RU2144876C1

RU2144876C1 - System for detecting vehicles on lane in zone of automatic blocking devices

Info

Publication number: RU2144876C1
Application number: RU98101586/28A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Громов; В.Л. Гуревич; Л.И. Чесаков; М.Н. Шафрановский
Original assignee: Шафрановский Михаил Наумович
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 2000-01-27

Abstract

FIELD: roadway facilities. SUBSTANCE: system has more than one converter installed on roadway shoulders and connected to control unit of blocking devices. Piezoelectric converters consists of at least two layers glue together. Inner layer is made of piezoceramics and outer layer, of metal with low thermal expansion coefficient in range of temperatures from -50 to +50 C and featuring high chemical resistance. Vanadium, molybdenum, titanium or its alloys are used in making of second layer. Converters are orientated so that generated and reflected vibrations pass in parallel with roadway pavement at height providing definite recording of vehicle. EFFECT: provision of accurate detection of vehicles on lane in zone of automatic blocking devices. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области обеспечения безопасности движения, в частности, автомобильного и железнодорожного транспорта и может быть использовано при определении наличия транспортного средства на полосе движения в зонах железнодорожных переездов, а также в зонах контрольно-пропускных пунктов, предпочтительно скоростных платных автомагистралей. The invention relates to the field of traffic safety, in particular, road and rail transport and can be used to determine the presence of a vehicle in a traffic lane in areas of railway crossings, as well as in areas of checkpoints, preferably high-speed toll roads.

Известные устройства, препятствующие проезду колесного транспорта через контрольно-пропускные пункты или железнодорожные переезды, представляют собой перекрывающие полосы движения заградительные устройства в виде шлагбаумов, управляемых преимущественно посредством блоков автоматики. Предпочтительно шлагбаумы перекрывают только половину проезжей части дорожного полотна. Это позволяет объехать шлагбаум по полосе встречного движения с созданием аварийной обстановки в зоне шлагбаума. Шлагбаумы, полностью перекрывающие ширину проезжей части, не позволяют выезжать на встречную полосу движения без нарушения целостности шлагбаумов. Однако, это не позволяет исключить аварийную ситуацию в том случае, когда шлагбаумы перешли в закрытое положение, а транспортное средство уже выехало в зону переезда. Known devices that impede the passage of wheeled vehicles through checkpoints or railway crossings, are lane-blocking devices in the form of barriers, controlled mainly by automation units. Preferably, barriers block only half of the carriageway. This allows you to go around the barrier in the oncoming lane with the creation of an emergency in the zone of the barrier. Barriers that completely cover the width of the carriageway do not allow you to travel into the oncoming lane without violating the integrity of the barriers. However, this does not preclude an emergency in the event that the barriers have moved to the closed position and the vehicle has already left for the crossing zone.

Кроме того, наличие шлагбаумов не спасает от аварийной ситуации на железнодорожном переезде при преднамеренном повреждении опущенных брусьев шлагбаумов. Кроме того, использование автоматических шлагбаумов способно привести еще к одному виду аварийной ситуации, когда брус шлагбаума опускается на проходящее через переезд транспортное средство. In addition, the presence of barriers does not save from an emergency at a railway crossing in case of deliberate damage to the lowered bars of barriers. In addition, the use of automatic barriers can lead to another type of emergency, when the bar of the barrier is lowered onto a vehicle passing through the crossing.

Для повышения безопасности движения путем уменьшения вероятности возможности попадания транспортного средства на железнодорожный переезд было предложено использовать заградительные элементы в виде пластин, препятствующих въезду транспорта в зону переезда при приближении к зоне переезда железнодорожного транспорта (RU, патент 2066649 B 61 L 29/00; 1996). При приближении железнодорожного транспорта заградительные элементы из горизонтального положения переходят в вертикальное положение, полностью перекрывая возможность попадания транспортного средства в зону движения железнодорожного транспорта. Для предотвращения срабатывания системы в момент нахождения транспортного средства в зоне переезда между заградительными элементами (что, несомненно, приведет к возникновению аварийной ситуации) было предложено использовать датчик наличия объекта не переезде. Датчик представляет собой ультразвуковой локатор, соединенный со схемой формирования и обработки сигналов. Для установки необходимого размера зоны контроля, соответствующей длине крышки заградительного элемента, в схеме предусмотрена регулировка "мертвой" (ближней) зоны, в которой обнаружения не происходит, а также длины зоны контроля. Конструктивно локатор выполнен в виде единого блока в круглом герметичном корпусе, в котором установлены электроакустический преобразователь конденсаторного типа и плата электроники, на которой находятся генератор ультразвуковых импульсов, усилитель отраженных сигналов и схема временной обработки сигналов. Эти схемы соединены с блоками определения состояния заградительных элементов и выдают сигнал о появлении автотранспортного средства в контролируемой зоне. В материалах не раскрыто, каким образом ориентированы датчики относительно дорожного полотна. Однако анализ графических материалов, в частности фиг. 1, показывает, что датчики размещены в верхней части столбов, установленных по обе стороны дорожного полотна с одной стороны переезда, причем локатор ориентирован на место пересечения дорожного полотна и железнодорожного полотна. Это является откровенным недостатком известной системы контроля наличия транспортного средства в зоне железнодорожного переезда, поскольку зона между железнодорожными путями и шлагбаумами остается вне зоны контроля. Кроме того, использование электроакустического преобразователя конденсаторного типа приводит к искажению его показаний в зависимости от температуры и влажности атмосферы. Все вышеизложенное приводит к возможности возникновения аварийной ситуации в зоне переезда. Существенным недостатком известной системы следует признать также ее узкую применимость - только для железнодорожных переездов. Для контрольно-пропускных пунктов, в частности, высокоскоростных платных автомагистралей данный способ контроля не пригоден, поскольку он не позволяет контролировать пространство непосредственно над запирающим элементом. To increase traffic safety by reducing the likelihood of a vehicle getting onto a railway crossing, it was proposed to use barrier elements in the form of plates that prevent vehicles from entering the crossing zone when approaching the railway crossing zone (RU, patent 2066649 B 61 L 29/00; 1996) . When approaching railway transport, barrier elements from a horizontal position pass into a vertical position, completely blocking the possibility of a vehicle entering the railway traffic zone. To prevent the system from triggering when the vehicle was in the crossing zone between the barrage elements (which, undoubtedly, will lead to an emergency), it was proposed to use an object presence sensor not to move. The sensor is an ultrasonic locator connected to a signal generation and processing circuit. To set the required size of the control zone corresponding to the length of the cover of the barrier element, the scheme provides for adjustment of the "dead" (near) zone in which detection does not occur, as well as the length of the control zone. Structurally, the locator is made in the form of a single unit in a round sealed enclosure, in which a capacitor-type electro-acoustic transducer and an electronics board are installed, on which are located an ultrasonic pulse generator, an reflected signal amplifier, and a temporary signal processing circuit. These circuits are connected to blocks for determining the status of barrage elements and give a signal about the appearance of a vehicle in a controlled area. The materials do not disclose how the sensors are oriented relative to the roadway. However, the analysis of graphic materials, in particular FIG. 1 shows that the sensors are located in the upper part of poles installed on both sides of the roadway on one side of the crossing, and the locator is oriented at the intersection of the roadway and the railwaybed. This is an obvious disadvantage of the known system for controlling the presence of a vehicle in the railway crossing zone, since the zone between the railway tracks and barriers remains outside the control zone. In addition, the use of a capacitor-type electro-acoustic transducer leads to a distortion of its readings depending on the temperature and humidity of the atmosphere. All of the above leads to the possibility of an emergency in the relocation zone. A significant drawback of the known system should also recognize its narrow applicability - only for level crossings. For checkpoints, in particular, high-speed toll roads, this control method is not suitable, since it does not allow you to control the space directly above the locking element.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в разработке конструкции системы обнаружения наличия транспортного средства во всей охраняемой зоне. The technical problem to which the present invention is directed is to develop a design for a vehicle presence detection system in the entire protected area.

Технический результат, получаемый при реализации изобретения, состоит в повышении достоверности показаний системы. The technical result obtained by the implementation of the invention is to increase the reliability of the readings of the system.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать систему, содержащую не менее двух пьезоэлектрических преобразователей, установленных на обочинах дорожного полотна автомагистрали против заградительных устройств и ориентированных таким образом, чтобы генерированные и отраженные ультразвуковые колебания проходили параллельно поверхности дорожного покрытия на высоте, обеспечивающей регистрацию транспортного средства, при этом пьезоэлектрический преобразователь подсоединен к блоку управления заградительных устройств и выполнен в виде многослойной конструкции, содержащей не менее двух слоев, один из которых представляет собой пьезокерамический элемент, а второй - металлическую пластину, выполненную из металла с малым коэффициентом термического расширения в диапазоне температур от-50 до +50^oC с высокой химической стойкостью. В качестве подобного материала могут быть использованы титан и/или его сплавы. Кроме того, могут быть использованы, хотя и с худшим эффектом, ванадий или молибден. Предпочтительно располагать пьезоэлектрические преобразователи возле каждого заградительного элемента. Пьезоэлемент преимущественно выполнен из пьезокерамики. Установление "мертвой" зоны, а также определение наличия транспортного средства в зоне контроля происходит обычным образом. Пьезоэлемент прикреплен к металлической пластине известным путем, предпочтительно приклеиванием, однако возможны и другие варианты жесткого крепления пьезоэлемента к металлической пластине.To achieve the technical result, it is proposed to use a system containing at least two piezoelectric transducers mounted on the roadsides of the highway against anti-obstruction devices and oriented so that the generated and reflected ultrasonic vibrations pass parallel to the surface of the road surface at a height that ensures vehicle registration, at this piezoelectric transducer is connected to the blocking control unit GOVERNMENTAL devices and is designed as a multilayer structure comprising at least two layers, one of which is a piezoceramic element, and the second - a metal plate made of a metal with a low coefficient of thermal expansion from -50 to +50 ^o C temperature range with high chemical resistance. As a similar material, titanium and / or its alloys can be used. In addition, vanadium or molybdenum can be used, albeit with a worse effect. It is preferable to place piezoelectric transducers near each barrage element. The piezoelectric element is mainly made of piezoceramics. The establishment of the "dead" zone, as well as the determination of the presence of a vehicle in the control zone, occurs in the usual way. The piezoelectric element is attached to the metal plate in a known manner, preferably by gluing, however, other options for rigidly attaching the piezoelectric element to the metal plate are possible.

Изобретение иллюстрировано графическим материалом (фиг. 1), где приняты следующие обозначения: автомагистраль 1, полотно железной дороги 2, заградительные устройства 3, шлагбаумы 5 пьезоэлектрические преобразователи 4. The invention is illustrated by graphic material (Fig. 1), where the following notation is accepted: highway 1, railroad track 2, obstruction devices 3, barriers 5 piezoelectric transducers 4.

Ниже приведены предпочтительные примеры реализации изобретения. The following are preferred embodiments of the invention.

На пересечении железнодорожного полотна 2 и автомагистрали 1 на обеих полосах движения автомагистрали по обе стороны от железнодорожного полотна установлены заградительные устройства 3 в количестве четырех штук. Перед заградительными устройствами 3 на расстоянии 2 метров установлены шлагбаумы 5, перекрывающие каждый свою полосу автомагистрали 1. В 1 метре от полосы против каждого заградительного устройства 3 установлены пьезоэлектрические преобразователи в количестве 4 штук. Преобразователи 4 установлены таким образом, что ось генерируемых ультразвуковых колебаний проходит параллельно поверхности полотна автомагистрали на высоте 1,2 метра, обеспечивающей обнаружение практически всех видов транспортных средств от велосипеда до мощного тягача, находящегося над соответствующим заградительным устройством. Пьезоэлектрические преобразователи оттарированы известным образом так, чтобы проводить обнаружение только над соответствующим заградительным устройством. При приближении железнодорожного состава к зоне пересечения железнодорожного полотна и полотна автомагистрали автоматически срабатывают датчики (не показаны), приводящие в действие систему управления заградительными устройствами 3 и пьезоэлектрическими преобразователями 4. При этом процесс приведения заградительных устройств 3 в рабочее положение выполнен с запаздыванием относительно включения пьезоэлектрических преобразователей 4, поскольку только по сигналу пьезоэлектрических преобразователей 4 может быть произведено включение заградительных элементов. Пьезоэлектрический преобразователь представляет собой круглую пластину размером 43 х 2,8 из пьезокерамики ЦТС 26, приклеенную на титановую пластину толщиной 2,8 мм. Преобразователи установлены на бетонных столбиках. At the intersection of the railway 2 and highway 1 on both lanes of the highway on both sides of the railway, barrage devices 3 are installed in the amount of four pieces. In front of the barrage devices 3, barriers 5 are installed at a distance of 2 meters, blocking each of its lanes of the motorway 1. 4 pieces of piezoelectric transducers are installed 1 meter from the strip against each barrage device 3. The transducers 4 are installed in such a way that the axis of the generated ultrasonic vibrations runs parallel to the surface of the highway at a height of 1.2 meters, which ensures the detection of almost all types of vehicles from a bicycle to a powerful tractor located above the corresponding barrier device. The piezoelectric transducers are calibrated in a known manner so as to carry out detection only on the corresponding obstruction device. When the train approaches the zone of intersection of the railway and the highway, sensors (not shown) automatically activate the control system of the barrage devices 3 and piezoelectric transducers 4. The process of bringing the barrage devices 3 to working position is delayed relative to the inclusion of the piezoelectric transducers 4, since only on the signal of the piezoelectric transducers 4 can be made barrier elements. The piezoelectric transducer is a 43 x 2.8 round plate made of PZT 26 piezoceramics glued to a 2.8 mm thick titanium plate. Converters are mounted on concrete posts.

При отсутствии над заградительным элементом транспортного средства пьезоэлектрический преобразователь не вырабатывает сигнала, запрещающего приведение в действие соответствующего заградительного элемента. При наличии над заградительным элементом какого-либо транспортного средства сигнал на срабатывание заградительного устройства не вырабатывается до тех пор, пока транспортное средство не минует зону переезда. При этом блок управления заградительными элементами выполнен с возможностью регулирования паузы между закрытием первого по ходу движения транспорта по автомагистрали заградительного элемента и второго заградительного элемента, что позволяет обеспечить беспрепятственный выезд транспортного средства, находящегося над первым заградительным элементом или в зоне железнодорожного полотна. If there is no piezoelectric transducer above the vehicle’s barrier element, it does not generate a signal prohibiting the actuation of the corresponding barrier element. If there is any vehicle above the barrier element, the signal to activate the barrier device is not generated until the vehicle passes the crossing zone. At the same time, the control unit for the barrage elements is configured to regulate the pause between the closure of the first in the direction of transport along the motorway barrage element and the second barrage element, which allows for unhindered departure of the vehicle located above the first barrage element or in the area of the railway track.

При прохождении транспортным средством через пункт уплаты сборов за право проезда на платной автомагистрали возможен вариант включения заградительного устройства в тот момент, когда протяженное транспортное средство передними колесами пересекло зону заградительного элемента, а задние колеса находятся еще вне зоны заградительного элемента. В случае использования настоящего изобретения подобное включение заградительного устройства будет полностью исключено. When a vehicle passes through a point of payment of tolls on a toll motorway, it is possible to turn on a barrier device at a time when the extended vehicle with its front wheels has crossed the zone of the barrier element and the rear wheels are still outside the zone of the barrier element. In the case of using the present invention, such inclusion of a barrage device will be completely excluded.

Использование указанной в формуле изобретения конструкции пьезоэлектрического преобразователя, а также расположение и ориентация преобразователей, гарантирует получение указанного технического результата. The use of the design of the piezoelectric transducer indicated in the claims, as well as the location and orientation of the transducers, guarantees the receipt of the specified technical result.

Claims

A system for detecting vehicles in a traffic lane in the area of automatic obstruction devices, comprising more than one transducer mounted on the roadsides of the roadway and connected to the control unit of the obstruction devices, characterized in that the transducers are made piezoelectric, representing a structure comprising at least two glued together layers, the inner of which is made of piezoceramics, and the outer one is made of metal with a low coefficient of thermal expansion in Range of temperatures from -50 to +50 ^o C and high chemical durability - vanadium, molybdenum, titanium or alloys thereof, wherein the transducers are oriented so that the reflected and generated vibrations are parallel to the road surface coating at a height that ensures a confident vehicle registration.