Устройство для определения траекторий движения наземного транспортного средства

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических республик(23) ПриоритетГосударственный комитет СССР ио делам изобретеиий и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ НАЗЕМНОГО ТРАЙСПОРТНОГО СРЕДСТВА Изобретение относится к диагности- рованию технического состояния наземных транспортных средств и может найти применение при научно-исследовательских испытаниях автомобилей на управляемость и устойчивость движения, а также при дорожных испытаниях автомобилей на автозаводах, автотранспортных предприятиях, станциях диагностического и технического обслуживания и т.д.Известен корреляционный измери тель скорости, включающий два усилителя-ограничителя, два раздельных регистра сдвига, две схемы совпаде ния и вычитания и два элемента ИЛИ, к входам которых подключен интегратор с генератором тактовой частоты 1).В этом измерителе скорости, с целью повышения точности измерения скорости по корреляционной функции, формируют сигнум-,сигналы, соответст- . вующие входным сигналам как положи тельной, так и отрицательной полярности. Поэтому в результате измерения осуществляется непрерывный анализ и обеспечивается интегрирование ваей длительности случайного процес са, вдвое увеличивая количество отсчетов.Однако известный измеритель измеряет скорость и пройденный путь объекта только в одномерной системе координат. В ряде случаев, особенно при испытаниях автомобилей и других подвижных объектов, требуется точное и быстрое фиксирование реальной траектории движения и измерять составляющие скорости движения в двухмерной системе координат, а также угол увода и курса движения. Кроме того, при автоматическом управлении направлением движения необходимо знать текущие значения координат на дороге Фля выработки сигнала коррекцииНаиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для определения траекторий наземного транспорта средства, содержащее корреляционные измерители скорости, вычислительный блок, датчик постоянного сигнала, блок регистрации 2).Однако устройство является недостаточно точным.Цель изобретения - повышение точности.50 15 20 25 30 35 40 45 55 60 б 5 Укаэанная цель достигается тем, что в устройстве для определения траекторий движен(я наземного транспортного средства, содержащем первый и второй корреляционные измерители скорости, входы первого из которых являются соответственно первым и вто" рым входами устройства, первый и второй выходы первого корреляционного измерителя скорости подключены соответственно к первому и второму входам вычислительного блока, третий и четвертый входы которого являются соответственно третьим и четвертым входами устройства, пятый вход. которого соединен с датчиком постоянного сигнала, а выход вычислительного блока подключен к входу блока регистрации, второй корреляционный измеритель скорости содержит первый и второй регистры сдвига, первый и второй элементы И, первый и второй элементы ИЛИ, интегратор, генератор тактовых, импульсов и усилитель-ограничитель, вход которого является пятым входом устройства, прямой и инверсный выходы усилителя-ограничителя соединены соответс" венно с входами первого и Второго регистров сдвига, первый ивторой выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам соответственно первого и второго элементов И, третьи входы которых подключены соответственно к первому и третьему выходам первого корреляционного измерителя скорости, первый и второй выходы первого элемента И соединены соответственно с первыми входами первого и второго. элементов ИЛИ, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам второго элемента И, выходы элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами интегратора, выход которого подключен к управляющему входу генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к управляющим входам первого и второго регистров сдвига и к шестому входу вычислительного блока, седьмой вход которого соединен с первым выходом первого регистра сдвига.На фиг. 1 изображена блок-схема устройства) на фиг. 2 - схема движения автомобиля в системе координат, связанной с землей; на фиг.З представлена схема расположения приемных излучателей.Устройство .для определения траекторий наземного транспортного средства состоит из двух корреляционных измерителей 1 и 2 продольной и поперечной составляющих скорости. Корреляционный измеритель 1 продольной составляющей состоит из двух усилителей-ограничителей 3 и 4, двух регистров 5 и б сдвига, к выходам которых подключены элементы И 7 и 8. Вход регистра 5 и один иэ входов элемента И 7 подключены к прямым выходам усилителей-ограничителей 3 и 4, а вход регистра 6 и один из входов элемента И 8 - к инверсным выходам тех же усилителей. Первые и вторые выходы элементов И 7 и 8 через элементы ИЛИ 9 и 10 соединены с интегратором 11. К выходу интегратора 11 подключен генератора 12 тактовых импульсов, частота следования импульсов которого меняется в зависимости от выходного напряжения интегратора. Выход генератора 12 тактовых импульсов подключен к регистрам 5 и б сдвига. Корреляционный измеритель 2 поперечной составляющей скорости содержит усилитель-ограничитель 13, два регистра 14 и 15 сдвига, два элемента И 16 и 17, первые входы которых подключены к соответствующим выходам регистров 5 и б сдвига корреляционногоизмерителя 1 продольной скорости. Элементы И 16 и 17 иМеютпо два выхода, которые подключе-:ы через элементы ИЛИ 18 и 19 к интегратору 20. К выходу последнего подключен генератор 21 тактовых импульсов, выход которого подключен к регистрам 14 и 15 сдвига и к вычислительному блоку 22, три. входа которого подключены соответственно к генератору 12 тактовых импульсов и к выходам обоих регистров 5 и б сдвига. Остальные входы вычислительного блока 22 соответственно подключены к руинам 23 постоянных величин и к датчику 24 постоянного сигнала базы автомобиля. Выходы блока 22 подключены к блоку 25 регистрации.Устройство для регистрации траектории движения наземного транспортного средства работает следующим образом.На входы корреляционных измерителей 1 и 2 поступают три отраженных от дорожного полотна сигнала произвольной формы х(1), х ( + С(1 ) и х(1 +), сдвинутых на величиныфг транспортных запаздываний ь,)1 и ь . В этих случаях приемно-передающая часть строится по обычной схеме радиолокации: передатчик-антенналриемник, которые устанавливаются на транспортном объекте. Приемные излучатели располагаются несимметрично относительно продольной оси объекта и разнесены по продольной и поперечной осям его (фиг. 2), на расстоянии Хо и Ур соответственно относительно передатчика 26. При этом приемники 27 и 28 используются для измерения продольной составляющей скорости Ч, а приемники 27 и 29 - для измерения поперечной составляющей скорости Ч и угла увода Ф . Передатчик 26 излучает направленные в сторону поверхности дороги сигналы, а отраженные дорогой сигналы принимаются приНа Фиг. 3 изображена схема движения транспортного средства в системе координат Х и У, связанной с землей., Здесь движение всегообъекта рассматривается как движение одной его точки. Пути 8 и Б, пройденные этой точкой в системе координат Х и У, могут быть определены, если известны продольная и поперечная составляющие скорости точки движения.Так как угол ввода Ф, курсовой угол ф и скорость точки-объекта веемниками 27 - 29. Приемники ориентированы так, что при движении транспортного средства, приемник 28 занимает положение приемника 27, т.е.принимает отраженные сигналы, близкиепо характеристикам сигналу принятому/5приемником 27, но сдвинутые на вели,чину времени транспортной задержкис о- Поэтому сигйал на выходеприемника 28 подобен сигналу на выходе приемника 27, но сдвинут на величи-(Ону. Аналогичным образом происходит и при,поперечном отклонениитраектории движения.При наличии увода (офпсо), т,е.когда направление движения объектане совпадает с продольной осью его, 15задержка во времени сигналов, прини"маемых приемниками 27 и 29 определяется выражением ь 3. При(Оэ оЧцотсутствии увода (=0) задержка рав Она нулю. Измерение скорости и углаувода основано на непрерывном определении величин транспортных задержек,соответствующих максимуму Функциикорреляции, Сигналы с выходов приемников 27 и 28 с помощью .усилителей.ограничителей 3 и 4 преобразуютсяв последовательность сигнум-сигналов,соответствующих на прямых выходахположительной их полярности входныхсигналов, а на инверсных выходах -отрицательной полярности входныхсигналов. Эти сигналы поступают навходы регистров 5 и б сдвига, которые используются в качестве переменной линии задержки на время, равное З 5=пТ , где и - число разрядов регистра сдвига, Т - период следованияпродвигающих импульсов.Задержанные сигналы с разРядоврегистров 5 и б сдвига вместе с сигналами. от усилителя-ограничителя4 подаются на элемент И 7 и 8.Дополнительное запаздывание Ь ,необходимое для работы корреляционНого измерителя продольной скорости,осуществляется последующими разрядами регистров 5 и б сдвига. Выходныесигналы с последних разрядов регист"ров 5 и б сдвига поступают на элементы И 7 и 8. Так как отраженныесигналы х(1) и х(1 +С ) не могутсуществовать одновременно, то импульсы с разных выходов элементов И 7и 8 поступают через элементы ИЛИ 9и 10 на вход интегратора 11 попеременно. Сигнал интегратора 11 воздействует на генератор 12 тактовыхимпульсов, управляя его частотой.При равенстве величины задержкисигнала в регистрах 5 и б сдвигатранспортному запаздыванию количество 60импульсов, поступающих на интегратор11 одинаково, и частота генератора12 тактовых импульсов постоянна иравна заданной. Если же величина эацержки не равна транспортной, то на 65 выходе интегратора 11 появляется сигнал, который воздействует на генератор 12 тактовых импульсов, изменяя его частоту таким образом, чтобы она соответствовала транспортному времени задержки сигнала, т,е. привести коррелятор в состояние равновесия. Частота следования импульсов есть мера скорости Ч . Работа корреляционного измерителя 2 поперечной составляющей скорости Ч аналогична работе описанного корреляционного измерителя 1. Усилитель-ограничитель 13 в измерителе 2 также преобразует входной сигнал х(1 + э ) в последовательность сигнум-сигналов, которые поступают на входы регистров сдвига 14 и 15. С помощью элементов И 16 и 17 осуществляется выделение точки, соответствующей переходу через нуль взаимно корреляционной Функции, Элементы ИЛИ 18 и 19 обеспечивают работу обоих каналов на один интегратор 20, который управляет частотой генератора 21 тактовых импульсов. Здесь слежение за максимумом функции взаимной корреляции осуществляется также с помощью регистров сдвига, где сигнум-сигналы задерживаются на время, определяемое частотой следования импульсов от генератора 21. Так как слежение за максимумом функции взаимной корреляции в области нулевых задержек при отсутствии увода (У:о) невозможно, то зта Функция перестраивается дополнительно в область задержек Сг 1 . Это осуществляется таким образом, что сигнал, принятый приемником через усилитель- ограничитель 3, поступает с выхода регистра 5 сдвига на вход элемента И 16. В результате на выходе регистра 14 сдвига получается задержка, при которой функция взаимной корреляции достигает максимальной величины. данные переменных задержек, сформированные на выходах регистров 14 и 15 сдвига непрерывно вводятся в вычислительный блок 22. По этим данным и по координатам Хои Уо, введенных в вычислительный блок 22 по шинам 23 постоянных величин, вычислительный блок 22 определяет угол э.вода 6 по Формуле10 2" "О"ЪагС +-личины переменные, то перемещение объекта вдоль координатных осей определяется интегрированием составляющих скорости по времениБМ= Ч(цсоаКМВ- Ч(с)ьЬКй)ЮоВ (Ч аЧ(Н 9 Н Ь(1) Й М М см р(64 й,где Ч ,Ч - продольная и поперечнаясоставляющие скоростидвижения5 - курсовой угол движенияобъекта, т.е. угол мелщуосью Х системы отсчета 15Х-О-У и продольной осьюобъекта,Курсовой угол в вычислительномблоке 22 определяется по формулеР: -- ю,ЭО:где Чм - продольная скорость объекта;Ф - угол увода объекта;- длина колесной базы объекта.С этой целью на входы блока 22поступают текущие значения продольной скорости Ч и с датчика 24 длинаколесной базы объекта. Блок 22 можетбыть выполнен на микросхеме К 145 ИП 7Непрерывно вычисленные во времядвижения объекта величины угла увода, 30угла курса и координаты перемещения8 и Я с выходов вычислительногоблока 22 поступают на блок 25 регистрации.Предлагаемое устройство позволяет 35исследовать траектории, движения автомобиля с высокой точностью и в широком диапазоне скоростей движения,сделать его малогабаритным и переносным.40формула изобретенияустройство для определейия траектории движения наземного транспортного 45 средства, содержащее первый и второй корреляционные измерители скорости, входы первого из которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, первый и второй вы ходы первого корреляционного измерителя скорости подключены соответственно к первому и второму входам вычислительного блока, третий и четвертый входы которого являются соответственно третьим и четвертым входами устройства, пятый вход которого соединен с датчиком постоянного сигнала,а выход вычислительного блока подключен к входу блока регистрации,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности, второйкорреляционный измеритель скоростисодержит первый и второй регистрысдвига, первый и второй элементы И,первый и второй элементы ИЛИ, интегратор, генератор тактовых импульсови усилитель-ограничитель, вход которого является пятым входом устройства, прямой и инверсный выходы усилителя-ограничителя соединены соответственно с входами первого и второго регистров сдвига, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входамсоответственно первого и второго элементов И, третьи входы которых подключены соответственно к первому итретьему выходам первого корреляционного измерителя скорости, первыйи второй выходы первого элемента Исоединены соответственно с первымивходами первого и второго элементовИЛИ, вторые входы которых подключенысоответственно к первому и второмувыходам второго элемента И, Йыходыэлементов И соединены соответственнос первым и вторым входами интегратора, выход которого подключен к управляющему входу генератора тактовыхимпульсов, выход которого подключенк управляющим входам первого и второго регистров сдвига и к шестомувходу вычислительного блока, седьмойвход которого соединен с первымвыходом первого регистра сдвига.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР9 466453, кл. О 01 Р 3/64, 19752. Белавин О.В. Основы радионавигации, И., фСоветское радио,1977, с. 5,305-309 (прототип).раж 748Государственного комитеелам изобретений и открытосква, Ж-ЗБ, Раушская на одписноеа СССРийд. 4/В