Устройство для предотвращения столкновения автомобилей

Полезная модель относится к технике предотвращения столкновений и наездов автомобилей и других транспортных средств (ТС) и может быть использована для создания аппаратуры, служащей для предотвращения столкновений ТС.
Известно устройство для предотвращения столкновений автомобилей, основанное на приеме оптического излучения предметов, находящихся в опасной зоне, преобразовании его в электрические сигналы, определении по ним расстояния до препятствия, сравнении его с допустимым расстоянием, определяемым с учетом скорости, и выработке предупредительного сигнала или команды на торможение в случае, когда текущее расстояние меньше допустимого, причем принимаемое оптическое излучение фильтруют, подавляя диапазон с длиной волн менее 3 мкм, прием и преобразование ведут отдельно для n участков, расположенных один за другим в опасной зоне, при этом коэффициенты преобразования выбирают так, что при отсутствии препятствий сигналы от всех участков одинаковы, по разности электрических сигналов с соседних участков судят о наличии препятствия на этих участках, из всех участков с обнаруженными препятствиями выбирают ближний к автомобилю и дистанцию до него принимают в качестве текущего расстояния (патент РФ №2050561, кл. G01S 17/93, 1995).
Недостатками данного устройства является определение допустимой дистанции до впередиидущего транспортного средства без учета уклона дороги, влияющего на длину тормозного пути, а также отсутствие информации, предоставляемой водителю автомобиля, о возможности его обгона при наличии транспортного средства на полосе встречного движения.
Также известно устройство для предотвращения столкновений автомобилей, заключающееся в том, что принимают оптическое излучение от автомобилей, находящихся на попутной и встречной полосах движения, преобразовывают их в электрические сигналы, определяют расстояния до транспортных средств, находящихся на попутной и встречной полосах движения, определяют скорости сближения с ними, определяют геометрические размеры впередиидущего транспортного средства и на основе данной информации обеспечивают выдачу рекомендаций водителю о соблюдении безопасной дистанции до впередиидущего автомобиля и о возможности выполнения маневра по его обгону в условиях встречного движения транспортного средства по встречной полосе (патент РФ №2310922, кл. G01S 17/93, 2007).
Недостатками указанного выше устройства являются:
отсутствие учета продольного наклона дороги при расчете тормозного пути автомобиля и определении безопасной дистанции до впередиидущего автомобиля;
отсутствие учета пути, пройденного обгоняемым автомобилем за время обгона;
отсутствие заблаговременной оценки безопасности обгона до его начала с использованием в расчетах реальных максимально достижимых значений ускорения обгоняющего автомобиля с учетом его технического состояния, загрузки и уклона дороги.
Эти обстоятельства определяют несоответствие принятой в данном устройстве модели обгона транспортного средства требованиям безопасности реального процесса. В данном устройстве решение на обгон принимается только с учетом текущей скорости равномерного движения обгоняющего автомобиля, без прогноза ее нарастания в ходе равноускоренного движения автомобиля при обгоне. Это делает невозможным принятие достоверного решения на обгон до его начала, без выхода на встречную полосу и набора скорости, что создает предпосылки к столкновению автомобилей. Решение на обгон должно приниматься при нахождении обгоняющего автомобиля на своей полосе или с небольшим выездом на полосу встречного движения для оценки обстановки и определения расстояния до встречного автомобиля, с учетом динамических характеристик обгоняющего автомобиля, его текущей загрузки, уклона дороги и определения времени, необходимого для обгона, с учетом прогноза возможного увеличения скорости. По результатам сравнения этого времени со временем столкновения со встречным автомобилем принимается решение на обгон.
Наиболее близким к предлагаемому (прототипом) является устройство предотвращения столкновений автомобилей, заключающееся в том, что на автомобиле одновременно принимают оптическое излучение от транспортных средств, находящихся на попутной и встречной полосах движения, преобразовывают в электрические сигналы, определяют расстояния до транспортных средств, находящихся на попутной и встречной полосах движения, определяют скорости сближения с ними, определяют геометрические размеры транспортного средства, движущегося в попутном направлении, определяют максимально достижимое при текущей загрузке и техническом состоянии ускорение автомобиля, определяют продольный уклон дороги, определяют возможность безопасного обгона впереди идущего транспортного средства до начала его проведения с учетом проходимого им за время обгона пути, контролируют в ходе обгона соответствие текущих значений ускорения, скорости обгоняющего автомобиля и расстояния до встречного транспортного средства расчетным значениям и на основе данной информации обеспечивают выдачу световой сигнализации о соблюдении безопасной дистанции, с учетом уклона дороги, до впереди идущего транспортного средства и о возможности выполнения маневра обгона в условиях нахождения транспортного средства на полосе встречного движения, выдают световой и звуковой сигналы на запрет обгона по полосе встречного движения в случае угрозы их столкновения (патент РФ 2450365, кл. G08G 1/16, 2008).
В устройстве для предотвращения столкновений автомобиля, содержащем два оптико-электронных преобразователя, вычислитель, состоящий из блока определения скорости сближения с транспортными средствами, блока логики и блока оценки динамических характеристик автомобиля, переключатель ввода информации о геометрических размерах транспортного средства, движущегося в попутном направлении, датчик скорости, датчик ускорения, датчик продольного уклона дороги, два световых и два звуковых сигнализатора, при этом выходы оптико-электронных преобразователей подключены к соответствующим входам блока определения скорости сближения с транспортными средствами и блока логики, выходы блока определения скорости сближения с транспортными средствами, блока оценки динамических характеристик автомобиля, а также выходы упомянутого переключателя ввода информации и датчиков скорости, ускорения и продольного уклона дороги соединены с соответствующими входами блока логики, соответствующие выходы которого подключены к световым и звуковым сигнализаторам, причем выходы датчиков ускорения, скорости и продольного уклона дороги подключены к соответствующим входам блока оценки динамических характеристик автомобиля.
Недостатком указанного выше устройства является отсутствие учета наличия и качества осадков (дождь, снег, гололедица) на поверхности дорожного полотна при расчете тормозного пути автомобиля и определении безопасной дистанции до впередиидущего автомобиля, что создает предпосылки к столкновению автомобилей.
Целью предлагаемой полезной модели является увеличение достоверности выбора безопасной дистанции до впередиидущего автомобиля путем дополнительного учета влияния наличия и качества осадков на поверхности дорожного полотна при расчете тормозного пути автомобиля.
Это достигается тем, что в устройстве предотвращения столкновений автомобиля заключающемся в том, что одновременно принимают оптическое излучение от транспортных средств, находящихся на попутной и встречной полосах движения, преобразовывают их в электрические сигналы, определяют расстояния до транспортных средств, находящихся на попутной и встречной полосах движения, определяют скорости сближения с ними, определяют геометрические размеры транспортного средства, движущегося в попутном направлении, определяют максимально достижимое при текущей загрузке и техническом состоянии ускорение автомобиля, определяют продольный уклон дороги, определяют возможность безопасного обгона впереди идущего транспортного средства до начала его проведения с учетом проходимого им за время обгона пути, контролируют в ходе обгона соответствие текущих значений ускорения, скорости обгоняющего автомобиля и расстояния до встречного транспортного средства расчетным значениям, и на основе данной информации обеспечивают выдачу световой сигнализации о соблюдении безопасной дистанции, с учетом уклона дороги, до впереди идущего транспортного средства и о возможности выполнения маневра обгона в условиях нахождения транспортного средства на полосе встречного движения, выдают световой и звуковой сигналы на запрет обгона по полосе встречного движения в случае угрозы их столкновения, дополнительно используют датчик осадков и датчик температуры окружающего воздуха, в реальном времени передающие информацию о наличии и качестве осадков на поверхности дорожного полотна, и используют эту информацию при расчетах тормозного пути и минимальной безопасной дистанции до впередиидущего автомобиля.
В устройстве для предотвращения столкновений автомобиля, содержащем два оптико-электронных преобразователя, вычислитель, состоящий из блока определения скорости сближения с транспортными средствами, блока логики и блока оценки динамических характеристик автомобиля, переключатель ввода информации о геометрических размерах транспортного средства, движущегося в попутном направлении, датчик скорости, датчик ускорения, датчик продольного уклона дороги, два световых и два звуковых сигнализатора, при этом выходы оптико-электронных преобразователей подключены к соответствующим входам блока определения скорости сближения с транспортными средствами и блока логики, выходы блока определения скорости сближения с транспортными средствами, блока оценки динамических характеристик автомобиля, а также выходы упомянутого переключателя ввода информации и датчиков скорости, ускорения и продольного уклона дороги соединены с соответствующими входами блока логики, соответствующие выходы которого подключены к световым и звуковым сигнализаторам, причем выходы датчиков ускорения, скорости и продольного уклона дороги подключены к соответствующим входам блока оценки динамических характеристик автомобиля, в которое дополнительно включены датчик осадков и датчик температуры окружающего воздуха, выходы которых подключены к соответствующим входам блока оценки динамических характеристик автомобиля, а также соединены с соответствующими входами блока логики.
Каждый из оптико-электронных преобразователей состоит из оптического фокусирующего элемента, n чувствительных элементов, бленды, оптического фильтра, n усилителей и коммутатора-определителя координат. Причем выходы n чувствительных элементов через усилители сигнала соединены с входами коммутатора-определителя координат, выходы которых соединены с входами блока определения скорости сближения с транспортными средствами, при этом один из чувствительных элементов расположен в фокусе оптического фокусирующего элемента, а остальные расположены один над другим выше фокуса.
Вычислитель состоит из блока определения скорости сближения с транспортными средствами, движущимися по полосе попутного и встречного движения, блока логики и блока оценки динамических характеристик автомобиля, причем выход первого оптико-электронного преобразователя соединен одновременно с первым входом блока определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе попутного движения, и первым входом блока логики, выход второго оптико-электронного преобразователя соединен одновременно со вторым входом блока определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе встречного движения, и четвертым входом блока логики, выходы блока определения скорости сближения с транспортными средствами соединены со вторым и третьим входами блока логики, пятый вход которого соединен с выходом переключателя ввода информации о геометрических размерах транспортного средства в направлении попутного движения, выход датчика уклона дороги соединен с шестым входом блока логики, выход датчика скорости автомобиля соединен с седьмым входом блока логики, выход датчика ускорения соединен с восьмым входом блока логики, выход датчика осадков соединен с девятым, а выход датчика температуры - с десятым входом блока логики, первый, второй, третий и четвертый выходы блока логики соединены соответственно с первым и вторым световыми сигнализаторами и первым и вторым звуковыми сигнализаторами.
Блок логики представляет собой устройство, где, по определяемым параметрам движения автомобиля и дорожной обстановки, производятся расчет и оценка безопасной дистанции до впередиидущего автомобиля и безопасности его обгона в условиях интенсивного движения и наличия на полосе встречного движения встречного автомобиля в соответствии с заданным алгоритмом.
1. Определяется дистанция до впередиидущего автомобиля.
2. Определяется продольный уклон дороги.
3. Определяется длина тормозного пути с учетом текущей скорости, уклона дороги, наличия и качества осадков на поверхности дорожного полотна.
4. Проводится сравнение длины тормозного пути и текущей дистанции до впередиидущего автомобиля и в случае, когда тормозной путь превышает дистанцию, выдается сигнал тревоги.
5. Определяется расстояние, которое необходимо пройти обгоняющему автомобилю при обгоне впередиидущего транспортного средства, как сумма длин двух интервалов безопасности, длины обгоняемого автомобиля и длины пройденного им за время обгона пути.
6. Определяется расстояние между обгоняющим и встречным автомобилями до начала обгона.
7. Определяется скорость сближения автомобилей с учетом равноускоренного движения обгоняющего и равномерного движения встречного автомобилей.
8. Определяется предполагаемое время столкновения автомобилей.
9. Определяется время, необходимое обгоняющему автомобилю для совершения обгона.
10. Сравнивается время столкновения со временем обгона.
11. В случае, когда время обгона меньше времени столкновения на величину, необходимую для безопасного разъезда встречных автомобилей, обгон разрешается, в противном случае выдается сигнал запрета.
При отсутствии на полосе встречного движения встречного автомобиля оценка безопасности обгона не проводится.
Блок оценки динамических характеристик представляет собой устройство, позволяющее определять максимально возможное ускорение автомобиля с учетом его технического состояния и загрузки и рассчитать максимально достижимые скорости движения за заданное время при использовании различных передаточных отношений коробки передач автомобиля, по результатам его измерения в моменты тестирования, а также преобразовать сигналы датчиков уклона дороги, осадков, температуры, ускорения и скорости автомобиля в цифровой вид для передачи в блок логики.
Устройство (фиг. 1, 2) для предотвращения столкновения автомобиля содержит первый оптико-электронный преобразователь 1, вычислитель 2, переключатель 3 ввода информации о геометрических размерах транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения, первый 4, второй 5 световые сигнализаторы, второй оптико-электронный преобразователь 6, датчик скорости автомобиля 7, звуковые сигнализаторы 8 и 9, датчик продольного уклона дороги 10, датчик ускорения автомобиля 11, блок оценки динамических характеристик автомобиля 12, в него дополнительно включены датчик осадков 15 и датчик температуры окружающего воздуха 16. Вычислитель 2 содержит блок определения скорости сближения с транспортными средствами 13, блок логики 14 и блок определения динамических характеристик автомобиля 12. Один из выходов оптико-электронных преобразователей 1 и 6 соединен с блоком определения скорости сближения с транспортными средствами 13, а их второй выход соединен с входом блока логики 14. Блок логики представляет собой вычислительное устройство, реализующее алгоритм решения задачи безопасного обгона автомобиля. Кроме того, вход блока логики 14 соединен с выходами датчика продольного уклона дороги 10, датчика скорости 7, датчика ускорения автомобиля 11, датчика осадков 15, датчика температуры окружающего воздуха 16 и переключателя 3 ввода информации о геометрических размерах транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения. Выходы блока логики соединены со средствами световой 4, 5 и звуковой 8, 9 индикации. Вход блока оценки динамических характеристик автомобиля 12 соединен с выходами датчиков скорости 7, наклона автомобиля 10, датчика ускорения автомобиля 11, датчика осадков 15 и датчика температуры окружающего воздуха 16, а выход соединен с входом блока логики 14.
Устройство работает следующим образом.
При движении автомобиля определяются расстояния до транспортных средств, находящихся на полосах попутного и встречного движения. Определение расстояния осуществляется на основе приема и преобразования излучений первым 1 и вторым 6 оптико-электронными преобразователями.
Информация о расстоянии до транспортных средств, находящихся на попутных и встречных полосах движения, поступает из блока определения скорости сближения с транспортным средством 13 в блок логики 14, где с учетом данных из блока оценки динамических характеристик 12, таких как текущая скорость и максимально достижимое ускорение автомобиля, продольный наклон дороги, наличие и качество осадков на поверхности дорожного полотна перед началом обгона, по заданному алгоритму производится расчет задачи обгона и оценка его безопасности. При невозможности безопасного обгона блок логики 14 выдает сигнал на средства световой 4 и звуковой 8 сигнализации. В ходе выполнения обгона производится сравнение текущих параметров движения (скорость и ускорение) с расчетными и при их несоответствии также срабатывает световая 4 и звуковая 8 сигнализация. Оценка возможности обгона при наличии автомобиля, движущегося по полосе встречного движения, производится исходя из условия, что разность пройденных путей автомобиля, движущегося по встречной полосе, и обгоняющего автомобиля за один промежуток времени будет больше некоторого расстояния, определяемого требованиями безопасного маневрирования с учетом скорости сближения автомобилей.
Блок логики 14, на основе информации о текущем продольном уклоне дороги, скорости автомобиля, наличии и качестве осадков на поверхности дорожного полотна делает расчет его тормозного пути, выдает рекомендации о допустимой дистанции до впередиидущего автомобиля и проводит ее сравнение с текущей дистанцией и в случае невыполнения условия безопасности с блока поступает сигнал тревоги на световой 5 и звуковой 9 сигнализаторы.