СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ПРОСТРАНСТВА, ОКРУЖАЮЩЕГО ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО

Полезная модель относится к системам, обеспечивающим мониторинг пространства, окружающего транспортное средство, и предупреждение о приближении каких-либо объектов к транспортному средству при его движении, например, объектов в виде препятствий при парковке транспортного средства, например, автомобиля, и о приближении к нему каких-либо объектов во время его стоянки или остановки.
При парковке транспортного средства, например, автомобиля, в условиях ограниченного пространства и плохой видимости, особенно при движении задним ходом, водитель испытывает трудности в маневрировании транспортным средством вследствие того, что на пути движения могут присутствовать препятствия, не попадающие в зону видимости водителя. Кроме того, во время стоянки транспортного средства, в условиях ограниченного парковочного пространства и недостаточной освещенности немаловажным является обеспечение безопасности данного транспортного средства от повреждения другими транспортными средствами, производящими маневрирование для парковки рядом с ним.
Известно множество различных парковочных систем, призванных обеспечить помощь водителю при выполнении парковки. Обычно такие системы содержат набор датчиков, монтируемых на внешних элементах кузова транспортного средства, например, автомобиля, чаще всего сзади, например, на заднем бампере, и иногда на переднем бампере, устройство обработки, обеспечивающее обработку сигналов, поступающих от датчиков, и оценку расстояния до препятствия.
В настоящее время для обеспечения безопасности при парковке автомобилей применяются системы, использующие ультразвуковые, радиолокационные, оптические, электромагнитные датчики. Наиболее часто в парковочных системах используется ультразвуковая эхолокация (ЕР, 1624319, А1; ЕР, 1845002, В1). Такие системы, как правило, используют несколько электроакустических преобразователей (обычно, не менее четырех), обеспечивающих излучение акустических волн и прием волн, отраженных от препятствий. Преобразователи устанавливаются на внешних поверхностях заднего и переднего бамперов, что требует для установки датчиков выполнения отверстий в бамперах. Недостатком таких систем является то, что они не всегда дают достоверную информацию о расстоянии до препятствий, поскольку отраженный сигнал существенно зависит от конфигурации препятствий и их отражающих свойств. Кроме того, у таких систем существуют принципиальные ограничения, связанные с тем, что они не могут работать на расстояниях, сопоставимых с длиной волны зондирующего сигнала и меньших (обычно, 30-40 см). К тому же электроакустические преобразователи имеют достаточно узкую диаграмму направленности, что приводит к образованию так называемых «мертвых зон».
Предлагаются различные способы сокращения и исключения «мертвых зон», например, с помощью увеличения количества датчиков и различных способов обработки сигналов, поступающих от них (ЕР, 1674885, А1). Однако это значительно усложняет систему и не решает проблему полностью.
В системах автоматической парковки, которыми сейчас оснащаются многие автомобили представительских классов, как правило, используются радиочастотные SSR радары, работающие в ближней зоне (Short Range Radar - SRR) (ЕР, 1674885, А1), или используются оптические датчики (ЕР, 1470977, А1). Парковочные системы с радиочастотными и оптическими радарами еще более сложны и дороги.
Известна электромагнитная система обнаружения препятствий, где информация о приближении к препятствию формируется на основании измерения «возмущений» электромагнитного поля вокруг передающей антенны (RU, 2139572, С). В такой системе измерение «возмущений» электромагнитного поля осуществляется на основе обработки сигнала, поступающего с приемной антенны системы. Обе антенны размещаются на бампере автомобиля. Однако в такой системе характеристики обнаружения существенно зависят от взаимного расположения передающей и приемной антенн, что предъявляет повышенные требования к монтажу их на транспортном средстве. К тому же из описания системы, приведенного в данном патенте, не ясно, какие «возмущения» оцениваются и каким образом они сопоставляются с расстоянием до препятствия.
Известно, что для обнаружения объектов в охраняемой зоне могут использоваться емкостные датчики, реагирующие на изменение емкости чувствительного элемента датчика при приближении к нему объекта. Подобные датчики применяются, например, в системах охраны периметров (И.В.Иванов. «Охрана периметров». Изд «Паритет Граф», 2000). Эти системы предназначены для предупреждения о приближении людей к охраняемому периметру. Система реагирует на изменение емкости чувствительного элемента (антенны) датчика относительно земли, происходящее при приближении какого-либо объекта к чувствительному элементу датчика. Также емкостные датчики различных видов применяются в системах автоматики для создания систем безопасности в производстве (А.Еманов. Бесконтактные средства управления. Емкостные датчики от компании OMRON. «Новости электроники» №1, 2008], [Nils Karlsson. "A capacitive sensor for safeguarding operators of industrial robots". Robotica, vol.17, issue 1, January 1999, page 33-39).
Однако емкостные датчики, используемые в охранных системах и в системах автоматики, имеют релейную характеристику обнаружения (с одним порогом), что не позволяет использовать их в системах мониторинга пространства для заблаговременного информирования о приближении объекта, емкостные датчики снабжены многоуровневой (не менее трех уровней) системой оценки изменений их емкости в зависимости от расстояния до объекта.
При создании полезной модели была поставлена задача разработки системы мониторинга пространства вокруг транспортного средства в его различных состояниях: в движении, при стоянке, остановке, маневрировании при парковке, обеспечивающей достоверной информацией о приближающихся к транспортному средству объектах со всех сторон в различное время суток и при различной освещенности местности.
Поставленная задача была решена созданием технического решения полезной модели системы мониторинга пространства, окружающего транспортное средство, содержащей установленный на транспортном средстве, по меньшей мере, один датчик с чувствительным элементом, изменяющим свои параметры при приближении какого-либо материального объекта к указанному транспортному средству, устройство оценки параметров датчика и устройство подачи сигналов предупреждения о таком приближении, отличающейся тем, что:
- содержит емкостной датчик, снабженный протяженным чувствительным элементом в виде одной антенны, выполненной из электропроводящего материала и размещенной на кузове транспортного средства, и связанным с ним электронным средством измерения емкости указанного чувствительного элемента;
- устройство оценки параметров датчика выполнено в виде электронного логического устройства, приспособленного для оценки расстояния между транспортным средством и материальным объектом на основе информации об изменении параметров указанного емкостного датчика.
При этом, согласно техническому решению полезной модели, целесообразно, чтобы электронное средство измерения емкости содержало генератор высокочастотных колебаний, колебательный контур которого связан с чувствительным элементом, и амплитудный детектор, обеспечивающий определение изменения амплитуды высокочастотных колебаний, возникающее в результате изменения емкости чувствительного элемента.
При этом, согласно техническому решению полезной модели, целесообразно, чтобы система в качестве указанного электронного логического устройства содержала цифровой процессор, приспособленный для программирования критериев оценки изменений емкости чувствительного элемента, соответствующих событию наличия какого-либо материального объекта в указанном окружающем пространстве, формирования и выдачи устройству подачи сигналов соответствующих команд на штатные сигнальные средства транспортного средства, включая звуковой сигнал и указатели поворотов.
Кроме того, согласно техническому решению полезной модели, целесообразно, чтобы указанный цифровой процессор был приспособлен для программирования, по меньшей мере, трех критериев оценки, соответствующих, по меньшей мере, трем событиям равенства расстояния от защищаемого транспортного средства до материального объекта установленному критерию.
При этом, согласно техническому решению полезной модели, целесообразно, чтобы устройство подачи сигналов было выполнено в виде акустического сигнализатора или светодиодного индикатора, или в виде устройства, сочетающего звуковую и оптическую сигнализацию, и при этом обеспечивало подачу, по меньшей мере, трех типов сигналов, соответствующих, по меньшей мере, трем значениям расстояния до указанного материального объекта, соответствующим заданным критериям оценки.
При этом, согласно техническому решению полезной модели, целесообразно, чтобы система дополнительно содержала автономный источник питания со стабилизированным выходным напряжением для питания электронных устройств системы.
При этом, согласно техническому решению полезной модели, целесообразно, чтобы указанная антенна была выполнена в виде горизонтально размещенной на кузове транспортного средства металлической ленты с изолирующей подложкой.
При этом, согласно техническому решению полезной модели, целесообразно, чтобы система содержала множество указанных чувствительных элементов, размещенных по периметру транспортного средства в плане.
Кроме того, согласно техническому решению полезной модели, целесообразно, чтобы логическое устройство было приспособлено для подключения к охранной противоугонной системе транспортного средства.
В дальнейшем техническое решение полезной модели системы мониторинга пространства, окружающего транспортное средство, поясняется вариантом ее исполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг.1 - схема системы мониторинга согласно техническому решению полезной модели;
Фиг.2а, б, в - схема функционирования системы мониторинга согласно техническому решению полезной модели, вариант мониторинга пространства сзади транспортного средства;
Фиг.3а, б - схема функционирования системы мониторинга согласно техническому решению полезной модели, вариант мониторинга пространства вокруг транспортного средства;
Фиг.4 - схема выполнения системы мониторинга согласно техническому решению полезной модели, вариант.
При этом приведенные варианты осуществления способа и варианты тентовых конструкций не ограничивают возможностей осуществления изобретения и не выходят за рамки формулы изобретения.
Согласно техническому решению полезной модели, система мониторинга пространства, окружающего транспортное средство, может обеспечивать следующие основные функции:
- обнаружение материальных объектов в зоне маневрирования при парковке транспортного средства в условиях ограниченного пространства и плохой видимости и предупреждение водителя о приближении их к транспортному средству или транспортного средства к ним;
- обнаружение материальных объектов в зоне стоянки или остановки транспортного средства, включая транспортные средства, производящие маневрирование для парковки вблизи защищаемого транспортного средства;
- обеспечение безопасности транспортного средства при его движении от повреждения его другими транспортными средствами или повреждения им других транспортных средств;
- использование в составе противоугонного охранного комплекса для предупреждения о приближении посторонних лиц к охраняемому транспортному средству.
Как схематично показано на Фиг.1, 4 система мониторинга пространства, согласно техническому решению настоящей полезной модели, содержит, по меньшей мере, один емкостной датчик 1, имеющий один протяженный чувствительный элемент 2, приспособленный для закрепления на кузове транспортного средства (Фиг.2а, б, в, Фиг.3а, б), подлежащего защите, и электронное средство 3 измерения емкости указанного чувствительного элемента.
В зависимости от предъявляемых требований, система может содержать только один датчик, обеспечивающий защиту со стороны только заднего бампера, как это показано на Фиг.2а, б, в, или несколько датчиков, обеспечивающих защиту по всему периметру, как это показано на Фиг.3а, б. При этом емкостной датчик 1 может быть установлен, например, на внутренней поверхности бамперов, как показано на Фиг.2а, б, в, и дополнительно на дверцах корпуса транспортного средства, как показано на Фиг.3а, б, что позволяет обеспечить мониторинг пространства по всему периметру корпуса транспортного средства.
Конструктивное исполнение чувствительного элемента 2 может быть различным. Согласно техническому решению полезной модели, наиболее предпочтительным является чувствительный элемент 2, выполненный в виде протяженной металлической антенны (Фиг.1, 2, 3, 4), например, в виде металлической ленты. При размещении антенны на элементах корпуса, выполненных из металла, антенна размещается на предварительно закрепленной на корпусе изолирующей подложке, при размещении на элементах корпуса, выполненных из пластмасс, изоляции не требуется. Антенна может быть наклеена на внутренней стороне неметаллических конструктивных элементов транспортного средства: для легковых автомобилей, например, на внутренней поверхности пластиковых бамперов или декоративных молдингов. Кроме того, чувствительный элемент 2 может быть снабжен изолирующей подложкой.
Электронное средство 3 измерения емкости может быть различных видов: на основе измерения электрического заряда, или на основе измерения параметров колебаний высокочастотного генератора 8, связанного с чувствительным элементом 2 (И.Кривченко. «Современные интегральные микросхемы для построения емкостных сенсоров». Компоненты и Технологии, №9, 2006), или, например, как предложено в заявке WO 02/019524, A1 (Bach Thomas William et al,. "Controller for a capacitive sensor), и включать детектор 9 обнаружения изменений параметров генератора 8.
Кроме того, система содержит электронное логическое устройство 4, например, в виде цифрового процессора, приспособленного для оценки расстояния между транспортным средством и материальным объектом, который на основе информации об изменении параметров емкости указанного емкостного датчика 1 формирует команды устройствам 5 и 6 подачи сигналов и противоугонному устройству 7.
В качестве электронного логического устройства 4 может быть использован программируемый цифровой сигнальный процессор, что позволяет реализовать различные алгоритмы обработки, обеспечивающие выполнение вышеперечисленных функций.
При этом, согласно техническому решению полезной модели, электронное логическое устройство 4 (цифровой процессор) приспособлено для программирования критериев оценки изменений емкости чувствительного элемента, соответствующих событию наличия какого-либо материального объекта в указанном окружающем пространстве, формирования и выдачи устройствам 5 и 6 подачи сигналов соответствующих команд на штатные сигнальные средства транспортного средства, включая звуковой сигнал и световую сигнализацию, включая указатели поворотов.
Согласно техническому решению полезной модели, электронное логическое устройство 4 может быть приспособлено для программирования трех критериев оценки параметров емкостного датчика, например, соответствующих трем событиям равенства величины расстояния до материального объекта трем установленным критериям, и выполнению устройством подачи сигналов трех уровней сигнализации, отличающейся, например, для звуковой и световой сигнализации интенсивностью сигнала, характером и длительностью прерывания сигнала..
Как показано на Фиг.2а, б, в и Фиг.3а, б, сигнал первого уровня, соответствующий зоне А, свидетельствует о появлении материального объекта, например, бордюрного камня, в пространстве, окружающем транспортное средство. Сигнал второго уровня, соответствующий промежуточной зоне В, предупреждает о возможности наступления опасной для транспортного средства ситуации. И сигнал третьего уровня, соответствующий опасной зоне С, сообщает о граничном моменте попадания в опасную ситуацию, что требует прекращения движения.
При приближении какого-либо материального объекта к чувствительному элементу 2 емкостного датчика 1 происходит изменение емкости чувствительного элемента 2. Емкость чувствительного элемента 2 обратно пропорционально зависит от расстояния до объекта. При этом при сокращении этого расстояния скорость изменения емкости нарастает, поскольку величина емкости обратно пропорционально зависит от расстояния между чувствительным элементом 2 и объектом, и, таким образом, повышается чувствительность системы мониторинга по обнаружению объектов в опасной зоне. С емкостного датчика 1 информация об изменении емкости чувствительного элемента поступает в электронное логическое устройство 4, например, цифровой процессор в виде блока микропрограммного управления.
Обработка информации, поступающей от емкостных датчиков 1, производится логическим устройством 4. В случае использования нескольких емкостных датчиков 1, световое сигнальное устройство должно обеспечивать отображение ситуации в области размещения каждого из емкостных датчиков 1. Звуковой сигнал при этом соответствует ситуации в области размещения емкостного датчика 1, ближайшего к обнаруженному материальному объекту.
На основании информации об изменении емкости логическое устройство 4 производит оценку величины расстояния до объекта, сравнивает с порогами, соответствующими границам зон обнаружения, и при достижении этих границ или сокращении расстояния до опасных пределов формирует команды на подачу предупредительных звуковых и визуальных сигналов, которые поступают на звуковой сигнализатор и светодиодный дисплей. и при формируют команды на подачу предупредительных сигналов.
При маневрировании транспортных средств в условиях парковки, световые и звуковые сигналы могут быть реализованы как внутри него, так и вне транспортного средства как предупреждающие сигналы для привлечения внимания водителей окружающих транспортных средств или проходящих мимо людей.
Транспортное средство при его стоянке в отсутствии водителя, находящееся на стоянке, может быть повреждено другим маневрирующим рядом транспортным средством. В этой ситуации для обеспечения безопасности стоящего транспортного средства предлагаемая система мониторинга может использоваться для предупреждения водителя движущегося транспортного средства об опасном приближении к стоящему транспортному средству. С этой целью система выполнена с возможностью подачи предупредительных звуковых и визуальных сигналов, доступных водителям других транспортных средств. Для подачи предупредительных сигналов могут использоваться, например, штатный звуковой сигнал и указатели поворотов или фары транспортного средства, управление ими осуществляется логическим устройством системы мониторинга. Собственное штатное сигнальное устройство системы мониторинга в этом случае не используется.
Для использования системы мониторинга для выполнения охранных функций, логическое устройство 4 выполнено с возможностью выбора алгоритмов обработки информации, соответствующих режимам обнаружения объектов при движении и режимам охраны на стоянке.
При необходимости система мониторинга может использоваться в качестве одного из элементов противоугонного охранного комплекса транспортного средства для предупреждения о приближении посторонних к охраняемому транспортному средству. С этой целью в ней предусмотрен выход 7 для подключения к охранному комплексу.
Использование емкостного датчика позволяет обеспечить обнаружение объектов различной формы и из различных материалов во всем диапазоне рабочих расстояний без каких-либо «мертвых зон». В зависимости от предъявляемых требований, система может содержать только один датчик, обеспечивающий защиту со стороны только заднего бампера, или несколько, обеспечивающих защиту по всему периметру.
Один из вариантов практической реализации предлагаемой системы мониторинга представлен на Фиг.4, на примере использования одного емкостного датчика 1, установленного на внутренней поверхности заднего бампера легкового автомобиля (Фиг.2а, б, в).
Чувствительный элемент 2 емкостного датчика 1 связан с колебательным LC-контуром генератора 8. При приближении какого-либо объекта к чувствительному элементу 2 изменяется его емкость, в результате чего происходит расстройка колебательного контура генератора 8, что приводит к изменению амплитуды, частоты и фазы колебаний. Эти изменения выявляет детектор 9, и далее результаты этих изменений используются в электронном логическом устройстве 4 для определения расстояния до препятствия. При этом информативными признаками являются не абсолютные значения амплитуды, частоты и фазы высокочастотных колебаний, а их относительные изменения и скорость этих изменений. Это позволяет исключить влияние на характеристики обнаружения таких факторов, как материал препятствия, температура и влажность окружающей среды, уход параметров элементов колебательного контура генератора 8. Рабочая частота и уровень мощности генератора 8 выбирают из условий обеспечения необходимых характеристик обнаружения (размеры зон обнаружения) и требований по электромагнитной совместимости. Обычно рабочая частота лежит в пределах 400-600 КГц.
Использование программируемого цифрового процессора позволяет реализовать различные алгоритмы обработки сигналов и отображения предупредительной информации, обеспечивающие выполнение вышеперечисленных функций системы. В данном примере в соответствии с ранее сказанным предусмотрены три вида звуковых и световых предупредительных сигналов, относящихся к зонам А, В и С, показанным на Фиг.2.
Необходимо отметить, что в ряде случаев для выработки решения о приближении к препятствию не обязательно использовать информацию об изменении всех параметров высокочастотных колебаний, в некоторых случаях достаточно информации об изменении одного из параметров. В приведенном примере в качестве информативного признака использовано изменение амплитуды высокочастотных колебаний генератора 8 при приближении к материальному объекту и использован амплитудный детектор 9, который обеспечивает выделение огибающей высокочастотных колебаний. Используемый в детекторе 9 операционный усилитель обеспечивает дополнительное усиление выделенного сигнала.
Для получения более точной оценки расстояния до материального объекта целесообразно использовать информацию об изменении всех параметров высокочастотных колебаний.
С детектора 9 сигнал огибающей поступает в цифровой процессор электронного логического устройства 4, в котором на основании обработки информации о величине и скорости изменения амплитуды высокочастотных колебаний оценивается расстояние до препятствия и формируются соответствующие звуковые и визуальные предупредительные сигналы, которые поступают затем на устройство 5 подачи звукового сигнала, содержащее звуковой сигнализатор, и устройство 6 подачи светового сигнала, например, светодиодный индикатор или дисплей.
Устройства 5 и 6 подачи сигналов могут быть установлены в салоне автомобиля. Питание на систему может подаваться автоматически: например, в случае установки чувствительного элемента только на заднем бампере, - при включении передачи заднего хода, или включаться вручную в случае установки чувствительных элементов 2 на переднем бампере и боковых поверхностях транспортного средства.
Для питания электронных блоков системы в ней предусмотрен дополнительный стабилизированный источник 10, позволяющий исключить влияние колебаний напряжения в бортовой сети транспортного средства на характеристики обнаружения. Все электронные блоки системы, за исключением устройств подачи сигналов 5 и 6 размещаются в защищенном от влаги компактном блоке, который устанавливается на внутренней стороне бампера или внутри кузова автомобиля в непосредственной близости от чувствительного элемента 2 и соединяются с ним кабелем.
Система мониторинга пространства, окружающего транспортное средство, согласно техническому решению полезной модели по сравнению с известными системами обладает следующими преимуществами:
- использование емкостных датчиков, конфигурация и размеры чувствительных элементов которых легко адаптируются для монтажа на различных транспортных средствах;
- обеспечение непрерывной зоны обнаружения по всей длине чувствительного элемента емкостного датчика и отсутствие «мертвых зон» при обнаружении различных объектов на всех расстояниях;
- стабильно высокие характеристики системы по обнаружению объектов из различных материалов и различной формы;
- высокая чувствительность системы при изменении расстояния до объекта, возможность регулировки чувствительности и размеров зоны обнаружения;
- возможность обеспечения безопасности транспортного средства от повреждения его другими транспортными средствами;
- возможность использования в составе охранного противоугонного комплекса для предупреждения о приближении посторонних к охраняемому транспортному средству;.
- технологичность и удобство монтажа системы на транспортном средстве, не требующие нарушения целостности конструктивных элементов кузова.
- невысокая стоимость, позволяющая использовать предлагаемую систему на автомобилях различных классов;
- возможность использования системы для мониторинга отдельных областей транспортного средства, например, в случае обеспечения защищенности других областей транспортного средства от проникновения в него другими средствами, например, прилегающими к нему оградой, стеной.
Система мониторинга пространства, окружающего транспортное средство согласно техническому решению полезной модели выполнена компактной, легко адаптируется к различным видам транспортных средств, может быть выполнена с помощью известных технологий с применением известных комплектующих устройств.