Устройство для обеспечения безопасной дистанции

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕ СИИ ХРЕСПУБЛИК Ц 91 г 11 З 1511 С 08 С 1/16 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ленинградский ордена ОктябрьскойРеволюции и ордуна Трудоного КрасногоЗнамени инженерно-строительныйинститут(56) 1. Авторское свидетельство СССРР 769597, кл. С 08 С 1/16, 1978.2. Авторское свидетельство СССР119 794575, кл, С О 1 Б 15/08, 1976(прототип),(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОЙ ДИСТАНЦИИ, содержащееблок определения тормозного пути,выход которого соединен с первымивходами операционного усилителя иусилителя с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соедИнен с входом частотного модулятора,выход которого соединен с входомгенератора высокой частоты, передающую антенну, приемную антенну, выходкоторой соединен с входом усилителявысокой частоты, выход которогосоединен с входом частотного детектора, выход которого соединен свходом выпрямителя, выход которогосоединен с входом фильтра, выходкоторого соединен с вторым входомоперационного усилителя, радиолокационный датчик, генератор синусоидальных колебаний, выход которогосоединен с вторым входом усилителяс регулируемым коэффициентом усиления, и исполнительный блок, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения функциональной надежности усТройства, в него нведены три Формирователя импульсов, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, расширитель импульсов, блок сравнения, два элемента задержки, амплитудный модулятор, мультивибратор, Й 5 -триггер,3 -триггер, три элемента ИЛИ, два элемента И, элемент НЕ и амплитудный детектор, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входами элемента НЕ, расширителя импульсов, первого и второго формиро-вателей импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соеди- С нен с первым входом Я 5-триггера, выход которого соединен с входом й третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом амплитудного модулятора, выходаЮ которого соединен с входом передающей М антенны, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединвн с первыми входами второго и третьего элементов ИЛИ, выход которого соединен с первым входомЭ -триггера, выход которого соединен с входом исполнительного блока, выход второго формирователя импульсов соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и через первый элемент задержки - с первым входом второго элемента И выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход второго элемента ИЛИ соединен с вторым входом Я 5112699 б триггера и с входом мультивибратора, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход расширителя импульсов соединен с вторым входом первого элемента И, выход элемента НЕ соединен с вторым входом второго элемента И, выход генератора высокой частоты соединенвторым входом амплитудного модуля тора, выход усилителя высокой частоты соединен с входом амплитудного детектора, выход операционного усилителя соединен с первым входом блока сравнения, выход которого через второй элемент задержки соединен с вторым входом 3 -триггера, выход В соответствии со скоростью исостоянием дорожного покрытия блокопределения тормозного пути вырабатывает сигнал текущей информации о5 величине тормозного пути собственного ТС. Эта информация передаетсяпередатчиком в направлении, обратномдвижению,Идущее сзади ТС принимает с)О помощью приемника сигнал от впередиидущего ТС, Этот сигнал, несущийинформацию о тормозном пути впередиидущего ТС, поступает на корректирующий блок, на другой вход которого)5 поступает также сигнал, несущийинформацию о тормозном пути собственного ТС.Вы;содной сигнал корректирующего блока, несущий информациюо разности тормозных путей собственного и впереди идущего ТС, поступаетна блок вычисления безопасной дистанции, на другой вход которого от блока определения дальности поступаетсигнал, несущий информацию о дистанд ции до впереди идущего ТС, Еслиизмеренная дистанция окажется меньшевычисленной разности тормозных путей,то на исполнительное устройствопоступает сигнал, по которомусобственное ТС должно снизить скорость(затормозить ).2 .Однако, если в зоне максимальнойдальности обнаружения приемником собственного ТС сигналов постуг.ающихот впереди идущих ТС, окажется больше одного ТС, то. в приемник собственИзобретение относится к системам управления движением транспортных средстн 1 ТС)и предназначено для обеспечения безопасного движения ТС следующих в колонне.Известно устройство для предотвращения столкновения движущихся ТС, содержащее преобразователи элементы ИЛИ, блок определения относительной скорости, блок текущей дальности, блок сравнения, блок дифференцирования, блок определения безопасной дистанции, датчик скорости, задатчик и исполнительный блок )1.1.Недостатком известного устройства чвляется необходимость его калибровки перед работой.Наиболее близким к прецлагаемому является устройство для антоматическо.го обеспечения безопасной дистан-. ции между движущимся ТС, содержащее блок определения тормозного пути, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входом передатчика, с первым входом корректирующего блока и с первым входом блока вычисления безопасной дистанции, выход которого соединен с исполнительным блоком, выход блока определения дистанции соединен с вторым входом блока вычисления безопасной дистанции, выход приемника соединен с вторым входом корректирующего блока, выход которого соединен с третьим входом блока вычисления безопасной дистанции. радиолокационного дачика соединен с Вторым входом блока сравнения.2. Устройство по и. 1, о т л на ю щ е е с я тем, что блок определения тормозного пути содержит датчик скорости, задатчик коэффициента сцепления и усилитель с квадратичной характеристикой, выход которого является выходом блока определения тормознот о пути, ыход датчика скорости соединен с верным входом усилителя с кладратичнои характеристикой, выход задатчика коэффициентасцепления соединен с вторым входомусилителя с квадратичной характеристикой, 1126996 4.10 15 20 Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обеспечения безопасной дистанции, содержащее блок определения тормозного пути, выход которого соединен с первыми входами операционного усилителя и усилителя с регулируемым коэффициентом. усиления, выход которого соединен с входом частотного модулятора, выход которого соединен с входом генератора высокой частоты передаю)щую антенну, приемную антенну, выход которой соединен с входом усилителя высокой частоты, выход которого соединен с входом частотного детектора, выход которого соединен с входом выпрямителя, выход кЬторого соединен с входом фильтра, выход которого соединен с вторым входом операционного усилителя, радиолокационный датчик, генератор синусоидальных колебаний, выход которого соединен с вторым входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, и исполнительный блок, введены три формирователя импульсов, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, расширитель импульсов, блок сравнения, два элемента задержки, амплитудный модулятор, мультивибратор, Й 5 - триггер, Э -триггер, три элемента ИЛИ, два элемента И, элемент НЕ и амплитудный детектор, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входами элемента НЕ, расширителя импульсов, первого и второго формирователей импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом Р 5-триггера, выход которого соединен с входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с первым 35 40 45 50 55 ного ТС одновременно поступают сигналы от нескольких передатчиков. Таким образом, на блок вычисления безопасной дистанции поступает заведомо ложная информация, что приводит к увеличению или уменьшению дистанции до впереди идущего ТС.Послед нее обстоятельство приводит либо к разуплотнеиию транспортного потока, либо к аварийной ситуации, что резко снижает надежность работы устройСтва.Цель изобретения - повышениефункциональной надежности устройства; входом амплитудного модулятора,выход которого соединен с входомпередающей антенны, выход гечераторатактовых импульсов соединен с первымвходом первого элемента И, выходкоторого соединен с первыми входамивторого и третьего элементов ИЛИ,выход которого соединен с первымвходом П -триггера, выход которогосоединен с входом исполнительногоблока, выход второго формирователяимпульсов соединен с вторым входомвторого элемента ИЛИ и через первыйэлемент задержки - с первым входомвторого элемента И, выход которогосоединен с вторым входом третьегоэлемента ИЛИ, выход второго элементаИЛИ соединен с вторым входом ЯБ -триггера и с входом мультивибратора 1выход которого соединен с вторымвходом первого элемента ИЛИ,выход расширителя импульсов соединен с вторым входом первого элемента И, выход элемента НЕ соединенс вторым входом второго элементаИ, выход генератора высокой частотысоединен с вторым входом амплитудного модулятора, выход усилителя высокой частоты соединен с входом амплитудного детектора, выход операционного усилителя соединен с первымвходом блока сравнения, выходкоторого через второй элемент задержки соединен с вторым входом Р -триггера, выход радиолокационногодатчика соединен с вторым входомблока сравнения.Кроме того, блок определения тормозного пути содержит датчик скорости задатчик коэффициента сцепления и усилитель с квадратичной характеристикой, выход которого является выходом блока определения тормозного пути, выход датчика скорости соединен с первым входом усилителя с квадратичной характеристикой, выходзадатчикакоэффициента сцепления соединен с вторым входом усилителя с квадратичной характеристикой.На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для обеспечения безопасной дистанции; на фиг. 2 - временные диаграммы сигналов на выходе приемников устройств для обеспечения безопасной дистанции, установленных на отдельных движущихся вколонне ТС.Устройство содержит блок 1 определения тормозного пути, детям 2скорости, усилитель 3 с квадратичной характеристикой усиления, операционный усилитель 4, блок 5 сравнения, элемент 6 задержки, Р -триггер 7, исполнительный блок 8, задатчик 9 коэффициента сцепления, радиолокационный датчик 10, приемную антенну 11, усилитель 12 высокой частоты, частотный детектор 13, выпрямитель 14, фильтр 15, амплитудный детектор 16, аналого-цифровой преобразователь (АЦП )17, элемент НЕ 18, формирователь 19 импульсов, расширитель 20 импульсов, формирователь 21 импульсов, элемент 22 задержки, элемент ИЛИ 23, генератор 24 импульсов, элемент И 25, элемент ИЛИ 26, элемент И 2, мультивибратор 28, й 5 -триггер 29, элемент ИЛИ 30, формирователь 31 импульсов, амплитудный модулятор 32, передающую антенну 33, генератор 34 синусоидальных колебаний, усилитель 35 с регулируемым коэффициентом усиления, частотный модулятор 36 и генератор 37 высокой частоты.Устройство работает следующим образом.Сигнал от блока 1 определения тормозного пути, состоящего из датчика 2 скорости,задатчиха 9 коэффициента сцепления и усилителя 3, поступает на один из входов операционного усилителя 4, выполняющего функции корректирующего блока Этот сигнал, представляет собой постоянное напряжение О. , величина которого определяется по формулетстс21где 3 =.Ч (2- тормозной путь собстТС, Чс - скорость собственногоТС;Ч - коэффициент сцепленияколес с дорогой;- ускорение свободногопадения;М - коэффициент пропорциональности.Реализация формулы (1)осуществля ется следующим образом. С выхода . датчика 2 снимают сигнал напряжением О, пропорциональный скорости ТС т.е. Этот сигнал постпает на входусилителя 3 с квадратичной характе -ристикой усиления, причем коэффициент усиления усилителя 3 можноменять с помощью задатчика 9, представляющего собой переключатель( потенциометр )со шлакой, отградуиро -ванной в значениях коэффициента сцепления колес с дорогой М . Значение 1 О коэффициснта Р выбирается водителемисходя иэ состояния дорожного покрытия (сухой асфальт, дождь и т.д.7.Итак, напряжение на выходе усили-теля 3 определяется выражениемО =Ь - 2.Выбором коэффициента усилениянеобходимо выполнить условие212 3де К коэффициент пропорциональности в формуле ( )На другой вход операционного усилителя 4 поступает сигнал из приемРсника, состоящего из антенны, усилителя высокой частоты, частотногодетектора выпрямителя и фильтра.Этот сигнал также представляетсобой постоянное напряжение О- ЗС . величина которого определяется поформуле.тя 1 тл1 де 2 , - тормозной путь лидирующего З 5 ЛНа операционном усилителе 4 выполнена схема вычитания, поэтому на еговыходе получают напряжение (1пропорциональное разности тормозных 4 О путей, т.е.д 1 Ф ")тс ткгде 1 - коэффициент усиления 45 усилителя.Сигнал с выхода операционногоусилителя 4 поступает на блок 5 сравкения. При этом сравниваются дванапряжения: одно напряжение О пропорционально разности тормозныхпутей собственного впереди идущегоТС по формуле (6 1, другое напряжение (11 пропорционально расстояниюдо впереди идущего ТС, т.е,)с - коэффициент пропорциональности. О. )(где Й - расстояние до впереди идущего ТС;71 ср - коэффициент пропорциональности.Напряжение О сцимают с радиолокационного датчика 9, выходное напряжение которого определяется выраже нием 7.Если выбирать коэффициент усиления М операционного усилителя таким образом, чтобы выполнялось условие О 20 Сигнал с блока 1 определения тормозного пути поступает также на передатчик, состоящий из генератора 34 синусоидальных колебаний, усилителя 35 с регулируемым коэффициентом усиления, частотного модулятора 36, генератор 37 высокой частоты,45 амплитудного модулятора 32 и антенны 33. Этот сигнал регулирует коэффициент усиления усилителя 35, на вход которого поступает сигнал от генератора 34. На выходе усилителя получают синусоидальный сигнал, амплитуда которого пропорциональна тормозному пути. Сигнал с выхода усилителя 35 поступает на частотный модулятор 36, который модулирует частоту генератора 55 37, причем девиация частоты Агене" ратора пропорциональна тормозному пути собственного ТС, т.е.(81 то равенство напряжений Од и О эквивалентно равенству 0 и Рта- Ютл Таким образом, если расстояние 2 до впереди идущего ТС больше разности тормозных путей Зт -3 , то на выходе блока сравнения получают уровень логического нуля. Если (.1 тс 11 ти 3, то на выходе получают уровень логической единицы.Сигнал с блока 5 сравнения поступает через элемент 6 задержки на 2 -триггер 7. При поступлении на Я -триггер импульса считывания с выхода элемента ИЛИ 26 на выходе25 2 -триггера 7 устанавливается тот уровень, который присутствовал на его входе в момент прихода импульса записи. Сигнал с выхода ив триггера поступает на исполнительный блок 8, представляющий собой пусковое устройство тормозной системы. Таким образом, если расстояние до впереди идущего ТС окажется равным или меньшим разности тормоз ных путей собственного и впереди идущего ТС, то должна сработать тормозная система.(=ьт сгде Т, - тормозной путь собственного ТС;Ъ.- коэффициент пропорциональВысокочастотный частотно-модулированный сигнал поступает на модулятор 32, представляющий собой р:1:в- диод, установленный в волцоводе.При подаче ца диод напряжения О высокочастотный сигнал практически полностью затухает. При подаче на диод напряжения 02 высокочастотный сигнал проходит через модулятор без затухания, Поэтому, если на диод подавать в качестве управляющего сигнала импульсы, амплитуда которыхменяется от О до 02, то на антенну поступает импульсный высокочастотныйсигнал, С помощью антенны этот.сигнал излучается в пространство внаправлении, обратном движению ТС.Этот сигнал принимается антенной11 устройства, становлецного насзади идущем ТС, и усиливаетсяусилителем 12 высокой частоты.Далее высокочастотный сигналпоступает на частотный 3 и амплитудный 1 Ь детекторы, на выходекоторых получают соответственносинусоидальный и импульсный сигналы.Амплитуда синусоидального сигналапропорциональна девиации принимаемого сигнала, а импульсный сигнал представляет собой огибающую того же сигнала. Синусоидальный сигнал после выпрямления в выпрямителе 14 и фильтрации в фильтре 15 используют для вычисления безопасной дистанции,Импульсный сигнал, поступающий с амплитудного детектора 16 на АЦП 17, используют для синхронизации работы передатчика.Рассмотрим случай, когда на входприемной антенны 11 сигнал не поступает, т.е. случай для устройства,установленного на лидируюшем вколонне ТС,На выходе АЦП 17, служащего для преобразования аналогового сигнала в логический, устанавливается постоянный сигнал уровня логического нуля(нулевой сигнал, фиг. 2 а 1. На выходе расширителя 20 импульсов устанавливается постоянный уровеньлогической единицы(единичный сигнал), благодаря чему короткие импульсы с периодом следования Т из гене 112699;ратора 24 импульсов проходят черезэлемент И 25 и ИЛИ 23, С приходомкороткого импульса на Р 5 -триггер29 на его выходе устанавливаетсяединичный сигнал. Одновременно за-пускается мультивибратор 28, заднийфронт импульса которого черезэлемент ИЛИ 30 устанавливает триггер в нулевое состояние.Выходной сигнал триггера 29 посту Опает на формирователь 31 импульсов,на выходе которого получают импульсыдлительностью, определяемоймультивибратором 28, и периодомследования Т, определяемым генератором 24, причем амплитуда импульсовменяется от 11 до О. Эти импульсыслужат для управления модулятором.Одновременно импульсы с выходаэлемента И 25 поступают через 26элемент ИЛИ 26 на записывающийвход 3-триггера 7.Если учесть, что нулевой сигнал,поступающий с выхода фильтра 15 наоперационный усилитель 4, эквивалентен величине тормозного пути, закодированной в принимаемом:. сигналеи равной нулю, н если радиолокационный датчик принимает сигнал от неПодвижного препятствия, расположенного на расстоянии Р от ТС, равномтормозному пути 2 собственногоТС, то на выходе блока 5 сравненияпоявляется единичный сигнал, которыйзаписывается в 2 -триггер 7 и пере;.дается дальше в исполнительный блок8, который приводит в действиетормозную систему, Таким образом,устройство работает как устройствопредотвращения столкновения а неподвижными препятствиями.Устройство, установленное на ТС,следующем за лидерующим, работаетследующим образом. Приемная антенна11 принимает сигнал, излучаемыйпередатчиком лидирующего ТС(фиг. 2 б ),при этом на выходе фильтра15 получают напряжение, пропорциональное тормозному пути лидирующегоТС В момент прихода сигнала формиро-уватель 19 импульсов перебрасываеттриггер 29 (если последний на этотмомент был в единичном состоянии.7в нулевое состояние, Таким образом,если передатчик до момента приходапринимаемого сигнала работал,/то он прекращает работу. На выходерасширителя 20 импульсов получаютнулевой сигнал, который запрещает 10прохождение импульсов из генератора 24 импульсон. В момент окончания действия входного сигнала формирователь 21 импульсон вырабатывает короткий импульс, который, задержавшись н линии задержки на , поступает на элемент И 27, Поскольку непосредственно за импульсом передатчика лидерующего ТС больше сигналов нет, то " выхода АЦП 17 снимают единичный сигнал. Следовательно, импульс с формирователя 21 поступает на записывающий вход 3-триггера 7, При этом в него записывается информация, вычисленная с учетом тормозного пути лидирующего ТС, Элемент 6 задержки слуяит,цля задержки сигнала на время причем ь , , Это связано с тем2 Ичто импульс записи поступает на 0-триггер 7 с задержкой 1;, относительно окончания действии входного сигнала, поэтому сигнал на выходе блока 5 сравнения может за это время измениться.Сигнал на выходе расширителя 20 импульсов продолжает оставаться нулевым на время=2-ЗТ. Это необходимо для того, чтобы устройство не перешло в режим работы, определяемый собственным генератором импульсов, даже если будет пропадение входного сигнала на 1-2 периода. Таким образом, с момента приема первого же импульса передатчик начинает работать только по окончании действия входного сигнала н работает при этом время ТУстройство, установленное на нтором от лидерующего ТС, работает следующим образом, В момент прихода импульса передатчика лидирующего ТС(фиг. 2 в ) устройство работает, как описано выше. В момент окончания импульса передатчика лидерующего ТС импульс формирователя 21 поступает с. задержкой 7. на элемент И 27.К 1Поскольку передатчик транспортного средства, следующего за лидерующим, запускается сразу по окончании: импульса передатчика лидерующего ТС с интервалом времени, определяемым коммутационными задержками прохождения сигнала от приемной антенны 11 до амплитудного модулятора 32 7 причем 1,1 й,1, то на выходе АЦП 17 получают нулевой сигнал. Благодаря .этому импульс от формирователя 21 не проходит на 3-триггер 7, В момент10 20 окончания работы передатчика впередиидущего ТС этот импульс проходит и в Э -триггер записываетсясигнал, обработанный в соответствии с информацией, поступающей отнепосредственно впереди идущего ТС.Передатчик данного ТС запускаетсяна времянепосредственно послеоокончания работы передатчика последнего ТС.Аналогично работают устройства,установленные на других ТС. Заметим,что для какого-либо 1-го ТС на расстоянии 2 от лидерующего оказываемхется, что сигнал от передатчикалидерующего ТС не принимаетсяфиг, 2 г ), Следовательно, егприемная антенна и приемные антенныследующих за ним ТС принимают неболее чем (1-1 следующих друг задругом импульсов передатчиков(фиг. 2 д ),Отсюда условие выбора где Т - период следования импульсов;- максимально возможноечисло ТС, находящихся взоне дальности действияустройства.Выбор Т определяется инерционностью работы тормозной системы,время срабатывания которой составляет,=0,1-0,2 с,т.е. Т р.Благодаря этому обеспечиваетсявременное разделение работы передатчиков, установленных на отдельныхТС в колонне. Причем сначала запускается передатчик, установленныйна лидирующем ТС, в момент окончания его работы запускается передатчик второго ТС, в момент окончанияработы которого запускается передатчик третьего ТС, и т.д,Таким образом, исключаются взаимные влияния работы передатчиков отдельных ТС. Причем на исполнительный блок поступает сигнал, обработанный в строгом соответствии сданными о тормозном пути транспортного средства, следующего непосредственно перед данным транспортнымсредством.Тираж 568 ПодписноИИПИ Государственного комитета СССРделам изобретений и открытий5, Москва, Ж-Э 5, Раушская наб.,д.4/5 ал ППП "Патент", г. ужгород, у тная,Составитель Е.ОленинРедактор И,Рыбченко Техред Т.Дубинчак Корректор О,Тиго