Устройство для обеспечения безопасной дистанции Советский патент 1984 года по МПК G08G1/16 

триггерами с нходом мультивибратора, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, иыход расширителя, импульсов соединен с вторьм входом первого элемента И, выход элемента НЕ соединен с in орым входом второго элемента И, выход генератора высокой частоты соединен с вторым входом амплитудного модулятора, выход усилителя высокой частоты соединен с входом амплитудного детектора, выход операционного усилителя соединен с первым входом блок сравнения, выход которого через второй элемент задержки соединен с вторым входом 1)-триггера, выход

радиолокационного датчика соединен с вторым входом блока сравнения.

2. Устройство по п, I, о т л ич а 10 ц е е с я тем, что блок определсмшя тормозного пути содержит датчик скорости, задатчик коэффициента сцепления и усилитель с квадратичной характеристикой, выход которого является выходом блока определения тормозното пути, выход /датчика скорости соединен спервым входом усилителя с квадратичной характеристикой, задатчика коэфил.-идиента сцепления соеди геи с вторым входом усилителя с квадратичной характеристикой.

1. 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, передающую антенну, приемную антенну, выход которой соединен с входом усилителя высокой частоты, выход которого соединен с входом частотного детектора, выход которого соединен с входом вьшрямителя, выход которого 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, отличающееся тем, что, с целью повьппения функциональной надежности устройства, в него введены три формирователя импульсов, аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, расширитель импульсов, блок сравнения, два элемента задержки, амплитудный модулятор, мультивибратор, RS -триггер, D -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- g вателей импульсов, выход которого кл соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом R5-триггера, выход которого соединен с входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом амплитудного модулятора, выход которого соединен с входом передающей антенны, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов ИЛИ, выход которого соединен с первым входом D -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 ftS

Изобретение относится к системамуправления движением транспортных средств(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 L1 .

Недостатком известного устройства является необходимость его калибровки перед работой.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для автоматического обеспечения безопасной дистан-. ции между движущимся ТС, содержащее блок определения тормозного пути, первый, второй и третий вькоДы которого соединены соответственно с вкодом 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.

2

В соответствии со скоростью и состоянием дорожного покрытия блок определения тормоз.ного пути вырабатывает сигнал текущей информации о величине тормозного пути собственного ТС. Эта информация передается передатчиком в направлении, обратгюн дв-иженшо.

, Идущее сзади ТС нринимает с помощью нриемника сигнал от впереди х-адущего ТС. Этот сигнал, информацию о тормозном пути впереди идущего ТС, поступает на корректирующий блок, на другой вход которого поступает также сигнал, несущий информацию о тормозном пути собственного ТС.Выходной сигнал корректирующего блока, несущий информацию о разности тормозных путей собственного и впереди идущего ТС, поступает на блок вычисления безопасной дистанции, на другой вход которого от блока определения дальности поступает сигнал:, несуший информацию о дистанции до впереди идущего ТС, Если измеренная дистанция окажется меньше вычисленной разности тормозных путей то на-исполнительное устройство поступает сигнал, по которому собственное ТС должно снизить скорость (затормозить .

Однако, если-в зоне максимальной дальности обнаружения приемн жом собственного ТС сигналов 5 поступающих от впереди идущих ТС, окажется больше одного ТС, то. в приемник собственHoro тс одновременно поступают сигналы от нескольких передатчиков. Таким образом, на блок вычисления безопасной дистанции поступает заведомо ложная информация, что при водит к увеличению или уменьшению дистанции до впереди идущего ТС.Посл нее обстоятельство приводит либо к разуплотнению транспортного потока, либо каварийной ситуации, что резко снижает надежность работы устройства. Цель изобретения - повышение . функциональной надежности устройств Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обеспечения безопасной дистанции, содержаще блок определения тормозного пути, выход которого соединен с первыми входами операционного усилителя и усилителя с регулируемым коэффициен том, усиления, выход которого соединен с входом частотного модулятора, выход которого соединен с входом генератора высокой частоты передающую антенну,приемную антенну,выход которой соединен с входом усилителя высокой частоты, выход которого сое , динен 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 коэффициен том усиления, и исполнительный блок введены три формирователя импульсов аналого-цифровой преобразователь, генератор тактовых импульсов, расширитель импульсов, блок сравнения, два элемента задержки, амплитудный модулятор, мультивибратор, R5 триггер, D -триггер, три элемента ИЛИ, два элемента И, элемент НЕ и амплитудный детектор, выход которог соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входами элемента НЕ, рас ширителя импульсов, первого и второ го формирователей импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которог соединен с первым входом Р5-тригге ра, выход которого соединен с входо третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом амплитудного модулятора, выход которого соединен с входом передающей антенны, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого элемента И, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов ИЛИ, выход которого соединен с первым входомD-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 вторьм входом R5 - ; триггера и с входом мультивибратора выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход расширителя импульсов соединен с BTopbD-i входом первого элемента И, выход элемента НЕ соединен с вторым входом второго элемента И, выход генератора высокой частоты соединен с вторым входом амплитудного модулятора, 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 D триггера, выход радиолокационного датчика соединен с вторым входом блока сравнения. Кроме того, блок определения тормозного пути содержит датчик,скорости., задатчик коэффициента сцепления и усилитель с квадратичной характеристикой,выход которог6 явЪяется выходом блока определения тормозного пути, выход датчика скорости соединен с первым входом усилителя с квадратичной характеристикой, выход эадатчика коэффициента 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, уставСовленных на отдельных движущихся в колонне ТС. Устройство содержит блок 1 определения тормозного пути, датчи 2 скорости, усилитель 3 с квадратично характеристикой усиления, операцион ный усилитель 4, блок 5 сравнения, элемент 6 задержки, Р -триггер 7, исполнительный блок 8, задатчик 9 коэффициента сцепления, радиолокационный датчик 0, приемную антен Ну 1 Ь, усилитель 12 высокой частоты частотный детектор 13, вьтрямитель 14, фильтр 15, амплитуд}-ый детектор 16, аналого-цифровой преобразовател (АЦП) 7, элемент. НЕ 18, формирователь 9 импульсов, расширитель 20 импульсов, формирователь 21 импульсов, элемент 22 задержки, элемент ИЛИ 23, генератор 24 импульсов, эле мент И 25, элемент ИЛИ 26, элемент И 27, .мультивибратор 28, RS-тригге 29, элемент ИЛИ 30, формирователь 31 импульсов, амплитудный модулятор 32, передающую антенну 33, генерато 34 синусоидальных колебаний, усилитель 35 с регулируемым коэффициенто 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,задатчика 9 коэффициента сцепления и усилителя 3, поступает на один из входов операционного усилителя.4, вьтолняющего функции корректирующего блока,, Этот сигнал.представляет собой постоянное напряжение 1): , величина которого определяется по формул . I- .. ( I j. где2, -У./ тормозной- путь собст С „„ ..венного ТС; VQ - скорость собственного ТГ . 11, ц - коэффициент сцепления колес с дорогой; - ускорение свободного падения; - коэффициент пропорцио нальности. Реализация формулы (1 осуществл ется следующим образом. С выхода датчика 2 снимают сигнал наприжени UV J пропорциональный скорости ТС т.е. и k V V - 2 где 2 коэффициент пропорционал ности. Этот сигнал поступает на вход усилителя 3 с квадратичной характеристикой усиления, причем коэффициент усиления усилителя 3 можно менять с помощью -задатчика 9, представляющего собой переключатель ( потенциометр 1со шлакой, отхрадуиро.вампой в значениях коэффициента сцепления колес с дорогой W. Значение коэффициента выбирается водителем исходя из состояния дорожного покрытия (сухой асфальт, дожць и т.д./. Итак, напряжение на выходе усилителя 3 определяется выражением и.. (3) Выбором коэффициента усиления необходимо выполнить условие г (4) где коэффициент пропорциональности в формуле (П. На другой вход операционного усилителя 4 поступает сигнал из.приемника, состоящего из антенны, усилителя высокой частоты, частотного детектора, вьшрямителя и фильтра. Этот сигнал также представляет собой постоянное напряжение U .- , величина которого определяется по формуле. UTA TA где 2 - тормозной путь лидирующего ТС. На операционном усилителе 4 выполнена схема вычитания, поэтому на его выходе получают напряжение Уд, пропорциональное разности тормозных путей, т.е. L Ч1 с-35тл1 где коэффициент усиления усилителя, Сигнал с выхода операционного усилителя 4 поступает на блок 5 сравнения. При этом сравниваются два . напряжения: одно напряжение .U,j пропорционально разности тормозных путей собственного впереди идущего ТС по формуле (6), другое напряжение Ujj пропорционально расстоянию до впереди идущего ТС; т.е. ., (7) где Ъ - расстояние до впереди идущего ТС; 7 коэффициент пропорциональности . Напряжение Uj снимают с радиолок ционного датчика 9, выходное напряжение которого определяется выражением 7. Если выбирать коэффициент усиления k, операционного усилителя таким образом, чтобы выполнялось условие - Ь (8) то равенство напряжений И и Uj. эквивалентно равенству D и | D.-Г Таким образом, если расстояние Б до впереди идущего ТС больше разнос ти тормозных путей 1)ур--1 д |, то на выходе блока сравнения получают уровень логического нуля. Если (DT-J- |7/D , то на выходе получают уровень логической единицы. Сигнал с блока 5 сравнения посту пает через элемент 6 задержки на D -триггер 7. При поступлении на , D-триггер импульса считывания с выхода элемента ИЛИ 26 на выходе D-триггера 7 устанавливается тот уровень, который присутстврвал на его входе в момент прихода импульса записи. Сигнал с выходаD триггера поступает на исполнительный блок 8, представляющий собой пусковое устройство тормозной систе мы. Таким образом, если расстояние до впереди идущего ТС окажется равным или меньщим разности тормозных путей собственного и впереди идущего ТС, то должна сработать |тормозная система. Сигнал с блока 1 определения тормозного пути поступает также на передатчик, состоящий из генератора 34 синусоидальных колебаний усили.теля 35 с регулируемым коэффиц ентом усиления, частотного модулято 36, генератор 37 высокой частоты, амплитудного модулятора 32 и антен 33.Этот сигнал регулирует коэффиц усиления усилителя 35, на вход кот го поступает сигнал от генератора 34.На выходе усилителя получают синусоидальный сигнал, амплитуда которого пропорциональна тормозном пути. Сигнал с выхода усилителя 35 поступает на частотный модулятор 3 который модулирует частоту генерат 37, причем девиация частоты if re ратора пропорциональна тормозному пути собственного ТС, т.е. 6 9 где р- тормозной путь собственного ТС; Icg- коэффициент пропорциональности. Высокочастотный частотно-модулированный сигнал поступает на модулятор 32, представляющий собой prt nдиод, установленный в волноводе. При подаче на диод напряжения U высокочастотный сигнал практически полностью затухает. При подаче на диод напряжения U высокочастотный сигнал проходит через модулятор без затухания. Поэтому, если на диод подавать в качестве управляющего сигнала импульсы, амплитуда которых меняется от U до U2 , то на антенну поступает импульсный высокочастотный сигнал. С помощью антенны этот. сигнал излучается в пространство в направлении, обратном движению ТС. Этот сигнал принимается антенной И устройства, установленного на сзади идущем ТС, и усиливается усилителем 12 вьюокой частоты. Далее высокочастотный сигнал поступает на частотный 13 и амплитудный 16 детекторы, на выходе которых получают соответственно синусоидальный и импульсный сигналы. Амплитуда синусоидального сигнала пропорциональна 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 вход п зиемной антенны 1 1 сигнал не поступает, т.е. случай для устройства, установленного на лидирующем в колонне ТС. На выходе АЦП 17, служащего для преобразования аналогового сигнала в логический, устанавливается постоянный сигнал уровня логического нуля (нулевой сигнал, фиг. 2a.J, На выходе расширителя 20 импульсов устанавливается постоянный уровень логической единицы(единичный сигнал), благодаря чему короткие импульсы с периодом следования Т из генератора 24 импульсов проходят через элемент И 25 и ИЛИ 23. С приходом короткого импульса на RS -триггер 29 на его выходе устанавливается единичный сигнал. Одновременно запускается мультивибратор 28, задний фронт импульса которого через элемент ИЛИ 30 устанавливает триггер в нулевое состояние. Выходной сигнал триггера 29 пост пает на формирователь 31 импульсов, на выходе которого получают импульс длительностью fo определяемой мультивибратором 28, и периодом следования Т , определяемым генератором 24, причем амплитуда импульсо меняется от Ц до U2. Эти импульсы служат для управления модулятором. Одновременно импульсы с выхода элемента И 25 поступают через элемент ИЛИ 26 на записывающий вход Р-триггера 7. Если учесть, что нулевой сигнал, поступающий с выхода фильтра 15 на операционный усилитель 4, эквивален тен величине тормозного пути, закодированной в принимаемом;. сигнале и равной нулю, и если радиолокацион ный датчик принимает сигнал от нецодвижного препятствия, расположенного на расстоянии 15 от ТС, равном тормозному пути С- собственного ТС, то на выходе блока 5 сравнения появляется единичный сигнал, которь записывается в D -триггер 7 и пере,дается дальше в исполнительный блок 8, который приводит в действие тормозную систему. Таким образом, устройство работает как устройство предотвращения столкновения а непод вижными препятствиями. Устройство, установленное на ТС следующем за лидерующим, работает следующим образом. Приемная антенна II принимает сигнал, излзгчаемый передатчиком лидирующего ТС (фиг. 2б ),при этом на выходе фильтр 15 получают напряжение, пропорциональное тормозному пути лидирующего ТС. В моментприхода сигнала формир ватель 19 имцульсов перебрасывает триггер (если последний на этот момент был в единичном состояниив нулевое состояние. Таким образом если передатчик до момента прихода принимаемого сигнала работал, то он прекращает работу.,На выходе расщирителя 20 импульсов получают нулевой сигнал, который запрещает 610 прохождение импульсов из генератора 24 импульсов, В момент окончания действия входного сигнала формирователь 21 импульсов вырабатывает короткий импульс, который, задержавшись в линии задержки на fj. , поступает на элемент И 27. Поскольку непосредственно за импульсом передатчика лидерующего ТС больше сигналов нет, то с выхода АЦП 17 снимают единичный сигнал. Следовательно, импульс с формирователя 21 поступает на записывающий вход D-триггера 7. При этом в него записывается информация, вычисленная с учетом тормозного пути лидирующего ТС. Элемент-6 задержки служит для задержки сигнала на время причем Это связано с тем, что импульс записи поступает на Р-триггер 7 с задержкой t относительно окончания действия входного сигнала, поэтому сигнал на выходе блока -5 сравнения может за это время измениться. Сигнал на выходе расщирителя 20 импульсов продолжает оставаться нулевым на время . Это необходимо для того, чтобь 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 и работает при этом время ,Т . Устройство, установленное на втором от лидерующего ТС, работает следующим образом. В момент прихода импульса передатчика лидирующего ТС(фиг. 2в устройство работает, как описано вьпие. В момент окончания импульса передатчика лидерующего ТС импульс формирователя 21 поступает с задержкой Тх на элемент И 27. Поскольку 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 i1 до амплитудного модулятора 32 -Jr причем ,(Г(г.) , то на выхйдё АЦП 17 получают нулевой сигнал. Благодаря этому импульс от формирователя 21 не проходит на 1)-триггер 7. В момент ,,окончания работы передатчика впере идущего ТС этот импульс проходит и в D-триггер записывается сигнал, обработанный в соответствии с информадией, поступающей от непосредственно впереди идущего ТС Передатчик данного ТС запускает на время непосредственно после окончания работы передатчика после него ТС, Аналогично работают устройства установленные на других ТС. Замети что для какого-либо i-го ТС на ра стоянии U, от лидерующего оказыва ется, что сигнал от передатчика лидерующего ТС не принимается (фиг. 2г ). Следовательно, егт при емная антенна и приемные антенны следующих за ним ТС принимают не более чем (i-ll следующих друг за другом импульсов передатчиков (фиг. 2д |. Отсюда условие выбора Т . (10) где Т - период следования импуль сов : 6 i максимально возможное число ТС, находящихся в зоне дальности действия устройства.. Т определяется инерционВыборностью работы тормозной системы, время срабатывания которой состав ср 0,1-0,2 с,т.е. ляе Благодаря этому обеспечивается временное разделение работы передатчиков, установленных на отдельных ТС в колонне. Причем сначала запускается передатчик, установленный на лпадирующем ТС, в момент окончания его работы запускается передатчик второго ТС, в момент окончания работы которого запускается передатчик третьего ТС, и т.д. Таким образом, исключаются взаимные влияния работы передатчиковотдельных ТС. Причем на исполнительный блок поступает сигнал, обработанный в строгом соответствии с данными о тормозном пути транспортного средства, следующего непосредственно перед данным транспортным средством.

U6.2