Устройство для информирования водителя автомобиля об условиях обгона
DEVICE FOR INFORMING THE DRIVER OF THE CAR ABOUT THE CONDITIONS OF OVERTAKING

Настоящее изобретение относится к устройствам транспортных средств, в частности к устройствам информирования водителя автомобиля об условиях предстоящего обгона транспортного средства, и может быть использовано для установки на автобусах и грузовых автомобилях.
Из предшествующего уровня техники известно довольно много технических решений, связанных с применением специальных устройств, облегчающих процесс обгона. Например, в патенте RU №2601500 описаны способ и устройство для информирования водителя автомобиля об условиях предстоящего обгона. Способ заключается в том, что определяют скорость впереди идущего транспортного средства, сравнивают ее со скоростью управляемого водителем автомобиля, после чего вычисляют длительность обгона и отображают ее водителю автомобиля непосредственно. На основании этого показателя водитель автомобиля может более точно оценить опасность встречного транспортного потока.
Аналогичное решение описано и в патенте RU№2450365. В нем описано устройство, в котором для повышения достоверности оценки безопасности обгона впереди идущего транспортного средства производится учет дополнительных факторов дорожной обстановки, например, такого факторов как уклон дорожного полотна и состояние дорожной обстановки перед автомобилем. Причем последний определяется посредством соответствующих датчиков, установленных на этом автомобиле. В других технических решениях вводят дополнительные элементы, связанные с индикацией безопасного интервала перед обгоняемым автомобилем.
Так в патенте RU №2595133 безопасный интервал может отображаться в виде его изображения на одном из боковых зеркал автомобиля или на его ветровом стекле. Но только после выезда этого автомобиля на полосу движения, с которой будет завершен начавшийся обгон.
Общим недостатком этих, а также других известных технических решений, является трудность обгона больших "непрозрачных" транспортных средств. Это может быть и автобус, и большой грузовик. Их массивные габариты перекрывают обзор и фактически препятствуют безопасному обгону, так как полностью лишают водителя автомобиля или мотоцикла возможности оценки дорожной ситуации перед обгоняемым транспортным средством. В связи с большим числом тяжелых аварий, происходящих в процессе обгона "непрозрачных" транспортных средств, особенно на узких дорогах, уже давно было предложено несколько технологий, но которые по ряду причин так и не решили эту проблему. Так реализация установленной на автомобиле системы под общепринятом названием "See-Through System" позволяет ее водителю избегать слепых обгонов. Технология использует протокол передачи данных С2С (Car-to-Car). Установленная в передней части "непрозрачного" транспортного средства видеокамера передает сигнал через адаптер Wi-Fi другим машинам, которые оборудованы данной системы. Однако из-за проблемы с задержкой передачи изображения, достигающей нескольких десятков миллисекунд, возникает большая ошибка между реальным расположением встречного автомобиля и его изображением.
Вместе с тем, получать частичную информацию о текущей дорожной обстановке перед "непрозрачным" транспортным средством и передавать эту информацию без задержек через его штатные и дополнительные световые сигналы позволяет устройство, описанное в патенте RU №2139204. Как отмечено в описании к этому патенту, информация о текущей дорожной обстановке перед "непрозрачным" транспортным средством может включать в себя, в частности, такие данные как индикация отсутствия перед ним каких-либо движущихся объектов, индикация включения стоп-сигнала у впереди находящегося объекта, индикация у него включения других световых сигналов или опасное сокращение до него заранее установленного расстояния. Как отмечено в описании, вся эта информация является крайне важной для водителя автомобиля, решившего обогнать впереди двигающееся "непрозрачное" транспортное средство. Там же приведен пример о возможной установке сзади него зеленого светового сигнала, который зажигается при отсутствии перед ним других транспортных средств.
Данный аналог является прототипом заявленного изобретения и представляет собой устройство, содержащее блок формирования предупредительных сигналов, связанный с датчиком скорости транспортного средства, а также с определенным числом датчиков состояния перед ним дорожной обстановки.
Недостатком этого устройства является выдача им предупредительных сигналов независимо от намерения водителя сзади двигающегося автомобиля совершить обгон транспортного средства. Это ухудшает дорожную обстановку, так как выдаваемые транспортным средством предупредительные сигналы отвлекают водителя автомобиля, не планирующего совершить обгон. Особенно это важно в случае использования только штатных световых сигналов. Это объясняется тем, что постоянная подача ими предупредительных сигналов о состоянии дорожной обстановки перед "непрозрачным" транспортным средством может вводить в заблуждение водителя не планирующего совершать какие-либо действия, связанные с его обгоном.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание такого устройства, которое выдает предупредительные сигналы только тем водителям, которые намереваются совершить обгон.
Упомянутая задача достигается тем, что устройство для информирования водителя автомобиля об условиях обгона, содержащее блок формирования предупредительных сигналов, связанный с датчиком скорости транспортного средства, а также с определенным числом датчиков состояния перед ним дорожной обстановки, дополнительно содержит датчик включения светового сигнала левого поворота у находящегося сзади транспортного средства автомобиля, подключенный к блоку формирования предупредительных сигналов.
Достигаемый технический результат при использовании устройства является получение водителем автомобиля условий обгона впереди идущего транспортного средства только после решения об его обгоне.
Другие особенности и преимущества данного изобретения будут ясны из подробного описания, а также из пунктов 1-7 формулы изобретения.
Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.  1 изображает расположение на дороге транспортного средства и автомобиля;
фиг.  2 изображает задний вид транспортного средства;
фиг.  3 изображает первый вариант функциональной схемы устройства;
фиг.  4 изображает второй вариант функциональной схемы устройства;
фиг.  5 изображает третий вариант функциональной схемы устройства;
фиг.  6 изображает первый вариант алгоритма функционирования устройства;
фиг.  7 изображает второй вариант алгоритма функционирования устройства.
При описании лучших вариантов реализации данного изобретения, а также с целью удобства его дальнейшего рассмотрения, все сокращения, стоящие в скобках после одного или нескольких слов, будут относиться к их начальным буквам.
На фиг. 1 представлен "непрозрачное" (для сзади двигающихся автомобилей) транспортное средство (ТС) 1, за которым перемещается автомобиль 2. Движение происходит на полосе 3 двухполосной дороги. Другая полоса дороги обозначена цифрой 4. Цифрой 5 обозначена прерывистая линия разметки, разделяющая транспортные потоки противоположных направлений на дороге, имеющей две полосы 3, 4.
На фиг. 2 представлен один из вариантов заднего вида непрозрачного транспортного средства 1, выполненного в виде "фуры" - автомобиля с грузовым полуприцепом. Цифрами 6 и 7 обозначены его красные штатные стоп-сигналы, а цифрами 8 и 9 - штатные указатели поворотов, представляющие собой фонари желтого (оранжевого) цвета.
На фиг. 3 изображена структурная схема устройства для информирования водителя автомобиля 2 об опасности обгона ТС 1. Устройство содержит блок формирования предупредительных сигналов (БФПС) 10, обеспечивающий включение световых излучателей 11, 12, 13, 14 входящих в соответствующие стоп-сигналы 6, 7 и указатели поворотов 8, 9. Кроме того, БФПС 10 может подавать питание и на определенное число дополнительных световых излучателей 15. Блок 10 формирования предупредительных сигналов содержит ключи, выполненные, например, в виде тиристоров или силовых транзисторов, управляемых сигналами от электронного блока управления (ЭБУ) 16. Он принимает информацию от датчиков, обрабатывает ее по нижеприведенному алгоритму и отталкиваясь от полученных данных отдает команды БФПС 10 на включение соответствующих световых излучателей. В состав ЭБУ 16, как правило, входят такие элементы как центральный процессор, постоянное и оперативное запоминающее устройство, аналогово-цифровой преобразователь, таймеры, генератор тактовой частоты, порты ввода и вывода данных. Можно также отметить, что в большинстве случаев ЭБУ 16 непосредственно входит в БФПС 10. В других вариантах конструктивного выполнения описываемого устройства каждый датчик может включать в себя и упрощенный ЭБУ 16, т.е. быть выполнен с ним в виде единого целого. В корпусах ЭБУ 16, БФПС 10, как правило, располагаются разъемы для подключения шины стандарта CAN, посредством которой могут подключаться не только все нижеперечисленные датчики, но и световые излучатели 11, 12, 13, 14, 15. Для решения задачи информирования водителя автомобиля 2 об опасности обгона к ЭБУ 16 могут быть подключены следующие датчики: датчик 17 скорости ТС; датчики 18 состояния дорожной обстановки перед ТС 1; датчики 19 состояния дорожной обстановки сзади ТС 1.
1
2
Теперь рассмотрим типы отмеченных на фиг. 3 датчиков 17, 18, 19. В качестве датчика 17 скорости ТС 1 используется его собственный спидометр. В качестве определенного числа N (N=1, 2, …) датчиков 18 состояния дорожной обстановки могут использоваться (в одном или нескольких экземплярах) такие устройства как видеокамера, радар, лидар, датчик положения. Видеокамера обнаруживает дорожную разметку, дорожные знаки, цветовые сигналы светофоров, а также объекты, которые могут являться помехой при завершении обгона ТС 1 приблизившись на потенциально опасное для обгона расстояние. Радар применяет радиоволны, чтобы определить дальность до объектов, расположенных на полосах 3, 4. Кроме того, используя доплеровский эффект, с выхода радара можно считывать относительную скорость движущихся по полосам объектов. Лидар - это лазерный дальномер, установленный в верхней части лобового стекла ТС 1 и позволяющий с большой точностью также определять наличие различных объектов, находящихся на дороге, а также измерять до них расстояние. Датчик положения - специальное устройство, которое определяет координаты автомобиля на карте. В некоторых случаях это может быть полезным для предотвращения обгона ТС 1, когда на его пути возникает препятствие с зафиксированными на карте координатами. В качестве определенного числа n (n=1, 2, …) датчиков 19 состояния дорожной обстановки могут использоваться такие устройства как видеокамера, радар и лидар. Все эти датчики применяются главным образом для определения размеров автомобиля 2 и распознавания его скоростных характеристик. Каждое из этих устройств может выполнять также функции датчика обнаружения, находящегося сзади ТС 1 автомобиля 2. Кроме того, устройство для информирования водителя автомобиля 2 об опасности обгона ТС 1 содержит блок 20 включения/отключения БФПС 10, а также подключенный к нему датчик 21 включения светового сигнала левого поворота автомобиля 2. Блок включения/отключения (БВО) 20 подключен к БФПС 10 с помощью шины 22. Последняя может включать в себя как входящие в БВО 20 управляющие входы, так и выход, сигнал с которого управляет включением или выключением БФПС 10. С целью постоянного повышения точности работы описываемого устройства ЭБУ 16 содержит средство искусственного интеллекта (СИИ) 23. Этот факт на фиг. 3 отмечен в виде блока 23, очерченного пунктирной линией. В другом варианте ЭБУ 16 связан с СИИ 23 посредством разрядной шины 24. С ее помощью ЭБУ 16 может быть также подключен к цифровому модулятору 25 передатчика электромагнитного излучения (ПЭИ) 26. Можно отметить, что вместо последнего возможно применение и передатчика инфракрасного излучения. В цифровом модуляторе 25 происходит преобразование цифровых данных в аналоговый модулирующий сигнал, который посредством модулятора 27 переносится в передающем блоке 28 на несущую радиочастоту, которая и передается в антенну. Наличие ПЭИ 26 значительно упрощает водителю или автопилоту автомобиля 2 процесс обгона ТС 1. Но это только при наличие в автомобиле 2 приемника электромагнитного излучения (ПрЭИ), согласованного по своим параметрам с ПЭИ 26. Этот приемник с помощью своей антенны принимает сигнал, демодулирует его и в конечном итоге восстанавливает исходные цифровые данные, связанные с условиями обгона, которые выдал ЭБУ 16. В простейшем случае водитель (или автопилот) автомобиля 2 получает сообщение о возможности или невозможности обгона ТС 1. В некоторых вариантах выполнения описываемого устройства факт приема электромагнитного излучения от ТС 1 может подтверждаться ответным сообщением (ОС) от вспомогательного радиопередающего устройства (ВРУ), размещенного в автомобиле 2. В этом случае ОС принимается дополнительным радиоприемным устройством (ДРУ), размещенным на ТС 1. Средство 23 искусственного интеллекта, связанное с ЭБУ 16, предназначено для использования технологии искусственного интеллекта (ИИ) при выборе необходимых для безопасного обгона условий. В общем случае структура ИИ, используемого для двухальтернативного выбора правильного решения (в нашем случае решения о возможности или невозможности обгона) включает четыре основных блока - базу данных (БД), нейронную сеть (НС), решающее устройство (РУ) 29 и интеллектуальный интерфейс, позволяющий водителю ТС 1 вводить в БД новую информацию после очередного завершившегося обгона. Решающее устройство 29 предназначено для формирования сигнала, например, в виде импульса прямоугольной формы, когда напряжение с выхода нейронной сети превысит заданный пороговый уровень U. Выполнение СИИ 23 может иметь разные варианты. В одном из них СИИ 23 может быть представлено в виде отдельного процессора для нейросетевых вычислений, а в другом - непрерывно слать данные в "облако" с находящейся в нем нейронной сетью. В качестве примера отдельного модуля можно привезти процессор "Kirin 980" от компании "Huawei", специально предназначенный для работы с машинным обучением. Алгоритмы обучения для нейронной сети бывают с учителем и без него. С учителем, в качестве которого выступает водитель ТС 1, нейронной сети предоставляется некоторая выборка обучающих примеров, например, в виде уже совершенных обгонов положительно оцененных "учителем". Ввод оценки последним производится посредством устройства ввода, подключенным к СИИ 23. Критерием "правильности ответа" является оценка водителя. На ее основе после вышеуказанного сравнения вычисляются весовые коэффициенты входных данных, поступающих после завершенного обгона. В процессе работы СИИ 23 переведенные в цифровой формат входные данные (тип автомобиля 2, дистанция до впереди движущегося объекта, наличие запрещающих обгон знаков и т.д.), умноженные на их весовые коэффициенты, подаются на вход нейронной сети, где после суммирования сравниваются в РУ 29 с суммами соответствующих совокупностей известных данных, считанных из БД и получивших положительную оценку после завершения обгона, например, от водителя ТС 1. При превышении порогового уровня U даже одной "правильной" совокупности с выхода РУ 29 снимается сигнал включения БВО 20, который, в свою очередь, вырабатывает команду на включение БФПС 10. Сигнал включения БВО 20 поступает на его вход через разрядную шину 24, ЭБУ 16, информационную шину данных (ИШД) 30, БФПС 10 и шину 22. При двухпороговом РУ 29 входные данные, запрещающие обгон (нахождение перед ТС 1 препятствия, крутого поворота и т.д.), умноженные на их весовые коэффициенты, подаются на вход нейронной сети, где после суммирования сравниваются в РУ 29 с суммами совокупностей известных данных, получивших положительную оценку после заранее проведенных аналитических исследований. При превышении порогового уровня U даже одной известной совокупности с выхода РУ 29 также снимается сигнал включения БВО 20 для формирования в нем команды на включение БФПС 10. При отсутствии нейронной сети функции анализа дорожной обстановки может выполнять вычислительное устройство (ВУ), входящее в ЭБУ 16. В нем в этом случае будет расположено РУ 29. Программа анализа дорожной обстановки может быть аналогична тем, которые используются в вышеприведенных прототипах, а также в других патентах, например, в патентах RU №2310922 и RU №2595133. Здесь можно отметить, что наличие БВО 20 исключает подачу каких-либо сигналов предупреждения от БФПС 10 при отсутствии оценки такой дорожной обстановки, при которой ВУ или СИИ 23 выдают сигнал разрешения или запрета обгона.
В этом случае, как показано на фиг. 4, штатная работа световых излучателей 11, 12, 13, 14 будет осуществляться от блока управления световыми сигналами (БУСС) 31, подключенного к штатному датчику 32 нажатия на педаль тормоза и к штатному датчику 33 включения сигналов поворота. С целью исключения влияния ЭБУ 16 и СИИ 23 на работу в штатном режиме световых излучателей 11, 12, 13, 14 блоки БФПС 10 и БУСС 31 могут быть подключены к ним через четыре логических элемента "ИЛИ" 34, 35, 36, 37. После поступления из БВО 20 команды на выключение БФПС 10 на первых входах логических элементов 34 будут присутствовать логические нули. Причем независимо от вида данных, поступающих из датчиков 17, 18, 19. Из схемы видно, что в этом случае управление зажиганием световых излучателей будет производится только от БУСС 31. При срабатывании датчика 32 на вторых входах логических элементов 34, 35 появляется логическая единица (логическая "1") в виде напряжения включения световых излучателей 11, 12. При срабатывании датчика 33 на соответствующих вторых входах логических элементов 36, 37 периодически появляется логическая единица в виде электрического напряжения включения световых излучателей 13, 14.
На фиг. 5 представлена схема подключения через логический элемент (ЛЭ) 38 различных блоков к управляющему входу БВО 20. К одному из входов ЛЭ 38 подключен выход ДРУ 39. На выходах элементов 16, 21, 31, 39 в этой схеме могут присутствовать или логический "0", или логическая "1". Логический элемент 38 может быть составлен из основных логических элементов (ОЛЭ) "И", "ИЛИ", "НЕ" и некоторых других. При появлении на одном из выходов БУСС 31 сигнала включения одного из датчиков 32, 33 на выходе ЛЭ 38 появляется логическая единица и БВО 20 выдает команду на выключение БФПС 10. Этим создаются условия приоритета включения световых излучателей 11, 12, 13, 14 в штатном режиме. Аналогично, при появлении на выходе ДРУ 39 сигнала (в виде логической единицы) о фиксации приема в автомобиле 2 электромагнитного излучения, БВО 20 также выдает команду на выключение БФПС 10. Этим исключается дополнительная нагрузка на глаза и мозг водителя автомобиля 2, исходящая от световой информации, дублирующей передаваемую посредством ПЭИ 26.
Работа устройства для информирования водителя автомобиля об опасности обгона осуществляется в соответствии со схемой алгоритма, представленного на фиг. 6. Практическая реализация данного алгоритма производится с помощью специального и стандартного программного обеспечения, хранящегося в средствах 10, 16, 18, 19, 20, 21, 23. Работа устройства начинается во время движения ТС 1 после выполнения действия 40, связанного с функционированием датчиков 19 состояния дорожной обстановки сзади ТС 1. При обнаружении одним из датчиков 19 автомобиля 2 ("Да" в условии 41) производится выполнение действия 42 по распознаванию его характеристик, влияющих на возможность обгона ТС 1. К ним, прежде всего, необходимо отнести размеры автомобиля и его скоростные данные. При успешном распознавании необходимых характеристик ("Да" в условии 43) и срабатывании датчика 21 включения светового сигнала левого поворота автомобиля 2 ("Да" в условии 44) производится выполнение действия 45 по включению световых излучателей 11, 12, 13, 14 или ПЭИ 26. Для предупреждения водителя автомобиля 2 о возможности обгона ТС 1 может быть использовано включение на прерывистое горение указателя поворота 8. И, наоборот, для предупреждения водителя автомобиля 2 о невозможности обгона ТС 1 может быть использовано включение на прерывистое горение указателя поворота 9. При левостороннем движении в устройстве должен быть предусмотрен соответствующий переключатель для изменения порядка включения световых излучателей 8, 9. Допускаются также и другие режимы работы световых излучателей 11, 12, 13, 14 для обеспечения водителя автомобиля световой информацией, связанной с возможностью обгона ТС 1.
На фиг. 7 показан алгоритм управления блоком БФПС 10. Практическая реализация данного алгоритма производится с помощью специального программного обеспечения, которое может храниться, в частности, в постоянном запоминающем устройстве, находящимся в ЭБУ 16. После выполнения действия 46 по сбору информации датчиками 17, 18, 19, 21 производится реализация действия 47 по считыванию из них соответствующих данных. При срабатывании датчика 21 после включения сигнале левого поворота автомобиля 2 ("Да" в условии 48) и появлении сигнала разрешения обгона на выходе ЭБУ 16 ("Да" в условии 49) формирование в БВО 20 сигнала включения БФПС 10 (действие 50) производится только в случае отсутствия сигнала ("Нет" в условии 51) на выходе ДРУ 39. В противном случае ("Да" в условии 51), т.е. при появлении на выходе ДРУ 39 такого сигнала в БВО формируется сигнал отключения БФПС 10 (действие 52). Этим достигается исключение перегрузки водителя автомобиля 2 внешними световыми сигналами ТС 1, связанными с работой описанного устройства. В заключение следует отметить, что описанное здесь устройство может включать в себя только БФПС 10 со встроенным ЭБУ 16, работающим по алгоритмам, показанным на фиг. 6 и фиг. 7. В этом случае, кроме отмеченных датчиков, к БФПС 10 должны быть подключены также штатные датчики 32, 33. Описание устройства с использованием дополнительных элементов, например, 20, 31, 34, 35, 36, 37, 38 может быть положено в основу разработок специализированных интегральных схем, предназначенных для применения только в ТС 1. Вследствие этого устройство становится не только более надежным, но и более дешевым.
Изобретение может быть использовано на любых видах транспортных средств, имеющих предупредительную световую сигнализацию. Особенно большой эффект от применения данного изобретения может быть получен на тех транспортных средствах, которые являются непрозрачными для сзади двигающихся автомобилей и эксплуатируются на двухполосных дорогах в условиях интенсивного дорожного движения.