СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЙ АВТОМОБИЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК G08G1/16 G01S17/93 

Изобретение относится к системам автоматики с использованием собственного излучения объектов и может быть использовано для создания аппаратуры, служащей для предотвращения столкновений и наездов автомобилей и других транспортных средств.

Известен способ для предотвращения столкновений автомобиля, основанный на приеме оптического излучения предметов, находящихся в опасной зоне, преобразовании его в электрические сигналы, определении по ним расстояния D₀ до препятствия, сравнении его с допустимым расстоянием D_доп, определяемым с учетом скорости, и выработке предупредительного сигнала или команды на торможение в случае D₀≤D_доп, причем принимаемое оптическое излучение фильтруют, подавляя диапазон с длиной волн менее 3 мкм, прием и преобразование ведут отдельно для n участков, расположенных один за другим в опасной зоне, при этом коэффициенты преобразования выбирают так, что при отсутствии препятствий сигналы от всех участков одинаковы, по разности электрических сигналов с соседних участков судят о наличии препятствия на этих участках, из всех участков с обнаруженными препятствиями выбирают ближний к автомобилю и дистанцию до него принимают в качестве расстояния D₀ /1/.

В устройство для предотвращения столкновений автомобиля, содержащее оптико-электронный преобразователь, включающий оптический фокусирующий элемент, оптический фильтр, подавляющий излучения с длиной волн менее 3 мкм, n чувствительных элементов и бленду, теплоизоляцию, закрывающую оптико-электронный преобразователь со всех направлений, кроме направления приема, n добавочных сопротивлений, соединенных соответственно с n чувствительными элементами, коммутатор-определитель координат, соединенный последовательно через первый вход блока определения опасного расстояния с генератором сигнала тревоги, содержащим генератор звуковых сигналов, схему ИЛИ и динамик, причем второй вход микропроцессора связан с датчиком скорости, n добавочных сопротивлений, соединенных соответственно с n-чувствительными элементами, параллельно подсоединенными своими свободными концами к одному выходу источника питания, к другому выходу которого параллельно подсоединены свободные концы добавочных сопротивлений, и n-1 дифференциальных усилителей, первый вход 1-го и второй вход (n-1)-го из которых связаны соответственно с общими точками первых и n чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, вторые входы нечетных дифференциальных усилителей, исключая (n-1)-й, и первые входы четных попарно подсоединены соответственно к общим точкам таких же четных чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, вторые входы четных и первые входы нечетных усилителей, исключая 1-й, попарно подключены к общим точкам таких же нечетных чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, а выходы дифференциальных усилителей связаны с соответствующими входами коммутатора-определителя координат, при этом один из чувствительных элементов расположен в фокусе оптического элемента, а остальные размещены один над другим выше фокуса /1/.

Недостатком данного способа и устройства является отсутствие информации о допустимой дистанции движения относительно транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения, и также отсутствия информации водителю автомобиля о возможности его обгона при наличии транспортного средства на полосе встречного движения.

Целью изобретения является расширения функциональных возможностей способа и устройства путем выдачи информации не только об опасном расстоянии до преграды, а также о допустимой дистанции движения автомобиля с транспортным средством по пути попутного движения и о возможности осуществления автомобилем маневра обгона в условиях нахождения транспортного средства на полосе встречного движения.

Это достигается тем, что в способе предотвращения столкновения автомобиля, заключающемся в том, что принимают оптическое излучение предметов, находящихся в опасной зоне, преобразуют их в электрические сигналы, фильтруют, подавляя сигналы в диапазоне с длиной волн менее 3 мкм, прием и преобразование осуществляют для n участков, расположенных один за другим в опасной зоне, определение препятствия осуществляют по разности электрических сигналов с соседних участков, при этом из всех участков с обнаруженными препятствиями выбирают ближний к автомобилю, определяют расстояние D₀ до этого препятствия, сравнивают его с допустимым расстоянием D_доп, определяемым с учетом скорости, и вырабатывают предупредительный сигнал или команду на торможение в случае D₀≤D_доп, дополнительно одновременно принимают оптическое излучение от транспортных средств, находящихся на попутной и встречной полосах движения, преобразовывают их в электрические сигналы, определяют расстояния до транспортных средств, находящихся на попутной и встречной полосах движения, определяют скорости сближения с ними, определяют геометрические размеры транспортного средства в направлении движения и на основе данной информации обеспечивают выдачу рекомендаций водителю автомобиля о соблюдении безопасной дистанции движения относительно транспортного средства, находящегося на попутной полосе движения и о возможности выполнения маневра обгона его в условиях нахождения транспортного средства на полосе встречного движения.

Кроме того, обеспечивают выдачу информации водителю автомобиля о безопасной дистанции относительно транспортного средства, находящегося на попутной полосе движения, исходя из условия соблюдения неравенства где D₁ - расстояние до транспортного средства, находящегося на полосе попутного движения, V_{1 сбл} - скорость сближения с ним, t_торм - время торможения автомобиля, обеспечивают выдачу информации водителю автомобиля о недопустимой дистанции сближения при условии соблюдения неравенства

Кроме того, выдают информацию водителю автомобиля о возможности совершения обгона транспортного средства, находящегося на полосе попутного движения, при условии наличия транспортного средства на встречной полосе исходя из условии выполнения неравенства где D₃ - расстояние, проходимое автомобилем до середины полосы встречного движения при совершении маневра обгона, L - геометрические размеры транспортного средства в направлении движения попутной полосы автомобиля, V₃ - скорость движения автомобиля при совершении обгона, V_2сбл - скорость сближения со встречным транспортным средством, D₂ - расстояние до встречного автомобиля, выдают информацию водителю автомобиля о невозможности обгона транспортного средства исходя из условии выполнения неравенства

Способ реализуется в устройстве для предотвращения столкновения автомобиля, содержащем первый оптико-электронный преобразователь, включающий первый оптический фокусирующий элемент, n первых чувствительных элементов, первую бленду, первый оптический фильтр, n первых добавочных сопротивлений, n-1 первых дифференциальных усилителей, первый коммутатор-определитель координат, блок определения опасных расстояний, генератор сигнала тревоги, причем n первых добавочных сопротивлений соединены соответственно с n первыми чувствительными элементами, одни выводы которых параллельно подсоединены к одному выходу источника питания, к другому выходу которого подсоединены выводы добавочных сопротивлений, первый вход первого и второй вход (n-1)-го дифференциальных усилителей соединены соответственно с большими точками первых и n-первых чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, вторые выходы нечетных дифференциальных усилителей, кроме (n-1)-го, и первые входы четных попарно соединены соответственно с общими точками одноименных четных чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, вторые входы четных и первые входы нечетных дифференциальных усилителей, кроме первого, попарно подключены к общим точкам соединения одноименных чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, выходы дифференциальных усилителей соединены с соответствующими входами первого коммутатора-определителя координат, выход которого соединен через первый вход блока определения опасных расстояний с входом генератора сигнала тревоги, а второй вход блока определения опасных расстояний соединен с выходом датчика скорости движения автомобиля, в устройство дополнительно введены второй оптико-электронный преобразователь, вычислитель, переключатель ввода информации о геометрических размерах транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения, первый, второй, третий и четвертый световые сигнализаторы, причем выходы первого и второго оптико-электронных преобразователей соединены соответственно с первым и вторым входами вычислителя, третий вход которого соединен с датчиком скорости, четвертая n группа входов - с переключателем ввода информации о геометрических размерах транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения, а первый, второй, третий и четвертый выходы - с входами соответственно первого, второго, третьего, четвертого световых сигнализаторов.

Второй оптико-электронный преобразователь состоит из второго оптического фокусирующего элемента, n вторых чувствительных элементов, второй бленды, второго оптического фильтра, n вторых добавочных сопротивлений, n-1 вторых дифференциальных усилителей, второго коммутатора-определителя координат, причем n вторых добавочных сопротивлений соединены соответственно с n чувствительными элементами, одни выводы которых параллельно подсоединены к одному выходу источника питания, к другому выходу которого подсоединены выводы добавочных сопротивлений, первый вход первого и второй вход (n-1)-го вторых дифференциальных усилителей соединены соответственно с большими точками первых и n-х чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, вторые выходы нечетных дифференциальных усилителей, кроме (n-1)-го, и первые входы четных попарно соединены соответственно с общими точками одноименных четных чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, вторые входы четных и первые входы нечетных дифференциальных усилителей, кроме первого, попарно подключены к общим точкам соединения одноименных чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, выходы дифференциальных усилителей соединены с соответствующими входами коммутатора-определителя координат, при этом один из чувствительных элементов расположен в фокусе оптического фокусирующего элемента, а остальные расположены один над другим выше фокуса.

Вычислитель состоит из блока определения скорости сближения с транспортными средствами и блока логики, причем выход первого оптико-электронного преобразователя соединен одновременно с первым входом блока определения скорости сближения с транспортными средствами и первым входом блока логики, второй вход - с первым входом блока определения скорости сближения с транспортными средствами и четвертым входом блока логики, выход блока определения скорости сближения с транспортными средствами соединен со вторым и третьим входами блока логики, пятый вход которого соединен с выходом датчика скорости автомобиля, шестая группа входов которого соединена с выходом переключателя ввода информации о геометрических размерах транспортного средства в направлении попутного движения, первый, второй, третий и четвертый выходы блока логики соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым световыми сигнализаторами.

Блок определения скорости сближения с транспортными средствами состоит из блока определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе попутного движения, и блока определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе встречного движения, причем выход первого оптико-электронного преобразователя соединен с входом блока определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе попутного движения, первый выход которого соединен со вторым входом блока логики, а второй выход - со вторым входом блока определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе встречного движения, первый вход которого соединен с выходом второго оптико-электронного преобразователя, а выходы блоков определения скорости сближения транспортных средств, движущихся по полосе попутного и встречного движения, соединены соответственно со вторым и третьим входами блока логики.

При этом блок определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе попутного движения, состоит из первого сдвигового регистра, первого элемента И-НЕ, первого, второго и третьего элемента И, генератора импульсов, первого элемента И-НЕ, первого, второго и третьего элементов И, первого счетчика, первого вычитателя и первого делителя, причем выход первого оптико-электронного преобразователя соединен одновременно с вторыми входами первого и второго элементов И и входом первого сдвигового регистра, первый выход которого соединен с первыми входами первого и третьего элементов И, второй выход - с первым входом второго элемента И и входом элемента И-НЕ, выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, третий вход которого соединен с генератором импульсов, а выход - со входом первого счетчика, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым входом первого вычитателя, выход которого соединен с первым входом первого делителя, второй вход которого соединен с выходом первого счетчика, выход первого делителя является выходом блока определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе попутного движения.

Блок определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе встречного движения, состоит из второго сдвигового регистра, второго элемента И-НЕ четвертого, пятого и шестого элементов И, второго счетчика, второго вычитателя, второго делителя, причем выход второго оптико-электронного преобразователя соединен одновременно со вторыми входами четвертого и пятого элементов И и с входом второго сдвигового регистра, первый выход которого соединен с первыми входами четвертого и шестого элементов И, второй выход второго сдвигового регистра соединен с первым входом пятого элемента И и входом второго элемента И-НЕ, выход которого соединен со вторым входом шестого элемента И, третий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выходы четвертого и пятого элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами второго вычитателя, выход которого соединен со вторым входом второго делителя, первый вход которого соединен с выходом счетчика, вход которого соединен с выходом шестого элемента И, выход второго делителя является выходом блока определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе встречного движения.

Блок логики состоит из третьего, четвертого и пятого делителей, первого, второго пороговых устройств, первого, второго, третьего и четвертого задатчиков, третьего, четвертого элементов И-НЕ, первого, второго и третьего сумматоров, умножителя, функционального преобразователя, первого и второго квадраторов, элемента ИЛИ, n ключей, причем выход первого оптико-электронного преобразователя соединен с первым входом делителя, второй вход которого соединен с первым выходом блока определения скорости сближения, а выход третьего делителя соединен с первым входом первого порогового устройства, второй вход которого соединен с выходом первого задатчика, а выход первого порогового устройства одновременно соединен через третий элемент И-НЕ с входом первого светового сигнализатора и непосредственно с входом второго светового сигнализатора, второй выход блока определения скорости сближения соединен с первым входом пятого делителя, второй вход которого соединен с выходом второго оптико-электронного преобразователя, а выход соединен со вторым входом второго порогового устройства, первый вход которого соединен с выходом четвертого делителя, первый вход которого соединен с выходом четвертого делителя, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика, а первый вход - с выходом датчика скорости движения автомобиля, который является пятым входом блока логики, выход первого оптико-электронного преобразователя соединен с первым входом первого квадратора, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго квадратора, вход которого соединен с выходом четвертого задатчика, выход третьего сумматора соединен последовательно через функциональный преобразователь и умножитель с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами n ключей, первые входы которых соединены с выходами третьего задатчика, вторые входы которых соединены с выходами переключателя ввода информации о геометрических размерах транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения, выход второго сумматора соединен со вторым входом четвертого делителя, выход которого соединен с первым входом второго порогового устройства, выход которого соединен одновременно через элемент И-НЕ со входом третьего светового сигнализатора и непосредственно со входом четвертого светового сигнализатора.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу являются следующие действия:

- одновременно принимают оптическое излучение от транспортных средств, находящихся на попутной и встречной полосах движения, преобразовывают их в электрические сигналы;

- определяют расстояния до транспортных средств, находящихся на попутной и встречной полосах движения;

- определяют скорости сближения автомобиля с транспортными средствами,

- определяют геометрические размеры транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения;

- выдают рекомендации водителю автомобиля о соблюдении безопасной дистанции движения автомобиля относительно транспортного средства, находящегося на попутной полосе движения, на основе получаемой информации;

- выдают рекомендацию водителю автомобиля о возможности совершения автомобилем обгона транспортного средства на полосе движения в условиях нахождения транспортного средства на полосе встречного движения;

- обеспечивают выдачу информации водителю автомобиля о безопасной дистанции относительно транспортного средства, находящегося на попутной полосе движения, исходя из условия соблюдения неравенства где D₁ - расстояние до транспортного средства, находящегося на полосе попутного движения, V_1сбл - скорость сближения с ним, t_торм - время торможения автомобиля,

- обеспечивают выдачу информации водителю автомобиля о недопустимой дистанции сближения при условии соблюдения неравенства

- выдают информацию водителю автомобиля о возможности совершения обгона транспортного средства, находящегося на полосе попутного движения, в условиях нахождения транспортного средства на встречной полосе исходя из условий выполнения неравенства где D₃ - расстояние, проходимое автомобилем до середины полосы встречного движения при совершение маневра обгона, L - геометрические размеры транспортного средства в направлении движения попутной полосы автомобиля, V₃ - скорость движения автомобиля при совершение обгона, V_2сбл - скорость сближения со встречным транспортным средством, D₂ - расстояние до встречного автомобиля,

- выдают информацию водителю автомобиля о невозможности обгона транспортного средства, исходя из условий выполнения неравенства

В устройстве существенно отличными признаками являются второй оптико-электронный преобразователь, вычислитель, переключатель ввода информации о геометрических размерах транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения, первый, второй, третий и четвертый световые сигнализаторы и новые связи между элементами схемы.

На фиг.1 приведена схема движения автомобилей при обгоне, на фиг.2 - структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.3 - первый оптико-электронный преобразователь, на фиг.4 - второй оптико-электронный преобразователь, на фиг.5 - вычислитель, на фиг.6 - блок определения скорости сближения, на фиг.7 - блок логики.

Устройство 1 (фиг.2-7) для предотвращения столкновения автомобиля, содержащее первый 2 оптико-электронный преобразователь, включающий первый 3 оптический фокусирующий элемент, n первых 4 чувствительных элементов, первую 5 бленду, первый 6 оптический фильтр, n первых 7 добавочных сопротивлений, n-1 первых 8 дифференциальных усилителей, первый 9 коммутатор-определитель координат, блок 10 определения опасных расстояний, генератор 11 сигнала тревоги, второй 12 оптико-электронный преобразователь, вычислитель 13, переключатель 14 ввода информации о геометрических размерах транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения, первый 15, второй 16, третий 17 и четвертый 18 световые сигнализаторы, причем n первых 7 добавочных сопротивлений соединены соответственно с n первыми 4 чувствительными элементами, одни выводы которых параллельно подсоединены к одному выходу источника питания, к другому выходу которого подсоединены выводы первых 7 добавочных сопротивлений, первый вход первого и второй вход (n-1)-го дифференциальных усилителей 8 соединены соответственно с большими точками первых и n-первых 4 чувствительных элементов и первых 7 добавочных сопротивлений, вторые выходы нечетных дифференциальных усилителей 8, кроме (n-1)-го, и первые входы четных попарно соединены соответственно с общими точками одноименных четных чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, вторые входы четных и первые входы нечетных дифференциальных усилителей 8, кроме первого, попарно подключены к общим точкам соединения одноименных первых 4 чувствительных элементов и первых 7 добавочных сопротивлений, выходы дифференциальных усилителей 8 соединены с соответствующими входами коммутатора-определителя координат 9, выход которого соединен одновременно с первым входом вычислителя 13 и первым входом блока 10 определения опасных расстояний, выход которого соединен со входом генератора 11 сигнала тревоги, а второй вход блока 10 определения опасных расстояний соединен с выходом датчика скорости движения автомобиля, выход второго 12 оптико-электронного преобразователя соединен со вторым входом вычислителя 13, третий вход которого соединен с датчиком скорости, четвертая n-группа входов которого - с переключателем 14 ввода информации о геометрических размерах транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения а первый, второй, третий и четвертый выходы вычислителя 13 соединены соответственно с входами первого 15, второго 16, третьего 17 и четвертого 18 сигнализаторов.

Второй 12 оптико-электронный преобразователь состоит из второго 19 оптического фокусирующего элемента, n вторых 20 чувствительных элементов, второй 21 бленды, второго 22 оптического фильтра, n вторых 23 добавочных сопротивлений, n-1 вторых 24 дифференциальных усилителей, второго 25 коммутатора-определителя координат, причем n вторых 23 добавочных сопротивлений соединены соответственно с n вторыми 20 чувствительными элементами, одни выводы которых параллельно подсоединены к одному выходу источника питания, к другому выходу которого подсоединены выводы добавочных сопротивлений, первый вход первого и второй вход (n-1)-го вторых 24 дифференциальных усилителей соединены соответственно с большими точками первых и n вторых 20 чувствительных элементов и n вторых 23 добавочных сопротивлений, вторые выходы нечетных дифференциальных усилителей 24, кроме (n-1)-го, и первые входы четных попарно соединены соответственно с общими точками одноименных четных чувствительных элементов 20 и добавочных сопротивлений 23, вторые входы четных и первые входы нечетных дифференциальных усилителей 24, кроме первого, попарно подключены к общим точкам соединения одноименных чувствительных элементов 20 и добавочных сопротивлений 23, выходы дифференциальных усилителей 24 соединены с соответствующими входами коммутатора-определителя координат 25, при этом один из чувствительных элементов расположен в фокусе оптического фокусирующего элемента, а остальные расположены один над другим выше фокуса.

Вычислитель 13 состоит из блока 26 определения скорости сближения с транспортными средствами и блока 27 логики, причем выход первого 2 оптико-электронного преобразователя соединен одновременно с первым входом блока 26 определения скорости сближения с транспортными средствами и первым входом блока 27 логики, второй вход - с первым входом блока 26 определения скорости сближения с транспортными средствами и четвертым входом блока 27 логики, выход блока 26 определения скорости сближения с транспортными средствами соединен со вторым и третьим входами блока 27 логики, пятый вход которого соединен с выходом датчика скорости автомобиля, шестая группа входов которого соединена с выходом переключателя 14 ввода информации о геометрических размерах транспортного средства в направлении попутного движения, первый, второй, третий и четвертый выходы блока 27 логики соединены соответственно с первым 15, вторым 16, третьим 17 и четвертым 18 световыми сигнализаторами.

Блок 26 определения скорости сближения с транспортными средствами состоит из блока 28 определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе попутного движения, и блока 29 определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе встречного движения, причем выход первого 2 оптико-электронного преобразователя соединен с входом блока 28 определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе попутного движения, первый выход которого соединен со вторым входом блока 27 логики, а второй выход - со вторым входом блока 29 определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе встречного движения, первый вход которого соединен с выходом второго 12 оптико-электронного преобразователя, а выходы блоков 28, 29 определения скорости сближения транспортных средств, движущихся по полосе попутного и встречного движения, соединены соответственно со вторым и третьим входом блока 27 логики.

Блок 28 определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе попутного движения, состоит из первого 30 сдвигового регистра, первого 31 элемента И-НЕ, первого 32, второго 33 и третьего 34 элементов И, генератора 35 импульсов, первого 36 счетчика, первого 37 вычитателя и первого 38 делителя, причем выход первого 2 оптико-электронного преобразователя соединен одновременно с вторыми входами первого 32 и второго 33 элементов И и входом первого 30 сдвигового регистра, первый выход которого соединен с первыми входами первого 32 и третьего 34 элементов И, второй выход - с первым входом второго 33 элемента И и входом первого 31 элемента И-НЕ, выход которого соединен со вторым входом третьего 34 элемента И, третий вход которого соединен с генератором 35 импульсов, а выход - со входом первого 36 счетчика, выходы первого 32 и второго 33 элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами первого 37 вычитателя, выход которого соединен с первым входом первого 38 делителя, второй вход которого соединен с выходом первого 36 счетчика, выход первого 38 делителя является выходом блока 28 определения скорости сближения с транспортным средством движущимся по полосе попутного движения.

Блок 29 определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе встречного движения, состоит из второго 39 сдвигового регистра, второго 40 элемента И-НЕ, четвертого 41, пятого 42 и шестого 43 элементов И, второго 44 счетчика, второго 45 вычитателя, второго 46 делителя, причем выход второго 12 оптико-электронного преобразователя соединен одновременно со вторыми входами четвертого 41 и пятого 42 элементов И и с входом второго 39 сдвигового регистра, первый выход которого соединен с первыми входами четвертого 41 и шестого 43 элементов И, второй выход второго 39 сдвигового регистра соединен с первым входом пятого 42 элемента И и входом второго 40 элемента И-НЕ, выход которого соединен со вторым входом шестого 43 элемента И, третий вход которого соединен с выходом генератора 35 импульсов, выходы четвертого 41 и пятого 42 элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами второго 45 вычитателя, выход которого соединен со вторым входом второго 46 делителя, первый вход которого соединен с выходом второго 44 счетчика, вход которого соединен с выходом шестого 43 элемента И, выход второго 46 делителя является выходом блока 29 определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе встречного движения.

Блок 27 логики состоит из третьего 47, четвертого 48 и пятого 49 делителей, первого 50, второго 51 пороговых устройств, первого 52, второго 53, третьего 54 и четвертого 55 задатчиков, третьего 56, четвертого 57 элементов И-НЕ, первого 58, второго 59 и третьего 60 сумматоров, умножителя 61, функционального преобразователя 62, первого 63 и второго 64 квадраторов, элемента ИЛИ 65, n ключей 66, причем выход первого 2 оптико-электронного преобразователя соединен с первым входом третьего 47 делителя, второй вход которого соединен с первым выходом блока 26 определения скорости сближения с транспортными средствами, а выход третьего 47 делителя соединен с первым входом первого 50 порогового устройства, второй вход которого соединен с выходом первого 52 задатчика, а выход первого 50 порогового устройства одновременно соединен через третий 56 элемент И-НЕ с входом первого 15 светового сигнализатора и непосредственно с входом второго 16 светового сигнализатора, второй выход блока 26 определения скорости сближения с транспортными средствами соединен с первым входом пятого 49 делителя, второй вход которого соединен с выходом второго 12 оптико-электронного преобразователя, а выход соединен со вторым входом второго 51 порогового устройства, первый вход которого соединен с выходом четвертого 48 делителя, первый вход которого соединен с выходом первого 58 сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго 53 задатчика, а первый вход - с выходом датчика скорости движения автомобиля, который является пятым входом блока 27 логики, выход первого 2 оптико-электронного преобразователя соединен с первым входом первого 63 квадратора, выход которого соединен с первым входом третьего 60 сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго 64 квадратора, вход которого соединен с выходом четвертого 35 задатчика, выход третьего 60 сумматора соединен последовательно через функциональный преобразователь 62, умножитель 61 с первым входом второго 59 сумматора, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 65, входы которого соединены с выходами n ключей 66, первые входы которых соединены с выходами третьего 54 задатчика, вторые входы которых соединены с выходами переключателя 14 ввода информации о геометрических размерах транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения, выход второго 59 сумматора соединен со вторым входом четвертого 48 делителя, выход которого соединен с первым входом второго 51 порогового устройства, выход которого соединен одновременно через элемент И-НЕ 57 со входом третьего 17 светового сигнализатора и непосредственно со входом четвертого 18 светового сигнализатора.

Оптико-электронные преобразователи устанавливаются по оси просмотра попутной и встречной полосы, спереди - над ветровым стеклом или над фарами. Такое размещение позволяет оптико-электронным преобразователям осуществлять контроль транспортных средств как на полосе попутного, так и встречного движения.

Предлагаемое устройство может быть выполнено с помощью известных элементов и материалов. В качестве оптического элемента может быть использовано гиперболическое (или иной формы) зеркало от автомобильных осветительных фар, в качестве чувствительных элементов - болометры, термосопротивления, кремниевые диоды и другие малоинерционные элементы, обычно используемые при динамических измерениях температур или тепловых потоков. Оптический фильтр может быть сделан на основе халькогенидных стекол серии ИКС.

Выбор для работы дальнего ИК-диапазона с помощью оптического фильтра позволяет нейтрализовать "ослепление" устройства светом фар встречных автомобилей, излучение которых лежит в диапазоне волн, меньших 3 мкм (более длинноволновое излучение не пропускается их защитным стеклом и стеклом лампы). Излучение солнца с длиной волн более 3 мкм также хорошо задерживается верхними слоями земной атмосферы. В диапазоне, например, от 8 до 14 мкм лежит относительно "гладкая" характеристика прохождения ИК-излучения в приемной атмосфере, свободная от "провалов" проницаемости из-за действия газов СО, СО₂, водяного пара Н₂О и др. Это обеспечивает устойчивый прием ИК-сигналов в тумане, в условиях задымления и т.п.

Расположение чувствительных элементов в фокусе и выше фокуса оптического элемента (гиперболического зеркала) один над другим позволяет четко относить препятствия к тому или иному участку опасной зоны и избежать неоднозначности определения дистанции в случае неточечных и неодиночных препятствий, как в прототипе. Разностный метод оценки наличия или отсутствия препятствий, осуществляемый с помощью дифференциальных усилителей, соответствующего подключения чувствительных элементов и подбора добавочных сопротивлений, позволяет избежать ложных тревог из-за продольных покачиваний автомобиля. Этот же метод в сочетании с теплоизоляцией снижает влияние изменений наружной температуры.

Устройство работает следующим образом.

При движении автомобиля определяется расстояния до препятствия, а также до транспортных средств, находящихся на полосах попутного и встречного движения.

Определение расстояния осуществляется на основе приема излучений от разных участков зоны просмотра чувствительными элементами (4, 20), входящими в состав первого 2 и второго 12 оптико-электронных преобразователей (фиг.3 и фиг.4).

Чувствительные элементы (4, 20) преобразуют излучения в электрические сигналы, которые через n-1 дифференциальных усилителей (8, 24) поступают на коммутаторы (9, 25) - определители координат. Коммутаторы (9, 25) - определители координат по разности сигналов с соседних участков определяют координаты объектов.

При наличии препятствий информация о расстоянии поступает в блок 10 определения опасных расстояний, где сравнивается с заданными расстояниями с учетом скорости движения автомобиля, поступающей от датчика скорости.

В случае выполнения неравенства D₀≤D_зад блок 10 определения опасных расстояний выдает сигнал на генератор сигнала тревоги, что позволяет исключить столкновения автомобиля с препятствием.

При наличии транспортных средств на полосах попутного и встречного движения определяются также расстояние до них, которое поступает в вычислитель 13 (фиг.5).

Вычислитель 13 определяет дополнительные параметры движения транспортных средств и на основе информации о параметрах движения транспортных средств выдает рекомендации о допустимой дистанции движения, а также о возможности обгона в случае наличия транспортных средств на встречной полосе.

Определение скорости сближения для транспортного средства, находящегося на полосе попутного движения, осуществляется следующим образом (фиг.6). Информация о дальности поступает с первого 2 оптико-электронного преобразователя на вход первого 30 сдвигового регистра и вторые входы первого 32 и второго 33 элементов И, которые последовательно срабатывают при подаче сигнала на первый вход элемента И 32, а затем элемента И 33 соответственно с первого и второго выходов сдвигового регистра 30. С выхода первого 32 и второго 33 элементов И сигналы поступают соответственно на первый и второй входы вычитателя 37, с выхода которого сигнал, пропорциональный выражению D_1тек-D_2тек, поступает на первый вход делителя 38, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный выражению Δt.

Сигнал Δt, определяющий временной интервал между моментами измерения D_1тек и D_2тек, формируется следующим образом. Импульсы с генератора 35 импульсов через элемент И 34 поступают на вход счетчика 36, с выхода которого поступают на второй вход делителя 38. На выходе делителя 38 формируется сигнал, пропорциональный скорости сближения с транспортным средством, находящимся на полосе попутного движения.

Аналогично определяется скорость сближения с транспортным средством, находящимся на полосе встречного движения.

Информация о дальности и скорости сближения автомобиля относительно транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения, поступает в блок логики на первый и второй входы делителя 47, на выходе которого формируется сигнал пропорциональный выражению где D₁ - дальность, V₁ - скорость сближения до транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения. С выхода делителя 47 сигнал поступает на первый вход первого 50 порогового устройства, на второй вход которого с выхода задатчика 52 поступает сигнал, пропорциональный времени торможения автомобиля t_торм.

При условии выполнения неравенства с выхода порогового устройства 50 сигнал отсутствует и на выходе элемента И-НЕ 56 формируется сигнал, поступающий на первый 15 световой сигнализатор, тем самым водитель автомобиля получает информацию о допустимой дистанции движения относительно транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения.

В случае выполнения неравенства выдается сигнал непосредственно на второй 16 световой сигнализатор о недопустимой дистанции сближения с транспортным средством и одновременно снимается сигнал через элемент И-НЕ 56 с первого 15 светового сигнализатора.

Необходимой информацией для осуществления обгона автомобилем является информация о дальности до транспортных средств, находящихся на попутной и встречной полосах движения, геометрических размерах обгоняемого транспортного средства, скорости обгона, скорости сближения со встречным транспортом (фиг.1).

Информация о D₂ встречного транспорта поступает от второго 12 оптико-электронного преобразователя в блок 27 логики (фиг.7) на первый вход третьего 49 делителя, на второй вход которого поступает информация о скорости сближения с блока 29. С выхода делителя 49 сигнал, пропорциональный времени сближения до транспортного средства, в виде выражения поступает на второй вход второго 51 порогового устройства, на первый вход которого поступает сигнал в виде выражения где D₃ - сигнал, пропорциональный расстоянию, проходимому автомобилем на первоначальном и конечном участках обгона, L - геометрические размеры транспортного средства, V₃ - скорость обгона.

Сигнал, пропорциональный расстоянию, проходимому автомобилем на начальном и конечном участках обгона, равен выражению где D₁ - расстояние до обгоняемого транспортного средства, А - постоянная величина, определяющая расстояния от середины попутной до середины встречной полосы.

Сигнал, пропорциональный значению формируется следующим образом.

Квадраторы 63 и 64 формируют сигналы, пропорциональные выражению соответственно D₁ ² и А², за счет поступления сигнала на вход первого 63 квадратора от первого 2 оптико-электронного преобразователя, а на вход второго 64 квадратора от задатчика 55. С выходов квадраторов (63, 64) сигналы через сумматор 60, функциональный преобразователь 62, умножитель 61 поступают на первый вход сумматора 59 в виде выражения На второй вход сумматора 59 поступает сигнал, пропорциональный геометрическим размерам транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения, L.

Сигнал, пропорциональный геометрическим размерам транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения, L, формируется следующим образом.

Водитель автомобиля визуально определяет геометрические размеры обгоняемого транспортного средства и переключателем 14 задает один из типовых размеров существующих транспортных средств. Сигнал поступает на один из входов n ключей 66, обеспечивая тем самым прохождения одного из сигналов с задатчика 54, через элемент ИЛИ 65 на второй вход сумматора 59. С выхода сумматора 59 сигнал, пропорциональный выражению 2D₃+L, поступает на первый вход четвертого 48 делителя, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный скорости обгона V₃.

Данный сигнал формируется на выходе сумматора 58 за счет сложение сигнала с выхода датчика скорости сближения с сигналом, поступающим от второго 53 задатчика. Сигнал с выхода первого 58 сумматора поступает через первый вход четвертого 48 делителя. С выхода делителя 48 сигнал поступает на первый вход второго 51 порогового устройства.

В случае выполнения условия неравенства с выхода порогового устройства 51 сигнал отсутствует, обеспечивая тем самым подачу сигнала с выхода элемента И-НЕ 57 на третий 17 световой сигнализатор, водитель автомобиля получает информацию о возможности обгона транспортного средства, находящегося на полосе попутного движения.

В случае выполнения неравенства с выхода порогового устройства 51 сигнал поступает на четвертый 18 световой сигнализатор, тем самым обеспечивая информацией водителя о невозможности обгона транспортного средства, и одновременно через элемент И-НЕ 57 снимается сигнал с входа третьего 17 светового сигнализатора.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство обеспечивают выдачу водителю информации не только об опасном расстоянии до препятствия, но и также о соблюдении безопасной дистанции с транспортным средством, находящимся на попутной полосе, и возможности совершения его обгона в условиях нахождения другого транспортного средства на полосе встречного движения.

Источник информации

1. Способ предотвращения столкновений автомобиля и устройство для его осуществления. Патент РФ на изобретение №2050561, кл. G01S 17/93, 1995 (прототип).

Группа изобретений относится к технике предотвращения столкновения транспортных средств с использованием оптического излучения. Одновременно принимают оптические излучения от автомобилей, находящихся на попутной и встречной полосах движения, и преобразовывают их в электрические сигналы. Далее определяют расстояния до транспортных средств, находящихся на попутной и встречной полосах движения, скорость сближения до них и геометрические размеры транспортного средства в направлении движения. На основе данной информации обеспечивают соблюдение безопасной дистанции движения относительно транспортного средства, находящегося на попутной полосе движения, и принимают решения о возможности совершения его обгона. Устройство содержит два оптико-электронных преобразователя, вычислитель с блоком определения скорости сближения с транспортными средствами и блоком логики, а также переключатель ввода информации о геометрических размерах транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения, и четыре световых сигнализатора. Группа изобретений обеспечивает безопасность маневра обгона в условиях нахождения транспортного средства на полосе встречного движения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ предотвращения столкновения автомобиля, заключающийся в том, что принимают оптическое излучение предметов, фильтруют, подавляя сигналы в диапазоне с длиной волн менее 3 мкм, прием и преобразование осуществляют для n участков, расположенных один за другим в опасной зоне, определение препятствия осуществляют по разности электрических сигналов с соседних участков, при этом из всех участков с обнаруженными препятствиями выбирают ближний к автомобилю, определяют расстояние D₀ до этого препятствия, сравнивают его с допустимым расстоянием D_доп., определяемым с учетом скорости, и вырабатывают предупредительный сигнал или команду на торможение в случае D₀≤D_gon., отличающийся тем, что одновременно принимают оптическое излучение от автомобилей, находящихся на попутной и встречной полосах движения, преобразовывают их в электрические сигналы, определяют расстояния до транспортных средств, находящихся на попутной и встречной полосах движения, определяют скорости сближения с ними, определяют геометрические размеры транспортного средства в направлении движения и на основе данной информации обеспечивают выдачу рекомендаций водителю автомобиля о соблюдении безопасной дистанции движения относительно транспортного средства, находящегося на попутной полосе движения и о возможности выполнения маневра обгона его в условиях нахождения транспортного средства на полосе встречного движения.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечивают выдачу информации водителю автомобиля о безопасной дистанции относительно транспортного средства, находящегося на попутной полосе движения, исходя из условия соблюдения неравенства , где Д₁ - расстояние до транспортного средства, находящегося на полосе попутного движения, V_{1 сбл.} - скорость сближения с ним, t_торм. - время торможения автомобиля, обеспечивают выдачу информации водителю автомобиля о недопустимой дистанции сближения при условии соблюдения неравенства 3. Способ по п.1, отличающейся тем, что выдают информацию водителю автомобиля о возможности совершения обгона транспортного средства, находящегося на полосе попутного движения, при условии наличия транспортного средства на встречной полосе, исходя из условий выполнения неравенства , где D₃ - расстояние, проходимое автомобилем до середины полосы встречного движения при совершении маневра обгона, L - геометрические размеры транспортного средства в направлении движения попутной полосы автомобиля, V₃ - скорость движения автомобиля при совершении обгона, V_{2 сбл.} - скорость сближения со встречным транспортным средством, D₂ - расстояние до встречного автомобиля, выдают информацию водителю автомобиля о невозможности обгона транспортного средства исходя из условии выполнения неравенства 4. Устройство для предотвращения столкновения автомобиля, содержащее первый оптико-электронный преобразователь, включающий первый оптический фокусирующий элемент, n-первых чувствительных элементов, первую бленду, первый оптический фильтр, n-первых добавочных сопротивлений, n-1 первых дифференциальных усилителей, первый коммутатор-определитель координат, блок определения опасных расстояний, генератор сигнала тревоги, причем n-первых добавочных сопротивлений соединены соответственно с n-первыми чувствительными элементами, одни выводы которых параллельно подсоединены к одному выходу источника питания, к другому выходу которого подсоединены выводы добавочных сопротивлений, первый вход первого и второй вход (п-1)-го дифференциальных усилителей соединены соответственно с точками n-первых чувствительных элементов и первых добавочных сопротивлений, вторые выходы нечетных дифференциальных усилителей, кроме (п-1)-го, и первые входы четных попарно соединены соответственно с общими точками одноименных четных чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, вторые входы четных и первые входы нечетных дифференциальных усилителей, кроме первого, попарно подключены к общим точкам соединения одноименных чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, выходы дифференциальных усилителей соединены с соответствующими входами первого коммутатора-определителя координат, выход которого соединен с первым входом блока определения опасных расстояний, выход которого соединен с входом генератора сигнала тревоги, а второй вход блока определения опасных расстояний соединен с выходом датчика скорости движения автомобиля, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй оптико-электронный преобразователь, вычислитель, переключатель ввода информации о геометрических размерах транспортного средства движущегося по полосе попутного движения, первый, второй, третий и четвертый световые сигнализаторы, причем выходы первого и второго оптико-электронного преобразователя соединены соответственно с первым и вторым входами вычислителя, третий вход которого соединен с датчиком скорости автомобиля, четвертая n-группа входов с переключателем ввода информации о геометрических размерах транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения, первый, второй, третий и четвертый выходы вычислителя соединены соответственно с входами первого, второго, третьего и четвертого световых сигнализаторов.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что второй оптико-электронный преобразователь состоит из второго оптического фокусирующего элемента, n-вторых чувствительных элементов, второй бленды, второго оптического фильтра, n-вторых добавочных сопротивления, п-1 вторых дифференциальных усилителей, второго коммутатора-определителя координат, причем n-вторые добавочные сопротивлений соединены соответственно с n-чувствительными элементами, одни выводы которых параллельно подсоединены к одному выходу источника питания, к другому выходу которого подсоединены выводы добавочных сопротивлений, первый вход первого и второй вход (п-1)-го вторых дифференциальных усилителей соединены соответственно с большими точками n-вторых чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, вторые выходы нечетных дифференциальных усилителей, кроме (п-1)-го, и первые входы четных попарно соединены соответственно с общими точками одноименных четных чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, вторые входы четных и первые входы нечетных дифференциальных усилителей, кроме первого, попарно подключены к общим точкам соединения одноименных чувствительных элементов и добавочных сопротивлений, выходы вторых дифференциальных усилителей соединены с соответствующими входами второго коммутатора-определителя координат, при этом один из чувствительных элементов расположен в фокусе оптического фокусирующего элемента, а остальные расположены один над другим выше фокуса.6. Устройство по п.4, отличающееся тем что вычислитель состоит из блока определения скорости сближения с транспортными средствами и блока логики, причем выход первого оптико-электронного преобразователя соединен одновременно с входом блока определения скорости сближения с транспортными средствами и первым входом блока логики, выход второго оптико-электронного преобразователя соединен с входом блока определения скорости сближения с транспортными средствами и четвертым входом блока логики, выходы блока определения скорости сближения с транспортными средствами соединены со вторым и третьим входами блока логики, пятый вход которого соединен с выходом датчика скорости автомобиля, шестая группа входов которого соединена с выходом переключателя ввода информации о геометрических размерах транспортного средства в направлении попутного движения, первый, второй, третий и четвертый выходы блока логики соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым световым сигнализатором.7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что блок определения скорости сближения с транспортными средствами состоит из блока определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе попутного движения, и блока определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе встречного движения, причем выход первого оптико-электронного преобразователя соединен с входом блока определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе попутного движения, первый выход которого соединен с со вторым входом блока логики, а второй выход - со вторым входом блока определения скорости сближения с транспортным средством движущимся по полосе встречного движения, первый вход которого соединен с выходом второго оптико-электронного преобразователя, а выход - с третьим входом блока логики.8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что блок определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе попутного движения состоит из первого сдвигового регистра, первого элемента И-НЕ, первого, второго и третьего элементов И, генератора импульсов, первого счетчика, первого вычитателя и первого делителя, причем выход первого оптико-электронного преобразователя соединен одновременно с вторыми входами первого и второго элементов И и входом первого сдвигового регистра, первый выход которого соединен с первыми входами первого и третьего элементов И, второй выход с первым входом второго элемента И и входом элемента И-НЕ, выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, третий вход которого соединен с генератором импульсов, а выход со входом первого счетчика, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым входом первого вычитателя, выход которого соединен с первым входом первого делителя, второй вход которого соединен с выходом первого счетчика, выход первого делителя является выходом блока определения скорости сближения с транспортным средством, движущимся по полосе попутного движения.9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что блок определения скорости сближения с транспортным средством, движущегося по полосе встречного движения состоит из второго сдвигового регистра, второго элемента И-НЕ четвертого, пятого и шестого элементов И, второго счетчика, второго вычитателя, второго делителя, причем выход второго оптико-электронного преобразователя соединен одновременно со вторыми входами четвертого и пятого элементов И и с входом второго сдвигового регистра, первый выход которого соединен с первыми входами четвертого и шестого элементов И, второй выход второго сдвигового регистра соединен с первым входом пятого элемента И и входом второго элемента И-НЕ, выход которого соединен со вторым входом шестого элемента И, третий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выходы четвертого и пятого элементов И соединены соответственно с первым и вторым входом второго вычитателя, выход которого соединен со вторым входом второго делителя, первый вход которого соединен с выходом счетчика, вход которого соединен с выходом шестого элемента И, выход второго делителя является выходом блока определения скорости сближения с транспортным средством движущимся по полосе встречного движения,10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что блок логики состоит из третьего, четвертого и пятого делителей, первого, второго пороговых устройств, первого, второго, третьего и четвертого задатчиков, третьего, четвертого элементов И-НЕ, первого, второго и третьего сумматоров, умножителя, функционального преобразователя, первого и второго квадраторов, элемента ИЛИ, n-ключей, причем выход первого оптико-электронного преобразователя соединен с первым входом третьего делителя, второй вход которого соединен с первым выходом блока определения скорости сближения транспортных средств, а выход третьего делителя соединен с первым входом первого порогового устройства, второй вход которого соединен с выходом первого задатчика, а выход первого порогового устройства соединен одновременно с входом третьего элемента И-НЕ и непосредственно с входом второго светового сигнализатора, выход третьего элемента И-НЕ соединен с входом первого светового сигнализатора, второй выход блока определения скорости сближения с транспортными средствами соединен с первым входом пятого делителя, второй вход которого соединен с выходом второго оптико-электронного преобразователя, а выход соединен со вторым входом второго порогового устройства, первый вход которого соединен с выходом четвертого делителя, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика, а первый вход с выходом датчика скорости движения автомобиля, который является пятым входом блока логики, выход первого оптико-электронного преобразователя соединен с первым входом первого квадратора, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго квадратора, вход которого соединен с выходом четвертого задатчика, выход третьего сумматора соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен с входом умножителя, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами n-ключей, первые входы которых соединены с выходами третьего задатчика, вторые входы которых соединены с выходами переключателя ввода информации о геометрических размерах транспортного средства, движущегося по полосе попутного движения, выход второго сумматора соединен со вторым входом четвертого делителя, выход которого соединен с первым входом второго порогового устройства, выход которого соединен одновременно с входом четвертого элемента И-НЕ и непосредственно с входом четвертого светового сигнализатора, выход четвертого элемента И-НЕ соединен с входом третьего светового сигнализатора.