УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЕМ
CAR CONTROL DEVICE

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для визуального управления направлением движения автомобиля.
Прототипом является «Устройство управления автомобилем» [1], содержащее генератор тактовых импульсов, делитель частоты, генератор линейно нарастающего напряжения, перемножитель, блок сдвига фазы на 90°, генератор синусоидальных колебаний, два ключа, счетчик импульсов, дешифратор и распределитель импульсов и блок обработки сигналов, зрительную трубу, располагаемую на голове водителя, и ИК-излучатель, расположенный на передней стороне капота автомобиля, излучающей стороной к водителю. Зрительная труба включает объектив, за ним полупрозрачное зеркало и передающую телевизионную трубку, полевую линзу с перекрестием, прямоугольную призму, оборачивающую систему и окуляр. Устройство включает блок обработки сигналов, АЦП, блок сравнения, преобразователь двоичного кода в десятичный и блок индикации и второй счетчик импульсов.
Недостатками прототипа являются: сложность получения управляющих сигналов с использованием передающей телевизионной трубки, недостаточная разрешающая способность управляющих сигналов /2°/, ведущая к жесткому /резкому/ изменению направления движения автомобиля, отсутствие регистрации параметров движения автомобиля при дорожной аварии.
Цель изобретения - упрощение процесса получения управляющих сигналов, повышение разрешающей способности при их формировании и регистрация параметров движения автомобиля в момент дорожной аварии. Техническими результатами являются уменьшение числа электронных элементов при формировании управляющих сигналов, повышение точности управляющего сигнала за счет увеличения разрешающей способности в 6 раз //, регистрация параметров движения на момент аварии.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройство управления автомобилем, содержащее генератор тактовых импульсов, делитель частоты, зрительную трубу, блок обработки сигналов, АЦП, блок управления, преобразователь двоичного кода в десятичный, блок индикации и счетчик импульсов, вводится блок регистрации, в состав зрительной трубы вводится матрица ПЗИ /прибор с зарядовой инжекцией/ и импульсный усилитель, и блок обработки сигналов выполняется в составе постоянного запоминающего устройства, ключа, вычитающего счетчика импульсов, элемента задержки, второго ключа и счетчика импульсов.
Структурная схема устройства показана на фиг.1, принцип считывания сигнала с матрицы ПЗИ - на фиг.2, сканирование поля матрицы - на фиг.3.
т
Устройство управления автомобилем включает /фиг.1/ последовательно соединенные генератор 1 тактовых импульсов, делитель 2 частоты, ключ 3 и зрительную трубу 4, содержащую последовательно расположенные объектив 5, полупрозрачное зеркало 6, расположенное под углом 45° к оси объектива 5, матрицу ПЗИ 7 - прибор с зарядовой инжекцией по технологии Foveon X3 из трехслойного КМОП-счетчика [2, с.552, 3, с.832-833] с оптическим разрешением 126×126, фоточувствительная сторона которой расположена после полупрозрачного зеркала 6 в фокальной плоскости объектива 5, ИК-светофильтр для исключения световых помех 8, расположенный на фоточувствительной стороне матрицы ПЗИ 7, последовательно расположенные полевую линзу 9 с перекрестием на ней, расположенную в фокальной плоскости объектива 5 и оптическая ось которой перпендикулярна оптической оси объектива, прямоугольную призму 10, оборачивающую систему 11 и окуляр 12, оптические оси оборачивающей системы 11 и окуляра 12 перпендикулярны оптической оси полевой линзы 9 и параллельны оптической оси объектива 5, и включает импульсный усилитель 13. Устройство управления включает ИК-излучатель 14, закрепляемый на передней стороне капота двигателя автомобиля излучающей стороной в сторону водителя, визирная линия соединяет центр ИК-излучателя 14 и оптический центр глаза водителя и параллельна продольной оси автомобиля, содержит блок 15 обработки сигналов, включающий последовательно соединенные первый ключ 16 и вычитающий счетчик 17 импульсов, последовательно соединенные элемент 18 задержки, второй ключ 19 и счетчик 20 импульсов и включает постоянное запоминающее устройство 21 /ПЗУ/, первый-шестой выходы которого подключены к входам соответственно первого-шестого разрядов вычитающего счетчика 17 импульсов. Устройство управления содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 22 /АЦП/ и блок 23 сравнения, последовательно соединенные преобразователь 24 двоичного кода в десятичный и блок 25 индикации, и счетчик 26 импульсов, также включает блок 27 регистрации, содержащий первый 28, второй 29 и третий 30 преобразователи параллельного кода в последовательный, первый 31, второй 32 и третий 33 ключи, накопитель 34 цифровой информации и блок 35 датчиков, содержащий идентичный каналы датчиков, каждый из которых включает последовательно соединенные датчик 36 контакта, усилитель 37 и АЦП 38. Каналов датчиков может быть от четырех и более, в зависимости от варианта исполнения. Объектив 5 имеет поле зрения 40°:20° влево и 20° вправо от оси визирования. Генератор 1 обеспечивает устройство тактовыми импульсами частотой: f= 100 Гц × 126 = 12,6 кГц,
где 100 Гц - частота считывания матрицы ПЗИ, частота кадров,
сч
CK
o
126 - число отсчетов в строке /63+63/, 63 отсчета от левого края матрицы /фиг.3/ до вертикальной линии перекрестия и 63 отсчета от вертикальной линии перекрестия до правого края матрицы. Считывание матрицы ПЗИ 7 /фиг.2/ идет параллельно и синхронно по всем строкам матрицы, для чего входы всех строк матрицы объединены, считывающие импульсы 12,6 кГц с ключа 3 поступают параллельно на все строки матрицы, выходы строк также объединены и подключены к входы импульсного усилителя 13, сканирование матрицы идет по горизонтали /фиг.3/. Генератор 1 выдает в блок 2 импульсы 12,6 кГц. С выхода делителя 2 частоты импульс частотой 100 Гц /126:1/ и длительностью 10 мс открывает на время своей длительности ключ 3, который пропускает импульсы 12,6 кГц с выхода генератора 1 для считывания сигнала изображения ИК-излучателя 14 /фиг.3/. Синхронно с открытием ключа 3 импульс 100 Гц выдает из ПЗУ 21 содержащийся в нем код 111111 в параллельном виде в вычитающий счетчик 17 и открывает ключ 16, который пропускает импульсы 12,5 кГц на счетный вход U вычитающего счетчика 17. Вычитающий счетчик 17 вычитает поступающие импульсы из полученного с ПЗУ 21 кода. После вычета из кода 111111 поступающих в вычитающий счетчик 17 импульсов в нем остается горизонтальная координата ИК-излучателя, представляющая поправку за внецентренность, т.е. управляющий сигнал в двоичном коде. При положении изображения ИК-излучателя на левой половине матрицы сигнал от изображения ИК-излучателя идет на выход матрицы ПЗИ 7 в блок 13. Усиленный импульс поступает на второй управляющий вход ключа 16, закрывает его, выдает из вычитающего счетчика 17 код, оставшийся после вычитания, и обнуляет вычитающий счетчик 17. Координаты центра перекрестия матрицы ПЗИ 7 [63; 63] /фиг.3/, в двоичном коде [111111; 111111]. Объектив 5 формирует точечное изображение ИК-излучателя на матрице ПЗИ 7. Угловое разрешение /значение младшего разряда кода/ составляет:  20° - половина поля зрения объектива 5, 60' - число минут в угловом градусе, 63 - наибольшая горизонтальная координата. Частота выдачи управляющих сигналов с блока 15 100 Гц. При положении изображения ИК-излучателя на вертикальной линии перекрестия с вычитающего счетчика 17 и счетчика 20 импульсов коды из нулей, управляющих сигналов с блока 15 нет. При изображении ИК-излучателя на левой половине матрицы ПЗИ 7 поправка за внецентренность выдается с вычитающего счетчика 17, исполнительный механизм выполняет поворот передних колес направо. При изображении ИК-излучателя на правой стороне матрицы ПЗИ 7 поправка за внецентренность выдается со счетчика 20 импульсов. В этом случае импульс 100 Гц поступает на вход элемента 18 задержки, задерживающий импульс на 5 мс, на время сканирования левой половины матрицы. После задержки импульс открывает ключ 19, пропускающий импульсы 12,6 кГц на счетный вход счетчика 20. При считывании сигнала с правой стороны матрицы импульс с блока 13 закрывает ключ 19, выдает код из счетчика 20 и обнуляет его. Исполнительный механизм в этом случае выполняет поворот передних колес налево. При следующих считываниях сигнала изображения ИК-излучателя процессы повторяются с частотой 100 Гц. Управляющие сигналы с выхода 1 блока 15 отрабатываются исполнительным механизмом поворотом передних колес направо, с выхода 2 блока 15 отрабатываются поворотом передних колес налево. Исполнительный механизм здесь не рассматривается. Требуемая скорость движения автомобиля устанавливается водителем поворотом переключателя U в блоке 23 сравнения, в регистре которого эта скорость переводится в двоичный код. Код скорости в процессе движения каждые 0,01 с сравнивается с текущей скоростью автомобиля. Поддержание заданной скорости выполняется блоком 23 сравнения. Текущая скорость в виде величины напряжения поступает с соответствующего выхода спидометра на вход АЦП 22, формирующего двоичный код текущей скорости в своем выходном регистре, с которого код выдается на вход блока 23 сравнения. Блок 23 сравнения /компаратор/ производит сравнение каждого текущего кода с АЦП 22 и заданного водителем для выявления их равенства или неравенства. В качестве блока сравнения применяются две микросхемы 530011 [4, с.279]. При неравенстве кода A с АЦП 22 и заданного кода B при случает A>B блок 23 выдает сигнал с выхода 1 /в микросхеме выход 5 [4, с.272]/, при случает A<B блок 23 выдает сигнал с выхода 2 /в микросхеме выход 7/. Управляющие сигналы с выходов 1 и 2 блока 23 поступают в исполнительный электромеханический механизм. Код с АЦП 22 в параллельном виде поступает в преобразователь 30 параллельного кода в последовательный и в преобразователь 24 двоичного кода в десятичный, с которого поступает в блок 25 индикации. Счетчик 26 импульсов пятиразрядный и предназначен для остановки автомобиля при выходе изображения ИК-излучателя 14 с поля матрицы 7. Счетчик 26 ведет счет импульсов 100 Гц с выхода блока 2 и обнуляется каждым сигналом с блока 13. При наличии изображения ИК-излучателя на поле матрицы 7 с блока 13 поступает импульс, каждый из которых обнуляет счетчик 26. При выходе изображения ИК-излучателя с поля матрицы 78 на время 0,16 секунды и более счетчик 26 не обнуляется, и при счете 16-го импульса появляется сигнал U на выходе старшего разряда 10000 /16×0,01 c/, который обнуляет регистр в блоке 23 сравнения. Теперь в блоке сравнения 23 код текущей скорости сравнивается с нулевой, т.е. исполнительный механизм останавливает автомобиль. Блок 27 предназначен для регистрации параметров движения автомобиля в момент аварии и сохранения их для анализа дорожного происшествия. В настоящее время анализ происшествия и выявления вины каждой из сторон идет по показаниям участников аварии и свидетелей, если они есть. Для объективного и истинного выявления причин аварии необходимо знать точно параметры движения каждого из участников аварии. Блок 27 выполняет регистрацию параметров движения в момент контакта корпуса автомобиля с препятствием и регистрирует скорость движения, направление его движения /вправо, влево, прямо/, место наибольшего удара и силу его.
Работа блока 27 регистрации.
1-n
1-n
выд
от
В момент столкновения каждый датчик 36 /фиг.1/ выдает электрический сигнал, величина которого пропорциональна силе удара, сигналы с датчиков 36 усиливаются усилителями 37, имеющими одинаковые коэффициенты усиления, и поступают в АЦП 38. Через диоды выходы блоков 37 объединены, объединенный выход подключен параллельно к управляющим входам Uпреобразователей 28, 29, 30 и к управляющим входам U ключей 31, 32, 33. АЦП 38 преобразуют сигналы датчиков в коды, которые поступают на входы 1…n накопителя 34 цифровой информации. Блоки 28, 29, 30 преобразуют поступающие параллельные коды в последовательные, которые при открытых ключах 31, 32, 33 выдаются на первый-третий входы блока 34 в момент удара. Сам блок 34 является модулем флэш-памяти и извлекается соответствующим должностным лицом.
Работа устройства.
о
Перед началом движения водитель закрепляет на лбу зрительную трубу 4, располагая окуляр против правого или левого глаза. Вес и размеры зрительной трубы с применением ПЗИ будут незначительны. Устанавливает в блоке 23 малую скорость движения, при которой водитель подстраивает параллельность оси автомобиля и линии визирования «ИК-излучатель - ось глаза». Настройка выполняется перемещением выходного окуляра 12 около глаза так, чтобы при попадании ИК-излучателя точно в перекрестие зрительной трубы 4 автомобиль шел прямо. Затем водитель задает требуемую скорость движения в блоке 23. В процессе движения водитель не меняет положение окуляра у глаза. Для выполнения поворота водитель плавно поворачивает голову направо, перекрестие в полевой линзе 9 смещается вправо, а ИК-излучатель остается слева. В момент сканирования изображения ИК-излучателя на левой половине матрицы ПЗИ сигнал с блока 13 закрывает ключ 16 и с выхода вычитающего счетчика 17 выдается код на первый выход блока 15, далее в исполнительный механизм, который выполняет поворот передних колес направо. Для поворота налево водитель поворачивает голову налево, перекрестие поля зрения смещается влево, изображение ИК-излучателя на правой половине матрицы ПЗИ 7, сигнал с блока 13 закрывает ключ 19 и выдает код со счетчика 20 на второй выход блока 15, исполнительный механизм поворачивает передние колеса налево. Блок 25 высвечивает крупно скорость движения для водителя. Счетчик 26 пока изображение ИК-излучателя 14 на матрице ПЗИ 7 обнуляется. В случае ухода изображения ИК-излучателя с поля матрицы 7 счетчик 26 не обнуляется, формируется код 10000, сигнал U с выхода счетчика 26 обнуляет регистр в блоке 23 сравнения. В блоке 23 сравнивается текущая скорость с нулевой, исполнительный механизм останавливает автомобиль. Если водитель пьян, устройство управления будет беспрерывно останавливать автомобиль. При столкновении автомобиля с препятствием или другим автомобилем сигналы с датчиков /или одного/ открывают ключи 31, 32, 33 и выдают коды направления движения с блоков 28 или 29, код скорости движения с блока 30 и коды силы удара с датчиков 36 на соответствующие входы блока 34 /модуля флэш-памяти/. В заявляемом устройстве облегчен процесс получения управляющих сигналов, увеличена в 6 раз разрешающая способность, дающая увеличение чувствительности реагирования исполнительного механизма на действие водителя, осуществлено регистрирование параметров движения автомобиля в критических ситуациях и затруднено водителю в нетрезвом состоянии привести автомобиль в движение.
Источники информации
1. Патент №2340927 C1, кл. G05D 1/02, бюл. №34 от 10.12.08 г., прототип.
2. Мураховский И.В. Устройство компьютера. М., 2003, с.552.
3. Колесников О.В., Шишигин И.В. Аппаратные средства Р С. 5-е изд., СПб, 2004, с.832-833.
4. Цифровые интегральные микросхемы. Справочник. Минск, 1991, с.268, 272, 279, рис.2.190.