CИНГУЛЯРНЫЙ СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГАРАНТИРОВАННОГО БЕЗАВАРИЙНОГО ДВИЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (АВТОМОБИЛЯ, САМОЛЕТА, МОТОЦИКЛА И Т.Д.) В РАЗЛИЧНЫХ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЯХ, ВКЛЮЧАЯ: ПОЯВЛЕНИЕ ОПАСНЫХ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ (БУРИ, ТУМАН, ГОЛОЛЕД, СНЕГОПАД И Т.Д.), АВАРИЙНЫЕ УЧАСТКИ ДОРОГ, НАЛИЧИЕ НА ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ ДОРОГ ЖИВОТНЫХ И ПТИЦ С ЗАЩИТОЙ АВТОМОБИЛЯ, ВОДИТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ, ПАССАЖИРОВ САЛОНА АВТОМОБИЛЯ И ПЕШЕХОДА ОТ ГИБЕЛИ И ТЯЖЕЛЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ, В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ УСЛОВИЯХ, КОГДА СТОЛКНОВЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ С ПЕШЕХОДОМ НЕВОЗМОЖНО ПРЕДОТВРАТИТЬ, ПРИ ЭТОМ ИСКЛЮЧАЮТ ДОСТУП В АВТОМОБИЛИ ВОДИТЕЛЕЙ, СОСТОЯНИЕ ЗДОРОВЬЯ КОТОРЫХ НЕ ПОЗВОЛЯЕТ БЕЗАВАРИЙНО УПРАВЛЯТЬ АВТОМОБИЛЕМ
SINGULAR METHOD OF GUARANTEED TROUBLE-FREE MOTION OF CARRIERS (CAR, AIRCRAFT, MOTORCYCLE, ETC) IN VARIOUS EMERGENT CONDITIONS INCLUDING: DANGEROUS HYDROMETEREOLOGICAL CONDITIONS (STORMS, FOG, ICY ROADS, SNOWFALL, ETC), EMERGENCY ROAD LENGTHS, PRESENCE OF ANIMALS AND BIRDS, WITH PROTECTION OF DRIVER, PASSENGERS AND PEDESTRIANS AGAINST DEATH AND HEAVY DAMAGES UNDER EXTREME CONDITIONS WHEN COLLISION WITH PEDESTRIAN IS INEVITABLE WITH RULED OUT ACCESS OF DRIVER TO VEHICLE CONTROL IN CASE HIS HEALTH DOES NOT ALLOW TROUBLE-FREE DRIVING

Изобретение относится к области машиностроения, в частности автомобилестроения, самолетостроения, а именно к способу защиты пешехода и транспортных средств (ТС), в частности автомобилей от повреждений при движении ТС на автомобильных дорогах, а также воздушных судов - самолетов на взлетно-посадочных полосах аэродромов (ВПП) в различных аварийных ситуациях, включая: опасные гидрометеорологические явления (бури, туман, град, снегопад, гололед и т.д.), аварийные участки дорог, при наличии на проезжей части животных и птиц с защитой автомобиля, водителя, пассажиров салона автомобиля и пешехода от гибели и тяжелых повреждений, в чрезвычайных условиях, когда столкновение автомобиля с пешеходом невозможно предотвратить, при этом исключают появление в движущихся автомобилях водителей, состояние здоровья которых не позволяет безаварийно управлять автомобилем.
Всего в год во всем мире происходит 10 млн. столкновений автомобилей (см. Public roads 2001, v.65, №1, p.41-48).
В автомобильных авариях в США в 2002 г.погибло 9.400 человек, 1,4 млн. чел. - покалечено (см. Public roads 2004, с.34-39), в Европе соответственно: 40.000 человек и 1,3 млн. человек (см. Traffic Technology. Int. 2004, F, March, p.101-103). Поэтому даже небольшой прогресс в области технологий по предотвращению аварийности автомобилей имеет очень важное значение для сохранения человеческих жизней и материальных ценностей.
Задумываться о защите пешехода конструкторы начали еще до широкого распространения самодвижущихся бензиновых повозок, когда на улицах городов господствовал трамвай. Система спасения пешехода при наезде трамвая, предложена в США еще в 1910 году (см. На защиту пешехода, Наука и жизнь. 2009, с.72, Nic Fleming. Protecting pedestrians from killer cars, New scientist magazine. №2704, 18 April 2009, p.18-19).
Около 30% травм при наезде автомобиля на пешехода возникают от соударения человека с ветровым стеклом. Вопросом защиты пешехода от последствий столкновения заняты сейчас автомобильные фирмы и исследовательские центры многих стран.
Так, Роджер Харди из Кранфилдского университета (Великобритания) разработал экспериментальную систему, состоящую из обнаружителя препятствий и огромной надувной подушки безопасности. Когда система замечает, что автомобиль вот-вот столкнется с человеком, часть капота перед стеклом автоматически поднимается и выпускает большую раздутую подушку. То же происходит и при столкновении с другим автомобилем. Ветровое стекло Харди предлагает смонтировать на деформируемых полосках металла, чтобы при ударе оно слегка вдавливалось внутрь салона. Учитывая, что водитель пристегнут ремнем и перед ним тоже сработает подушка безопасности, вдавливание стекла не нанесет вреда водителю, а пешеход будет в значительной мере защищен. Эксперименты на «Фиате Стило» при скорости соударения с манекеном 40 км/ч показали, что система облегчает последствия столкновения более чем вдвое.
Исследователи фирмы «Фиат» предлагают передний бампер на пневматических амортизаторах, автоматически выдвигающийся вперед при скорости более 4 км/ч и поглощающий в случае удара часть энергии.
Сотрудники Технологического университета в Граце (Австрия) путем компьютерного моделирования установили, что радиатор грузовика должен быть слегка наклонен назад и иметь форму книги, раскрытой в сторону водителя, а корешком направленной наружу. Такая форма позволит уменьшить вероятность попадания сбитого пешехода под колеса грузовика на 80-90%.
Фирма «Вольво» поставила цель: добиться того, чтобы к 2020 году ее автомобили не могли при столкновении никого убить или травмировать ни внутри салона, ни снаружи. Модель ХС60, запущенная в ноябре 2008 года, снабжена системой, которая, по заявлению фирмы, способна предотвратить половину всех столкновений автомобилей в потоке на малой скорости. Лазерный дальномер измеряет расстояние до переднего автомобиля, 50 раз в секунду измеряет скорость обеих машин и рассчитывает резкость торможения, нужную, чтобы предотвратить столкновение. Если водитель машины не отреагирует, система затормозит сама.
Модель Volvo S60, 2010 года, способна самостоятельно тормозить перед пешеходом. Радар и видеокамера с программой распознавания образов подают сигнал при появлении человека перед капотом. Если водитель не отреагирует моментально, включается торможение. Фирма заявляет, что эта система полностью предотвратит наезд на пешехода при скорости до 19 км/ч, а на более высоких скоростях уменьшит силу столкновения на 75%.
Также известны и другие системы и способы предотвращения столкновений автомобилей.
В автомобиле Jaguar XJ имеется система распознавания автомобиля с пешеходом. В случае столкновения приподнимают капот на небольшую высоту, чтобы предотвратить удар человека о жесткие детали двигателя, находящегося под капотом (см. http://www.spbvoditel.ru/2010/09/07/003/).
Фирма Форд разрабатывает системы предотвращения столкновений.
(см. http://seclife.ru/article/ford-razrabatyvaet-sistemu-predotvrashcheniya-stolknovenii).
Высокотехнологичные защитные системы, призванные предотвращать разного рода ДТП, более не являются прерогативой автомобилей высшего класса.
Ford ведет активные разработки подобных систем для серийных моделей - после презентации Ford Smart Intersection, с помощью которой автомобиль «общается» со светофорами и знаками через GPS, автопроизводитель объявил о разработке еще одной новинки - системы предотвращения аварий с помощью встроенного радара. В следующем году технологию планируется представить в нескольких моделях Ford.
С помощью звукового и визуального сигналов Collision Warning предупреждает водителя о потенциально опасных объектах на пути автомобиля, будь то какие-то препятствия или другие машины. Если водитель не среагировал вовремя, компьютер активирует так называемый Brake Support, который в сочетании с системой экстренного торможения ЕВА останавливает автомобиль до непосредственного столкновения.
Недостатком этих систем является недостаточная защищенность пешехода, т.к. он получает травму от удара о металлический капот, а при большой скорости автомобиля - серьезную травму или смертельные ранения.
Известен способ предотвращения столкновений автомобиля с препятствиями (см. Патент США №7243026, МПК G08G 1/16). В этом патенте подробно описана автомобильная система, в которой обнаруживают препятствия, получают трехмерные изображения, распознающих с помощью видеокамер, радиолокатора, датчиков скорости движения, угла поворота рулевого управления, дисплея исполнительного устройства, исполнительного устройства, управляющего тормозной системой и динамика для предупреждения водителя об опасной близости препятствия.
Недостатками данного способа являются:
- отсутствие защиты пешехода от повреждения автомобилем и самого автомобиля в случае, когда столкновение неизбежно;
- отсутствие информации об опасных гидрометеорологических явлениях;
- отсутствие сопряжения с системой GPS.
В настоящее время стирается грань между автомобилем и самолетом. Появились летающие автомобили, некоторые даже выпускаются серийно. (см. http://ru.wikipedia.org/wiki/Terrafugia_Transition).
Поэтому системы и способы предотвращения столкновений одинаково актуальны как для автомобилей, так и для самолетов и международная патентная классификация у них одинаковая G08G.
Известно устройство предотвращения столкновения самолета с птицами (см. NEBABIN, V. An On-board Bird Recognition Device for the Prevention of Bird strikes. International Bird Strike Committee. Proceeding and Papers. London 13-17 May, 1996, p.555-560), при этом птиц распознают их по спектральным признакам, величине эффективной поверхности рассеяния и осуществляют в воздухе маневр для уклонения от столкновения птиц с самолетом.
Недостатком данного устройства является то, что оно не работает в случае наличия посторонних предметов на ВПП, что произошло при катастрофе французского самолета Конкорд на ВПП в Париже, который столкнулся с посторонним предметом на ВПП (см. Foreign-object Damage Cripples Concorde on TakeoffFrom Paris. Accid.Prev.2002, v.59., №4. р.1-8).
Известен способ предупреждения угрозы столкновения летательного аппарата с препятствиями подстилающей поверхности, т.е. с землей (см. пат. RU №2297047, МПК G08G 5/04, опубл. 10.04.2007).
Способ заключается в предварительном формировании базы данных рельефа подстилающей поверхности, аэронавигационной базы данных, базы данных летно-технических характеристик летательного аппарата (ЛА). Вычисляют границы зоны внимания и зоны управления (ЗУ), выделяют препятствие, представляющее наибольшую угрозу, попавшее в ЗУ и находящееся в зоне прогноза вычисленной траектории. С учетом данных об ограничениях на параметры движения ЛА и внешних воздействий вычисляют параметры номинального движения, обеспечивающие пролет препятствия на высоте, близкой к минимально допустимой. Генерируют сигналы управления согласно выбранному закону управления и с учетом воздействия факторов внешней среды, которые подают на исполнительные органы управления высотой полета и тягой двигателей, а также выводят на экран командного пилотажного индикатора.
Однако известный способ имеет следующие недостатки:
- необходимо учитывать рельеф местности и режим полета (скорость встречного или попутного ветра и др.).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ и система предупреждения столкновений автомобиля с препятствиями в т.ч. с поездом, спецавтомобилями, полицейскими, пожарными (см. Патент США №6.924.736, МПК G08G 1/23, B60Q, НПК 340/436). Способ заключается в том, что принимают сигналы системы GPS, используют дорожные карты, определяют взаимные скорости относительно друг друга, определяют местоположение автомобилей, сравнивают информацию о координатах на контролируемом дорожном участке, формируют предупреждающий сигнал на дисплей для предотвращения столкновения.
Прототип и заявляемый способ имеют следующие общие признаки:
- используют данные спутниковой навигации
- определяют местоположение автомобиля
- принимают информацию об участке дороги
- на дисплее автомобиля отображают полученную информацию и учитывают ее при анализе дорожной обстановки
Однако известный способ имеет следующие недостатки:
- отсутствие защиты пешехода от повреждений автомобилем и самого автомобиля в случае, когда столкновение неизбежно;
- отсутствие защиты пешехода от повреждений автомобилем и самого автомобиля в случае, когда столкновение неизбежно;
- отсутствие информации о состоянии здоровья, не учитывают грубые нарушения Правил дорожного движения, а также данные об опасных гидрометеорологических явлениях.
Известные способы также не обеспечивают защиту от опасных синоптических явлений. Например, в Германии, где наиболее развито автомобилестроение с использованием высоких технологий 9 апреля 2011 года на автобане, где все четыре полосы скоростной трассы А 19 вблизи города Росток в ФРГ были внезапно занесены бурей из песка и земли. В результате 8 погибших, 41-раненых, столкнулись 80 легковых автомобилей, 3 грузовика, 20 машин загорелись, в том числе грузовик с легковоспламеняющимися веществами. Движение на автобане А 19 полностью перекрыто из-за этого погодного явления.
Подобные явления нередки. Недавно они произошли в Китае, в Австралии, в Саудовской Аравии в Эр-Рияде (см. 11/04/110409_germany_freak_sands torm.shtml 09.04.2011).
Для защиты от подобных масштабных катастроф в существующих способах предотвращения столкновений транспортных средств-автомобилей не выполняют функции обнаружения опасных гидрометеорологических явлений, не вырабатывает управляющих сигналов, предназначенных для выполнения маневра уклонения, либо прекращения движения и парковки в безопасном месте.
В основу изобретения поставлена задача создания способа обеспечения гарантированного безаварийного движения транспортного средства в различных аварийных ситуациях, например: появление опасных гидрометеорологических явлений (бури, туман, гололед, снегопад), аварийные участки дорог, наличие на проезжей части дорог животных и птиц с защитой транспортного средства, водителя, пассажиров и пешехода от гибели и тяжелых повреждений, в чрезвычайных условиях, когда столкновение транспортного средства с пешеходом невозможно предотвратить, при этом исключают доступ в транспортное средство водителей, состояние здоровья которых не позволяет безаварийно им управлять.
Поставленная задача решена в сингулярном способе обеспечения гарантированного безаварийного движения транспортного средства в различных аварийных ситуациях, включая: появление опасных гидрометеорологических явлений (бури, туман, гололед, снегопад), аварийные участки дорог, наличие на проезжей части дорог животных и птиц с защитой транспортного средства, водителя транспортного средства, пассажиров транспортного средства и пешехода от гибели и тяжелых повреждений, в чрезвычайных условиях, когда столкновение транспортного средства с пешеходом невозможно предотвратить, при этом исключают доступ в транспортное средство водителей, состояние здоровья которых не позволяет безаварийно управлять транспортным средством, включающий постоянный прием данных спутниковой навигации, определение местоположения транспортного средства, прием информацию об участке дороги, отображение на дисплее транспортного средства полученной информации с учетом дорожной обстановки, тем, что на транспортном средстве устанавливают спутниковую систему навигации и систему объективного контроля водителя, а перед запуском двигателя контролируют биометрические данные водителя и состояние здоровья водителя, и если оно отличается от порогового значения и на наличие алкоголя, то формируют исполнительный сигнал, блокирующий включение двигателя, принимают информацию об опасных метеоявлениях из гидрометеоцентров и отображают ее на дисплее транспортного средства вместе с анализом дорожной обстановки, при этом при невозможности предотвращения столкновения транспортного средства с пешеходом, активируют и подают сигналы управления на нижние подушки безопасности, которые образуют защитное и закрытое с боков ложе, по которому пешеход перемещается в сторону к лобовому стеклу, которое также защищено частью подушки безопасности, а при срабатывании датчика падения тела пешехода формируют сигналы управления, при которых срабатывают верхние подушки безопасности, которые накрывают нижние подушки безопасности с фиксированием верхних подушек защелками, а при опрокидывании транспортного средства срабатывает устройство анализа дорожной обстановки и принятия решения, формируют сигналы управления и надувают подушки безопасности (airbag) со всех сторон транспортного средства - слева сзади, справа сзади, сверху, снизу, справа спереди и слева спереди - транспортное средство оказывается внутри полого надутого куба, огибающего форму защищаемого транспортного средства, состоящего из подушек безопасности, также контролируют соблюдение правил дорожного движения водителем и в случае если водитель их грубо нарушает дистанционно и принудительно припарковывают транспортное средство - нарушитель к ближайшему подходящему месту и заглушают двигатель.
При этом дополнительно принимают более точную навигационную информацию о местоположении своего транспортного средства и соседних транспортных средств от системы местной навигации, а для уменьшения тормозного пути, в случае необходимости, дополнительно отстреливают тормозные парашюты.
Поставленная задача решена также тем, что для усиления ответственности и укрепления дисциплины в соблюдении ПДД водителем при управлении им транспортным средством и предотвращения возможных аварийных ситуаций, на всех транспортных средствах устанавливают систему объективного контроля (см. блок-30, фиг.8) - самописцы на самолетах так называемые «черные ящики», которые фиксируют параметры движения своего и соседних транспортных средств передают по СПД 21 в систему контроля 17 за дорожным движением - в дорожную полицию и в случае спорной ситуации данные самописцев используют для уяснения виновной стороны. От транспортного средства передается на пункт контроля 17 за дорожным движением (дорожная полиция) - пин код транспортного средства, государственный номер и реквизиты владельца.
Новым в заявляемом изобретении является то, что на транспортном средстве устанавливают спутниковую систему навигации и систему объективного контроля водителя, а перед запуском двигателя контролируют биометрические данные водителя и состояние здоровья водителя, и если оно отличается от порогового значения и на наличие алкоголя, то формируют исполнительный сигнал, блокирующий включение двигателя, принимают информацию об опасных метеоявлениях из гидрометеоцентров и отображают ее на дисплее транспортного средства вместе с анализом дорожной обстановки, при этом при невозможности предотвращения столкновения транспортного средства с пешеходом, активируют и подают сигналы управления на нижние подушки безопасности, которые образуют защитное и закрытое с боков ложе, по которому пешеход перемещается в сторону к лобовому стеклу, которое также защищено частью подушки безопасности, а при срабатывании датчика падения тела пешехода формируют сигналы управления, при которых срабатывают верхние подушки безопасности, которые накрывают нижние подушки безопасности с фиксированием верхних подушек защелками, а при опрокидывании транспортного средства, срабатывает устройство анализа дорожной обстановки и принятия решения формируют сигналы управления и надувают подушки безопасности (airbag) со всех сторон транспортного средства - слева сзади, справа сзади, сверху, снизу, справа спереди и слева спереди - транспортное средство оказывается внутри полого надутого куба, огибающего форму защищаемого транспортного средства, состоящего из подушек безопасности, также контролируют соблюдение правил дорожного движения водителем транспортного средства и в случае если водитель их грубо нарушает дистанционно и принудительно припарковывают транспортное средство - нарушитель к ближайшему подходящему месту и заглушают двигатель. При этом дополнительно принимают более точную навигационную информацию о местоположении своего транспортного средства и соседних от системы местной навигации, в случае необходимости, дополнительно отстреливают тормозные парашюты.
Заявленный способ поясняется следующими фигурами, где:
Фиг.1 поясняет - автомобиль с местами установки подушек безопасности в нераскрытом (упакованном) состоянии.
Фиг.2 поясняет - автомобиль, перед которым находится пешеход когда столкновение неизбежно вследствие большой скорости автомобиля, тормозной путь автомобиля 1 превышает расстояние до пешехода L.
Фиг.3 поясняет - автомобиль с раскрытыми нижними подушками безопасности 1-го этапа спасения пешехода, в ситуации когда 1>L.
Фиг.4 поясняет раскрытые нижние подушки безопасности и промежуточное положение пешехода на 2-м этапе спасения пешехода.
Фиг.5 поясняет раскрытые верхние подушки безопасности на 3-м этапе спасения пешехода - т.е. его помещение в замкнутый объем тем самым предотвращают перелет через ветровое стекло, верх автомобиля, либо падение в стороны или назад.
Фиг.6 поясняет раскрытые наружные подушки безопасности (air bag) после срабатывания датчика удара (столкновения) при возможности переворачивания автомобиля, либо массовом столкновении автомобилей.
Фиг.7 поясняет, что для уменьшения тормозного пути - выстреливают тормозные парашюты в заднюю полусферу.
Фиг.8 поясняет структурную схему системы предотвращения столкновений автомобиля с препятствием.
Фиг.9 поясняет графики зависимости вероятности правильного распознавания Pn.р. от величины отношения сигнал/шум q и от количества распознаваемых сигналов тс.
Все автомобили оснащают приемниками от системы спутниковой навигации (ССН) GPS, либо иной ССН, например ГЛОНАС, как сейчас все автомобили оснащены ремнями безопасности. В навигатор GPS водитель вводит конечную точку движения, а предлагаемая система с учетом дорожной обстановки и того, что все остальные автомобили также оснащены системой GPS выдает рекомендации по скорости и маневры при движении автомобиля. (см. ). В системе производят анализ качества управления автомобилем водителем.
Известные устройства и способы не обеспечивают защиту неадекватного водителя, который по состоянию здоровья может совершить аварию на своем автомобиле, повредить другие автомобили, покалечить пешеходов и т.д. Известные устройства не анализируют состояние здоровья водителя и не блокируют систему включения двигателя, в частном случае в двигателях внутреннего сгорания - систему зажигания.
Для исключения этих недостатков перед началом движения и запуском двигателя проводится тестирование биометрических данных водителя, которое защищает автомобиль от угона, далее контролируют состояние здоровья водителя, измеряют частоту пульса fn и артериальное давление: диастолическое (нижнее) Рдиаст.и систолическое (верхнее) РСИСт.Подобные приборы известны и широко используются, например, электронный полуавтоматический тонометр UA- - 604, фирма изготовитель «A&D company, Ltd. Medical», Япония.
Если:
max.доп.диаст.
диаст.давл.
min.доп.диаст.
P>P>P
max.доп.сист.
систолич..давл.
min.доп.сист.
P>P>P
n.max.доп
n.
n.min.доп.
F>F>F
то подается управляющий сигнал, разрешающий запуск двигателя автомобиля.
Анализ качества управления проводится путем сравнения данных из блока памяти правил дорожного движения 40 и поступающих данных в устройство анализа дорожной обстановки 39. Реализованы подобные операции в известных существующих обучающих тренажерах для начинающих водителей.
Если водитель грубо нарушает правила дорожного движения (ПДД), соответствующие им рекомендации системы навигации GPS, то выдают управляющее воздействие на рулевое управление и тормоз, автомобиль вначале корректируется по маневру и скорости, а если нарушения правил дорожного движения - грубые, либо они повторяются, то автомобиль принудительно дистанционно паркуется в ближайшем подходящем месте, сообщают по системе передачи данных 21 в систему контроля 17 дорожной полиции для принятия адекватных мер. Это также позволит исключить аварии в случае резкого ухудшения здоровья водителя управляющего транспортным средством, например инсульта, инфаркта и т.д., а также террористов, самоубийц - из-за действий которых могут пострадать посторонние люди.
Перед началом движения - запуском двигателя автомобиля, производиться в салоне автомобиля тестирование водителя на наличие алкоголя и наркотических средств - и при их отсутствии двигатель заводится.
Улучшение работы системы достигают тем, что на автомобилях устанавливают навигаторы Системы спутниковой навигации (ССН) GPS, т.е. приемники ССН.
GPS-навигаторы работают от 24-х спутников системы глобального позиционирования Global Positioning System. Сигнал передается на открытой частоте, по которому GPS-навигаторы определяют координаты точки своего нахождения с точностью от (10-15) м - для военного применения и ~100 м - для гражданского. Наличие переотраженных радиоволн при их распространении в GPS системе может ухудшить точность измерения координат еще на 5 м.
Точности GPS - достаточно для оценочной навигации, но недостаточно для предотвращения столкновений ТС. Поэтому устанавливают в аварийно-опасных местах на высоте Н 2-3 излучателей местной системы, аналогичной GPS и называемой Regional Positioning System (RPS), определяемой из следующих формул.
пред.
Известно, что предельная дальность R
3
3
Т.к.2R»h; 2R»Н,
rps
a
для R=6.370 км, H=36м; h=1M
получим
(см. «Радиолокационные устройства. Теория и принципы построения». Под редакцией Григорина-Рябова М. Советское радио. 1970. с.194).
a
пр.вид
Таким образом, при подъеме антенны системы RPS на высоту 3м, высоте расположения приемника система RPS h=1 м (т.е. внутри автомобиля) получим радиус действия системы RPS в 39 км, что соответствует 2·R, т.к.диаметр равен 2-м радиусам. Т.о. примерно на 80 км получаем зону покрытия от одной станции RPS.
Принцип работы системы RPS не отличается от известных систем GPS, но так как дальность от передатчика RPS до приемников на ТС существенно меньше, то точность определения координат соответственно выше.
Таким образом, с помощью системы ССН GPS проводиться грубая навигация, а более точная для маневра автомобилей при интенсивном транспортном потоке используют наряду с данными других датчиков - систему точной навигации RPS.
Систему RPS можно устанавливать на уже существующих и установленных антеннах мобильных систем связи, которые уже сейчас перекрывают все общественно значимые дороги большинства стран мира.
Существенное влияние на исход реагирования на аварийные ситуации оказывает человеческий фактор, а именно состояние здоровья водителя, возможные ошибочные или неадекватные действия, запаздывание в принятии решения водителем транспортного средства в условиях недостатка времени и нервного стресса.
С целью снижения риска столкновений с наземными препятствиями, пешеходами, другими автомобилями и т.д. следует оперативно использовать на транспортном средстве всю доступную уже сегодня и дополнительную информацию об окружающей обстановке, ее анализа и принятия адекватного решения, направленного на достижение вышеуказанной цели.
В случае, если устройство 39 - анализа дорожной обстановки и принятия решения о мерах пассивной и активной защиты вырабатывает сигнал о включении соответствующих мер защиты, то на устройство формирования управляющих сигналов 36 выдаются исполнительные сигналы подключения адекватных мер защиты, включая: рулевое управление, тормоза, блокировка двигателя, тормозных парашютов 11, систему торможения воздушной струей 37, систему торможения электромагнитом 38 (если транспортное средство движется по металлическим рельсам: поезд, либо монорельсовый транспорт), на соответствующие подушки безопасности 1-10 (см. фиг.8).
-3
3
3
2
Известно, что время наполнения газом подушки безопасности (ПБ) составляет около 20-50 миллисекунд, т.е. 20-50×10 сек. (см. Florian Hessen. Retten und Bergen von Personen. Airbags ausgenustereugen 2001, №3, p.19). ПБ заполняется газом при подаче электрического импульса от соответствующего датчика удара. Накачивание подушки газом происходит автоматически, когда сила столкновения равна силе удара автомобиля о кирпичную стену со скоростью (16-26) км/час. В датчике происходит смещение массы, замыкается электрический контакт, зажигается пиросистема. Газ образуется и подается в подушку безопасности за счет химической реакции NaN с KNO в результате чего образуется газообразный азот N. Через некоторое время (около 10 секунд), газ начинает просачиваться через крошечные отверстия в подушке безопасности, и она сдувается и человек может двигаться.
Современные подушки безопасности срабатывают быстрее, на их раскрытие уходит не более чем 20 млсек. (см. http://www.jcwiki.ru/)
Известно, что при скорости от 32 до 128 км/час тормозной путь автомобиля составляет от 18 до 144 м. Недостаток известных транспортных средств состоит в том, что в случае появления пешехода перед автомобилем, водитель не всегда успевает затормозить, например, если пешеход появляется из-за невидимого препятствия (автобуса, другого автомобиля и т.д.) Если столкновение автомобиля с пешеходом, несмотря на все возможные меры предосторожности предотвратить не удается, в этом случае активируют и подают сигналы управления с устройства формирования управляющих сигналов 36 на нижние подушки безопасности, (см. фиг.4), которые образуют защитное и закрытое с боков ложе, по которому пешеход перемещается в сторону к лобовому стеклу автомобиля, которое также защищено частью подушки безопасности (см. фиг.3, 4), срабатывает датчик падения тела пешехода 23 и формируют сигналы управления, срабатывают верхние подушки безопасности (см. фиг.5), которые накрывают нижние подушки безопасности (см. фиг..5) и фиксируют верхние подушки специальными защелками (зажимами).
В ситуации когда определяют, что транспортное средство (автомобиль) начинает опрокидываться (переворачиваться), срабатывает устройство анализа дорожной обстановки и принятия решения и формируются сигналы управления, надуваются подушки безопасности (airbag) со всех сторон автомобиля - слева сзади, справа сзади, сверху, снизу, справа спереди и слева спереди - в результате чего автомобиль оказывается внутри полого надутого куба, огибающего форму автомобиля, состоящего из подушек безопасности (см. фиг.6).
Длину тормозного пути автомобиля в экстренных аварийных случаях, уменьшают дополнительно тем, что:
- выстреливают сзади автомобиля тормозные парашюты 11, (см. фиг.1, фиг.7) увеличивая сопротивление воздуху.
- выпускают струю сжатого воздуха, аналогично реверсному режиму работы авиационных двигателей.
Подробное устройство известно (см. пат. 6191686 США, МПК B60Q 1/00. Gabriel Edwin Z.. N 09/406409; Заявл. 27.09.1999; Опубл. 20.02.2001; НПК 340/435. Англ.). Это устройство обеспечивает снижение усилия удара при столкновении автомобилей на скоростных магистралях, и облегчает водителю автомобиля торможение за время, достаточное для предотвращения аварии. Торможение автомобиля осуществляется за счет струй воздуха высокого давления, выпускаемых из воздушных клапанов, установленных в передней части автомобиля, и создающих реактивную силу, снижающую скорость движения автомобиля. Струи воздуха также отталкивают встречный автомобиль, снижая тем самым силу удара, клапаны могут поворачиваться с использованием системы дистанционного сервопривода, обеспечивая возможность водителю направить воздушные струи в направлении встречного автомобиля. Струи воздуха могут выпускаться автоматически.
Дополнительно уменьшить тормозной путь транспортного средства можно путем установки на транспортных магистралях специальных электромагнитов (особенно для железных дорог), для этого на колесах электро и тепловозов устанавливают мощные электромагниты на которые подаются прерывистые импульсы тока в момент экстренного торможения, аналогично как при работе ABS в автомобиле.
Реализация устройств распознавания различных типов 28, (см. фиг.8 подробно описана в работах:
1. Небабин В.Г., Сергеев В.В. Методы и техника радиолокационного распознавания. М.Радио и связь. 1984 г.;
2. Nebabin V.G. Methods and Techniques of Radar Recognition. Boston-London. Artech House. 1995;
3. Multisensor Data Fusion and Applications. Paramond K. Varshney Siracuse University, New York. 13244. USA
4. Патент США №7.102.496. МПК B60Q 1/00. Опубл. 05.09.2006. Multi-sensor integration for a vehicle.
Реализация устройства анализа дорожной обстановки описана в работах:
1. Commercial motor Vehicle Safety and Security Systems. [http://www.fmcsa.dot.gov/facts-research/systems-technology/product-guides/collision-waming.htm]
2. Precrash System [http://en.wikipedia.org/Precrash_System]
Остальные устройства в системе, изображенные на фиг.8, широко известны и описаны в соответствующей литературе. Оценка эффективности системы распознавания определяет качество работы системы и способа предотвращения столкновения ТС с препятствиями. Оценить эту эффективность можно с помощью информационного подхода, который описан в работе Небабин В.Г., Гришин В.К. Методы и техника радиолокационного распознавания. Современное состояние, тенденции развития, перспективы. Зарубежная радиоэлектроника. 1992, №10 с.5-20. Рассмотрим более подробно этот подход.
Заявляемые существенные отличия позволяют получить следующий технический результат - создать сингулярный способ обеспечения гарантированного безаварийного движения транспортного средства (автомобиля, самолета, мотоцикла и т.д.) в различных аварийных ситуациях, включая: появление опасных гидрометеорологических явлений (бури, туман, гололед, снегопад, и т.д.), аварийные участки дорог, наличие на проезжей части дорог животных и птиц с защитой автомобиля, водителя автомобиля, пассажиров салона автомобиля и пешехода от гибели и тяжелых повреждений, в чрезвычайных условиях, когда столкновение автомобиля с пешеходом невозможно предотвратить, при этом исключают доступ в автомобили водителей, состояние здоровья которых не позволяет безаварийно управлять автомобилем.
Достоинством информационного подхода является, во-первых, удобство и относительная простота его применения на практике, особенно при использовании в РЛС цифровых методов обработки и передачи информации (что позволяет упростить задание требований к быстродействию и объему памяти ЭВМ, а также к пропускной способности систем передачи данных); во-вторых, возможность сравнения различных систем радиолокационного распознавания.
п.р.
о.р.
Например, по сравнению с вероятностными показателями качества информационный критерий, с одной стороны, позволяет сравнивать системы с показателями качества, полученными в различных условиях (с разным числом классов распознаваемых объектов, при разных значениях вероятности ошибочного распознавания и т.п.), а с другой стороны, он позволяет перейти от вероятностных показателей качества Р и Р к информационному показателю I*.
Информационный критерий имеет еще одно достоинство, поскольку при известных параметрах РЛС и распознаваемого объекта, он позволяет оценить показатель информативности РЛС в каждом конкретном случае. Рассмотрим показатели эффективности более подробно.
п.о.
п.р.
Эффективность систем автоматического распознавания объектов может характеризоваться как вероятностными параметрами - вероятностью обнаружения объекта, вероятностью правильного распознавания и вероятностью ложных тревог, так и информационным количеством информации, выдаваемой системой. Вероятности правильного обнаружения Р и правильного распознавания Р определяются формулами
п.о
п.o
общ
п.р
п.p
общ
Р=N/N, Р=N/N
n.o
п.p
где N и N - число правильно обнаруженных и число правильно
общ
распознанных объектов, N - общее число объектов в заданном объеме.
л.т.
Вероятность ложных тревог Р за обзор (кадр) определяется формулой
л.т
п.ч.л.т
о.ч.и
P = N/N
п.ч.л.т
o.ч.и
где N - полное число ложных тревог и N - общее число изображений в обзоре (кадре).
Информационный подход позволяет сравнить системы автоматического распознавания объектов, распознающие разное количество объектов с разными показателями качества. Согласно полученным данным (см. Небабин В.Г. Выбор параметров РЛС для распознавания. Радиотехника. Москва. 1990. №5, с.16-18) количество информации I*, необходимое для распознавания, определяется выражением:
ср
0
op
пp
с
где ΔF - полоса частот РЛС; Т - время получения и обработки информации;
- отношение сигнал/шум по напряжению; Э - средняя энергия распознаваемого сигнала; N - спектральная плотность мощности шума; P, P - вероятности ошибочного и правильного распознавания; m - число распознаваемых сигналов.
Так, например, если распознавание осуществляется по дальностному портрету, то
с
кл
рβ
рε
m=n·n·n
кл
рβ
рε
где n - число распознаваемых классов (типов) целей, а n и n - число ракурсов объектов соответственно по азимуту β и углу места ε.
c
пр
op
H
и
мод
и
мод
и
мод
2
2
u
-6
6
2
6
-1
с
2
6
Минимальное количество информации I*, необходимое для распознавания десяти классов сигналов (т.е. m=10) с Р=0,9 и P=0,1 при простом сигнале. Из рис.6 по кривой 6 получаем значение q=9,7, или 19,5 дБ. Далее, полагая ΔF=1/τ, Т=(2-3)/f, где τ - длительность зондирующих импульсов, f, - минимальная частота модуляций отраженного сигнала, при котором осуществляется распознавание, при τ=10 с, f=2 Гц получаем ΔF=10 Гц, Т=(1-1,5) с. Тогда I*=ΔF·Т·Log[1+qH]=10·с·1·Log[1+(9,7)]≈6,6·10 бит. Для более высокого качества распознавания необходимо большое количество информации, т.е. большие значения параметров ΔF, Т и q.
Способ осуществляют таким образом.
В транспортной средство, например, автомобиль, который оборудован всеми перечисленными выше приборами безопасности, садится водитель. Он кладет руки на руль и приборы измеряют все необходимые параметры состояния его здоровья. Водитель вносит в систему навигации свой пункт назначения. Если все показатели здоровья в норме, водитель включает двигатель и автомобиль начинает двигаться в необходимом направлении. На дисплее постоянно изображается путь и все препятствия и аварийные участки дороги, наличие на проезжей части дороги животных и птиц. Если препятствия появляются мгновенно, возможная активация подушек безопасности.
Структурная схема предотвращения столкновений автомобиля с препятствием приведена на фиг.8, где:
1-10 - по душки безопасности автомобиля
11 - тормозной парашут
12 - спутниковая система навигации GPS
13 - система местной навигации RPS
14 - метео РЛС
15 - гидрометеоцентр
16 - система передачи данных
17 - система контроля за дорожным движением
18 - приемник гидрометеоинформации
19 - навигатор GPS
20 - приемник системы RPS
21 - система передачи данных СПД
22 - акустические датчики
23 - датчик падения тела
24 - транспортное средство
25 - дисплей автомобиля
26 - система обработки информации
27 - РЛС
28 - устройство комплексирования данных и распознавания объектов
29 - контроль биометрических данных
30 - система объективного контроля-регистратор данных
31 - ИК-датчики
32 - водитель автомобиля
33 - видеокамеры
34 - блок контроля состояния здоровья водителя
35 - органы управления автомобиля: рулевое управление, тормоза, блокировка двигателя
36 - устройство формирования управляющих сигналов
37 - система торможения воздушной струей
38 - система торможения электромагнитов
39 - устройство анализа дорожной обстановки и принятия решения о мерах пассивной и активной безопасности
40 - блок памяти правил дорожного жвижения
Таким образом, заявляемый способ позволяет учитывать все возможные ситуации при движении транспортного средства и обеспечивает 23 его безаварийность в тех ситуациях, которые в существующих способах не учитываются.