RU2557107C1 - Тракторный агрегат с системой ограничения доступа к его управлению - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к промышленным и сельскохозяйственным тракторам и агрегатам на их базе, в частности к бульдозерам. Тракторный агрегат содержит остов с ДВС и трансмиссией, ходовую систему, состоящую из колесного или гусеничного движителя и подвески, кабину с рабочим местом оператора, рабочее оборудование, органы и приводы управления ДВС, трансмиссией и/или рабочим оборудованием, панель оператора и контроллер, формирующий сигналы разрешения/блокирования действий оператора по запуску ДВС, управлению ДВС, трансмиссией и/или рабочим оборудованием, или сигналы, обеспечивающие их принудительную остановку. Реализовано ограничение допуска оператора к управлению тракторным агрегатом не только до начала (до запуска ДВС), но и непосредственно в процессе его работы, если возникли основания для прекращения этого допуска. К ним относятся изменение эксплуатационных или природно-климатических условий или режимов работы тракторного агрегата, его перемещение за границы разрешенной зоны работы для данного оператора, превышение максимально допустимого времени непрерывной работы оператора, низкая активность, неадекватность или замедленность действий оператора по управлению тракторным агрегатом. Устанавливаются дополнительные условия для допуска оператора к управлению тракторным агрегатом - наличие допуска к управлению данным тракторным агрегатом, тракторным агрегатом данного типа или тягового класса, допуска к выполнению тех технологических операций, для осуществления которых приспособлен данный тракторный агрегат, допуска к управлению в данных эксплуатационных и/или природно-климатических условиях, нахождение оператора в кресле, отсутствие алкогольного или наркотического опьянения оператора и т.д. Изобретение обеспечивает повышение эффективности предотвращения несанкционированного допуска оператора к управлению тракторным агрегатом перед началом и в процессе его работы, в том числе обеспечение блокирования этого управления и остановки тракторного агрегата при возникновении оснований для прекращения этого допуска, обусловленных изменениями условий и режимов работы тракторного агрегата, а также повышение безопасности работы тракторного агрегата. 23 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к промышленным и сельскохозяйственным тракторам и агрегатам на их базе, в частности к бульдозерам.

Известна машина с электронной системой ограничения доступа оператора к запуску двигателя внутреннего сгорания (ДВС), содержащая стартер, источник энергии, замок зажигания, тяговое реле, управляемый ключ, микроконтроллер со встроенным компаратором напряжения, к которому подключены датчик частоты вращения коленчатого вала ДВС и источник опорного напряжения [1].

Недостатком этой машины являются ограниченные функциональные возможности по ограничению доступа оператора к ее управлению, поскольку в ней не реализована защита от несанкционированного доступа к управлению трансмиссией и рабочим оборудованием машины. Кроме того, ограничение доступа оператора к запуску ДВС с помощью ключа зажигания не в полной мере исключает несанкционированный доступ к запуску ДВС, поскольку ключом может воспользоваться другое лицо, если этот ключ утерян или умышленно передан этому лицу.

Наиболее близким к предложенному является тракторный агрегат с системой ограничения доступа к его управлению (ограничения недозволенного использования), содержащий ДВС, электропривод управления ДВС с заслонкой в трубопроводе выхлопных газов, блок управления (контроллер) и кодовое устройство, соединенное с ним. Для управления кодовым устройством используется проводной или беспроводной ключ [2].

Его недостатком также являются ограниченные возможности по предотвращению несанкционированного оператора к управлению тракторным агрегатом, поскольку в нем не реализована защита от несанкционированного доступа к управлению трансмиссией и рабочим оборудованием, а также не предусмотрена возможность блокирования доступа к этому управлению после запуска ДВС.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение эффективности предотвращения несанкционированного допуска оператора к управлению тракторным агрегатом перед началом и в процессе его работы, в том числе обеспечение блокирования этого управления и остановки тракторного агрегата при возникновении оснований для прекращения этого допуска, обусловленных изменениями условий и режимов работы тракторного агрегата.

Дополнительным техническим результатом является повышение безопасности работы тракторного агрегата за счет сокращения случаев нарушений руководства по эксплуатации тракторного агрегата путем исключения доступа неквалифицированного персонала к его управлению.

В тракторном агрегате с системой ограничения доступа к его управлению, содержащем остов с ДВС и трансмиссией, ходовую систему, состоящую из колесного или гусеничного движителя и подвески, соединяющей движитель с остовом, кабину с рабочим местом оператора, именуемого также машинистом, трактористом и т.п., рабочее оборудование, органы и приводы управления ДВС, трансмиссией и/или рабочим оборудованием, панель оператора и контроллер, соединенный с органами и приводами управления и формирующий сигналы разрешения/блокирования действий оператора по запуску ДВС, управлению ДВС, трансмиссией и/или рабочим оборудованием, или формирующий сигнал остановки ДВС и/или движения тракторного агрегата, указанные технические результаты достигаются за счет того, что контроллер формирует указанные сигналы разрешения/блокирования действий оператора, либо принудительной остановки ДВС и/или тракторного агрегата, в зависимости от результатов реализуемой этим контроллером проверки выполнения, по меньшей мере, одного из следующих условий:

- наличия допуска оператора к управлению данным тракторным агрегатом, тракторным агрегатом данного типа или тягового класса, допуска к выполнению технологических операций, для осуществления которых приспособлен данный тракторный агрегат, или той технологической операцией, которую должен выполнять тракторный агрегат после начала его работы;

- наличия допуска оператора к управлению тракторным агрегатом в данных эксплуатационных и/или природно-климатических условиях;

- наличия активности оператора по управлению рабочим оборудованием и/или трансмиссией;

- соответствия времени реакции оператора на изменения тягового усилия, буксования движителя и/или положения рабочего органа или остова трактора, контролируемые с помощью датчиков параметров работы тракторного агрегата, соединенных с контроллером, типовому времени реакции оператора, заданному в виде интервала времени, границы которого предварительно записаны в энергонезависимой памяти контроллера, либо увеличения указанного времени реакции оператора во время работы тракторного агрегата не более чем на предварительно установленную величину или в установленное число раз;

- адекватности воздействий оператора на органы управления тракторным агрегатом и тех изменений тягового усилия, буксования движителя и/или положения рабочего органа или остова трактора, выявляемых датчиками параметров работы тракторного агрегата, на компенсацию которых направлены эти воздействия;

- соответствия времени непрерывной работы оператора на тракторном агрегате, контролируемого контроллером с использованием часов реального времени, его максимально допустимой продолжительности, предварительно записанной в энергонезависимую память контроллера;

- нахождения оператора в кресле в кабине тракторного агрегата;

- отсутствия алкогольного или наркотического опьянения оператора, выявляемого с помощью соответствующего датчика, подключенного к контроллеру.

Кроме того, для достижения указанных технических результатов, в тракторном агрегате с системой ограничения доступа к его управлению с помощью контроллера и, при необходимости, дополнительно установленных и подключенных к контроллеру датчиков, могут быть дополнительно реализованы, в частности:

- проверка активности оператора путем выявления наличия в течение установленного интервала времени его воздействий на органы управления, в частности, с уменьшением/увеличением этого интервала времени при увеличении/уменьшении скорости движения и/или тягового усилия тракторного агрегата;

- изменение (корректировка) типового времени реакции оператора на изменения тягового усилия, буксования движителя и/или положения рабочего органа или остова трактора в зависимости от суточного цикла активности и частных особенностей оператора;

- проверка адекватности каждого управляющего воздействия оператора реальному изменению тягового усилия, буксования движителя и/или положения рабочего органа или остова трактора, на компенсацию которого направлено это воздействие, по критерию отсутствия его перерегулирования или уменьшения этого изменения в установленное число раз, с последующей статистической обработкой (усреднением) отдельных результатов этой проверки;

- ввод с панели оператора индивидуального кода-пароля и последующая идентификация оператора путем сравнения этого кода-пароля с данными, предварительно записанными в энергонезависимую память контроллера и/или полученными с удаленного терминала по проводной или беспроводной линии связи;

- считывание идентификационных данных об операторе и его последующая идентификация путем сравнения считанных данных с данными, предварительно записанными в энергонезависимую память контроллера и/или полученными с удаленного терминала по проводной или беспроводной линии связи, а также проверка наличия допуска оператора к запуску ДВС, управлению ДВС, трансмиссией и/или рабочим оборудованием в зависимости от результатов этой идентификации. В частности, считывание биометрических данных оператора с помощью датчика отпечатков пальцев, видеокамеры или микрофона и обработка этих биометрических данных либо контактное или бесконтактное считывание идентификационных данных об операторе с устройства энергонезависимой памяти, размещенного в смарт-карте, чип-карте, удостоверении оператора, паспорте, флеш-накопителе USB, SD-карте, устройстве мобильной сотовой связи (сотовом телефоне и т.п.), транспондере, RFID-метке или ином устройстве, находящемся у оператора;

- дополнительная проверка наличия допуска оператора, после его идентификации, к управлению данным тракторным агрегатом, или тракторным агрегатом данного типа или тягового класса, или к выполнению технологических операций, для осуществления которых приспособлен данный тракторный агрегат или той технологической операцией которую должен выполнять тракторный агрегат, или к управлению тракторным агрегатом в данных эксплуатационных и/или природно-климатических условиях, путем считывания или приема данных о наличии такого допуска с того же источника данных, с которого получены идентификационные данные об операторе, из энергонезависимой памяти контроллера или от удаленного терминала;

- ограничение максимальных значений тягового усилия и/или скорости движения тракторного агрегата индивидуально для каждого оператора путем формирования, в случае их превышения, предупреждающего сигнала для оператора или сигнала принудительной остановки ДВС и/или тракторного агрегата:

- ограничение максимальных значений тягового усилия и/или скорости движения тракторного агрегата, а также установка состава и/или вида параметров, отображаемых на панели оператора, и/или предоставление оператору возможности считывания и/или изменения данных, хранящихся в энергонезависимой памяти контроллера, в зависимости от профессии или функции, выполняемой данным оператором, информация о которой получена с того же источника данных, с которого получены идентификационные данные об операторе, из энергонезависимой памяти контроллера или от удаленного терминала;

- формирование и передача на панель оператора, после его идентификации, информационных и/или предупреждающих сообщений в текстовой и/или речевой форме с использованием языка наиболее удобного для данного оператора;

- учет продолжительности времени работы и отдыха каждого оператора, после их идентификации, например, путем контроля их присутствия в кресле с помощью датчика усилия, встроенного в сиденье кресла, датчика вертикального перемещения подрессоренного сиденья кресла или емкостного датчика присутствия оператора в кресле, запись этого времени в энергонезависимую память контроллера для хранения с возможностью считывания в случае необходимости, а также выявление нарушений установленного режима труда и отдыха каждого оператора, информация о котором предварительно записана в энергонезависимую память контроллера или получена от удаленного терминала, формирование и передача на панель оператора предупреждающего сигнала о наличии этого нарушения и/или формирование сигналов остановки ДВС и/или тракторного агрегата, если управление тракторным агрегатом осуществляет оператор, допустивший такое нарушение.

- проверка наличия у оператора допуска к управлению тракторным агрегатом на грунтах с низкой несущей способностью и/или вблизи обрывов;

- ограничение доступа оператора к управлению тракторным агрегатом в зависимости от полученной, например, от удаленного терминала по радиоканалу и/или сети Интернет, информации об эксплуатационных или природно-климатических условиях работы тракторного агрегата и информации о допуске данного оператора к работе в этих условиях, учитываемой контроллером при формировании сигналов разрешения/блокирования действий оператора по запуску ДВС, управлению ДВС, управлению трансмиссией и/или рабочим оборудованием, причем к информации об эксплуатационных условиях работы тракторного агрегата отнесена информация о его проведенном или предстоящем техническом обслуживании (ТО) и/или планово-предупредительном ремонте (ППP), а к информации о природно-климатических условиях - информация об уклоне грунтовой поверхности, связности или несущей способности почвы или грунта, наличии дождя и/или тумана, уровне внешней освещенности зоны работы тракторного агрегата, температуре окружающего воздуха и/или его запыленности, с использованием, при необходимости, датчиков параметров, характеризующих природно-климатические условия работы тракторного агрегата, установленных на тракторном агрегате и подключенных к контроллеру;

- ограничение допустимой зоны работы тракторного агрегата, оснащенного приемником системы глобального спутникового позиционирования (GPS, ГЛОНАСС, Галилео), подключенным к контроллеру, в энергонезависимой памяти которого предварительно записана информация о границах этой допустимой зоны, введенная с панели оператора, записанная с мобильного носителя информации или полученная от удаленного терминала, путем сравнения с помощью контроллера текущего местоположения тракторного агрегата с допустимой зоной его работы и формирования, в зависимости от результатов этого сравнения, предупреждающих информационных сигналов, передаваемых на панель оператора, и/или сигналов управления ДВС и/или трансмиссией, причем допустимая зона работы устанавливается, в частности, индивидуально для каждого оператора;

- объединение между собой контроллера, панели оператора, органов и приводов управления ДВС, трансмиссией и/или рабочим оборудованием, а также датчиков параметров работы тракторного агрегата и/или устройства считывания данных об операторе, шиной последовательной цифровой передачи данных, выполненной с физическим уровнем промышленной сети CAN по стандарту ISO 11898 и с реализацией протокола высокого уровня CANopen, DeviceNet, CAN Kingdom или J193 9.

Реализация указанных отличительных признаков изобретения позволяет создать тракторный агрегат, в котором ограничение допуска оператора к его управлению (запрет управления) осуществляется не только до начала работы тракторного агрегата (до запуска ДВС), но и непосредственно в процессе его работы, если возникли обстоятельства, дающие основания для прекращения допуска оператора к этому управлению.

К таким обстоятельствам, в соответствии с различными альтернативными признаками изобретения, относятся, в частности, изменение эксплуатационных или природно-климатических условий или режимов работы агрегата, перемещение тракторного агрегата за границы разрешенной зоны работы для данного оператора, превышение максимально допустимого времени непрерывной работы оператора, а также низкая активность, неадекватность или замедленность действий оператора по управлению тракторным агрегатом, обусловленная ухудшением технического состояния тракторного агрегата или функционального состояния человека-оператора.

Реализация этих признаков, не известных из уровня техники, обеспечивает повышение эффективности предотвращения несанкционированного допуска оператора к управлению тракторным агрегатом в процессе его работы, в том числе блокирование этого управления и остановку тракторного агрегата при возникновении оснований для прекращения этого допуска.

К этому же результату приводит реализация других альтернативных признаков изобретения, не известных из уровня техники, согласно которым устанавливаются дополнительные условия для допуска оператора к управлению тракторным агрегатом, а именно наличие у оператора допуска к управлению данным тракторным агрегатом, тракторным агрегатом данного типа или тягового класса, допуска к выполнению технологических операций, для осуществления которых приспособлен данный тракторный агрегат или той технологической операцией, которую должен выполнять тракторный агрегат после начала его работы, допуска к управлению в данных эксплуатационных и/или природно-климатических условиях, нахождение оператора в кресле, отсутствие алкогольного или наркотического опьянения оператора и т.д.

Одновременно достигается повышение безопасности работы тракторного агрегата за счет сокращения случаев нарушения требований руководства по его эксплуатации путем исключением допуска к управлению неквалифицированного персонала.

Соответственно, реализация как одного из указанных отличительных признаков изобретения, так и одновременно нескольких отличительных признаков в их любом сочетании, приводит к достижению одних и тех же указанных технических результатов и находится с ними в прямой причинно-следственной связи.

На чертеже представлена упрощенная схема тракторного агрегата с системой ограничения доступа к его управлению.

Он содержит остов, на котором установлены ДВС 1 и трансмиссия 2, ходовую систему, состоящую из колесного или гусеничного движителя 3 и подвески, соединяющей движитель с остовом, кабину 4 с рабочим местом оператора, рабочее оборудование 5, а также систему управления, совмещенную с системой ограничения доступа, в состав которой входят, по меньшей мере, органы 6 и приводы 7 управления ДВС 1, трансмиссией 2 и/или рабочим оборудованием 5, панель оператора 8 и контроллер 9.

Трансмиссия 2 базового трактора может быть механической, гидромеханической, гидростатической или электрической.

Органы управления 6, в зависимости от исполнения приводов управления 7 ДВС, трансмиссией и рабочим оборудованием 5, могут быть выполнены в виде электрических джойстиков, гидравлических аппаратов управления или механических рычагов, переключателей и т.п.

Для управления работой ДВС 1, трансмиссией 2 и/или рабочим оборудованием 5 от контроллера 9, в том числе для блокирования их работы (принудительной остановки ДВС и тракторного агрегата), приводы 7 могут иметь дополнительные электрические входы управления. Например, гидравлический привод управления 7 может содержать электрогидравлический клапан, при снятии напряжения с которого осуществляется блокирование движения управляемого им механизма.

Контроллер 9, преимущественно электронный микропроцессорный, может именоваться также блоком управления, управляющим контроллером, микропроцессорным контроллером и т.д., что не имеет принципиального значения.

В состав контроллера 9 входит энергонезависимое запоминающее устройство (блок памяти) 10, часы реального времени 11, цифровой вычислитель 12 и устройство ввода/вывода информации 13, выполняющее функции проводного или беспроводного интерфейса при обмене информации с внешним (не входящим в состав тракторного агрегата) устройством считывания или терминалом 14.

Основные функциональные блоки контроллера 9 могут быть реализованы на основе микроконтроллера. В частности, в виде единой микросхемы могут быть реализованы энергонезависимое запоминающее устройство 10, часы реального времени 11, цифровой вычислитель 12 и сигнальная часть устройства ввода/вывода информации 13.

Внешнее устройство 14, использующееся для передачи в контроллер 9 идентификационной информации об операторе и информации о наличии и условиях его допуска к управлению тракторным агрегатом либо для контактного или бесконтактного считывания этой информации, выполнено в виде устройства энергонезависимой памяти, например микросхемы с соответствующим проводным или беспроводным интерфейсом. Это устройство может быть размещено в смарт-карте, чип-карте, удостоверении или паспорте оператора, флеш-накопителе USB, SD-карте, устройстве мобильной сотовой связи (сотовом телефоне, смартфоне и т.п.), транспондере, RFID-метке или ином устройстве, находящемся у оператора. Запись информации в это устройство осуществляется, преимущественно, в стационарных условиях с помощью персонального компьютера и программатора.

Внешнее устройство 14 может быть выполнено также в виде удаленного компьютерного терминала, обеспечивающего проводную или беспроводную связь контроллера 9 тракторного агрегата с внешним компьютером через сеть Интернет, радиоканал связи, сеть сотовой связи GSM/GPRS, CDMA или систему спутниковой подвижной связи.

Датчики 15 рабочих параметров работы тракторного агрегата, а также эксплуатационных и природно-климатических условий его работы могут быть как дискретными (пороговыми, релейными), так и аналоговыми (пропорциональными).

К датчикам рабочих параметров тракторного агрегата 15 относятся, в частности, датчики теоретической скорости левого и правого борта (датчики угловой скорости бортовых редукторов или ведущих колес), тягового усилия трактора, угловой скорости ДВС, мгновенного расхода топлива или уровня топлива в баке, температуры охлаждающей жидкости, температуры и давления в системе смазки ДВС и трансмиссии, буксования движителя трактора и т.д.

В состав датчиков 15 может входить навигационное или инерциальное измерительное устройство, выполненное, в общем случае, на основе 3-осевого гироскопа, 3-осевого акселерометра и/или приемника глобальной навигационной спутниковой системы ГЛО-HACC/GPS, позволяющее определить (измерить) утлы продольного и поперечного наклона трактора (наклона грунтовой поверхности), действительную скорость его движения, буксование движителя и местоположение тракторного агрегата.

К датчикам 15 природно-климатических условий работы тракторного агрегата относятся датчики, обеспечивающие возможность прямого или косвенного измерения уклона грунтовой поверхности (креномер или указанное навигационное или инерциальное измерительное устройство), связности или несущей способности почвы или грунта (оцениваемые, например, по глубине погружения движителей в грунт или по соотношению тяговое усилие/буксование движителей), наличия дождя, тумана, температуры и запыленности окружающего воздуха, уровня внешней освещенности зоны работы тракторного агрегата и т.д.

Эксплуатационные условия работы тракторного агрегата в общем случае определяются техническими, организационными и производственными условиями его работы, созданными в результате проведения системы организационных, технических и технологических мероприятий при использовании всего парка тракторных агрегатов или данного тракторного агрегата. Информация об этих условиях передается на тракторный агрегат, преимущественно с удаленного терминала 14. Отдельные эксплуатационные условия, например, относящиеся к техническим условиям, непосредственно влияющим на состояние узлов и систем тракторного агрегата, и предполагающие выполнение работ, направленных на поддержание их работоспособности, например своевременность или полнота проведенного технического обслуживания (ТО), могут быть измерены с помощью датчиков 15.

К датчикам 15 относится также датчик присутствия оператора в кресле в кабине тракторного агрегата, выполненный в виде датчика усилия, встроенного в сиденье этого кресла, датчика вертикального перемещения подрессоренного сиденья кресла (например, концевого выключателя) или емкостного датчика присутствия оператора.

Состав датчиков 15 в общем случае определяется при разработке тракторного агрегата в зависимости от его конструкции и требуемого уровня надежности предотвращения несанкционированного допуска различных лиц к его управлению.

На тракторном агрегате может быть установлено устройство считывания 16 биометрических данных об операторе, выполненное в виде датчика отпечатков пальцев, видеокамеры или микрофона. В этом случае цифровой вычислитель 12 контроллера 9, работающий по программе, записанной в энергонезависимой памяти 10, выявляет особенности отпечатков пальцев, черт лица или речи оператора и далее осуществляет его идентификацию. Возможна также программная обработка биометрической информации и соответствующее выявление ее особенностей, позволяющих идентифицировать конкретного оператора, непосредственно в устройстве считывания 16.

Контроллер 9, панель оператора 8, органы 6 и приводы 7 управления ДВС 1, трансмиссией 2 и рабочим оборудованием 5, а также датчики 15 и другие электронные или электромеханические устройства, если они имеются на тракторном агрегате, соединены между собой, предпочтительно, шиной последовательной цифровой передачи данных, выполненной с физическим уровнем промышленной сети CAN (Controller Area Network), определенным в стандарте ISO 11898, и протокола высокого уровня CANopen, или DeviceNet, или CAN Kingdom, или J1939. Возможно также применение интерфейса цифровой передачи данных LIN (Local Interconnect Network - интерфейс для автомобильных систем), J1850 (SAE), CarLink, VAN, A-bus, RS-232C (СОМ - порт), RS-485 (Recommended Standard 485), «токовая петля», MIDI, MicroLAN, Ethernet, USB и т.д.

ДВС 1, предпочтительно дизельный, может иметь отдельный контроллер и отдельные датчики параметров его работы, которые также подключены к шине CAN или к иной шине последовательной цифровой передачи данных.

Возможно также применение параллельных линий (отдельных проводов) для связи между собой отдельных электронных устройств тракторного агрегата.

Панель оператора 8 выполнена, предпочтительно, на основе микроконтроллера и содержит графические (например, цветные жидкокристаллические), символьные и/или электромеханические (стрелочные) устройства отображения информации о параметрах и режимах работы трактора, а также звуковые и/или световые сигнализаторы, предупреждающие оператора об отклонениях этих параметров за пределы допустимых значений или о нарушениях правил эксплуатации тракторного агрегата. На панели оператора 8 могут быть установлены органы управления этой панелью, использующиеся, например, для переключения отображаемых параметров, а также отдельные (вспомогательные, сервисные, дублирующие) органы управления трактором и его рабочим оборудованием, выполненные, например, в виде бесконтактных или квазисенсорных клавиш, кнопок или переключателей.

Тракторный агрегат с системой ограничения доступа к его управлению работает следующим образом.

При включении напряжения питания системы управления тракторного агрегата, совмещенной с системой ограничения доступа, например, с помощью выключателя массы аккумуляторной батареи, цифровой вычислитель 12 контроллера 9, работая по программе, предварительно записанной в энергонезависимой памяти 10, через модуль ввода/вывода информации 13 передает на приводы 7 или органы управления 6 сигналы, запрещающие запуск ДВС 1 и управление трансмиссией и рабочим органом 5 тракторного агрегата.

Для начала его работы необходимо перевести систему управления в активное состояние, что возможно только после идентификации оператора.

В различных вариантах реализации предложенного тракторного агрегата, характеризующихся различными альтернативными признаками изобретения, данные об операторе, необходимые для его идентификации, передаются на цифровой вычислитель 12 контроллера 9 из различных источников.

В варианте со считыванием биометрических данных используется устройство считывания 16, регистрирующее отпечатки пальцев, голос или черты лица оператора.

В этом случае оператор, например, прикасается к кнопке включения системы управления тракторным агрегатом, к кнопке запуска ДВ. В устройстве считывания 16 реализуется, например, технология создания отображения пальца за счет использования собственного тепла это пальца. Затем специальное программное обеспечение, хранящееся в энергонезависимой памяти 10 или непосредственно в устройстве считывания 16, реализует алгоритм распознавания отпечатков пальцев либо по отдельным деталям (характерным точкам), либо по рельефу всей поверхности пальца.

Считанная информация обрабатывается в соответствии с одним из указанных алгоритмов и сохраняется в энергонезависимой памяти 10. Благодаря этому отпечатки пальцев программно преобразуются в единственно верный для данного оператора набор чисел (собственный индекс человека-оператора) и записываются в энергонезависимую память 10, при необходимости, одновременно с временем и датой этого считывания, получаемых с часов реального времени 11.

Аналогичным образом фиксируются и далее преобразуются в единственно верный для данного оператора набор чисел черты лица (при помощи фотокамеры) или особенности речи (по выходным сигналам микрофона).

При этом оператору не требуется выполнять какие-либо дополнительные операции. В то же время обеспечивается полная идентификация оператора, поскольку биометрическая характеристика человека-оператора не может быть подсмотрена, подобрана, украдена или передана другому человеку, как, например, пароль, код, специальный ключ, жетон и т.п.

В другом варианте предложенного тракторного агрегата, в котором реализован другой альтернативный признак изобретения, данные об операторе, необходимые для его идентификации, считываются с устройства 14 энергонезависимой памяти, размещенного в смарт-карте, чип-карте, удостоверении, паспорте, флеш-накопителе USB, SD-карте, устройстве мобильной сотовой связи (сотовом телефоне, смартфоне), транспондере, RFID-метке, или ином устройстве, находящемся у оператора.

Если считывание осуществляется бесконтактным способом, то оно осуществляется автоматически с помощью беспроводного интерфейса устройства ввода/вывода информации 13. Оператору при этом достаточно находиться в кресле в кабине машины. Если считывание контактное, то оператору необходимо подключить соответствующее устройство к электрическому разъему контроллера 9. Далее считанные данные цифровым вычислителем 12 аналогичным образом записываются в энергонезависимую память 10 одновременно с временем и датой этого считывания, получаемых с часов реального времени 11, если данный вариант реализации тракторного агрегата предусматривает учет времени работы оператора.

Возможен вариант реализации тракторного агрегата, в котором наличие считанной информации об операторе является для цифрового вычислителя 12 условием, достаточным для разрешения запуска ДВС и включения тракторного агрегата в работу. В этом случае эффективность предотвращения несанкционированного допуска оператора к управлению тракторным агрегатом и соответствующее повышение безопасности его работы будут относительно небольшими, поскольку в этом случае задействован лишь дисциплинирующий фактор, а именно - в случае аварии тракторного агрегата становится возможным выявить виновника этой аварии, что является психологическим барьером на пути несанкционированной работы оператора.

Контроллеру 9 для формирования сигналов разрешения/запрета управления тракторным агрегатом, наряду со считанными данными об операторе, необходима информация о тех операторах, которые имеют допуск к этому управлению.

Эта информация, при реализации различных альтернативных признаков изобретения, может быть получена от различных источников.

В одном из вариантов тракторного агрегата, данная информация для каждого оператора, допущенного к управлению тракторным агрегатом, предварительно вводится в энергонезависимую память 10 инженерно-техническим работником, ответственным за эксплуатацию тракторного агрегата, или иным лицом, с мобильного носителя информации, например, с флеш-накопителя USB, подключаемого к устройству ввода/вывода информации 13 аналогично подключению устройства 14. При этом одновременно в энергонезависимую память 10 может быть введена дополнительная информация о функциях, выполняемых данным оператором, о наличии его допуска к управлению данным тракторным агрегатом, тракторным агрегатом данного типа или тягового класса, о его допуске к выполнению технологических операций, для осуществления которых приспособлен данный тракторный агрегат, о наличии допуска оператора к управлению тракторным агрегатом в данных эксплуатационных и/или природно-климатических условиях, о допустимых для данного оператора максимальных значениях параметров рабочих тракторного агрегата (скорости движения и тягового усилии), о допустимой зоне работы, о дате очередной переаттестации оператора, о языке информационных сообщений и т.д.

В варианте реализации тракторного агрегата, при котором осуществляется считывание идентификационных данных об операторе с устройства 14 энергонезависимой памяти, размещенного в смарт-карте, чип-карте, удостоверении или паспорте оператора, флеш-накопителе USB, SD-карте, устройстве мобильной сотовой связи, транспондере, RFID-метке или ином устройстве, находящемся у оператора, дополнительная информация об операторе может считываться с этого же устройства.

В следующем варианте реализации тракторного агрегата указанная дополнительная информация об операторе передается на контроллер 9 и далее в его блок энергонезависимой памяти 10 с удаленного компьютерного терминала 14 через сеть Интернет, радиоканал связи, сеть сотовой связи GSM/GPRS, CDMA или систему спутниковой подвижной связи.

При наличии в блоке энергонезависимой памяти 10 предварительно введенных и считанных данных об операторе, цифровой вычислитель 12 производит их сравнение и, в случае их совпадения, завершает процесс идентификации оператора.

Возможен вариант реализации тракторного агрегата, в котором идентификация оператора является для цифрового вычислителя 12 условием, необходимым достаточным для разрешения запуска ДВС и допуска оператора к управлению тракторным агрегатом без каких-либо ограничений.

Однако в общем случае, в соответствии с другими альтернативными признаками изобретения, цифровой вычислитель 12 проверяет дополнительную информацию об операторе и в соответствии с ней предоставляет данному оператору лишь ограниченный допуск к управлению тракторным агрегатом.

Если, например, на основании дополнительной информации об операторе цифровой вычислитель 12 идентифицировал его как работника, осуществляющего техническое обслуживание (ТО) или ремонт тракторного агрегата, то ему может быть разрешен допуск к информации, записанной с энергонезависимой памяти 10, вывод на панель оператора 8 диагностической информации, разрешен запуск ДВС и управление трансмиссией (движением тракторного агрегата) только на пониженной скорости и с малым тяговым усилием (например, для перегона тракторного агрегата) и т.д.

Аналогичным образом цифровой вычислитель 12 устанавливает наличие различных ограничений по управлению тракторным агрегатом, установленных индивидуально для каждого оператора, и реализует их программно, формируя соответствующие сигналы на приводы 7 управления ДВС, трансмиссией или рабочим оборудованием. При этом на панель оператора передаются информационные и предупреждающие сообщения для их отображения или звукового воспроизведения на языке, наиболее удобном для данного оператора.

Условия допуска оператора к управлению тракторным агрегатом могут измениться непосредственно в процессе его работы вследствие изменения технического состояния тракторного агрегата или физиологического состояния оператора, либо в соответствии с информационными сигналами (командами), поступающими от удаленного терминала 14.

В этом случае цифровой вычислитель 12 осуществляет соответствующие изменения условий допуска оператора к управлению агрегатом и, в случае необходимости, формирует и передает на панель оператора 8 предупреждающие сигналы и/или формирует сигналы остановки ДВС и тракторного агрегата в целом. Например, отключает бортовые фрикционы и включает тормоза трактора.

В частности, цифровой вычислитель 12 сопоставляет время разрешенной работы данного оператора (времени до даты очередной переаттестации) или время до проведения ближайшего технического обслуживания (ТО) с показаниями часов реального времени 11 и, в случае их превышения, формируют соответствующие предупреждающие сигналы панель оператора 8 и далее, в случае игнорирования этих предупреждений, формирует сигналы остановки ДВС и тракторного агрегата в целом, либо ограничивает скорость его передвижения и тяговое усилие.

Для оператора с невысокой квалификацией может быть запрещена работа в темное время суток или во время дождя или снегопада, работа на уклонах. Для него могут быть установлены пониженные допустимые значения рабочих параметров тракторного агрегата в части его нагрузки или скорости передвижения, введен запрет на выполнение отдельных технологических операций или работа в отдельных условиях. Например, оператору бульдозерно-рыхлительного агрегата может быть разрешено копание грунта и запрещено его рыхление, может быть запрещена работа вблизи обрывов (на краях котлованов), на грунтах с низкой несущей способностью (в зонах, границы которых предварительно занесены в энергонезависимую память 10 и контролируются с помощью приемника GPS/ГЛОНАСС) и т.д.

На безопасность работы тракторного агрегата существенно влияет усталость оператора. Поэтому в предложенном техническом решении может осуществляться автоматический учет времени работы и отдыха каждого оператора, например, в соответствии с регламентированным режимами труда и отдыха операторов, с выдачей предупреждающих сообщений на панель оператора 8 и, при необходимости, с формированием сигналов остановки ДВС и тракторного агрегата в целом.

Для более точного контроля продолжительности работы оператора возможен учет (в частности, путем вычитания) продолжительности перерывов в работе оператора. Для этого цифровой вычислитель 12 дополнительно контролирует присутствие оператора на рабочем месте с помощью соответствующего датчика 15. По сигналу этого датчика может быть также заблокировано управление тракторным агрегатом.

В следующих вариантах тракторного агрегата цифровой вычислитель 12 дополнительно контролирует адекватность (соответствие) перемещений или усилий воздействия оператора на органы управления 6 рабочим оборудованием 5 и/или трансмиссией 2 и тех изменений тягового усилия, буксования движителя и/или положения рабочего органа или остова трактора, выявляемых контроллером 9 с помощью датчиков параметров работы тракторного агрегата 15, либо контролирует потерю оператором активности или соответствие времени его реакции на эти изменения типовому времени, установленному с учетом индивидуальных особенностей каждого оператора и его возможного увеличения во время работы тракторного агрегата вследствие накопления усталости оператора, либо наличие алкогольного или наркотического опьянения оператора, при котором запрещено управление тракторным агрегатом.

На указанные контролируемые параметры влияют как изменение технического состояния тракторного агрегата, так и потеря работоспособности оператора. Поэтому ограничение допуска оператора к управлению тракторным агрегатом с учетом этих параметров также приводит к повышению как эффективности предотвращения несанкционированного допуска оператора к управлению тракторным агрегатом, так и безопасности его работы.

В тракторном агрегате с системой ограничения доступа к его управлению может быть реализован как один из перечисленных альтернативных признаков изобретения, так и одновременно несколько признаков в их любом сочетании. При этом достигаемый уровень повышения как эффективности предотвращения несанкционированного допуска оператора к управлению тракторным агрегатом перед началом и в процессе его работы, так и безопасности работы тракторного агрегата определяется полнотой реализации этих признаков.

Для специалистов в данной области техники понятно, что кроме описанных вариантов тракторного агрегата с системой ограничения доступа к его управлению возможны также иные варианты его реализации на основе признаков, изложенных в формуле изобретения.

1. RU 2364743 C1, F02N 11/08, 20.08.2009.

2. RU 95108533 A1, B60R 25/04, 20.02.1997.

Claims (24)

1. Тракторный агрегат с системой ограничения доступа к его управлению, содержащий остов с установленными на нем двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и трансмиссией, ходовую систему, состоящую из колесного или гусеничного движителя и подвески, соединяющей движитель с остовом, кабину с рабочим местом оператора, рабочее оборудование и систему управления, совмещенную с системой ограничения доступа, в состав которой входят, по меньшей мере, органы и приводы управления ДВС, и/или трансмиссией, и/или рабочим оборудованием, панель оператора и контроллер, выполненный автономным или встроенным в панель оператора, соединенный, по меньшей мере, с одним из указанных органов и/или приводов управления, а также приспособленный для формирования сигналов разрешения или блокирования действий оператора по запуску ДВС, или по управлению ДВС, и/или трансмиссией, и/или рабочим оборудованием, или для формирования сигнала принудительной остановки ДВС и/или движения тракторного агрегата, в зависимости от результатов реализуемой этим контроллером проверки выполнения, по меньшей мере, одного из следующих условий:
а) наличия допуска оператора к управлению данным тракторным агрегатом, или тракторным агрегатом данного типа или тягового класса, или допуска оператора к выполнению технологических операций, для осуществления которых приспособлен данный тракторный агрегат, или той технологической операцией которую должен выполнять тракторный агрегат после проверки наличия допуска оператора к его управлению;
б) наличия допуска оператора к управлению тракторным агрегатом в данных эксплуатационных и/или природно-климатических условиях;
в) наличия активности оператора по управлению рабочим оборудованием и/или трансмиссией;
г) соответствия времени реакции оператора на изменения тягового усилия, и/или буксования движителя, и/или положения рабочего органа или остова трактора, выявляемые контроллером с помощью дополнительно установленных датчиков параметров работы тракторного агрегата, соединенных с контроллером, типовому времени реакции оператора, которое задано в виде интервала времени, минимальная и максимальная величины которого предварительно записаны в энергонезависимой памяти контроллера, и/или увеличения указанного времени реакции оператора во время работы тракторного агрегата не более чем на предварительно установленную величину или не более чем в установленное число раз;
д) адекватности величин перемещения или усилий воздействия оператора на органы управления рабочим оборудованием и/или трансмиссией и тех изменений тягового усилия, и/или буксования движителя, и/или положения рабочего органа или остова трактора, выявляемых контроллером с помощью дополнительно установленных датчиков параметров работы тракторного агрегата, соединенных с контроллером, на компенсацию которых направлены эти воздействия оператора;
е) соответствия времени непрерывной работы оператора на тракторном агрегате его максимально допустимой продолжительности, предварительно записанной в энергонезависимую память контроллера, с использованием часов реального времени, подключенных к этому контроллеру;
ж) нахождения оператора в кресле в кабине тракторного агрегата;
з) отсутствия алкогольного или наркотического опьянения оператора, выявляемого с помощью соответствующего датчика, подключенного к контроллеру.

2. Тракторный агрегат по п.1, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью проверки активности оператора путем выявления наличия в течение установленного интервала времени воздействий оператора на органы управления положением рабочего органа, или направлением движения, или скоростью движения тракторного агрегата.

3. Тракторный агрегат по п.2, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью уменьшения/увеличения указанного интервала времени при увеличении/уменьшении скорости движения и/или тягового усилия тракторного агрегата.

4. Тракторный агрегат по п.1, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью изменения типового времени реакции оператора на изменение тягового усилия, и/или буксования движителя, и/или положения рабочего органа или остова трактора, с учетом суточного цикла активности и частных особенностей оператора.

5. Тракторный агрегат по п.1, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью выявления адекватности величины каждого воздействия оператора на орган управления рабочим оборудованием и/или трансмиссией выявленному контроллером изменению тягового усилия, и/или буксования движителя, и/или положения рабочего органа или остова трактора, на компенсацию которого направлено это воздействие, по критерию отсутствия его перерегулирования или уменьшения этого изменения в установленное число раз, а также итоговой оценки этой адекватности путем статистической обработки адекватности отдельных управляющих воздействий за установленный интервал времени.

6. Тракторный агрегат по п.1, отличающийся тем, что панель оператора приспособлена для ввода оператором индивидуального кода-пароля, а контроллер выполнен с возможностью идентификации оператора путем сравнения введенного кода-пароля с данными по меньшей мере об одном операторе, предварительно записанными в энергонезависимую память контроллера и/или полученными с удаленного терминала по проводной или беспроводной линии связи.

7. Тракторный агрегат по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно оснащен устройством считывания идентификационных данных об операторе, подключенным к контроллеру, который приспособлен для идентификации оператора путем сравнения считанных данных с данными по меньшей мере об одном операторе, предварительно записанными в энергонезависимую память контроллера и/или полученными с удаленного терминала по проводной или беспроводной линии связи, и последующей проверки наличия допуска оператора к запуску ДВС, или к управлению ДВС, и/или трансмиссией, и/или рабочим оборудованием, в зависимости от результатов этой идентификации.

8. Тракторный агрегат по п.7, отличающийся тем, что устройство считывания данных об операторе приспособлено для считывания его биометрических данных и выполнено в виде датчика отпечатков пальцев, или видеокамеры, или микрофона, а контроллер выполнен с возможностью выявления особенностей отпечатков пальцев, или черт лица, или речи оператора.

9. Тракторный агрегат по п.7, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью контактного или бесконтактного считывания идентификационных данных об операторе, предварительно записанных в устройство энергонезависимой памяти, размещенное в смарт-карте, или чип-карте, или удостоверении, или паспорте, или флеш-накопителе USB (англ. Universal Serial Bus), или SD-карте (англ. Secure Digital Memory Card), или устройстве мобильной сотовой связи, или транспондере, или RFID-метке (англ. Radio Frequency Identification), или ином устройстве, находящемся у оператора.

10. Тракторный агрегат по по любому пп.1, 6, 7, 8 или 9, отличающийся тем, что контроллер, приспособленный для считывания или приема идентификационных данных об операторе, выполнен с возможностью считывания или приема с этого же источника данных, или из энергонезависимой памяти контроллера, или от удаленного терминала, дополнительной информации о наличии допуска данного оператора к управлению данным тракторным агрегатом, или тракторным агрегатом данного типа или тягового класса, или допуска оператора к выполнению технологических операций, для осуществления которых приспособлен данный тракторный агрегат или той технологической операцией которую должен выполнять тракторный агрегат после проверки наличия допуска оператора к его управлению, или допуска оператора к управлению тракторным агрегатом в данных эксплуатационных и/или природно-климатических условиях, причем контроллер приспособлен для проверки наличия допуска оператора к запуску ДВС, или к управлению ДВС, и/или трансмиссией, и/или рабочим оборудованием, в зависимости от указанной дополнительной информации о данном операторе.

11. Тракторный агрегат по по любому пп.1, 6, 7, 8 или 9, отличающийся тем, что контроллер, приспособленный для считывания или приема идентификационных данных об операторе, выполнен с возможностью считывания или приема с этого же источника данных, или из энергонезависимой памяти контроллера, или от удаленного терминала, информации о максимальных значениях тягового усилия и/или скорости движения тракторного агрегата, которые не вправе превышать этот оператор, при этом контроллер приспособлен для измерения тягового усилия и/или скорости движения тракторного агрегата с помощью соответствующих датчиков, подключенных к контроллеру, а также формирования и передачи на панель оператора предупреждающего сигнала о превышении указанных максимальных значений и/или формирования сигналов управления ДВС и/или трансмиссией, обеспечивающих остановку ДВС и/или тракторного агрегата.

12. Тракторный агрегат по любому из пп.1, 6, 7, 8 или 9, отличающийся тем, что контроллер, приспособленный для считывания или приема идентификационных данных об операторе, выполнен с возможностью считывания или приема с этого же источника данных, или из энергонезависимой памяти контроллера, или от удаленного терминала, информации о профессии или функциях, выполняемых данным оператором, при этом контроллер выполнен с возможностью, в зависимости от информации об этой профессии или функции, устанавливать максимальные значения тягового усилия и/или скорости движения тракторного агрегата, которые не вправе превышать этот оператор, с соответствующим формированием и передачей на панель оператора предупреждающего сигнала о превышении этих максимальных значений и/или с возможностью формировать сигналы управления ДВС и/или трансмиссией, обеспечивающие остановку ДВС и/или тракторного агрегата, и/или устанавливать состав и/или вид параметров, отображаемых на панели оператора, и/или предоставлять оператору возможность считывания и/или изменения данных, хранящихся в энергонезависимой памяти контроллера.

13. Тракторный агрегат по любому из пп.1, 6, 7, 8 или 9, отличающийся тем, что контроллер, приспособленный для считывания или приема идентификационных данных об операторе, выполнен с возможностью считывания или приема с этого же источника данных, или из энергонезависимой памяти контроллера, или от удаленного терминала, информации о наиболее удобном для данного оператора языке информационных и/или предупреждающих сообщений, а также формирования и передачи на панель оператора этих сообщений в текстовой и/или речевой форме с использованием этого языка.

14. Тракторный агрегат по любому из пп.1, 6, 7, 8 или 9, отличающийся тем, что контроллер, приспособленный для считывания или приема идентификационных данных об операторе, дополнительно выполнен с возможностью учета продолжительности времени работы и отдыха каждого оператора и записи этого времени в энергонезависимую память контроллера для хранения с возможностью считывания в случае необходимости.

15. Тракторный агрегат по п.14, отличающийся тем, что контроллер выполнен с возможностью выявления нарушений установленного режима труда и отдыха каждого оператора, информация о котором предварительно записана в энергонезависимую память контроллера или получена от удаленного терминала, а также формирования и передачи на панель оператора предупреждающего сигнала о наличии этого нарушения и/или формирования сигналов управления ДВС и/или трансмиссией, обеспечивающих остановку ДВС и/или тракторного агрегата, если управление тракторным агрегатом осуществляет оператор, допустивший такое нарушение.

16. Тракторный агрегат по п.1 или 15, отличающийся тем, что контроллер, приспособленный для считывания или приема идентификационных данных об операторе, дополнительно приспособлен для учета времени работы этого оператора путем контроля его присутствия в кресле в кабине тракторного агрегата, выявляемого с помощью подключенного к контроллеру датчика усилия, встроенного в сиденье кресла, или датчика вертикального перемещения подрессоренного сиденья кресла, или емкостного датчика присутствия оператора в кресле.

17. Тракторный агрегат по п.1, отличающийся тем, что к эксплуатационным условиям работы тракторного агрегата, учитываемым контроллером при формировании сигналов разрешения или блокирования действий оператора по запуску ДВС, или по управлению ДВС, и/или трансмиссией, и/или рабочим оборудованием, отнесена информация о проведенном или предстоящем техническом обслуживании и/или планово-предупредительном ремонте тракторного агрегата.

18. Тракторный агрегат по п.1, отличающийся тем, что контроллер приспособлен для проверки наличия у оператора допуска к управлению тракторным агрегатом на грунтах с низкой несущей способностью и/или вблизи обрывов.

19. Тракторный агрегат по п.1, отличающийся тем, что к природно-климатическим условиям работы тракторного агрегата, учитываемым контроллером при формировании сигналов разрешения или блокирования действий оператора по запуску ДВС, или по управлению ДВС, и/или трансмиссией, и/или рабочим оборудованием, отнесены уклон грунтовой поверхности, и/или вид, связность или несущая способность почвы или грунта, и/или наличие дождя, и/или наличие тумана, и/или температура окружающего воздуха, и/или его запыленность, и/или уровень внешней освещенности зоны работы тракторного агрегата.

20. Тракторный агрегат по пп.1, 17, 18 или 19, отличающийся тем, что контроллер приспособлен для приема информации об эксплуатационных и/или природно-климатических условиях работы тракторного агрегата с удаленного терминала с использованием радиоканала связи и/или сети Интернет.

21. Тракторный агрегат по пп.1, 17, 18 или 19, отличающийся тем, что он оснащен датчиками величины или интенсивности параметров, характеризующих природно-климатические условия работы тракторного агрегата, подключенными к контроллеру.

22. Тракторный агрегат по пп.1, 17, 18 или 19, отличающийся тем, что он оснащен приемником системы глобального спутникового позиционирования, подключенным к контроллеру, в энергонезависимой памяти которого предварительно записана информация о допустимой зоне работы тракторного агрегата, введенная с панели оператора, или записанная с мобильного носителя информации, или полученная от удаленного терминала с использованием радиоканала связи и/или сети Интернет, причем контроллер приспособлен для сравнения текущего местоположения тракторного агрегата с допустимой зоной его работы и формирования, в зависимости от результатов этого сравнения, предупреждающих информационных сигналов, передаваемых на панель оператора и/или формирования сигналов управления ДВС и/или трансмиссией, обеспечивающих остановку ДВС и/или тракторного агрегата.

23. Тракторный агрегат по п.22, отличающийся тем, что контроллер, приспособленный для считывания или приема идентификационных данных об операторе, дополнительно приспособлен для установки допустимой зоны работы тракторного агрегата индивидуально для данного оператора.

24. Тракторный агрегат по п.1, отличающийся тем, что контроллер, панель оператора, органы и приводы управления ДВС, и/или трансмиссией, и/или рабочим оборудованием, а также датчики параметров работы тракторного агрегата и/или устройство считывания данных об операторе, объединены между собой шиной последовательной цифровой передачи данных, выполненной с физическим уровнем промышленной сети Controller Area Network, сокращенно CAN, определенным в стандарте ISO 11898, и протокола высокого уровня CANopen, или DeviceNet, или CAN Kingdom, или J1939.