CZ17880U1

CZ17880U1 - Device to automatically control road means of conveyance

Info

Publication number: CZ17880U1
Application number: CZ200718808U
Authority: CZ
Inventors: Bohácek@Josef; Janda@Petr
Original assignee: Bohácek@Josef; Janda@Petr
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2007-09-24

Description

Zařízení pro automatické řízení pozemních dopravních prostředkůEquipment for automatic control of land vehicles

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká zařízení pro automatické řízení pozemních dopravních prostředků na komunikacích vybudovaných pro provoz těchto vozidel. V případě použití automatického řízení se stává obsluha (řidič) jen dozorným orgánem a zadavatelem přepravního programu. To znamená stanoví přepravu z místa A (místo odjezdu - startu) do místa B (místo příjezdu - cíle). Automatický provoz dopravního prostředku je řešen tak, že obsluha má možnost zasáhnout v kterémkoliv okamžiku do činnosti automatiky řízení a přepojit automatický provoz na ruční provoz a tím korigovat přepravní zvolený program a nebo upravit mimořádné změny vzniklé na trase ne10 předvídanou situací.The technical solution relates to a device for automatic control of land vehicles on roads built for the operation of these vehicles. If automatic steering is used, the operator (driver) becomes only the supervisory authority and the contracting authority. This means providing transport from place A (place of departure - start) to place B (place of arrival - destination). The automatic operation of the means of transport is designed so that the operator has the possibility to intervene in the operation of the automatic control system at any time and to switch the automatic operation to manual operation and thus to correct the selected transport program or modify extraordinary changes.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

V současné době dle dostupných informací není známo, že by uvedený způsob automatického provozu pozemních dopravních prostředků byl někde používán nebo patentován. Dnešní řízení pozemních dopravních prostředků bylo téměř sto let vylepšováno drobnými technickými úpra15 vámi, ale základní princip řízení zůstal po tuto dlouhou dobu zakonzervován na současném technickém stupni. Návyky řízení zakořenily tak hluboce, že světoví výrobci automobilů již neberou v úvahu, že současná doba vyžaduje určité změny ve způsobu řízení dopravních prostředků. Ovládání mobility pozemních dopravních prostředků uvázlo na stadiu čtyřkončetinového ovládání vozidla tj. používání nožních pedálů pro spojku, brzdu, plyn (akcelerační pedál), rejd je řízen volantem. Homí končetiny řidiče jsou převážně použity pro směrovou stabilizaci, přičemž, levá ruka řidiče mimo manipulaci s volantem ovládá ještě směrovou signalizaci a obsluhu světel. Pravá ruka mimo volantu ovládá provozní spínací prvky jako stěrače, ostřikovače, ohřívače průhledových skel, tempomat, výstražnou signalizaci a další různé prvky pro pohodu v přepravním prostoru. Při ovládání provozních prvků a manipulaci s řízením jsou vždy obě homí končetiny současně v činnosti. Volant odděluje tedy ovládací skupinu pro pravou a levou stranu ovládanou horními končetinami, kde záměna není prakticky možná. Dolní končetiny jsou převážně používány pro ovládání tří podlažních pedálů. Lidský mozek pak řídí pět základních úkonů mobility vozidla, hlavně pak vazeb mezi těmito úkony. V převážných případech pak ještě přibudou nejméně dva další úkony, což jest manuální řazení rychlostí a používání mění brzdy při pojíždění do kopce a zastavení vozidla. Automobily dražších kategorií jsou vybaveny automatickou převodovkou a hydraulickou spojkou. Zvláštní řízení obsahují auta pro tělesně postižené.At present, according to the available information, it is not known that said method of automatic operation of land vehicles is used or patented somewhere. Today's management of ground vehicles has been improved by minor technical adjustments for nearly a hundred years, but the basic driving principle has been preserved for this long time at the current technical level. Driving habits have become so deeply rooted that world car manufacturers no longer take into account that the present time requires some changes in the way vehicles are managed. The control of the mobility of the ground vehicles is stuck at the stage of the four-limb control of the vehicle, ie the use of the foot pedals for the clutch, brake, throttle (accelerator pedal), steering is controlled by the steering wheel. The driver's upper limbs are predominantly used for directional stabilization, while the left hand of the driver, in addition to steering the steering wheel, controls the directional signaling and operation of the lights. Outside the steering wheel, the right hand controls operating switching elements such as wipers, washers, sight glass heaters, cruise control, alarm and other various elements for comfort in the transport area. When operating the operating elements and handling the steering, both upper limbs are always operated simultaneously. The steering wheel thus separates the control group for the right and left side operated by the upper limbs, where confusion is practically impossible. The lower limbs are mainly used to control the three floor pedals. The human brain then controls the five basic actions of vehicle mobility, especially the links between these actions. In most cases, there will be at least two more operations, which is manual gear change and use changes brakes when uphill and stopping the vehicle. Cars of more expensive categories are equipped with automatic transmission and hydraulic clutch. Special driving includes cars for the disabled.

Ze spisů PV 2006-373 nebo UV 16895 je znám integrální ovladač sestávající z ručního ovladače, který má dva stupně volnosti, přičemž je přes táhlo spojen s tělesem rozdělovače, ve kterém jsou uspořádány ovládací prvky pro ovládání rejdu, brzd a akcelerace a pohybové změny ovládání ovladače jsou v proporcionálním vztahu k funkcím pro všechny napojené řízené okruhy vozidla. Je však známo, že většina havárií je způsobena lidským faktorem a proto je třeba co nejvíce činností zautomatizovat a učinit nezávislých na obsluze.From PV 2006-373 or UV 16895 there is known an integral actuator consisting of a manual actuator having two degrees of freedom, connected via a rod to a manifold body in which the controls for steering, braking and acceleration and movement changes are arranged the controls are proportional to the functions for all connected vehicle control circuits. However, it is known that most accidents are caused by a human factor and therefore, as many activities as possible should be automated and made independent of the operator.

Cílem technického řešení je přestavit integrální ovladač výše uvedeného typu, který by umožnil jeho automatické ovládání v co největší míře.The aim of the present invention is to provide an integral controller of the above-mentioned type, which would enable its automatic control as much as possible.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro automatické řízení dopravních prostředků podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že ovladač je opatřen servomotory pro pohon rejdu, akcelerace a brzdy, které jsou napojeny na ústřední řídicí jednotku, přičemž ovladač je vybaven přepínačem z automatického na ruční ovládání. Toto zařízení umožňuje automatické řízení pozemních dopravních prostředků bez zásahu obsluhy, které je schopno nahradit veškeré úkony prováděné při manuálním provozu řidičem.The above-mentioned drawbacks are eliminated by a device for automatic control of means of transport according to the technical solution, which is based on the fact that the actuator is equipped with servomotors for propulsion of steering, acceleration and brakes connected to the central control unit. control. This device allows the automatic control of land vehicles without operator intervention, which is capable of replacing all operations performed by manual operation by the driver.

- 1 CZ 17880 Ul- 1 CZ 17880 Ul

Ve výhodném provedení obsahuje ovladač centrální vratnou pružinu pro stabilizaci stavu mobility dopravního prostředku, to jest přímá jízda, volnoběžné otáčky pohonné jednotky při ručním řízení nebo přerušení signálu z řídicí jednotky. Zařízení je tedy navrženo tak, aby umožňovalo provoz automatického řízení i provoz manuální s možností vzájemného přepnutí v kterémkoliv okamžiku jízdního režimu.In a preferred embodiment, the actuator comprises a central return spring to stabilize the mobility state of the vehicle, i.e. direct drive, idle speed of the drive unit during manual control, or signal interruption from the control unit. Thus, the device is designed to allow both automatic steering and manual operation to be switched at any time in driving mode.

Hlavní podstatou předkládaného řešení je, že je navržen zcela nový způsob ovládání provozních prvků pro mobilitu dopravního prostředku. Současný způsob čtyřkončetinového ovládání je pro automatizaci řízení pozemních dopravních prostředků nevhodný a neb velmi obtížně použitelný. S ohledem na současný rozvoj automobilizmu ve všech zemích světa a zhuštěný provoz v zemích s vyspělým průmyslem, jsou neustále kladeny vyšší požadavky na řidiče, přičemž technika řízení zůstává ve svém principu téměř sto let nezměněna. Většina havárií pozemních dopravních prostředků vzniká selháním lidského faktoru přičemž přehlédnutí, opomenutí, špatný odhad situace a zkratové jednání v kritických jízdních momentech je možné považovat za hlavní příčiny dopravních nehod.The main principle of the present solution is that a completely new method of operating the operating elements for the mobility of the vehicle is proposed. The present method of four-limb control is unsuitable for automation of the control of land vehicles because it is very difficult to use. In view of the current development of automotive in all countries of the world and the congested traffic in countries with advanced industries, higher demands are placed on the driver, while the driving technology remains essentially unchanged for almost a hundred years. Most land-based road accidents are caused by human factor failures, where overlooks, omissions, miscalculations and short-circuit behavior at critical driving moments can be considered the main causes of road accidents.

Automatické řízení si vyžádá mimo nového způsobu řízení mobility také větší zapojení přístrojové techniky posilující lidský faktor v této oblasti, což by zabránilo značnému množství havárií.In addition to the new way of managing mobility, automatic control will also require greater involvement of instrumentation to strengthen the human factor in this area, which would prevent a significant number of accidents.

Integrovaný ovladač pro pozemní dopravní prostředky je předmětem PV 2006-373 či UV 16895.Integrated driver for land vehicles is subject to PV 2006-373 or UV 16895.

V daném případě je nová integrovaná řídicí jednotka doplněna dvojčinným servomotorem, který umožňuje plně automatické řízení mobility pozemního dopravního prostředku. Řídicí signály pro ovládání dvojčinného servomotoru jsou napojeny na ústřední řídicí jednotku, která upravuje vstupní signály ze všech napojených čidel, senzorů a orientačního systému na výsledný řídicí signál pro akční člen, což jest dvojčinný servomotor.In this case, the new integrated control unit is complemented by a double-acting servomotor that allows fully automatic mobility control of the truck. The control signals for controlling the double-acting servomotor are connected to the central control unit, which adjusts the input signals from all connected sensors, sensors and the orientation system to the resulting control signal for the actuator, which is a double-acting servomotor.

V režimu automatického provozu vykazuje servomotor složený pohyb ve dvou stupních volnosti. Otočný pohyb hřídele ovládá vychylování rejdu v napojení na integrovaný ovladač. Suvný pohyb hřídele pak řídí pohyb vozidla vpřed, vzad, zrychlení, brzdění, stabilizaci rychlosti (při chodu vzad nutno přepnout na zpětný chod).In automatic mode, the servomotor exhibits compound movement in two degrees of freedom. The rotary movement of the shaft controls the steering deflection in connection with the integrated actuator. The sliding movement of the shaft then controls the movement of the vehicle forwards, backwards, acceleration, braking, speed stabilization (when reversing it is necessary to switch to reverse).

Potřebná čidla pro plně automatický provoz je možné rozdělit do tří základních skupin:The necessary sensors for fully automatic operation can be divided into three basic groups:

A) čidla rejdová (zajišťují směrovou stabilitu na zvolené trase),A) steering sensors (they provide directional stability on the selected route),

B) čidla akcelerace, rychlosti, polohové vzdálenosti,B) acceleration, velocity, position distance sensors,

C) signály orientačního zařízení.(C) orientation device signals.

Pro zlepšení kvality a bezpečnosti jízdy je možné doplnit automatický provoz ještě o další kontrolní prvky, které je možno aplikovat na systém automatizace. Jako na příklad čidlo pro rychlost v zatáčkách (úhlovou rychlost - omega), čidlo pro zrychlování a brzdění a podobně. Výsledné signály pokud se týká stupňů volnosti jsou pouze dva, které řeší složenými pohyby celkovou mobilitu dopravního prostředku.In order to improve the quality and safety of the ride, it is possible to supplement the automatic operation with additional control elements that can be applied to the automation system. For example, a corner speed sensor (omega), acceleration and braking sensor, and the like. The resulting signals in terms of degrees of freedom are only two that solve the overall mobility of the vehicle by compound movements.

Integrovaný ovladač vykazuje naprosto stejný pohyb jako servomotor. Neutrální bod servomotoru i ovladače je totožný. Otočná část řeší výchylky 0 až 45 stupňů vpravo nebo vlevo. Posuvem vpřed řešíme rozjezd a nastavení požadované rychlosti od nuly do maximální rychlosti km/hod. Opačný směr pod nulovou rychlostní hodnotou vykazuje brzdění. Přepnutí z automatického na ruční provoz nebo opačně se děje vypnutím nebo zapnutím signálu z řídicí jednotky, tím jsou tato všechna spojení bez vůle. Při uvolnění řídicí rukojeti, nebo přerušení řídicího signálu vrátí se systém řízení do neutrální polohy pomocí centrální pružiny. V neutrální poloze přechází pohonná jednotka na volnoběžné otáčky, rejd zaujímá přímočarou jízdu a pohonná náprava je ve volnoběžném stavu.The integrated actuator shows exactly the same movement as the servomotor. Neutral point of actuator and actuator is identical. The rotating part solves 0 to 45 degrees to the right or left. By moving forward we solve the starting and setting of the required speed from zero to the maximum speed of km / h. The opposite direction below the zero speed value shows braking. Switching from automatic to manual operation or vice versa is done by switching off or on the signal from the control unit, which makes all connections free of play. When the control handle is released or the control signal is interrupted, the control system returns to the neutral position by means of a central spring. In the neutral position, the powertrain shifts to idle speed, the steering takes a straight line and the drive axle is idling.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Technické řešení je přiblíženo pomocí výkresů, na kterých je na obr. 1 představen integrovaný ovladač podle technického řešení obsahující ovladač dle stavu techniky z UV 16895 a jeho napojení na hlavní systémy vozidla s návazností na dvojčinné servomotory, které jsou řízeny přiThe technical solution is illustrated in the drawings, in which Fig. 1 shows an integrated actuator according to the technical solution comprising a prior art actuator of UV 16895 and its connection to the main vehicle systems connected to double-acting servomotors which are controlled by

-2CZ 17880 Ul automatickém provozu výstupními signály z řídicí jednotky, na obr. 2 je znázorněno rozmístění komponentů pro automatické řízení a provoz pozemního dopravního prostředku.Fig. 2 shows the layout of the components for the automatic control and operation of the ground vehicle.

Příklad provedení technického řešeníExample of technical solution

Z obr. 1 je zřejmé, že celková sestava automatického řízení je složena z několika komponentů na kterých bude blíže popsána funkce. Integrovaný ovladač I sestává ze dvou základních částí a to ručního ovladače 2 s táhlem 3 a rozdělovače 4. Ruční ovladač 2 umožňuje suvný a otočný pohyb. Uvedené pohyby jsou omezené minimálními a maximálními polohami ovládaných systémů. Rozdělovač 4 převádí pohyb ručního ovladače 2, resp. táhla 3 na úměrné množství ovládacího média napojené na systémy rejdu D, brzd B a akcelerace A, přičemž ovládání média M může být ío různé - hydraulické, pneumatické, elektricko elektronické, popřípadě se může jednat o kombinaci systémů.It is apparent from FIG. 1 that the overall automatic control assembly is comprised of several components on which the function will be described in detail. The integrated actuator I consists of two basic parts, namely the manual actuator 2 with the rod 3 and the distributor 4. The manual actuator 2 allows for sliding and rotary movement. These movements are limited by the minimum and maximum positions of the systems to be controlled. The divider 4 converts the movement of the hand actuator 2 and the actuator 2 respectively. The linkage 3 may be proportional to the amount of control medium connected to the steering systems D, brakes B and acceleration A, and the control of the medium M may be different - hydraulic, pneumatic, electronically, or a combination of systems.

Ve spodní části obrázku je dále schematicky znázorněno napojení integrovaného ovladače I na systémy nutné pro mobilitu pozemních dopravních prostředků, což je systém rejdu D, brzd B a akcelerace A. Z rozdělovače 4 jsou vyvedeny výstup ovládacího média M rejdu Vd, výstup ovládacího média M brzd Vb a výstup ovládacího média M akcelerace Va. Do rozdělovače 4 je zaústěn přívod ovládacího média M.In the lower part of the figure, the connection of the integrated controller I to the systems necessary for the mobility of land vehicles, which is the steering system D, brakes B and acceleration A, is schematically illustrated. Vb and control media output M acceleration Va. The control medium M is connected to the distributor 4.

Je zřejmé, že ruční ovladač 2 se může pohybovat ve čtyřech směrech a to do boku podle šipek dp, což je rejd vpravo, a dl, což je rejd vlevo. Dále jsou to možnosti lineárního pohybu v ose táhla 3 a to dopředu ve směru šipky a směrem k rozdělovači 4, což je přidáni plynu, tedy akcele20 race a nebo ve směru šipky b, což jest aktivace brzdy.It will be appreciated that the hand actuator 2 can move in four directions and to the side according to the arrows dp, which is the right turn, and dl, which is the left turn. Further, there are the possibilities of linear movement in the axis of the rod 3, forward in the direction of the arrow and towards the distributor 4, which is the acceleration of the acceleration a or in the direction of the arrow b, which is the activation of the brake.

Ve spodní části obrázku je vidět způsob napojení výstupů Vd, Vb a Va z rozdělovače 4 na systémy nutné pro mobilitu pozemních dopravních prostředků, což je systém rejdu D, systém brzd B a systém akcelerace A. Je vidět, že výstup ovládacího média M rejdu Vd vstupuje do servopohonu řízení 5, výstup ovládacího média M brzd Vb do servopohonu brzd 6 a výstup ovládacího média M akcelerace Va do servopohonu akcelerační jednotky 7, kterou tvoří motor 8 s hydraulickou spojkou 9 a automatickou převodovou skříní JO.The lower part of the figure shows how the Vd, Vb and Va outputs from manifold 4 are connected to the systems necessary for the mobility of land vehicles, which is the D steering system, the B brake system and the A acceleration system. it enters the steering actuator 5, the brake control medium M output Vb to the brake actuator 6 and the acceleration control medium output M to the accelerator unit 7, consisting of a motor 8 with a hydraulic clutch 9 and an automatic gearbox JO.

Přívod ovládacího média M na vstupu je jištěn náhradním zdrojem, který není znázorněn. Pružina J_3 ukotvená ve vhodné konzole J4 zajišťuje v klidovém stavu neutrální polohu ve výkyvném neutrálním bodě 11 pro vychýlení dp a dl a v suvném neutrálním bodě 12 pro vychýlení směrem a a b.The supply of control medium M at the inlet is protected by a spare power supply (not shown). The spring 13 anchored in a suitable bracket 14 ensures a neutral position at rest in the pivoting neutral point 11 for deflection dp and dl and at the sliding neutral point 12 for deflection towards a and b.

Až potud se týká popis integrovaného ovladače I pro ruční řízení mobility vozidla. Pro automatické řízení je sestava doplněna prvky ovládacími, řídicími a prvky kontrolními, které zajišťují korekci odchylek od zvolené trasy. Funkce a úkol veškerých čidel, senzorů a signálů není účelem tohoto popisu. Veškeré potřebné hodnoty čidel, informační a korekční signály, jsou napojené na svorkovnici 16 ústřední řídicí jednotky 15, která pomocí programů zpracovává výstupní řídicí signály pro svorkovnici J7 na kterou jsou napojeny dvojčinné servomotoiy 18, 19, 20, 21, (což mohou být například elektromagnety s proporcionální funkcí).So far, it relates to the description of an integrated controller I for manually controlling the mobility of a vehicle. For automatic control, the set is complemented by control, control and control elements, which provide for correction of deviations from the selected route. The function and function of all sensors, sensors and signals is not the purpose of this description. All necessary sensor values, information and correction signals, are connected to the terminal 16 of the central control unit 15, which processes the output control signals for the terminal J7 to which the double-acting servo motors 18, 19, 20, 21 are connected. proportional function).

Na obr. 2 je znázorněno rozmístění hlavních částí automatického řídicího systému v prostoru karoserie automobilu.Fig. 2 shows the layout of the main parts of the automatic control system in the car body.

Karoserie automobilu je vybavena mimo řízení a ovládání hlavně skupinami čidel, senzorů a různých přijímačů signálů, které zajišťují maximální zdroj informací a údajů pro ústřední řídicí jednotku 15, jejíž úkolem jest přivést automobil bezpečně v optimálním čase z místa startu do cíle, pri respektování všech dopravních předpisů a nařízení, které budou aktualizovány v programu ústřední řídicí jednotky J5. Sestavení provozního programu řídicí jednotky 15 a stanovení počtu a druhu snímačů není obsahem tohoto řešení. Na obr. 2 je jen znázorněno vhodné rozmístění skupin snímačů, které navazují na vhodná místa ve vazbě na základní elektroinstalaci automobilu a vhodnou polohu pro získávání maximálních informací z okolí automaticky řízeného vozidla. Pravý a levý reflektor je zvětšen a doplněn o snímací zařízení 22 a 23. Zadní skupinovéIn addition to driving and controlling, the car body is mainly equipped with groups of sensors, sensors and various signal receivers that provide the maximum source of information and data for the central control unit 15 whose task is to bring the car safely at the optimum time from start to finish, respecting all traffic regulations and regulations that will be updated in the J5 central control program. The compilation of the operating program of the control unit 15 and the determination of the number and type of sensors is not included in this solution. In Fig. 2, only a suitable arrangement of sensor groups is shown which is connected to suitable locations in relation to the basic wiring of the car and a suitable position for obtaining maximum information from the surroundings of the automatically driven vehicle. The right and left reflectors are enlarged and supplemented by the sensing devices 22 and 23. Rear group

-3CZ 17880 Ul svítilny jsou doplněny o snímací zařízení 24 a 25. Na střešní části vozu je pak snímač 27 pro signalizaci výškového sledování a pro příjem signálu GPS nebo systému Galileo. Umístění řídicí jednotky 15. je v blízkosti napájecího zdroje. Ovladač 2 mobility s rozdělovačem 4, dvojčinnými servomotory 18 až 21 tvoří prakticky jeden montážní celek, který je napojen na servopohon říze5 ni 5, brzd 6 a akcelerační jednotky 7. Čidla, senzory a další snímače jsou umístěny tak, aby byly získávány maximální informace z celkového prostoru kolem automaticky řízeného vozidla. Funkce nej důležitějších snímačů jsou zdvojeny. Ovladač I je vybaven přepínačem z automatického na ruční ovládání.-3GB 17880 Ul lamps are equipped with 24 and 25 sensing devices. On the roof of the car there is a sensor 27 for height monitoring and GPS or Galileo reception. The location of the control unit 15 is near the power supply. The mobility controller 2 with the manifold 4, the double-acting servomotors 18 to 21 forms virtually one assembly which is connected to the actuator 5 of the steering 5, the brakes 6 and the acceleration units 7. The sensors, sensors and other sensors are positioned to obtain maximum information from the total space around the automatically driven vehicle. The functions of the most important sensors are doubled. Controller I is equipped with a switch from automatic to manual control.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS ίο 1. Equipment for the automatic control of land vehicles, consisting of a hand-held control unit having two degrees of freedom, connected by means of a tie rod to a distributor housing in which the controls for steering, braking and acceleration and movement the actuator control changes are proportional to the functions for all connected vehicle control circuits, characterized in that the actuator (1) is provided with servomotors (18, 19, 20, 21)

15 for propulsion (D), acceleration (A) and brake (B), which are connected to the terminal block (17) of the central control unit (15), the controller (1) being equipped with a switch from automatic to manual control.

An apparatus for automatic control of land vehicles according to claim 1, characterized in that the actuator (1) comprises a central return spring (13) for stabilization

20 of the mobility of the vehicle, i.e. direct drive, idle speed of the drive unit during manual control or signal interruption from the control unit (15).