СИСТЕМА АВТОМОБИЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Российский патент 1996 года по МПК B60K31/00 

Изобретение относится к транспортной технике и может быть использовано для повышения активной безопасности движения, в частности, на автомобильном транспорте.

Известны устройства для предотвращения столкновения движущихся объектов, содержащие излучатель акустических колебаний, приемник ответных сигналов, блок определения безопасной дистанции с датчиком скорости, блок сравнения и описанные, например, в а. с. 457054, кл. В 60К 31/02. Однако на больших дистанциях мощность акустических колебаний недостаточна для уверенного приема и стабильной работы устройства.

Известно устройство для предотвращения столкновения транспорта, содержащее осветитель и фотоэлемент, установленные сзади на движущемся автомобиле, и зеркало, установленное на лидирующем, элемент сравнения, выделяющий сдвиг фаз между сигналами осветителя и отраженными импульсами от зеркала (а.с. 479475, кл. В 60К 31/02). Разрешающая способность подобных устройств невелика на малых расстояниях, поскольку временной сдвиг между сигналами мал и аппаратурное решение устройства обработки представляет собой сложную задачу.

Частично вышеназванные проблемы могут быть решены в системах безопасности, реализующих радиолокационный способ получения информации о ситуации на дороге (а.с. 1373594, а.с. 1632820, кл. B 60К 31/00). Каждое из подобных устройств содержит радиолокационные датчики, фиксирующие расстояние и относительную скорость движения транспортных средств.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению является выбранная в качестве прототипа система активного управления в пути АКК (АСС Active Cruise Control), описанная в "Microwave Journal", осt. 1993 г. vol. 36, N 10, стр. 24-36, "A Low Cost mm Wave Cruise Control System for Automotive Applications".

Система включает в себя радиолокационный датчик и электронный бортовой блок управления, вырабатывающий сигналы воздействия на тормоза и акселератор транспортного средства. Датчик (радиолокатор), передающий информацию электронному блоку, составляет основу этой системы (фиг. 1). Он состоит из генератора частотно модулированного сигнала, циркулятора, антенны, смесителя, усилителя разностной частоты, ответвители мощности.

Радиолокатор излучает частотно-модулированный сигнал и сравнивает возвращенный от цели сигнал с частотой местного генератора для того же момента времени. Частота генератора модулирована по симметричному треугольному закону от величины Fa до Fb и обратно до Fa (фиг. 2). Разностная частота для неподвижной цели по абсолютной величине будет оставаться постоянной. Если же цель движется, то вследствие появления доплеровского смещения абсолютные значения разностной частоты излучения и приема будут уже различны, что позволяет вычислить время задержки отраженного сигнала относительно излученного, а, следовательно, как расстояние от радиолокатора до цели, так и скорость сближения.

Необходимость частотной модуляции в данной системе обусловлена способом получения информации о дальности и скорости по времени задержки отраженного сигнала относительно излученного.

Особенностью радиолокатора является необходимость строгой линейности возрастания и спада частоты модуляции, что в значительной мере определяет точность измерений.

К тому же использование частотно-модулированного сигнала значительно усложняет аппаратуру.

Настоящее изобретение направлено на решение задачи создания автомобильной системы безопасности, обеспечивающей высокую точность измерений наряду с простотой конструкции.

Техническое решение, направленное на выполнение поставленной задачи, заключается в том, что в автомобильной системе безопасности, содержащей радиолокационный датчик (радиолокатор) и электронный блок управления в которой радиолокатор содержит генератор колебаний, выход которого подключен к одному из плеч циркулятора, приемо-передающую антенну, соединенную с вторым плечом циркулятора, смеситель, вход которого соединен с третьим плечом циркулятора, генератор выполнен монохроматическим, выход смесителя соединен с усилителем низкой частоты, причем выход усилителя соединен с входом электронного блока управления.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что информация об относительной скорости движения транспортных средств извлекается из оценки частотного сдвига отраженного от цели сигнала по отношению к излучаемому сигналу (доплеровской частоты), для чего генератор выполнен с высокой степенью монохроматичности и полоса излучаемых им частот меньше возможного частотного сдвига. Первому условию удовлетворяют современные СВЧ-диоды, выполненные по арсенид-галлиевой технологии, монохроматичность излучения которых весьма высока.

Второе условие (f_допл.<< f_изл.) удовлетворяется в реальном диапазоне относительных скоростей движения транспортных средств (до величины порядка 100 км/час), поскольку

где: f_допл.[Гц] частотный сдвиг;
f_изл. [Гц] частота генератора.

Vотн.[км/час] относительная скорость движения транспортных средств;
С [км/час. скорость распространения радиоволн.

Использование миллиметрового диапазона частот обеспечивает возможность создания компактных антенн систем, дающих узкие диаграммы направленности, столь необходимые в системах безопасности.

Смеситель, выделяющий доплеровскую частоты, выполнен по автодинной схеме и имеет единственный вход. Выходной сигнал, обработанный соответствующим образом в усилителе низкой частоты, воздействует непосредственно на сигнальное устройство транспортного средства, а также поступает в электронный блок управления для дальнейшей выработки команд управления тормозной системой. Электронный блок управления может быть выполнен аналогично описанным в устройствах, принятых в качестве аналогов и прототипа.

Изобретение будет понятно из описания и приложенных к нему чертежей. На фиг. 1 представлена функциональная схема автомобильной системы безопасности, на фиг. 2 спектр используемых сигналов.

На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения: 1 радиолокатор; 2 электронный блок управления; 3 генератор 4 циркулятор; 5 - приемо-передающая антенна; 6 смеситель; 7 усилитель низкой частоты.

Система состоит из радиолокатора 1 и электронного блока управления 2. Радиолокатор включает в себя генератор монохроматических колебаний 3, выход которого подключен к первому плечу циркулятора 4. Ко второму плечу циркулятора подключена приемо-передающая антенна 5, а к третьему плечу циркулятора подсоединен вход смесителя автодинного типа 6. Выход смесителя соединен с входом усилителя низкой частоты (фильтра) 7, выход которого подключен к входу электронного блока управления 2, а также поступают на выход системы.

Система работает следующим образом. Генератор 3 генерирует сигнал в предельно узкой полосе частот, который через циркулятор 4 поступает на приемо-передающую антенну 5. Излученный антенной сигнал после отражения от движущейся впереди цели принимается антенной и через циркулятор 4, претерпев малое затухание, поступает на единственный вход смесителя 6, на котором присутствует также просачивающийся от первого к третьему плечу циркулятора 4 исходный сигнал генератора. На выходе смесителя 6 образуется сигнал доплеровской частоты в низкочастотном диапазоне, который после усиления и фильтрации в усилителе низкой частоты 7, поступает непосредственно на среду средства сигнализации, а также в электронный блок управления 2, где преобразуется в сигналы управления тормозной системой.

Современный уровень СВЧ технологии позволяет создать компактную автомобильную систему безопасности, простую в изготовлении и надежную в эксплуатации. Возможен серийный выпуск.

Использование: в транспортной технике для повышения активной безопасности движения. Сущность изобретения: автомобильная система безопасности включает радиолокатор и электронный блок управления. Радиолокатор содержит СВЧ-генератор монохроматического излучения. Информация об относительной скорости движения транспортных средств получается по оценке частотного сдвига отраженного от цели сигнала по отношению к излучаемому и передается электронному блоку управления, давая возможность последнему воздействовать на звуковую сигнализацию и тормозную систему транспортного средства. 2 ил.

Система автомобильной безопасности, содержащая радиолокатор и электронный блок управления, выход которого является выходом системы, причем радиолокатор содержит генератор колебаний, циркулятор, одно плечо которого подключено к выходу генератора, приемно-передающую антенну, подключенную ко второму плечу циркулятора, смеситель, вход которого соединен с третьим плечом циркулятора, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен усилитель низкой частоты, вход которого подключен к выходу смесителя, а выход усилителя низкой частоты соединен с входом электронного блока управления, причем выход усилителя одновременно связан с другим выходом системы, а генератор колебаний выполнен монохроматическим, при этом f_изл > f_допл, а Δf_изл ≪ f_допл, где f_изл частота генератора, f_допл вероятный частотный сдвиг отраженного от цели сигнала по отношению к излучаемому, Δf_изл полоса излучаемых генератором частот.