УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ДИСТАНЦИИ ПАРКОВКИ

1. Область техники.
Настоящее изобретение относится к устройствам обнаружения различного рода препятствий, оказывающихся в непосредственной близости от маневрирующего или/и паркующегося автомобиля вне зоны видимости водителя. К числу таких препятствий относятся дорожные ограждения, столбы, пешеходы и животные, выступающие элементы других транспортных средств и т.п., т.е. предметы разнородные, различного физического и химического состава, с разным состоянием поверхности. Представляющее практический интерес устройство обнаружения должно быть нечувствительно к вышеуказанным различиям в природе препятствий и обеспечивать их надежное детектирование по всему периметру автомобиля в непосредственной близости от его поверхности. Существенно, что для детектирования особенно важны зоны, находящиеся на расстоянии 70-100 см (дальняя зона - предварительное оповещение) и 10-30 см (ближняя зона - команда «стоп»).
2. Уровень техники.
Существующие в настоящее время и применяемые на практике устройства дистанционного обнаружения препятствий основаны, как правило, на локаторном принципе: излучение источника или источников, находящихся на автомобиле, частично отражается и рассеивается препятствием, затем это отраженное (рассеянное) излучение детектируется одним или несколькими приемниками, сигнал с которых анализируется, усиливается и выводится на информационное табло или подается на звуковой сигнал тревоги. Такие системы могут работать как в режиме «да-нет», т.е. информировать водителя лишь об отсутствии или наличии препятствия, либо в более сложном варианте давать информацию о расстоянии до препятствия по задержке принимаемого сигнала по отношению к излученному. Наибольшее распространение по понятным причинам получили ультразвуковые системы. Эти системы работают в диапазоне достаточно коротких длин волн (меньше 1 см), что позволяет определять препятствия разумных размеров с достаточной степенью надежности. Именно на принципе ультразвуковой локации основаны обычно системы контроля парковки, монтируемые на автомобилях представительского класса компаниями Даймлер-Крайслер и Роллс-Ройс. Такие системы не свободны от определенных недостатков, к числу которых относится, в первую очередь, высокая стоимость таких систем, связанная с необходимостью иметь довольно большое число датчиков-детекторов для надежного детектирования препятствий во всей зоне потенциальной опасности (например, в окрестности бамперов автомобиля), а также со сложностью электронной схемы анализатора. Эти системы устанавливаются лишь заводом-изготовителем транспортного средства, а поступающие в продажу упрощенные системы, пригодные для самостоятельного монтажа в условиях автомастерских, имеют небольшое количество датчиков (2-6) и, как следствие, избирательные направления срабатывания, низкие чувствительность и надежность. К тому же, ультразвуковые источники и приемники должны быть размещены снаружи транспортного средства, что делает их уязвимыми по отношению к внешним воздействиям и возможным актам вандализма. Помимо этого, известен набор практически важных препятствий, поверхность которых преимущественно поглощает и лишь слабо отражает звуковые волны (густая шерсть животных, мягкие и пористые материалы и т.п.). Принципиально возможно использовать в качестве устройства дистанционного обнаружения препятствий оптические устройства (лазерные и инфракрасные дальномеры), однако практического распространения они не получили, поскольку также не свободны от некоторых из вышеперечисленных недостатков (высокая стоимость, узкая направленность детектирования, сложность электронной системы, трудность определения темных (слабоотражающих свет) препятствий, невозможность работы в густом тумане или при
снегопаде, когда ценность возможности дистанционного обнаружения препятствий особенно высока.
Периодически высказываются идеи использования электромагнитных локационных устройств для дистанционного обнаружения препятствий при парковке автомобилей. Как правило, эти предложения основаны на недоразумении. Скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света, поэтому использование радиочастотного диапазона, отвечающего метровым и более длинным волнам, для указанных целей неприемлемо. Рассчитывать на то, что близко расположенный к излучающей антенне приемник (как, например, в патенте RU 2139572 С1, где роль антенны и приемника выполняют два провода, протянутые вдоль бампера автомобиля) способен обнаружить слабые искажения волнового фронта где-то поодаль, физически совершенно необоснованно. Для этих целей, в принципе, допустимо было бы использование электромагнитных ВЧ и СВЧ волн (с длинами волн субсантиметрового диапазона, λ ≤ 1 см), однако и в этом случае электромагнитные локационные системы оказываются не вполне удовлетворительными. Они не позволяют детектировать препятствия из материала низкой электропроводности (например, бетонные дорожные ограждения), включают довольно дорогие компоненты (СВЧ диоды), весьма энергоемки и, к тому же, не вполне безопасны, поскольку ВЧ и СВЧ волны весьма эффективно поглощаются живыми организмами.
3. Сущность полезной модели
Цель настоящего изобретения состоит в преодолении известных недостатков существующих устройств дистанционного обнаружения препятствий и в предложении практичной системы обнаружения препятствий, главным образом, для транспортных средств, отличающейся низкой стоимостью своих элементов, допускающих возможность незаводской установки, невидимых снаружи транспортного средства, со следующими преимуществами:
надежное обнаружение препятствий, возникающих в охранной зоне транспортного средства на всем протяжения его части (зоны), которая должна защищаться (например бампера);
возможность обнаружения препятствий разного химического состава и физических свойств (в частности, способности отражать электромагнитные или звуковые волны), а также их геометрии (формы и размеров);
непрерывное или двухстадийное (по схеме предварительное предупреждение -команда «стоп») предупреждение водителя транспортного средства об обнаруженом препятствии;
конструктивная простота, низкая стоимость и ремонтопригодность всех элементов устройства;
расположение элементов устройства под конструктивными элементами транспортного средства (например, внутри пластиковых бамперов или под резиновыми накладками-молдингами), что делает указанные элементы незаметными снаружи автомобиля и более защищенными от внешних воздействий;
экологическая безопасность.
С этой целью, согласно настоящему изобретению, предлагается нелокаторное электромагнитное устройство дистанционного обнаружения препятствий, которое отличается тем, что оно использует в своем предпочитаемом воплощении генератор электромагнитных колебаний радиочастотного или ВЧ диапазона малой мощности (G), подаваемых на антенну (А), состоящую из двух плоских или уголковых проводящих пластин (или пластин, имеющих электропроводящий слой), расположенных под углом друг к другу, и создающую электромагнитное поле в охранной зоне в непосредственной
близости от себя (характерный размер зоны - до 1-1,5 м), изменения которого, связанные с появлением в охранной зоне препятствия, меняют режим работы генератора, что детектируется анализатором (N), находящимся в электрической цепи генератора и выдающим сигнал на сигнальное или информационное устройство (S).
4. Перечень фигур чертежей.
На фиг.1 схематически показана цепь, состоящая из следующих связанных устройств: Антенны (А), ВЧ-генератора (G), Анализатора (N), сигнальное устройство (S).
На фиг.2 схематически показано устройство, установленное в автомобиле и область его действия (вид сбоку).
На фиг.3 схематически показано устройство, установленное в автомобиле и область его действия (вид сверху).
5. Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели.
Физические принципы работы предлагаемого устройства и его отличия от систем локационного обнаружения заключаются в нижеследующем. Любая локационная система вне зависимости от используемого типа излучения содержит следующий набор ключевых элементов: генератор - излучатель - приемник (детектор) - анализатор - сигнализатор. Детектор принимает отраженное (рассеянное) препятствием излучение от излучателя, а анализатор определяет расстояние до препятствия по времени задержки приема локационного импульса по отношению к моменту его испускания. Надежность детектирования прямо связана со способностью препятствия отражать волны локатора, поэтому для электромагнитной локации используются весьма короткие волны (субсантиметрового диапазона) и источники большой мощности, а сами локаторы для повышения удельной плотности излучения делаются с узкой диаграммой направленности и работают в сканирующем режиме. Разумеется, этот путь неприемлем для устройства безопасной парковки, которое должно быть сравнительно компактным, технически несложным и недорогим. Устройство же, предлагаемое по настоящему изобретению, основано на другом принципе, а именно, антенна-излучатель является составной частью генератора (к примеру, емкостная антенна является составной частью оконечного колебательного контура), поэтому препятствие, возникающее в охранной зоне, изменяет его параметры и режим генерации; эти изменения режима работы генератора фиксируются анализатором, находящимся в электрической цепи генератора, который выдает сигнал оповещения. В такой схеме приемник-детектор, необходимый в локаторной системе, отсутствует, а анализатор имеет существенно более простую конструкцию. К тому же чувствительность такой системы связана не с отражательной способностью препятствия, а, главным образом, с его диэлектрической и магнитной проницаемостями. Это весьма существенно, поскольку такое устройство позволяет детектировать препятствия, в том числе из материала низкой электропроводности (бетон, камень, пластик, стекло, дерево, и др., диэлектрическая проницаемость (3-7) которых вполне достаточна для изменения режима генерации). Диэлектрическая проницаемость организма человека заметно больше, тем самым надежность срабатывания системы на самое опасное препятствие значительно выше. На схожем принципе работают емкостные датчики известных охранных систем, при этом используется электростатическое поле, создаваемое между обкладками большого конденсатора, и помещение объекта с иной диэлектрической проницаемостью в это поле меняет емкость конденсатора, что чувствуется анализатором. Для наших целей такие простые емкостные датчики мало пригодны, поскольку зона их срабатывания локализована строго между обкладками. Из-за этого их используют, как
правило, для охраны помещений, внутреннего объема автомобилей и т.п., т.е. когда обкладки можно разместить по периметру охраняемой зоны. В случае же емкостной антенны, на которую подается достаточно высокочастотный сигнал, волновая зона возникающего электромагнитного поля значительно шире, к тому же ее локализацию можно контролировать, меняя угол наклона пластин антенны по отношению друг к другу. Возникающее в волновой зоне антенны препятствие меняет ее емкость и, следовательно, добротность колебательного контура генератора, что легко регистрируется. В качестве варианта устройства предлагается согласовать частоту колебаний, расстояние и угол между пластинами антенны так, чтобы электромагнитное поле формировало стоячую волну с двумя характерными пучностями на расстоянии примерно 10-15 см и 70-90 см от автомобиля (амплитуда волны в остальных пучностях может быть заметно ниже). Такая система будет иметь два характерных пика срабатывания, когда препятствие оказывается вблизи этих пучностей, что отвечает практически удобному двухступенчатому характеру оповещения по схеме «предварительное предупреждение» - команда «стоп». В качестве варианта анализатора предлагается дополнительно к генератору иметь колебательную систему с автоподстройкой частоты по частоте генератора в момент включения прибора или нажатии специальной кнопки «сброс». В таком варианте роль анализатора будет выполнять простейший компаратор, сравнивающий частоты генератора и вышеуказанной дополнительной колебательной системы. При появлении препятствия частота работы генератора меняется, что фиксируется компаратором (например, за счет биений, возникающих при сложении сигналов с генератора и дополнительной колебательной системы). Такая схема имеет определенные преимущества при парковки вблизи стационарного препятствия, не представляющего угрозы, но попадающего в охранную зону (например, столба, находящегося за пределами проезжей части, но рядом с местом парковки). Существующие ультразвуковые системы будут постоянно сигнализировать о наличии такого препятствия, отвлекая водителя от реальной опасности. В описываемой системе при нажатии кнопки «сброс» происходит согласование частоты дополнительной колебательной системы и генератора, так что дальнейшая расстройка частоты генератора будет фиксировать лишь новые препятствия, представляющие реальную опасность.