок определения условий сближения, при этом первые, вторые и третий входы блока определения опасных ситуаций являются соответственно неконтактными входами радиолокационного и инфракрасного блоков определения расстояния и входом вычислителя, первые выходы радиолокационного и инфракрасного блоков определения расстояний соединены через первый элемент ИЛИ с входом блока определения препятствий, выход которого соединен с вторым входом элемента И, вторые выходы радиолокационного и инфракрасного блоков определения расстояний соединены через второй элемент ИЛИ, первый вход элемента И с первым входом блока определения условий сближения, второй вход которого соединен с выходом вычислителя, выходы вычислителя, блока определений условий сближения являются соответственно первым и вторым выходами блока определения опасных ситуаций.
Кроме того, блок определения препятствий состоит из n-первых и второго пороговых устройств, первого и второго задатчиков сигналов, вычитающего устройства, элемента НЕ, причем входом блока определения преграды являются первые входы первых пороговых устройств, выходы которых через элемент ИЛИ соединены с первым входом вычитающего устройства, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика сигналов, выход вычитающего устройства соединен с входом элемента НЕ, выход которого является выходом блока определения препятствий.
Кроме того, блок определения условий сближения состоит из вычитающего устройства, генератора импульсов, первого, второго, n-третьих пороговых устройств, первого и второго задатчиков постоянных сигналов, элемента И, элемента НЕ, дифференцирующей цепи, счетчика, делителя, элемента ИЛИ, при этом первый и второй входы блока определения условий сближения беспилотного транспортного средства с преградой являются соответственно первым и вторым входами вычитающего устройства, выход которого соединен одновременно со вторым входом делителя и первыми входами первого и второго пороговых устройств, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами первого задатчика, выходы первого и второго пороговых устройств соединены с вторым и третьим входами элемента И соответственно через элемент НЕ и непосредственно, первый вход элемента И соединен с выходом генератора импульсов, выход элемента И соединен с первым входом счетчика, второй вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепи, вход которой соединен с первым выходом первого задатчика постоянных сигналов, выход счетчика соединен с первым входом делителя, выход которого соединен с первыми входами n-третьих пороговых устройств, вторые входы которых соединены с выходами второго задатчика, выходы n-третьих пороговых устройств соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого является блок определения условий сближения.
На фиг.1 приведена структурная схема бортовой информационной системы для беспилотного транспортного средства, где: 1 - электронный блок; 2, 3, 4, 5 - миниатюрные видеокамеры; 6 - коммутатор; 7 - блок хранения цифровой информации, 8 - блок распознавания знаков, 9 - радар, 10, 11 - первый и второй ключи, 12 - устройство управления скоростью движения, 13 - устройство управления направлением движения, 14 - устройство управления тормозной системой, 15 - блок определения опасных ситуаций. На фиг.2 приведена структурная схема блока 15 определения опасных ситуаций, где 16, 17 - радиолокационный и инфракрасный блоки определения расстояния, 18, 19 - первый и второй элементы ИЛИ, 20 - блок определения препятствий, 21 - элемент И, 22 - вычислитель, 23 - блок определения условий сближения. На фиг.3 приведена структурная схема блока определения препятствий, где 24 - n-пороговых устройств, 25, 26 - первый и второй задатчики сигналов, 27 - элемент ИЛИ, 28 - вычитающее устройство, 29 - элемент НЕ.
На фиг.4 приведена структурная схема блока 23 определения условий сближения, где 30 - вычитающее устройство, 31 - генератор импульсов, 32, 33, 34 - первое, второе и n-третьи пороговые устройства, 35, 36 - первый и второй задатчики постоянных величин, 37 - элемент И, 38 - элемент НЕ, 39 - дифференцирующая цепь, 40 - счетчик, 41 делитель, 42 - элемент ИЛИ.
Бортовая информационная система беспилотного транспортного средства содержит электронный блок 1, миниатюрные видеокамеры 2, 3, 4, 5, коммутатор 6, блок 7 хранения цифровой информации, блок 8 распознавания знаков, радар 9, первый 10 и второй 11 ключи, устройство 12 управления скоростью движения, устройство 13 управления направлением движения, устройство 14 управления тормозной системой, блок 15 определения опасных ситуаций.
Блок 15 определения опасных ситуаций содержит радиолокационный 16 и инфракрасный 17 блоки определения расстояния, первый 18 и второй 19 элементы ИЛИ, блок 20 определения препятствий, элемент И 21, вычислитель 22, блок 23 определения условий сближения.
Блок 20 определения препятствий содержит n-пороговых устройств 24, первый 25 и второй 26 задатчики сигналов, элемент ИЛИ 27, вычитающее устройство 28, элемент НЕ 29.
Блок 23 определения условий сближения содержит вычитающее устройство 30, генератор 31 импульсов, первое 32, второе 33 и n-третьи 34 - пороговые устройства, первый 35 и второй 36 задатчики постоянных величин, элемент И 37, элемент НЕ 38, дифференцирующую цепь 39, счетчик 40, делитель 41, элемент ИЛИ 42.
Радиолокационный блок 16 определения расстояния может быть изготовлен на основе известного технического решения, например [4] (Дикарев В.И., Журкович В.В., Сергеева В.Г. Радиолокационное устройство для предотвращения столкновений автомобиля, патент РФ на изобретение №2190238 от 27.09.2002 г.).
Инфракрасный блок 17 определения расстояний, может быть изготовлен на основе известного технического решения [5] (Мужичек С.М., Ефанов В.В., Винокуров В.И., Зыков В.Н. Способ предотвращения столкновений автомобиля и устройство для его осуществления, патент РФ на изобретение №2310922 от 20.11.2007 г.).
Бортовая информационная система беспилотного транспортного средства функционирует следующим образом.
При стоянке или движении транспортного средства в зависимости от появлений объектов на заданном расстоянии осуществляется видеозапись изображения вокруг транспортного средства с выходов миниатюрной видеокамеры 2 заднего вида, первой 3 и второй 4 миниатюрных боковых видеокамер, размещенных на боковых стеклах автомобиля, и миниатюрной видеокамеры 5 переднего вида, размещенной на переднем стекле автомобиля, в блок 7 хранения цифровой информации, находящийся в защищенном корпусе. При необходимости данная информация может быть извлечена из блока 7 хранения цифровой информации.
При включении задней передачи транспортного средства сигналом с датчика включения задней скорости происходит подключение выхода миниатюрной видеокамеры 2 заднего вида к входу электронного блока 1. При этом изображение с выхода миниатюрной видеокамеры 2 заднего вида отображается на цифровом дисплее электронного блока 1.
Вторая 3 миниатюрная боковая видеокамера, размещенная на ветровом стекле за зеркалом заднего вида, снимает пространство перед транспортным средством в зоне расположения дорожных знаков (справа и сверху по ходу движения) и передает изображение в блок распознавания знаков.
Блок 8 распознавания знаков обеспечивает распознавание формы дорожного знака, распознавание цвета знака, распознавание надписи, распознавание информационной таблички.
Сигнал, соответствующий значению необходимой скорости движения для соответствующего вида транспорта, с выхода блока 8 распознавания знака поступает на электронный блок 1, который анализирует фактическую скорость автомобиля, осуществляет сравнение скорости автомобиля с максимально допустимой скоростью и формирует сигнал управления, который поступает через первый 10 ключ на вход устройства 12 управления скоростью движения, с выхода которого поступает на вход исполнительного устройства.
Сигнал, соответствующий значению необходимого направления движения, с выхода блока 8 распознавания знака поступает на электронный блок 1, который формирует сигнал управления и осуществляет его выдачу со второго выхода электронного блока через второй ключ 11 на вход 13 устройства управления направлением движения, с выхода которого поступает на вход исполнительного устройства.
Однако в условиях плохой видимости, тумана, задымленной местности и воздействия грязи на дорожные знаки затрудняется съем информации с дорожных знаков. В этом случае дополнительно используется радиолокационный датчик для распознавания дорожных знаков, при этом необходимым условием работы этого датчика является предварительное нанесение пассивных REID меток на дорожные знаки. Радар 9 осуществляет излучение электромагнитной энергии в направлении дорожных знаков и прием отраженных сигналов, несущих информацию о типе и значении дорожных знаков. В настоящее время имеются пассивные RFID-метки с дальностью действия 18-20 метров.
В процессе движения транспортного средства блок 15 определения опасных ситуаций осуществляет обзор пространства вокруг беспилотного транспортного средства за счет поступлений отраженных или излучаемых сигналов на первый и второй неконтактные входы блока 15 определения опасных ситуаций и, соответственно, на неконтактные входы радиолокационного 16 и инфракрасного 17 блоков определения расстояния.
В случае появлении пешехода на полосе движения или других препятствий, сигналы с первых выходов радиолокационного 16 и инфракрасного 17 блоков определения расстояний поступают через первый 18 элемент ИЛИ на вход блока 20 определения препятствий.
Блок 20 определения препятствий обеспечивает определение наличия препятствий на полосе движения за счет анализа угловых положений препятствия и беспилотного транспортного средства.
Блок 20 определения препятствий функционирует следующим образом.
Сигнал с выхода первого 18 элемента ИЛИ, соответствующий угловому положению препятствия, поступает на первые входы n-пороговых устройств 24, на вторые входы которых поступают сигналы с выходов первого 25 задатчика сигналов.
Сигнал с выхода одного из n-пороговых устройств 24, соответствующий значению углового положения препятствия, через элемент ИЛИ 25 поступает на первый вход вычитающего устройства 28, на второй вход которого поступает сигнал, соответствующий угловому положению беспилотного транспортного средства с выхода второго 26 задатчика сигналов.
В случае равенства сигналов с выхода вычитающего устройства 28 снимается сигнал и при этом появляется сигнал на выходе элемента НЕ 29, с выхода которого этот сигнал поступает на второй вход элемента И 21, обеспечивая тем самым начало функционирования блока 23 определений условий сближения.
Сигнал с датчика скорости поступает в вычислитель 22, где осуществляется определение знака ускорения. По отрицательному значению ускорения формируют и запоминают сигнал «Начало торможения».
С выхода вычислителя 22 сигнал «Начало торможения» поступает на вторые входы первого и второго ключей, отключая тем самым выходы электронного блока 1 от устройства 12 управления скоростью движения и устройства 13 управления направлением движения.
i
В вычислителе 22 осуществляется периодическое, через время Δt, вычисление длины тормозного пути S в соответствии с выражением:
С выхода вычислителя 22 сигналы, соответствующие текущим значениям длин тормозного пути, поступают на второй вход блока 23 выбора режима торможения.
Сигналы, соответствующие расстояниям до впереди идущего транспортного средства (или пешехода), со вторых выходов радиолокационного блока 16 определения расстояния или инфракрасного блока 17 определения расстояний через элемент ИЛИ 18, первый вход элемента И поступают на первый вход блока 23 выбора режима торможения.
D
i
D
i,
Таким образом, сигналы, соответствующие значениям S расстоянию до впереди идущего транспортного средства (или пешехода), S - текущей длине тормозного пути, поступают через первый и второй входы блока 23 определения условий сближения соответственно на первый и второй входы вычитающего устройства 30, с выхода которого сигнал, соответствующий значению ΔS=S-S поступает на первые входы первого 32 и второго 33 пороговых устройств.
Пороговые устройства (32, 33) обеспечивают предварительный анализ динамики сближения транспортных средств на основе сравнения сигнала ΔS с двумя опорными значениями, которые поступают на вторые входы пороговых устройств соответственно с первого и второго выходов первого 35 задатчика постоянных сигналов.
Это осуществляется следующим образом.
опор.1
В момент сближения транспортных средств, когда ΔS<S, сигнал с выхода первого 32 порогового устройства снимается и через элемент НЕ 36 поступает на второй вход элемента И 37, на третий вход которого поступает сигнал с выхода второго 33 порогового устройства, тем самым обеспечивая поступление импульсов с генератора 31 импульсов через первый вход элемента И 37, на первый вход счетчика 40 импульсов.
опор.2
В момент сближения транспортных средств, когда ΔS<S, сигнал с выхода второго 33 порогового устройства снимается, обеспечивая тем самым снятие сигнала с третьего входа элемента И 37.
Таким образом, обеспечивается формирование счетчиком 40 импульсов сигнала соответствующего динамике (скорости) сближения транспортных средств.
С выхода счетчика 40 импульсов сигнал, соответствующий скорости сближения, поступает на первый вход делителя 41, на второй вход которого поступает сигнал, соответствующий безопасной дистанции до впереди идущего транспортного средства.
С выхода делителя 41 сигнал, соответствующий времени сближения до впереди идущего транспортного средства, поступает на первые входы n-третьих 34 пороговых устройств, на вторые входы которых поступают опорные сигналы с выходов второго 36 задатчика сигналов.
С одного выхода или определенной комбинации выходов n-третьих 34 пороговых устройств сигнал поступает через элемент ИЛИ 42 на вход устройства 14 управления тормозами, с выхода которого выдается на исполнительное устройство.
Таким образом, обеспечивается повышение безопасности движения беспилотного транспортного средства.
Источники информации
1. Ерещенко М.В. Автомобильная бортовая информационная система, патент РФ на изобретение №2268829, М. кл. B60R 16/02, G06F 1/00, G06F 15/00, опубл. 27.01.2006.
2. Винокуров В.И., Зыков В.Н. Автомобильная бортовая информационная система, патент РФ на изобретение №2451609, опубл. 27.05.2012 , МПК D60R 1/00, 2006.01).
3. Ефанов В.В., Вытришко Ф.М., Гаврилов Н.В. Автомобильная бортовая информационная система, патент РФ на изобретение №2487804 от 20.07.2013.
4. Мужичек С.М., Ефанов В.В., Винокуров В.И., Зыков В.Н. Способ предотвращения столкновений автомобиля и устройство для его осуществления, патент РФ на изобретение №2310922 от 20.11.2007.
5. Дикарев В.И., Журкович В.В., Сергеева В.Г. Радиолокационное устройство для предотвращения столкновений автомобиля, патент РФ на изобретение №2190238 от 27.09.2002.