Устройство для автоматического обеспечения оптимальной дистанции между автомобилями в потоке

СО 3 СОВЕ ТСН РСОЦИАЛИСТКЕ,МИХРЕСГ УБЛИН 359 Ь 60 (х;.1 )( ЪОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СТВ ВТОРСКОМУ СВИДЕТ хниескии ин о СССР,.ВТОМА Г 1",Г1 тИМА. Ь 1)Г 1 к систР."о, ь,чгц и "гдляи гн ье1и-, (е ,к,збе безопз "и т ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬТИЙ.,и+ения автомобиля в потоке. Устройство одера:ит два локзционных датчика. перед. ,й " и зад:й,5, осуществляющих локзцик впереди и сзади движущихся авгомо- Гил и оответственно. Информация от них,кгке от датчика 6 собственной скорости, хк;в определения абсолютных скоростей зп.1 ели и сзади 8 движущихся автомоби-ей псупает в блок 9 расчета оптих: ",; й дистанции до впереди движущегося вмобиля, определяемой по критерию химаиной и одиаковой степени тяжеси: .чол,ньхто.кновсний с передним и с а , 1 ".вомог.ями Сигнал с выхода х 1,.звн нч г кх щей и оптимальной лис,н,ии,правлят исполнительным мехзни,х ом 12 1 х пливопо;зчи и сигна.изат,;з.п.з, 4 ил.1Изобретение относится к автомобильной технике, а именно к системам автоматического управления, автомобилем, использующим локационные датчики, и может быть особенно полезно для автомобилей, переводящих людей, опасные грузы или специальное оборудование.Целью изобретения является повышение безопасности движения автомобиля в потоке.На фиг. 1 изображена кинематическая схема расположения автомобилей на дороге и их взаимодействие; на фиг. 2 - блоксхема устройства автоматического обеспечения оптимальной дистанции между автомобилями в потоке; на фиг, 3 - вариант устройства блока расчета оптимальной дистанции; на фиг. 4 - графики, иллюстрирующие влияние некоторых параметров движения автомобилей на оптимальную дистанцию.Автомобиль 1 (фиг.) снабжен устройством автоматического обеспечения оптимальной дистанции, с помощью которого осуществляют локацию впереди идущего автомобиля 4 и сзади следующего автомобиля 5 соответственно (двухнаправленное слежение) .Устройство для автоматического поддержания оптимальной дистанции (фиг. 2) состоит иэ переднего 2 и заднего 3 локационных дачиков, датчика 6 собственной скорости автомобиля, блока 7 определения скорости впереди идушего автомобиля, блока 8 определения скорости сзади следующего автомобиля, блока 9 расчета оптимальной дистанции до впереди идущего автомобиля, блок 1 О сравнения текущей дистанции до впереди идущего авгомобиля с оптимальной, передатчика 11 предупреждающей информации для сзади следующего автомобиля (микроволнового, светового, зву. кового ипи иного типа) и автоматизированного исполнительного механизма 12 топливоподачи, вигателя. Блоки 7, 8 и 10 являются простейшими сумматорами. Отрицательный вход сумм тора 7 соединен с выходом сигнала относительной скорости сбли. жения Ч со впереди идущим автомобилем датчика 2, з положительный входс выходом датчика 6 собственной скорости Чг. Сумматор 8 имеет два положитепьных входа, оин иэ которых соединен с выходом датчика 6 собственной скорости, другойс выходом сигнала отнссительйой скрости сближения Ч 2 з со сзади следующим автомобилем датчика 3. Пять входов блока 9 расчета оптимальной дистанции связаны по отдельности соответственно с выходом сигнала рас.тояния 5 г до впереди идущего автомобиля датчика 2, с выходом сигнала скорости Ч, впереди идущего автомобиля сумматора 7, с выходом датчика 6 собст, венной скорости Чг с выходом сигнала скорости Ч 2 сзади следуюпего автомоби 1 я сум 5 10 5 20 25 30 35 40 45 50 55 матора 8 и с выходом сигнала расстоянчя 52 з до сзади следующего автомобиля датчика 3. Указанная совокупность параметров используется в блоке 9 для определения оптимального собственного положения автомобиля относительно одновременно и впереди идущего, и сзади следующего, которое характеризуется величиной потребной дистанции до впереди идущего автомобиля, поскольку эта величина определяет косвенно и потребное оптимальное расстояние до сзади следующего автомобиля при заданном в каждый момент времени расстояния от впереди идущего автомобиля 4 (фиг. 1) до сзади следующего автомобиля 5. Критерием оптимальности является равенство оценок степени тяжести возможных столкновений со впереди и со сзади движущимися автомобилями вследствие экстренного торможения впереди идущего автомобиля 4 и при соответствующей тормозной реакции операторов автомобилей 1 и 5, Выбор критерия Равенство оценок степени тяжести, столкновений, а не нулевое их значение, что имеет место в известных устройствах, позволяющих выдерживать безопасную дистанцию до впереди идущего автомобиля без учета наличия сзади следующего автомобиля, обусловлен тем, что в общем случае, характеризующимся двухсторонним приближением на опасные расстояния одновременно и впереди идущего, и сзади следующего автомобилей, нет воэможности в экстренной ситуации предотвратить столкновение хотя бы с одним из них. Уравнивание тяжести столкновений снижает тяжесть последствий наиболее опасного из них и, следовательно, тяжесть столкновений для автомобиля 1.При выборе конкретного оценочного параметра степени тяжести принимается во внимание следующее.Можно считать, что тяжесть столкновения пропорциональна энергии удара, тогда степень тяжести оценивается величиной потерянной кинетической энергии при столкновении. Столкновения автомобилей можно отнести к типу абсолютно неупругих ударов, т.е. таких, при которых вся потерянная кинетическая энергия идет, например, на деформацию кузовов. Для такого типе удара для автомобилей равной полной ма сы потерянная кинетическая энергия пропорциональна квадрату относительной сксрости между ними в момент сголкновения. Поэтому ст; пень тяжести столкновения оценивается величиной квадрата относительной скоростимоменту столкновения.Этот оценочный параметр является кинематическим, а, следовательно, его величина полностью может быть определена по исходным координатам полож.ния (5 и Бааз) и абсолютных скоростей (Ч - -Чз) цементов системы и по ее динамическому :остоянию. Динамика си.мы задается. как обычно при экстренных ",орможениях, во-пер5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вых, условием, что в зоне контакта колес с дорогой тормозные силы у всех колес одновременно достигают максимально возможных по сцеплению величин, а, во-вторых, что коэффициенты сцепления одинаковы у всех колес и остаются неизменными в течение всего времени установившегося торможения.Приведенное доказательство подтверждает, что при заданных условиях сцепления колес с дорогой совокупность именно величин 1 г, Ьгз, Ч - Чз, являющихся Входными параметрами блока 9 расчета оптимальной дистанции (фиг. 2), оказывается необходимой и достаточной для оценки в блоке 9 степеней тяжести возможных столкновений со впереди идущим и со сзади следующим автомобилями и для определения путем вариации величины исходного расстояния 5 г (при сохранении (Яг+Ягз) = =сопв 1) значения оптимальной дистанции Ь до впереди идущего автомобиля.Выход блока 9 соединен с отрицательным входом блока0 сравнения, являющегося сумматором, положительный вход которого связан с выходом сигнала текущего расстояния до впереди идущего автомобиля переднего локационного датчика 2. Выход блока сравнения подключен к передатчику 11 предупреждающей информации для сзади следующего автомобиля, а также к автома. тизированному исполнительному механизму 12 топливоподачи двигателя автомобиля. Передатчик 11 может быть микроволнового, оптического, акустического или иного типа. В простейшем случае - это оптический стоп-сигнал, извещающий водителя заднего автомобиля об уменьшении скорости и состоящий из сигнальной лампы 13, транзисторного ключа на основе транзистора 14 р-и р-типа н входного резистора 15, разделительного диода 16, источника 17 питания для лампы 13 (клемма- ). Разделительный диод 16 и входной резистор 15 включены в базовую цепь транзистора 14, причем катод диода 16 соединен с входом в целом передатчика1. Лампа 13 питается от источника 17 и находится в эмиттерной цепи транзистора. Коллектор транзистора соединен с минусом источника,Взаимосвязь входных и выходного параметров по виду (1) обуславливает наличие в блоке 9 следующих элементарных вычисли гельных устройств (фиг. 3): сумматора 18 для сложения сигналов расстояний 5 и Ьгз и получения сигнала расстоянияблока 19 умножения для перемножения сигналов 1. и скорости Ч впереди идущего автомобиля, блока 20 умножения для перемножения сигналов собственной скорости Чг и скорости Чз сзади следующего автомобиля и выходного сумматора 21, выполняющего сложение сигналов 1., 1. Ч, Ч, Чг, Нг Чз и Нз с соответствующими коэффициента ми передачи входов в него по виду (1) и формирующего на выходе сигнал оптимальной дистанции 5 г . Один вход сумматора 18 соединен с каналом сиг. нала расстояния 5 г до впереди идуцего ав. томобиля, другой - с каналом сигнала расстояния Ягз до сзади следующего автомобиля. На один вход блока 19 умножения подается сигнал с выхода сумматора 18, другой вход связан с каналом сигнала скорости Ч. Первый вход блока 20 умножения подключен к каналу сигнала собственной скорости Чг, второй - к каналу сигнала скорости Чз. Входы выходного сумматора 2 соединены соответственно с выходом сумматора 18, с выходом блока 19 умножения, с каналом сигнала скорости Ч, с каналом сигнала скорости Чг, с выходом блока 20 умножения, с каналом сигнала скорости Чз. Выход сумматора 21 является выходом в целом блока 9. Устройство работает следующим образом.При произвольном режиме движения каждого автомобиля из рассматриваемой группы их абсолютные скорости Ч - Чз и относительные расстояния Яг и Ьгз изменяются. Информация об этом вводится в устройство с помощью переднего и заднего 3 локационных датчиков, а также датчика 6 собственной скорости. В сумматоре 7 по сигналу относительно скорости Нг со впереди идущим автомобилем с переднего датчика 2 и сигналу собственной скорости Чг с датчика 6 рассчитывается скорость Ч впереди идущего автомобиляН = Нг НгВ сумматоре 8 скорость Чз сзади следующего автомобиля определяется по сигналу собственной скорости Нг с датчика 6 и сигналу относительной скорости Чгз со сзади следующим автомобилем с заднего датчика 3 Чз = Чг+ Чгз.Сигнал скорости Ч с выхода сумматора 7, сигнал скорости Чз с выхода сумматора 8, а также сигналы 5 г. Чг и багз с датчиков 2, 6 и 3 соответственно поступают в блок 9, где рассчитывается оптимальная дистанция 8 г-. Выходной сигнал 5 г сравнивается в блоке 10 с сигналом текущей дистанции Ь г Сигнал рассогласования Л 5 = Ьг 5 г-. поступает на исполнительный механизм 12 топливоподачи и передатчик 11 предупреждающей информации. Если действительная дистанция превышает требуемую (оптимальную), т.е. ЛЬ)0, то механизм 12 осуществляет увеличение подачи топлива и разгон автомобиля При ЛБ(0 механизм 12 обеспечивает уменьшение топливоподачи и замедление авто. мобиля. Одновременно отрицательный сигнал ЛЯ проходит через разделительный диод 16 передатчика 11 и входной резистор 15, что приводит к открытию транзистора 14 и, следовательно, к загоранию лампы 13 стоп-0,25 (,+ 2) тт 2 ст 45 50 сигнала. Таким образом, обеспечивается поддержание оптимальной при текущих парамтрах потока автомобилей дистанции и прлупржление водителя сзади следуюп(его автомобиля о необходимости снижения ско рости. Ьлок 9 расчета оптимальной дистанции может быть выполнен различным образом по сложности конструкции и алгоритму функционирования. В частности, его устройство 10 реламентируется следукщим полиноминальным соотношением между входными и выхолньМи сигналами:х . = - 87,72+ 2,50 ( + 1,82 Ч, -0,1282 1 )+3,11 Ъ+2,19 Ъ -0 1122 Ч. 1) (1) 5 ле 1 = 5. + 5(.втношени( ) получено методол ими- ) (ЦИОННО( О МОЛЕ.1 ИРОВЗНИЯ . ИСПОЛ(тЗОВС.нис м и и,с нноп) р. Н(. ния задачи Коп(и лля исгмы лиффсренцид.ьных уравнений, опи ындкНих лвиженирассматриваемой груп- Пт(;(ВОмобИЛйфИГ. 1) ПРИ ЭКСТРЕННЫХ Горж НХХ (т Гом ПЕрСтрд 1;т)ЛЕЛЕНИЯ . р: и (ри последовательных сто)кновс- НИХ,1;КжЕ ИПОЛтдВДНИЕМ ЦтИЧИ- дцио1)Оп, ры НО критерию равенства с нк г:ени жсти столкновений В ХОЛН 1 ЛДННЫХ .ТЕНЫ СЛЕЛУЮШИЕ СРЕтнцт;п иц ки Зчс ни грам ров бьптро.лс йст(Н т; мозных приводов при эктре(.НЫХ торможсНИХ ВрЕЧЯ НараСтдНИ ЗЗМЕЛ- .ини 5( впс",Ли идущего автомобили равнос, время зпаздывания автомдтизирондншго тормозного привода автомобиля0,3 с, время наратаи его замеллнпя,3 , время реакции волителя сзади сл - лх кпего автомобиля 1,0 с, врем: д пазды Вд ни 5( пр и БОЛЗ этого ЗВтомобиля),2 с, а врем нарастзния замедления - (1,2 с. Алгоритм функционирования блока 9 кантк( и строго определяется процедурой форч ировдни Олиномиального соот. ношения мжлх входными и выходными сигндгЗли по виду (1) В блке 18 по вхолныч индлдми т формируется сп - ндл их 1 суммы. В блок 19 происхолит учножение Величин Ч и , а в блоке 20 - умножение величин Ъэ и Ъ,. От этих блоков сигналы 1., Ъ 1., х хг, а также Ъ 1 Ъ со вхолон блока 9 поступают в сумма. тор 21, где сигнал на выход(е сответствует величине Оптимальной дистанции.рафики на фиг. 4 ил)кэстрируют влияше нд ве,ичину выходного сигнала блока 9 (и;тичдльную лисг,нцию) изменения некоторых пдрачетров лиженин автомобилей. Эти зависимости получены по соотношению (1) при следующих частных услов(ях:Ъ(=Чс = 22 м/с = сопэ((рассматриваем движение автомобиля 1 без регулирвания собственного режима дви жения ),52 = 6 м/с = сопя(скорость 1; заднего изменяется во времени по закону,з= 7+ 0,5 Т.гле Ъ. = 18 м/с - скорость заднего автомобиля в начальный момент рассматриваемого периода времени;- текущее время, с;величина дистанции 52 з до заднего зетомобиля при этом переменназ=)(Ъ 1 к) -- -.х + (Ъ - Ъ ) где , = 8 м расстояние 5)з при (=О. (:уммдрное расстояние= - 5(2+5 оказывается, таким образом, тоже изменяющимся во времени. Кривая 22 на фиг. 4 определяет изменение расстояния 5 ло заднего автомобиля, график 23 - расстояние Я 2 до впереди идуцего автомобиля, кривая 24 -- изменение суммарного расстояния ., график 25 - измсениекоросги Ч заднего авто. мобили, а кпивая 26 изменение Оптимальнй лита и пии. во времени В. личина 11 трб 1(ой ( ОПТИ М д.1 ЬНОЙ ) ЛИСТЗ и ЦИ И 52 отт клеблстся при этом В Б(ироком лизи, )Он(5,0 - 11,2) м Можно срдвнить эГу ЗаВИСИМтЬО ЗНЗЧСНИЕЧ бЗОПаС. нк гной листа ции до впрели идущего двточобил (регулируемый параметр в устройствах-аналогах и прототипе), Определяемой по следукицей известной формуле без учета наличии сзади слелунпего авто. мобиля)1 = т г (Г-т,5 гн 2) - ),5) ., ) + где т ) - время запаздывания тормозногоприводатн время нарастания замедления;установивпееся замедление автомобиля 1 (фиг 1);тврем нарастания замедления,установившееся замедление двтоОбиля 4.Г 1 ри тринятых ранее значениях параметров, входящих в эту формулу, имеем 6 = -(грсфик 6) в начале процесса зна.чительно превы(пает безопасную дистанцию,затем становится меньше, а потом большеее. это своеобразно, косвенно еще раз подтверждает отлич (е прдлзгаемого устройстВа ОТ ИЗВЕСТНЫХ,Формула изобретения 1. Устройство для автоматического обеспечения оптимальной дистанции между автомобилями в потоке, содержащее передний локационный датчик, датчик собственной скорости автомобиля и передатчик предупреждающей информации для сзади следующего автомобиля, отличающееся тем, что, с целью повышения безопасности движения автомобиля в потоке, оно снабжено блоком определения скорости впереди идугцего автомобиля, первый. вход которого связан с выходом переднего локационного датчика, а второй вход - с выходом датчика собственной скорости автомобиля, задним локационным датчиком текущей скорости сближения со сзади следующим автомобилем, блоком определения скорости сзади следующего автомобиля, один вход которого соединен с выходом датчика собственной скорости, а второй - с выходом заднего локационного датчика текущей скорости сближения со сзади следующим автомобилем, блоком расчета опти мальной дистанции до впереди идущего автомобиля, имеющим пять входов, первый из которых связан с выходом переднего локационного датчика, второй - с выходом блока определения скорости впереди идущего автомобиля, третий - с выходом датчика собственной скорости, четвертый - с выходом блока определения скорости сзади следующего автомобиля, пятый - с выходом заднего локационного датчика текущей скорости сближения со сзади идущим автомобилем, а выход подключен к одному из двух входов блока сравнения, к другому входу которого подсоединен выход переднего локационного датчика, а выход блока сравнения связан с сигнализатором и с исполнительным механизмом топливоподачи.2. Устройство по п. 1, отличающеесятем, что блок расчета оптимальной дистанции до впереди идущего автомобиля содержит сумматор, первый и второй блоки 10 умножения, блок суммирования расстояний,первый вход которого подключен к первому входу блока расчета оптимальной дистанции до впереди идущего автомобил я, второй вход - к пятому входу блока расчета оптимальной дистанции до впереди идущего автомобиля, выход блока суммирования расстояний подключен к первому входу первого блока умножения, другой вход которого подключен к второму входу блока расчета оптимальной дистанции до впереди идущего автомобиля, причем первый и второй входы второго блока умножения подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока расчета оптимальной дистанции до впереди идущего автомобиля, при этом шесть входов сумматора соеди нены соответственно с выходами блока суммирования расстояний, первого блока умножения, блока определения скорости впереди идущего автомобиля, датчика собственной скорости автомобиля, второго блока умножения и блока определения скорости сзади следующего автомобиля, а выход сумматора является выходом блока расчета оптимальной дистанции до впереди идущего ав- томобиляУрем,е Рог 4 Редактор Т. ПарфеновЗаказ 365/ 3ВНИИГИ Государств окогов елим изо ая нно, , г У,сго о лрз(:ог: и ител ь Л. н 1 е, пелВерег Тираж 558 синоо комитета СО;Р по1,1 Л 5. Мослва, Ж Г Рауо 1 ск сино нолиграфн ясно нл 1 пГси гиорректор одписное бретений д. 45 од,ул П