УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЕМ Российский патент 2008 года по МПК G05D1/02 

Изобретение относится к средствам автоматического управления автомобилем и может быть использовано для визуального управления направлением движения автомобилем.

Прототипом является "Автоводитель автомобиля" [1], содержащий объектив, передающую телевизионную трубку, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, генератор линейно нарастающего напряжения, перемножитель, блок сдвига фазы на 90° и генератор синусоидальных колебаний, два ключа, счетчик импульсов, дешифратор и распределитель импульсов, блок обработки сигналов, последовательно соединенные второй счетчик импульсов и блок сравнения, преобразователь двоичного кода в десятичный и блок индикации. Недостатком прототипа является необходимость в осевой разметке полосы движения, что исключает применение его на неразмеченных дорогах.

Цель изобретения - визуальное управление направлением движения автомобиля. Техническим результатом заявляемого устройства является визуальное управление направлением движения автомобиля и по дорогам без разметок. Результат достигается введением в устройство зрительной трубы и ИК-излучателя, закрепляемого на передней стороне капота, излучающего в сторону водителя.

Принцип визуального управления автомобилем на фиг.1. При движении по прямой изображение ИК-излучателя находится в центре перекрестия поля зрения водителя. Для поворота вправо /влево/ водитель смещает центр перекрестия поля зрения вправо, устройство управления формирует поправку за внецентренность в двоичном коде, отрабатывая которую исполнительный механизм выполняет поворот передних колес вправо /влево/. Объектив устройства с полем зрения 40°, по 20° в каждую сторону от визирной линии, соединяющей ИК-излучатель и глаз водителя. Объектив формирует изображение ИК-излучателя на фотокатоде передающей телевизионной трубки, сигнал с которой используется для определения угла поворота передних колес. Угловое разрешение 2°, частота выдачи управляющих сигналов 100 Гц. Для исключения световых помех фотокатод телевизионной трубки имеет чувствительность в ИК-диапазоне, и рабочая часть фотокатода ограничена сектором с 70° по 110°, на фиг.2 не заштрихована.

Сущность изобретения в том, что в устройство управления автомобилем, содержащим генератор тактовых импульсов, делитель частоты, генератор линейно нарастающего напряжения, перемножитель, блок сдвига фазы на 90°, генератор синусоидальных колебаний, два ключа, счетчик импульсов, дешифратор и распределитель импульсов, и блок обработки сигналов, введены зрительная труба, располагаемая соответствующим образом на голове водителя, и ИК-излучатель, закрепляемый на передней стороне капота автомобиля, излучающий в сторону водителя.

Структурная схема устройства управления автомобилем представлена на фиг.3.

Заявляемое устройство включает последовательно соединенные генератор 1 тактовых импульсов, делитель 2 частоты, генератор 3 линейно нарастающего напряжения, перемножитель 4 и блок 5 сдвига фазы на 90°, генератор 6 синусоидальных колебаний, последовательно соединенные первый ключ 7, счетчик 8 импульсов, дешифратор 9, второй ключ 10 и распределитель 11 импульсов, зрительную трубу 12, располагаемую при работе на голове водителя и содержащую последовательно расположенные объектив 13 с соответствующим полем зрения, полупрозрачное зеркало 14, расположенное под углом 45° к оси объектива 2, и малогабаритную передающую трубку 15, фотокатод которой расположен в фокальной плоскости объектива 13 и со спектральной чувствительностью в ИК-диапазоне, полевую линзу 16 с перекрестием на ней, расположенную в фокальной плоскости объектива 13 и оптическая ось которой перпендикулярна оптической оси объектива 13, прямоугольную призму 17, оборачивающую систему 18 и окуляр 19, оптические оси оборачивающей системы 18 и окуляра 19 перпендикулярны оптической оси полевой линзы 16 и параллельны оптической оси объектива 13, включает ИК-излучатель 20, закрепляемый на передней стороне капота автомобиля и излучающий стороной в сторону водителя, визирная линия соединяет центр ИК-излучателя 20 и оптический центр глаза водителя, и она параллельна продольной оси автомобиля. Устройство управления автомобиля содержит блок 21 обработки сигналов, содержащий последовательно соединенные усилитель 22 видеоимпульсов, блок 23 элементов И, шифратор 24 и дешифратор 25, включает последовательно соединенные АЦП 26, регистр 27 и блок 28 сравнения, последовательно соединенные преобразователь 29 двоичного кода в десятичный и блок 30 индикации, и второй счетчик 31 импульсов. Объектив 13 имеет поле зрения 40°, ИК-чувствительный слой фотокатода передающей телевизионной трубки 15 расположен в незаштрихованном секторе от 70° до 110° /фиг.2/. Генератор 6 синусоидальных колебаний совместно с генератором 3 линейно нарастающего напряжения, перемножителем 4 и блоком 5 сдвига фазы на 90° выполняют спиральную развертку электронного луча в трубке 15 от центра против часовой стрелки /фиг.2/. Генератор 1 обеспечивает устройство тактовыми сигналами частотой:

100 Гц × 32×180=576 кГц,

где 100 Гц - частота спиральной развертки /частота кадров/,

32 - число витков в спиральной развертке,

180 - разрешающая способность углового положения луча в витке спирали, принимаемая в 2°.

Генератор 6 выдает синусоидальные колебания частотой 3,2 кГц.

Генератор 3 выдает линейно нарастающее напряжение частотой 100 Гц. Перемножитель 4 выдает синусоидальные колебания 3,2 кГц с линейно растущей амплитудой, которые подаются непосредственно и через блок 5 на управляющие 1 и 2 входы трубки 15, которая принимает излучение от ИК-излучателя 20. При сканировании изображения ИК-излучателя в секторе фотокатода трубки 15 на вход усилителя 22 поступает видеоимпульс. Блок 21 временные интервалы каждого витка преобразует в двоичный код углового положения изображения ИК-излучателя от 70° до точки попадания луча на изображение ИК-излучателя. Усилитель 22 усиливает видеоимпульсы и формирует их по амплитуде и длительности. Блок 23 включает 20 элементов И. С поступлением на один из входов шифратора 24 сигнала с элемента И шифратор 24 выдает двоичный код углового отклонения ИК-излучателя 20 от центра перекрестия. Коды и соответствующие им отклонения от вертикальной линии перекрестия сведены в таблицу:

Отклонения вправо0°2°4°6°8°10°12°14°16°18°20°Код с шифратора0000101001101000101011001110100001001010100Отклонения влево20°18°1614°12°10°8°6°4°2°0°Код с шифратора1010010010100001110110010101000110100010000

С шифратора 24 коды поступают на первые входы 1-5 дешифратора 25. На второй вход дешифратора поступает сигнал признака поворота вправо, на третий вход дешифратора 25 поступает сигнал признака поворота влево. Управляющий сигнал с дешифратора 25 при поступлении на вход 1 кода и сигнала на вход 2 поступает на вход исполнительного электромеханического механизма, который поворачивает передние колеса вправо на угол, соответствующий величине управляющего сигнала. При поступлении в дешифратор 25 кода и сигнала на вход 3 исполнительный механизм отрабатывает поворот колес влево. Исполнительные механизмы здесь не рассматриваются. На вход распределителя 11 импульсов поступают с генератора 1 импульсы 576 кГц только в диапазоне углов сектора 70°-110° фотокатода трубки 15. Это обеспечивается первым ключом 7, счетчиком 8 импульсов, дешифратором 9 и вторым ключом 10. Ключ 7 открывается с началом каждого витка спирали сигналом U_от 3,2 кГц с выхода 2 блока 2, закрывается сигналом U_з с выхода 2 блока 9. С началом витка спирали счетчик 8 ведет счет импульсов 576 кГц. При счете 34 импульса /100010/ дешифратор 9 сигналом с первого выхода открывает второй ключ 10, пропускающий импульсы 576 кГц в распределитель 11. Закрывается ключ 10 в каждом витке сигналом со второго выхода дешифратора 9 в момент прихода в него 55 импульса /110111/ со счетчика 8. Этот же сигнал закрывает и ключ 7. А при сканировании на фотокатоде трубки 15 изображения ИК-излучателя 20 ключи 7 и 10 закрываются сигналом через диод с усилителя 22. Требуемая скорость движения автомобилем устанавливается водителем поворотом переключателя U_ск в блоке 28 сравнения, при этом в регистре блока 28 устанавливается двоичный код скорости движения, который в процессе движения каждый 0,01 с сравнивается с текущей скоростью автомобиля. Поддержание заданной скорости движения выполняется блоком 28 сравнения. Текущая скорость автомобиля в виде соответствующей величины напряжения поступает с соответствующего выхода спидометра на вход АЦП 26, формирующего двоичный код текущей скорости, который поступает в регистр 27, а с него выдается на вход блока 28 сравнения. Блок 28 сравнения /компаратор/ производит сравнение каждого текущего кода с регистра 27 и заданного водителем для выявления их равенства или неравенства. В качестве блока сравнения применяются две микросхемы 530011 с временем срабатывания 18 нс [2, с.279]. При неравенстве кода А с регистра 27 и заданного В при случае А>В блок 28 выдает сигнал с выхода 1 /в микросхеме выход 5 [2, c.272]/, при случае А<В блок 28 выдает сигнал с выхода 2 /в микросхеме выход 7/.

Управляющие сигналы с выходов 1 и 2 блока 28 поступают в исполнительный электромеханический механизм. Код в параллельном виде поступает и в преобразователь 29 двоичного кода в десятичный, с которого поступает в блок 30 индикации.

Работа устройства

Перед началом движения водитель надевает на голову зрительную трубу 12, располагая выход окуляра 19 против правого /левого/ глаза. Устанавливает в блоке 28 малую скорость движения. При малой скорости водитель подстраивает параллельность оси автомобиля и линии "ИК-излучатель - ось глаза", настройка выполняется перемещением выходного окна окуляра 19 около глаза так, чтобы при расположении ИК-излучателя точно в перекрестии зрительной трубы 12 автомобиль шел совершенно прямо. Затем водитель задает требуемую скорость движения. В процессе движения водитель не меняет положение выходного окна окуляра 19 у глаза. Для выполнения поворота вправо водитель плавно поворачивает голову направо на требуемый угол. При сканировании лучом трубки 15 изображения ИК-излучателя в усилитель 22 поступает видеоимпульс, который с его выхода поступает на первые входы элементов И блока 23. С первого по десятый элементы И выдают через диоды сигнал поворота вправо, с 11-го по 20-й элементы и выдают сигнал поворота влево. При поступлении с элемента И сигнала на соответствующий вход блока 24 он выдает код по таблице в дешифратор 25, который, дешифрируя код и сигнал на входе 2 или 3, выдает с соответствующего выхода управляющий сигнал в исполнительный механизм, поворачивающий передние колеса на угол для изменения направления движения автомобиля. Блок 30 высвечивает скорость движения автомобиля для водителя. Счетчик 31 5-разрядный предназначен для остановки автомобиля при выходе изображения ИК-излучателя 20 из поля зрения объектива 13 на время от 16 мс и более. Счетчик 31 ведет счет импульсов 100 Гц с первого выхода блока 2 и обнуляется каждым сигналом с блока 22. При наличии изображения ИК-излучателя в поле зрения объектива 13 с блока 22 следуют видеоимпульсы частотой тоже 100 Гц, каждый из которых обнуляет счетчик 31. При выходе ИК-излучателя из поля зрения объектива 13 счетчик 31 не обнуляется: при счете 16-го импульса появляется сигнал на выходе старшего разряда /10000/, который и обнуляет регистр в блоке 28 сравнения, на котором водителем была задана скорость движения. Теперь блок 28 сравнивает текущую скорость с нулевой, т.е. исполнительный механизм останавливает автомобиль, предотвращая аварию. Заявляемое устройство не требует для работы разметки дорожного полотна и может использоваться для вождения автомобиля как обычными водителями, так и инвалидами с ограниченным движением рук и ног, но требует абсолютной трезвости водителя.

Источники информации

1. Патент №2273875 C1, кл. G05D 1/02, бюл. 10 от 10.4.06, прототип.

2. Цифровые интегральные микросхемы. Справочник. Минск, 1991, с.268, 272, 279 рис.190.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для визуального управления направлением движения автомобиля. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Достижение данного результата обеспечено за счет введения в устройство управления автомобилем зрительной трубы и ИК-излучателя. При этом излучатель закреплен на передней стороне капота. Последовательно соединены аналого-цифровой преобразователь /АЦП/ и регистр. Выходы регистра с первого по пятый подключены к с первого по пятый входам блока сравнения и преобразователя двоичного кода в десятичный. Управляющий вход регистра подключен к первому выходу делителя частоты. Вход АЦП подключен к соответствующему выходу спидометра автомобиля. Введен второй счетчик импульсов, вход которого подключен к первому выходу делителя частоты. Управляющий вход счетчика импульсов подключен к выходу усилителя видеоимпульсов, а выход подключен к второму управляющему входу блока сравнения. 3 ил., 1 табл.

Устройство управления автомобилем, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, делитель частоты, генератор линейно нарастающего напряжения, перемножитель и блок сдвига фазы на 90°, генератор синусоидальных колебаний, вход которого подключен к второму выходу делителя частоты, а выход подключен к второму входу перемножителя, последовательно соединенные первый ключ, сигнальный вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов и первый управляющий вход подключен к второму выходу делителя частоты, счетчик импульсов, дешифратор, с первого по шестой входы которого подключены соответственно с первого по шестой выходам счетчика импульсов, второй ключ, сигнальный вход которого подключен к сигнальному входу первого ключа, первый управляющий вход второго ключа подключен к первому выходу дешифратора, второй выход которого подключен к второму управляющему входу второго ключа и к второму управляющему входу первого ключа, и распределитель импульсов, содержащее блок обработки сигналов, включающий последовательно соединенные усилитель видеоимпульсов, блок элементов И, шифратор и дешифратор, выходы которого являются выходами блока обработки сигналов и выходами устройства управления автомобилем, блок элементов И содержит двадцать элементов И, первые входы которых параллельно подключены к выходу усилителя видеоимпульсов, а вторые входы элементов И подключены к соответствующим выходам распределителя импульсов, выходы элементов И подключены к соответствующим входам шифратора, выходы которого с первого по пятый подключены к первой группе входов дешифратора, выходы с первого по десятый элементов И через диоды объединены и подключены к второму входу дешифратора, выходы с одиннадцатого по двадцатый элементов И через диоды объединены и подключены к третьему входу дешифратора, выход усилителя видеоимпульсов подключен через диод к вторым управляющим входам первого и второго ключей, устройство управления автомобилем содержит блок сравнения, имеющий первый управляющий вход, первый и второй выходы которого являются выходами устройства управления автомобилем, к первому-пятому входам блока сравнения подключены соответственно первый-пятый входы преобразователя двоичного кода в десятичный, выходы которого подключены к входам блока индикации, отличающееся тем, что в него введены зрительная труба, закрепляемая соответствующим образом на голове водителя и содержащая последовательно расположенные объектив, полупрозрачное зеркало, расположенное под углом 45° к оптической оси объектива, и малогабаритная передающая телевизионная трубка, фотокатод которой расположен в фокальной плоскости объектива и чувствительный в ИК-диапазоне в секторе 70-110°, включает полевую линзу с перекрестием на ней, расположенную в фокальной плоскости объектива и оптическая ось которой перпендикулярна оптической оси объектива, последовательно расположенные прямоугольная призма, оборачивающая система и окуляр, оптические оси оборачивающей системы и окуляра перпендикулярны оптической оси полевой линзы и параллельны оптической оси объектива, первый и второй управляющие входы передающей телевизионной трубки подключены к выходу перемножителя и к выходу блока сдвига фазы на 90°, а выход ее подключен к входу усилителя видеоимпульсов, введены ИК-излучатель, закрепляемый на передней стороне капота автомобиля, излучающей стороной к водителю, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и регистр, выходы которого с первого по пятый подключены к с первого по пятый входам блока сравнения и преобразователя двоичного кода в десятичный, управляющий вход регистра подключен к первому выходу делителя частоты, вход АЦП подключен к соответствующему выходу спидометра автомобиля, и введен второй счетчик импульсов, вход которого подключен к первому выходу делителя частоты, управляющий вход его подключен к выходу усилителя видеоимпульсов, а выход подключен к второму управляющему входу блока сравнения.