ITRM980648A1

ITRM980648A1 - Sistema per evitare la collisione di veicoli in condizioni di scarsa visibilita'

Info

Publication number: ITRM980648A1
Application number: IT000648A
Authority: IT
Inventors: Carlo Corsi
Original assignee: Consorzio C R E O Ct Ricerche Elettro Ottiche
Priority date: 1998-10-15
Filing date: 1998-10-15
Publication date: 2000-04-15
Also published as: EP1040462B1; WO2000022596A1; IT1302376B1; ATE333691T1; DE69932404D1; ES2270621T3; EP1040462A1; DE69932404T2

Description

DESCRIZIONE

relativa alla domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

«Sistema per evitare la collisione di veicoli in condizioni di scarsa visibilità»

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un sistema per evitare la collisione di veicoli in condizioni di scarsa visibilità.

L’invenzione può essere classificata nel campo tecnico della segnalazione per i sistemi di controllo del traffico e nel campo applicativo della sicurezza stradale in condizioni di scarsa visibilità o in presenza di ostacoli pericolosi. Nello stato presente della tecnica, il problema della scarsa visibilità dovuta in particolare a nebbia intensa ha avuto varie proposte di soluzione, più o meno valide secondo il tipo di tecnica impiegata.

In particolare, le soluzioni finora proposte possono essere classificate in due grandi gruppi:

1. gruppo dei sistemi montati a bordo dei veicoli;

2. gruppo dei sistemi di controllo esterni con capacità di allarme o addirittura di guida automatica sulle strade, che ha dato luogo recentemente a una proposta di automazione su nastri scorrevoli, con spostamento dei veicoli in autostrada su nastri guidati.

Il 1° gruppo, quello della guida assistita da sistemi di bordo, comprende a sua volta due sottogruppi, che sono rispettivamente quello basato sulle tecniche passive e quello basato sulle tecniche attive.

Il sottogruppo basato sulle tecniche passive prevede l’uso di visori nell’infrarosso, cioè di camere termiche che consentono una maggiore visibilità in condizioni diffìcili, cioè di nebbia non molto intensa, a causa della maggiore penetrazione della radiazione infrarossa rispetto a quella dello spettro visibile. Questi dispositivi hanno un basso rapporto efficacia/costo, a causa dell’ elevatissimo costo dei visori nell’infrarosso, che possono dare un’immagine ad alta risoluzione, ma costano quanto un’automobile dì piccole o medie dimensioni.

Il sottogruppo basato sulle tecniche attive comprende essenzialmente le tecniche elettroottiche, cioè sistemi emittenti brevi impulsi laser nello spettro infrarosso che agiscono come radar ottici, in cui il segnale generato dal bersaglio per retro-diffusione viene rivelato da un sensore che ne misura la forma e il tempo d’arrivo, e quindi determina la velocità e la distanza del bersaglio. Queste tecniche sono state applicate in due modi:

(a) tecniche attive con impulsi laser nel vicino infrarosso, che non permettono notevoli distanze di rivelazione in caso di nebbia molto fitta, e sono inoltre soggette a effetti di «jamming» (accecamento) del radar nel caso in cui il veicolo dotato di tale apparato incroci altri veicoli aventi a bordo il medesimo sistema attivo d’allarme;

(b) tecniche basate sull’uso di sistemi radar di piccole dimensioni installati a bordo di un’automobile. Questi radar generano un impulso, normalmente di frequenza molto elevata (intorno ai 60-90 GHz), che colpisce l’ostacolo ed è rivelato come «scattering retro-diffuso», e quindi rivela la presenza dell’ostacolo e ne misura la distanza. Gli svantaggi di tale soluzione sono sia la difficoltà d’installare un’apparecchiatura di alte prestazioni e di basso costo, sia il fatto che un tale dispositivo, se installato a bordo di ogni veicolo, creerebbe saturazione nella zona dove passano i veicoli che generano segnali elettromagnetici di altissima densità, soprattutto i veicoli che viaggiano nella medesima direzione e nel verso opposto rispetto al veicolo considerato. Tali veicoli, oltre a creare problemi di compatibilità elettromagnetica, causerebbero forti accecamenti del rivelatore e del ricevitore montati a bordo del veicolo considerato, dando luogo a problemi di discriminazione tra veri e falsi allarmi.

L’invenzione qui descritta è in grado di superare le limitazioni tipiche delle tecniche sopra indicate e consiste essenzialmente in un sistema cooperativo strada-veicolo per la rivelazione di ostacoli, che può essere installato a basso costo e con alta efficienza ai bordi di un’autostrada.

Il presente sistema comprende un sensore infrarosso passivo molto semplice con pochi elementi (circa un centinaio), cioè inferiore di tre ordini di grandezza alle termo-camere nel numero di pixels, avente costi che oggi, grazie alla tecnologia dei microbolometri operanti a temperatura ambiente, possono essere contenuti entro le centinaia di migliaia di lire, e quindi adatti a ogni tipo di veicoli e in particolare alle automobili.

Tale sensore fornisce non un’immagine (che potrebbe distrarre l’attenzione del guidatore) ma un allarme indicativo della presenza di un ostacolo sulla sede stradale. Ciò avviene perché il suddetto sensore compie una misura differenziale tra la distribuzione di temperatura ai bordi della strada (che nel caso di un’autostrada è nettamente distinguibile, essendo data dalla presenza di guardrail s metallici, che hanno certamente una temperatura più bassa rispetto a quella di qualsiasi ostacolo) e la distribuzione di temperatura della sede stradale compresa tra i bordi, dove può trovarsi qualsiasi ostacolo, la cui presenza è rivelata dalla radiazione elettromagnetica proveniente da un oggetto più caldo dei bordi della strada.

Questo fatto offre il vantaggio di un’altissima capacità di discriminazione degli oggetti rivelati dal sensore. In particolare, i veicoli che precedono il veicolo considerato sono nettamente distinguibili a causa delle alte temperature che caratterizzano il tubo di uscita dei gas di scarico di tali veicoli. Il sensore rivela pertanto una pluralità di segnali ben diversi da quelli provenienti dalle altre zone fredde della strada.

Il presente sistema comprende, oltre al sensore montato a bordo del veicolo, anche piccoli emettitori di radiazione elettromagnetica installati sui guardrails, proprio nelle sedi oggi occupate dai catarifrangenti. Tali emettitori sono essenzialmente elementi riscaldati a bassissimo costo (qualche migliaio di lire), alimentati direttamente dalla rete elettrica (per esempio, a corrente alternata 220V, 50Hz). Questi emettitori possono rivelati in modo diretto e sincrono dal sensore montato sul veicolo. A tale scopo, nel veicolo sono installati due piccoli ricevitori, del tipo del sensore sopra descritto, all’ interno dei fari ottici del veicolo medesimo. Tali ricevitori, trattati opportunamente, costituiscono l’antenna focalizzante del veicolo nello spettro infrarosso.

L’invenzione qui descritta permette la rivelazione di sorgenti elettromagnetiche che sono facilmente riconoscibili dai ricevitori di bordo e che hanno un’intensità di segnale migliaia di volte superiore all’intensità del segnale di fondo. Ciò avviene perché tali sorgenti sono rivelate nell’infrarosso in modo modulato, anche se Γ emissione dei singoli emettitori è relativamente piccola (pari a qualche watt).

La presente invenzione fornisce inoltre un sistema a rete operante lungo tutta la struttura viaria. A tale scopo, in ciascun sito emittente sono montati anche dei ricevitori, ciascuno dei quali guarda una pluralità (per esempio, tre) di emettitori corrispondenti posti sull’altro lato della strada rispetto al lato del ricevitore, e rivelano la presenza di eventuali ostacoli interposti tra ogni singolo ricevitore e gli emettitori a esso contrapposti. Tale rivelazione di ostacoli sulla sede stradale avviene con un segnale sonoro e luminoso, che viene ricevuto da tutti i veicoli presenti nel raggio d’azione di tale segnale, anche da quelli che non hanno a bordo il sistema infrarosso d’allarme. I conducenti di tali veicoli possono così rallentare ed evitare il tamponamento. Il sistema qui descritto è completamente innovativo rispetto a quelli resi disponibili dal presente stato della tecnica, in quanto esso si compone di: • un sistema di bordo avente bassissima complessità ma altissima specializzazione (esso ha infatti pochissimi elementi sensori, dell’ordine di un centinaio, rispetto agli oltre centomila presenti in una termocamera, con l’enorme abbassamento di costo che ne deriva, e con il vantaggio di una sensibilità più alta rispetto a quest’ultima, poiché i sensori dell’invenzione qui descritta funzionano automaticamente come elementi rivelatori di differenza di temperatura, ed hanno perciò una capacità discriminatoria molto più alta di quella di un’immagine diffusa e non ben definita, che si può ottenere anche nell’infrarosso anche in caso di nebbia);

• un sistema stradale cooperante con il sistema di bordo suddetto, che è l’elemento determinante dell’altissima capacità di rivelazione di ostacoli e della bassissima probabilità di falso allarme; tale sistema stradale opera con una struttura di elementi emittenti e riceventi distribuiti lungo la rete viaria, che hanno una capacità di rivelazione autonoma della presenza di ostacoli e quindi di allarme in loco.

Ne risulta pertanto una notevole capacità di guida, come quella oggi usata negli aeroporti, ma con il vantaggio di avere emettitori che operano nell’ infrarosso anziché nel visibile e hanno quindi una maggiore penetrazione nella nebbia, e che possono inoltre essere modulati e quindi regolati con altissimo vantaggio in termini di rapporto segnale/rumore rispetto a segnali di tipo continuo.

L’invenzione è ora descritta con riferimento alle figure allegate, a scopo illustrativo e non limitativo, nella configurazione presentemente preferita dall’inventore. Tuttavia l’invenzione può essere realizzata anche in modo diverso, senza per questo variare i concetti fondamentali.

Elenco delle figure:

La Fig. 1 mostra i due sensori intelligenti 1 e Γ e il telemetro 20 installati a bordo del veicolo 10, di cui è rappresentata solo la parte frontale. Detta figura mostra inoltre gli elementi trasmittenti 2, 2', 2", ... e riceventi 3, 3', 3",... installati al lato sinistro della strada 12 e i corrispondenti elementi trasmittenti 2bu, 2'bs, 2"bi . e riceventi 3bu, 3'1⁄2, 3"bi,, ... installati al lato destro della strada. La figura mostra inoltre un ostacolo 11 eventualmente presente sulla sede stradale.

La Fig. 2 mostra in particolare la parte anteriore del veicolo 10 e gli alloggiamenti in cui sono installati i due sensori intelligenti 1 e Γ e il telemetro 20.

La Fig. 3 è un diagramma a blocchi che mostra l’elaborazione dei due segnali li e ΙΓ, ricevuti rispettivamente dal sensore 1 e dal sensore Γ, dal momento della ricezione fino al momento in cui viene dato un segnale d’allarme nel caso di presenza dì ostacoli sulla sede stradale.

La Fig. 4 è un diagramma a blocchi che mostra l’elaborazione dei segnali infrarossi emessi dagli elementi trasmittenti 2, 2', 2", 2b», 2'ba, 2"bb, ... installati nei guardrails ai due bordi della strada e dei segnali infrarossi emessi naturalmente da tutti gli altri oggetti presenti nell’ambiente.

Bisogna precisare che l’invenzione sopra descritta può funzionare, sia pure con minori prestazioni, utilizzando solo la strumentazione a bordo del veicolo, anche in assenza degli elementi trasmittenti 2, 2', 2", ...; 2b», 2'w*, 2"b«, ... e degli elementi riceventi 3, 3', 3", ...; 3b», 3'bù, 3"b«, ... installati ai bordi della sede viaria.

Il funzionamento della presente invenzione è chiaramente indicato nella parte caratterizzante di rivendicazione 1. Le rivendicazioni dipendenti mostrano altre caratteristiche utili dell ’ invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un sistema di allarme per la guida in condizioni di scarsa visibilità di qualsiasi veicolo (10), sia esso aereo, terrestre o navale, detto sistema comprendendo essenzialmente un sistema primario passivo di rivelazione montato a bordo di detto veicolo (10) e basato su sensori intelligenti chiamati anche «smart sensors» (1 e Γ) operanti nell’ infrarosso, caraterizzato dal fatto che detti sensori intelligenti (1 e Γ) ricevono e rivelano le radiazioni elettromagnetiche naturali emesse da qualsiasi tipo di ostacolo (11), in quanto essi sono tali da percepire gradienti di temperatura anche minimi (minori di 0,1 °C) dovuti a variazioni di dete emissioni elettromagnetiche nella loro distribuzione spaziale.
2. Il sistema rivendicato in rivendicazione 1, caratteri zzato dal fatto di mettere in funzione, solo in caso di pre-allarme conseguente alla rivelazione di un ostacolo (11), un telemetro attivo (20) che invia impulsi elettromagnetici (radar o elettroottici) capaci di misurare nel tempo anche la distanza tra detto veicolo (10) e detto ostacolo (11).
3. Il sistema rivendicato in ^rivendicazione 1 o in rivendicazione 2, caraterizzato dal fato di usare, a sostegno della funzione di allarme fornita da detto sistema primario passivo, anche un sistema secondario attivo di tipo ottico, cooperante con deto sistema primario, che illumina il percorso di deto veicolo (10) individuando e segnalando qualsiasi tipo di ostacolo (11) che sia collocato lungo detto percorso.
4. Il sistema rivendicato in rivendicazione 1, deto sistema comprendendo, oltre a detto sistema di rivelazione passivo montato a bordo di detto veicolo (10), anche un sistema attivo, cooperante con detto sistema passivo, basato su una pluralità di elementi trasmittenti (2, 2', 2", 2κ«, 2'bi», 2"bi,, ...) e riceventi (3, 3', 3", 3b», 3'^ 3"*,; ...) operanti anch’essi nell’infrarosso e installati ai bordi delle strade, per esempio nei guardrail negli alloggiamenti normalmente usati per i catarifrangenti, aventi funzione di aiuto alla guida di detto sistema passivo montato a bordo di detto veicolo; caratterizzato dal fatto che detto sistema attivo emette, per mezzo di detti elementi trasmittenti (2, 2', 2", ...; 2bh, 2'bu, 2”bit, ...), segnali infrarossi che sono ricevuti sia da detti sensori (1 e Γ) fornendo cosi informazioni che definiscono i bordi della carreggiata ai conducente di detto veicolo, sia da detti elementi riceventi (3, 3', 3", ... 3bi«, 3'bù, 3"bis, ...) fornendo così un allarme sonoro e/o visibile nel caso d presenza di ostacoli (11) interposti tra detti elementi riceventi e conrispondenti elementi trasmittenti installati al lato opposto dalla carreggiata.
5. Il sistema rivendicato in rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti sensori (1 e Γ), nel caso in cui essi percepiscano un allarme, possono attivare un telemetro attivo (20) di tipo radar o di tipo «laser range fìnder», installato a bordo di detto veicolo (10), per ottenere conferma deirallarme ricevuto e per ottenere inoltre una misura della distanza tra l’eventuale ostacolo rivelato (11) e il veicolo (10).
6. Il sistema rivendicato in rivendicazione 4 o in rivendicazione S, caratterizzato dal fatto che detto sistema può essere o totalmente passivo, come rivendicato in rivendicazione 4, oppure integrato con una misura telemetrica attiva fornita da detto telemetro (20), come rivendicato in rivendicazione 5, ma in quest’ultimo caso detta misura telemetrica attiva è eseguita in un tempo brevissimo, dell’ordine di alcuni millisecondi, nel caso in cui fosse percepito un allarme proveniente da detti sensori (l e i’), eliminando praticamente il rischio di accecamento o «jamming» di detti sensori (1 e Γ) a causa di radiazioni elettromagnetiche provenienti da detto telemetro attivo (20).