Устройство для прогнозирования положения транспортного средства

Изобретение относится к информационным устройствам об окружающих условиях эксплуатации транспортных средств и может быть использовано для обеспечения.безопасности автоматических транспортных средств, например, плане тосодов в процессе перемещения их по пересеченной поверхности.Известно устройство для прогнозирования положения"транспортного средства, содержащее датчики крена и 10 ,дифферента платформы транспортного )средства, датчики вертикального хода колес и смонтированные на рычагах, шарнирно связанных с платформой, чувствительные элементы, связанные через вычислитель сблоком управления 11.Недостаток этого устройства состоит в том, что при наличии бокового сноса и увода уменьшается точность прогнозирования положения транспортного средства, поскольку колеса и чувствительные элементы движутся по разным траекториям, Поэтому колеса транспортного средства не попадают в те же точки поверхности, в которых с помощью чувствительных элементов измеряЬтся высота рельефа. Следовательно, положение, в которое попадает транспортное средство. после того, как оно переместится на расстояние, рав ное величине выноса перед ним чувствительных элементов, может существенно отличиться от положения, которое прогнозируется с помощью устройства. Таким образом, при наличии бокового 35 сноса и увода предлагаемое усгройство не обеспечивает безопасность движейия транспортного средства, так как может пропустить аварийные ситуации.40Цель изобретения - повышение точности прогнозирования положения транспортного средства.Поставленная цель достигается тем, что устройство для прогнозирования положения транспортного средства, содержащее:датчики крена и дифферента платформы транспортного средства, шарнирно связанных с платФормой, чувствительные элементы, связанные через вычислитель с блоком управления, снабжено датчиками угла отклонения чувствительных элементов в вертикально-поперечной плоскости, датчиками угла отклонения рычагов в поперечной и продольной плоскостях 55 и приводами наведения рычагов в этих же плоскостях, причем упомянутые датчики через вычислитель связаны с приводами наведения рычагов.На Фиг. 1 представлена блок".схема 60 устройства,для одного борта транспортного средства (пунктирными линиями изображены механические связи, сплошными " электрические ); на фиг. 2- положение транспортного средства с установленным на нем устройством придвижении по неровностям рельефа; нафиг. 3 - профилометр, установленныйна левом переднем колесе транспорт-.ного средства, общий вид; на фиг. 4транспортное средство и профилометры,вид в плане; на Фиг, 5 - траектория,движения транспортного средства,сосносом и уводом при отсутствии наведения профилометров в плоскости параллельной плоскости движения транспортного средства; на фиг, б - то же,при наличии наведения профилометровс целью повышения точности прогнозирования положения транспортного средства; на фиг, 7 - конструктивнаясхема профилометра.Устройство для прогнозирования положения транспортного средства на местности состоит из двух профилометров, каждый из которых включает рычаг 1, чувствительный элемент 2, датчик 3 угла, отклонения чувствительного элемента в вертииально-продольной плоскости привод 4 наведениярычага в вертйкально-продольной плоскости и датчик 5 угла отклонениярычага в этой плоскости, Кроме того,устройство .включает датчики б угла отклонения чувствительных элементов ввертикально-поперечной плоскости,датчики 7 угла отклонения рычагов вплоскости движения транспортного средства поперечной плоскости, привод 8наведения этих рычагов в той жеплоскости движения транспортногосредства, датчики 9 и 10 хода колес,датчики 11 крена, дифферент 12 и вычислитель 13, связанный с блокомуправления 14 транспортным средством,Профилометры служат для измерениявысотообраэований рельефа, расположенныс по трассе движения перед транспортным средством в направлении будущей колеи передних колес левого иправого бортов,В свою очередь рычаг 1 нрофилометра служит для выноса чувствительногоэлемента 2 на заданное расстояниейеред транспортным средством.Чувствительный элемент 2 служитдля обнаружения бокового сноса илиувода транспортного средства, а также для обнаружения рельефных образований по направлению движения колесправого или левого бортов,.а егодатчик 3 - для измерения этого угла.Привод 4 наведения рычага .в вер тикально-продольной плоскости предназначен для отслеживания чувствительным элементом рельефных образованийпо направлению движения колес, а датчик 5 угла отклонения рычага в этойже плоскости - для измерения величиныотклонения рычага от положения, которое он занимает, когда транспортноесредство вместе с профилометром на"ходится на горизонтальном участке.поверхности,Датчик 6 угла отклонения чувствительного элемента в.вертикально-поперечной плоскости служит для измерения этого угла и выдачи сигнала ввычислитель 13, откуда выдается сигнал на привод наведения рычагов вплоскости движения транспортногосредства.Привод 8 наведения рычага в плос- Окости движения транспортйого средст-ва предназначен для установки рычагов в направлении вектора скороститранспортного средства.Датчик 7 угла отклонения рычагов 15в плосКости движения транспортногосредства служит для измерения углаотклонения рычага от продольной оситранспортного средства и выдачи сигнала в вычислитель 1320Датчики 9 и 10 хода колес устанавливаются на подвеске колес транспортчого средства и служат для измеРениятекущего вертикального перемещенияэтих колес.25 .Датчик крена 11 предназначен дляизмерения текущего, значения угловпоперечного наклона транспортного.средства и выдачи результатов измеренияв вычислитель 13.Датчик дифферента 12 предназначендля измерения текущего значения угловпродольного наклона транспортногосредства и выдачи результатов измере-.ния в вычислитель 13.Вычислитель 13 предназначен для 35обработки информации, йоступающей отпрофилометров, датчиков кода колес,датчиков крена и дифферента в соответствии с заданной математической программой. 40Сигналы с выхода вычислителя 13поступают на вход блока управления 14,который предназначен для выработкикоманд управления транспортным .средством в зависимости от величины сиг" 45налов, поступающих с вычислителя,4 -.-О 1 С 1 - Ж дв пр. Ъ, Ъ-ь; Безцрасность транспортного средства можйо обеспечить, если в каждый момент времени располагать величинами прогнозируемых углов наклона поверх О ности в вертикально-продольной плоскости (дифферент ), а следовательно, и транспортного средства под правым 9 р и левымФцр боРтами, .а также прогнозируемым углом наклона поверх ности в вертикально-поперечной плос" косуи% (крен )Пусть профилометры вынесеныперед транспортным средством на 69 РасстоЯние Ер, Равное половине базы транспортного средства. Тогда на фиг. 2 видно, что прогнозируеьай угол наклона поверхности в вертикально-продольной плоскости, например поду правым бортом, может быть определениз соотношения проекция на горизон-;тальную ось расстояния межцу центромсреднего колеса и точкой контакта чувствительного элемента сгрунтом;- расстояние между центрами среднего и переднего колеса; - ширина рычага профилометра;перепад высот рельефа в вертикально-продольной плоскостимежду точками контакта с грунтом среднегоколеса и чувствитель-.ного элемента;- угол наклона рычагаправого проилометра,измеряемый с помощьюдатчика 5;- угол наклона транспортного средства в .вертикально-продольной плоскости, измеряемый с помощью датчика дифферента 12; - расстояние между подвесками среднего и переднего колес;- длина чувствительного. элемента;радиус колеса;.расстояние мездру центром 1-го колеса и точкой юрепления его к , корпусу (1 а 1,2 );расстояние.от центра1-го колеса до точкикрепления его к корпусу, измеренное встатическом положении; - ход 1-го колеса, измеренный датчикомхода. Таким образом, располагая значения-, ми . и Д по уравнению (1) может быть спрогнозирован угол наклона поверхности под колесами правого и левого бортов. Для этого в уравнение (1) необходимо подставлять значенияи Дз, измеренные под колесами правого или левого бортов соответст-. венно. Проводя аналогичные рассуждения, можно найти прогнозируете углы наклона в вертикально-поперечной плоскости, В частности, прогнозируемый угол наклона в вертикально-попереч 1017522ной плоскости под передними профилометрами вычисляется из соотношенияЧцР=ссзю , )дгде 5- р 51 И рп + ч)+ 1 соьЧС 09- в Ь Вюзи2 СОУ сои -р з 1 и (с рлдн 9)Р- перепад высот рельефав вертикально-поперечнойплоскости между точкамиконтакта щупов правого илевого профилометров;Ь - колея транспортного средствафиг, 4);- угол наклона транспортногосредства в вертикальнопоперечной плоскости,измеряемый датчиком крена 11,ср- угол наклона рычага левого профилометра;, 20Р - длина рычага профилометра.Таким образом, по уравнениям (1 ) и (2 ) могут быть спрогнозированы углы наклона поверхности, а следователь-. но, и положение транспортного средст ва в вертикально-продольной и вертикально-поперечной плоскостях, При этом, если транспортное средство движется без бокового скоса и увода, то направления движения щупов профиломет- З 0 ров правого и левого бортов совпадают с направлением движения колес, соответствующих бортов, т,е. они движутся по одним и тем же траекториям (фиг, 4 ), Если В процессе движения 35 возникнет боковой снос или увод,то и в этом случае траектории движения щупов профилометров и колес соответствующих бортов также должны совпадать,. В противом случае по уравнениям (1 )и (2 ) не будет прогнозироваться поло жение транспортного средства, поскольку с помощью профилометров не измеряются перепады высот рельефа в тех точках поверхности, по.которым будет происходить движение колес (фиг. 5 ). 45На фиг. 5 показано движение транспортного средства с боковым скосом .или,уводом. При этом профилометры сохраняют такое же положение, в каком находились.бы,если увода или око са не происходило.(т.е. рычаги профилометров остаются параллельными продольной оси транспортного средства.) Пунктирной линией на этой фигуре показано положение транспортного средства после того, как оно переместилось на величину выноса перед транспортным средством профилометров.Отсюда видно, что передние колеса транспортного средства (пунктирные линии ) не попали в те же точки, рас положенные на опорной поверхности, в которых контактировали с ней профилометры,На фиг. б также показано движение .транспортного средства с боковым 65 скосом нли уводом, Однако профнлометры здесь не остаются параллельными его продольной оси как на Фиг. 5, а располагаются в направлении, параллельном вектору скорости Ч (сплошные линии ), Поэтому, после того кактранспортное средство переместитсяна расстояние, равное величине выносаьпрофилометров (пунктирные линии )его передние колеса окажутся в техточках опорной поверхности, в которыхранее находились чувствительные элементы профилометров,Таким образом, если при возникновении бокового сйоса или увода профилометры устанавливать параллельно вектору скорости транспортного средства, то в этом режиме движения такжеможет производится прогнозированиеположения транспортного средства поуравнениям (1 ) и (2 ), .Работает устройство следующим образом,При движении транспортного средства без бокового сноса или увода чувствительные элементы 2 в вертикальнопоперечной плоскости неотклоняются.Поэтому с датчика б угла отклонениячувствительного элементв в вертикально-поперечной плоскости на привод 8наведения рычага в плоскости движения транспортного средства сигналарассогласования не поступает,Рычаг 1 сохраняет в плоскостидвижения транспортного средства постоянное положение, параллельное продольной оси машины. Предположим, чтов процессе движения чувствительныйэлемент 2 профилометра уткнулся ввыступающее препятствие. Тогда, поскольку транспортное средство,движется, чувствительный элемент отклоняется.в вертикально-продольной плоскости на некоторый угол ис выходадатчика 3 отклонения этого элементапоступает сигнал рассогласования напривод 4 наведзния рычага в вертикально-продольной плоскости, Привод4 продолжает поднимать рычаг 2 в вертикально-продольной плоскости до техпор, пока угол чувствительного элемента с вертикалью составит 7 с точностью до 1-20 (рабочее положение ),Такое положение чувствительного элемента говорит о том, что последнийдвижется по вершине выступающего препятствия. Аналогичная картина наблюдается если перед чувствительньмэлементом появится препятствие типавпадины. В этом случае привод 4продолжает опускать рычаг 1 вниз дотех пор, пока чувствительный элементкоснется опорной поверхности и повернется на угол 7 . Величина угла7 задана из конструктивных соображений.Положение рычага в вертикальнопродольной плоскости измеряется с10 помощью датчика 5, а положение колеси корпуса транспортного средства спомощью датчиков хода 9 и 10, крена11 и дифферента 12,Сигналы с выходов датчиков 5, 9,10, 11 и 12 поступают в вычислитель13, в котором по уравнениям 1 ) и(2 ) производится прогнозирование положения транспортного средства. С .выхода вычислителя сигналы поступают на вход блока управления 14,где, они сравниваются с допустимымиуглами наклонасоответственно поверхности и транспортного средства.Если величины прогноэируемыхуглов наклона превышают допустимые . 15для данного транспортного средства, значения, то в блоке управления вырабатывается команда объезда опасных участков местности,Если в процессе движения транспортного средства возникнет боковойскос или увод (фиг. 5 ), то чувствительные элементы 2 отклонятся ввертикально-поперечной плоскостина:некоторый угол у . Поэтому с датчика б угла отклонения чувствительного элемента в вертикально-поперечной плоскости через вычислитель 13на привод 8 наведения рычагов в плоскости движения транспортного средствапоступит сигнал рассогласования,который по величине равен углу д . Этотсигнал является командой на включениепривода и поворот рычага, которыйповорачивается приводом 8 в сторону,.противоположную отклонению чувствительного элемента 2, т,е,,61 Н ЮЬ=-ЫН Ифгде Р - угол поворота рычага в плоскости движения транспортного средства (в поперечнойплоскости ).Одновременно, с поворотом рычага1 в плоскости движения с помощьюпривода 8, происходит подъем его45вверх приводом .4 поведения .рычагав вертикально-продольной плоскости, Подъем рычага в вертикально-продольной плоскости и поворот в плоскости движения транспортного средства происходит до тех пор, пока чувст вительный элемент займет вертикаль" ное положение с точностью до 1-2 года. После тогд, как чувствительный элемент займет вышеуказанное положение, привод 8 наведения в плоскости движения транспортного средства выключается и рычаг 1 устанавливается приводом 4 в рабочее положение, Если после установки рычага 1 в рабочее положение произойдет повторное отклонение чувствительного элемента, то снова произойдет включение привода 8 и т.д. пока рычаг займет положение параллельное вектору скорости транспортного средства (фиг. б ).В этом случае также сигналы с выходов датчиков 5, 9, 10, 11 и 12 подаются на вход вычислителя, где происходит вычисление прогноэируемых углов транспортного средства по уравнениям (1 ) и (2:).С выхода вычислителя сигналы поступают в блок управления, который предназначен для выработки команД движения транспортным средством в зависимости от величин сигналов, поступающих с вычислителя. Для повышения быстродействия и точности наведения скорость вращения рычагов обеспечивается электроприводом 8 пропорциональным углу отклонения чувствительного элемента 2 в верти- . кально-поперечной плоскости. Устойчивость работы привода- наведения рычага 1 в плоскости движения транспортного средства обеспечивается за счет обратной связи, которой охвачен привод 8, Сигналы обратной связи снимаются с датчиков б и 7 и подаются на вход вычислителя 13. Предлагаемое устройство для прогнозирования положения транспортного средства н процессе его движения по пересеченной поверхности позволяет производить прогнозирование положения транспортного средства как при наличии увода или бокового сноса, так и без наличия последних. Это, в свою очередь, повьидает .безопасность движения транспортного средства и точность прогнозирования его положения в пространстве.-.35, Ра акаэ 3452/18 ТиражВНИИПИ ГосУдаРпо делам изо113035, Москва П комитет открыт ская на