SU1699827A1 - Устройство дл поддержани безопасной дистанции между автомобил ми в потоке - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к системам автоматизированного управлени  автомобилем с использованием локационных датчиков и особенно эффективно при управлении автомобил ми, перевоз щими людей, опасные грузы или специальное оборудование . Цель изобретени  - повышение безопасности движени  автомобил  в потоке путем задани  оптимальной интенсивности торможени  в экстренной ситуации. Устройство содержит передний и задний локационные датчики 1 и 2, фиксирующие рассто ни  и относительные скорости движени  по отношению к переднему и заднему автомобил м, блоки 4 и 5 опредепени  абсолютных скоростей этих автомобилей и о Ч

Description

датчик J .се.1, сй и« pec i.-i. Поддержание в неькстрен.ной ситуации безопасной дистанции осуществл етс  подсистемой с однонаправленным спожонпе. путем расчета в ч безопасной дистанции, сравнени  ее в блоке 7 с действительной и подачи CMS нала рассогласовани  на исполнительный механизм разгона 8 или замедлени  9 и сигнализатор 10, К подсистеме двунаправленного слежени  кооме датчиков относ тс  блок 12 оптимального замедлени  автомобил , контроллер 11 экстренного режима i коммутатор 13. При движении в блоке 1 пепреоывно по величинам скоростей всех трех автомобилей и дистанции до следующего сзади автомобили рассчитываетс  оптимальное замедление, при котором обеспечиваетс  минимальна  т жесть последствий столкновени  авто.по- бителей в экстренной ситуации,. Это замедление реализуетс  лишь тогда, когда контроллер 11 по изменению скорости впереди идущего автомобил  определит превышение его замедлени  над пороговым значением м выработает сигнал управлени  коммутатором 13, который пропустит сигнал оптимального замедлени  на гиехэнизм 9 и сигнализатор 10. 6 ил,

Изобретение о.моетс  к автомоОиль- нойтехии е, а именно к системам автоматического и -автоматизированного управлени  автомобилем не пользующим локационные датчики, л может быть особенно полезно дл  автомобилей, перевоз щих людей, о.таснме грузы УЛИ специальное оборудование ,

Цель изобретен ;, - повышение безопасности движз IMP автомобил  в потоке путем задан л  огти о, ы-юй интенсивности тормо (енит в зкг греиной ситуации.

На фш предегавлена обща  схема ус- тройс в-1 ог  по, цьржим ш безопасной ди- сганц./ , на диг 2 - cxei-ia блока расчета безопасной листан ь- Блгча сравнени  безопасной л пеЛстаитслоЧои дистанций; на фиг, о - 1ы uGrnoornepa экстренного режима и комм i с сера; ,а фиг 4 и Ь - зависимости оцгчок степени г жесж столкновений а точоб 1л.; о-. у аное чвин-тос  замедлен ил а зюи.ыЕгил , управл емою устройством , а ф .г 6 ргфики, илгюстриру- ющйе ,е otcpux параметров движени  ипго о5итьльй на птимальное замедление ав1омооил 

Устройство д.ч поддерхаи   безопасной дистанции (Лиг 1) содержит передний и за дни1 локаииоРыме датчики 1 и 2, датчик 3 собствен ой скорости аотпмсбил , блок 4 onpe.uGjiSfiS in скорости впереди движу дегосч аьыр-оби;и, бло 5 Г|рвдепе- ни  скорости с ади слзцу.ощего автомобил , блок 6 paGie1 а бззоп сной дистанции до впереди движущегос  ае.пмобш  , блок 7 грзь -ениг, дистанции с дейст- витепьгюи исполнительные механизмы 8 и

9 разгона и замедлени  автомобил , сигнализатор 10 опасности дл  сзади следующего автомобил , контроллер 11 экстренного режима, блок 12 расчета параметра оптимизации - оптимального замедлени  автомобил  и коммутатор 13, Блок 12 состоит из квадратора 14, блоков 15-18 умножени , делител  19 напр жени  и сумматор 20. Передний локационный датчик 1 имеет два

выхода; выход сигнала дистанции 812 до впереди идущего автомобил  и выход сигнала относительной скорости Ui2 с ним Задний датчик 2 аналогично имев выходы сигнала дистанции S23AO сзади следующего

автомобил  и относительной скорости U23 с ним. Блоки 4 и 5  вл ютс  простейшими сумматорами Отрицательный вход сумматора блока 4 соединен с выходом сигнала относительной скорости переднего датчика

1, а положительный вход - с еыходом датчика 3 собственной скорости, Сумматор 5 tvseeT два попожительных входа, один из которых соединен с выходом датчика 3 собственной скорости, другой - с выходом сигнала относительной скорости заднего датчика 2, Выходы блока 4 и датчика 3 подключены соответственно к первому и второму входам блока 6 расчета безопасной дистанции 5б12- выход которого соединен с

первым входом блока 7 сравнени  дистанций . Второй вход блока 7 св зан с выходом сигнала рассто ни  Si2 до впереди движущегос  автомобил  переднего датчика 1. Первый выход блока 7 соединен с входом

исполнительного механизма 8 разгона, второй - с входом исполнительного механизма 9 замедлени  и с сигнализатором 10 Вход контроллера 11 подключен к выходу блока

4 определени  скорости впереди движущегос  автомобил . Четыре входа блока 12 расчета оптимального замедлени  (2onm автомобил  св заны по отдельности соответственно с выходом сигнала рассто ни  $23 до сзади следующего автомобил  датчика 2, с выходом блока 4 определени  скорости Ui впереди движущегос  автомобил  с выходом датчика 3 собственной скорости U2 автомобил  и с выходом блока 6 определени  скорости из сзади следующего автомобил .

Указанна  совокупность параметров используетс  в блоке 12 дл  определени  такого оптимального замедлени  автомобил  в экстренной ситуации, при котором обеспечиваетс  равенство оценок степени т жести возможных столкновений с движущимс  впереди и сзади автомобил ми в случае экстренного торможени  переднего автомобил  и при соответствующей тормозной реакции операторов следующих за ним автомобилей, второй из которых оборудован предлагаемым устройством, а третий управл етс  водителем. Входными переменными дл  блока 12  вл ютс  $23, Ui. LJ2 и Уз, что  вл етс  достаточным дл  определени  по указанному выше критерию опта- мального замедлени . поскольку принимаем, что при текущее регулировании обеспечиваетс  поддержание безопасной дистанции и необходима  п та  переменна  - рассто ние Si2 определ етс  равенством Si2 Sei2. а безопасна  дистанци  характеризуетс  скорост ми U, и 1)2. Выход блока 12 соединен с первым входом коммутатора 13, второй вход которого подключен к выходу контроллера 11, а выход св зан с исполнительным механизмом 9 замедлени  автомобил  и сигнализатором 10. В блоке 12 вход квадратора 14 соединен с третьим входом (сигнал U) блока 12, первые входы блоког 5 и 16 умножени  - с четвертым входом {сигнал Us) блока 12, второй вход блока 15 умножени  и первый вход блока 17 умножени  - с ретьик« входом блока 12. второй вход блока 17 и первый вход блока 18 умножени  - с вторым входом блока 12 (сигнал Ui), вторые входы блоков 16 и 18 - с первым зходог i (сигнал 5зз) блока 12. Сумматор 20 имеет дес ть входов, первый из которых подключен к выходу делител  19 напр жени  входы с второго по п тый - соответственно к первому, второму , третьему и четвертому входам блока 12, шестой вход- к выходу квадратора 14, входы с седьмого по дес тый - соответственно к выходам блоков 18, 17, 16 и 15 умножени . Выход сумматора 20  вл етс 

выходом блока 12 расчета оптимального за медленна. Такое устройство блока 12 обуславливаетс  необходимостью обеспечение следующего соотношени  между входными

и вы/одними сигналами:

- bo + bl $23 + Ь2 Ui - ЬЗ U2 - b

Us 15 U22 + be 823 Ui + by -S23 Us -L

bs

U2 + bg U2 Us, м/с.

0)

где коэффициенты равны:

Ьо--10.28;bi 0,038;

U2 -0,928;Ьз 1,643;

34 0,261;bs -0,0292;

06-0,0213;by -0,0292;

bt 0,0224;bg -0,0299.

Оценка дисперсии ошибок расчетов по соотношению (1) составл ет 0,72 м2/с4 Выражение (1) справедливо дл  значений входных параметров в диапазонах

523 (5-25) м; Ui (10-25) м/с;

U (10-25) м/с; Уз (15-30) м/с и при коэффициенте сцеплени  колес с дорого - (f - 0,7

Соотношение (1) получено методом им 1тзционного моделировани  параметров движени  оассмэтриваемой i руппы лвтомо- бтей чр;ч экстренных торможени х с уче- том перерз пределени  энергии при по ,ецэпзтельных столкновени х, а также с испслозоран ем оптимизационной процедуры по критери м раьенсгва оценок сте- пэы столкновений. В исходных учтены следующие средне-статистические значени  параметров быстродействи  гоомозлых приводов при экстренных тормо-ке м х: чрем  нар стзни  замедле- Htfc. впереди движущегос  аатомсбип  оаьго0.2 дрем  запаздывание исполните . ,ъиого v,ex3HM3Ma зак.едлени  автомо- бм/ Я, ообрудованн гс предлагаемым У, поиететм, 0,3 с; врем  нарастани  за медлсьи этого автомобил 

Тн. - Т J2onm Jniax ,

где Тнггах - 0,3 с - врем  нарастани  замедлени  при реализации максимально возможного по услови м сцеплени  колес с досогой замедлени  jmax -98 (f при ко- / сцеплени  - 0 7, врем  ре- зкцил водител  сзади следующего автомобил  1,0 г; ррем  запаздывани  при- этого автомобил  0 2 г, а врем  нара- стани/ замедлени  0,2 с Коэффициенты передачи входов с первого по дес тый сум- 20 соответственно оавнн Ь0 bi, b2, Ьз, b4, bs be, be b, by

Безопасьаи дистанциа 5ь«,; значение оторой рассчитываетс  в (ню-р 6 опреде етс  следующим состчоа,

5б12 (ТС2 4 0,5 ГН2 ) М. +

2J2

1

2J1

VI 4- С .

(3)

где Tea врем  запаздывани  автоматизированного исполнительного механизма замедлени ;

ГН2 врем  нарастани  замедлени ;

J2 и ji установившиес  замедлени  автомобил , оборудованного устройством, и впереди движущегос  соответственно;

С - запас дистанции.

Согласно (3) блок 6 вычитани  Зб12 (фиг.2) содержит два квадратора 21 и 22, делитель 23 напр жени  и сумматор 24, Входы квадратора 21 соединены с первым входом блока 6, второго квадратора 22 - с вторым входом блока 8. Сумматор 24 имеет четыре входа, К первому подключен выход делител  23 напр жени , к второму- выход квадратора 21, к третьему - выход квадратора 22, к четвертому - второй вход блока

6.Коэффициенты передачи входов сумматора соответственно равны С; (-1/2- Ji); (1/2 Jz); ( тс2+ 0,5 гна). Выход сумматора

24 вл етс  выходом блока 6, Этот выход подключен к первому входу блока 7 сравнени  дистанций, Блок 7 содержит сумматор

25и разделительные диоды 26 и 27. Положительный вход сумматора 25 соединен с первым входом блока 7, отрицательный - с вторым входом блока, а выход сумматора св зан через диод 26, включенный в обратном направлении, с первым выходом блока

7,а через диод 27, включенный в пр мом направлении, - с вторым выходом блока 7, Контроллер 11 (фиг. 1) предназначен дл  определени  ззмедлрни  впереди движущегос  автомобил  и дл  выработки управл ющего сигнала на автоматическое торможение с оптимальным замедлением, когда замедпение впереди движущегос  автомобил  превышает допустимое. Контроллер содержит (фиг.З) дифференциатор 28, делитель 29 напр жени  и компаратор 30. Вход дифференциатора св зан с входом контроллера, а выход - с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к выходу делитеп  29 напр жени . Выход компаратора  вл етс  выходом контроллера.

Коммутатор 13 выполн етс  на основе транзистора 31 (в простейшем виде), например , p-n-р типа. Эмиттер транзистора  вл етс  первым (силовым) ьходом коммутатора, соединенным с выходом блока 12. база транзистора, как управл ющий вход коммутатора , св зана с выходом контроллера.

Коллектор подключен к выходу коммутатора.

Исполнительные механизмы 8 и 9 рпз- гона и замедлени  автомобил  (фи-.1)  сл ютс  устройствами со след щим действием. Механизм 8 разгона аыполн  етс , например, в виде автоматизированного привода топливоподачи двигател  автомобил  (рейки топливного насоса или

дроссельных заслонок карбюратора). Механизм 9 замедлени   вл етс  злектро- вакуумногидравлическим электропневматическим , электрогидравлическим высокого давлени , электромагнитным или иного типа автоматизированным приводом колесных тормозных механизмов автомобил .

Устройство работает следующим образом ,

Изменение текущих параметров движени  (Ui, , Us, 812, 823) автомобилей непрерывно фиксируетс  датчиками 1, 2 и 3 (фиг.1), В сумматоре 4 по сигналу относительной скорости Ui2 с впереди движущимс  автомобилем с переднего локационного

датчика 1 и сигналу собственной скорости 1)2 с датчика 3 рассчитываетс  скорость Ui впереди идущего автомобил :

Ui U2-Uia.(4)

В сумматоре 5 скорость Кз сзади следующего автомобил  определ етс  по величине собственной скорости U2 с датчика 3 и

относительной скорости U23 со сзади следующим автомобилем с заднего локационного датчика 2:

Уз U2 + U23 .(5)

В блоке 6 по значени м скоростей Ui и U2 оцениваетс  безопасна  дистанци  Зб12 в соответствии с выражением (3). При этом делитель 23 напр жени  (фиг.2) подает на вход сумматора 24 сигнал, пропорциональный запасу дистанции С, квадратор 21 - сигнал, пропорциональный U, квадратор 22 - U22- а с второго входа блока 6 сигнал U2. Сигнал на выходе сумматора

соответствует величине безопасной дистанции . Блок 7 сравнени  дистанций определ ет разность AS Зб12 Si2 управл ет подачей сигнала рассогласовани  на тот или иной исполнительный механизм. Отрицательный сигнал рассогласовани  (A S 0) с выхода сумматора 25 проходит через диод 26 на первый выход блока 7 и далее к исполнительному механизму 8 разгона, что приводит к его включению, к увеличению скорости автомобил , к уменьшению текущей дистанции Si2 и к увеличению безопасной дистанции 5б12 В результате сигнал рассогласовани  приводитс  к нулю . При Д S 0 сигнал с выхода сумматора

25 поступает через диод 27 на исполнительный механизм 9 замедлени  (фиг.1), а также на сигнализатор 10. Происходит уменьшение скорости и восстановление равенства между Si2 и 5б12 Так работает в предлагаемом устройстве подсистема однонаправленного слежени  и поддержани  безопасной дистанции.

Одновременно и непрерывно в процессе текущего движени  контроллер 11 и блок 12 расчета оптимального замедлени  обрабатывают информацию, необходимую дл  работы подсистемы двухнаправленного слежени . Квадрат 14 блока 12 вырабатывает сигнал U2 , блоки 15-18 умножени  - сигналы (U2 Уз), (S23 Уз), (U 1 Ua) и (S23 Ui) соответственно, которые поступают на входы сумматора 20 вместе с сигналом с делител  19 напр жени , соответствующим посто нному коэффициенту bo. Сумматор 20 формирует сигнал оптимального замедлени  J2onm по соотношению (1), подаваемый на выход блока 12 и далее на первый (силовой) вход коммутатора 13.

Дифференциатор 28 контроллера (фиг.З) по изменению скорости впереди идущего автомобил  оценивает его замедление J1, которое подаетс  на первый вход компаратора 30. Пороговое значение замедлени  jnp, подаваемое на второй вход компаратора 30 от делител  29 напр жени , соответствует режиму экстренного торможени  при заданном коэффициенте сцеплени  с дорогой. Сигнал управлени  коммутатором и далее исполнительным механизмом замедлени  по вл етс  на выходе компаратора 30; вл ющемс  и выходом контроллера в целом, лишь тогда, когда интенсивное замедление впереди идущего автомобил  вызывает аварийную ситуацию, т.е. при Ji jnp.

Дл  повышени  надежности срабатывани  контроллера величину порогового замедлени  можно установить на уровне

jnp (0,90 - 0,95) jmax(6)

Когда така  экстренна  ситуаци  возникает , в коммутаторе на базу транзистора 31 подаетс  сигнал управлени  с контроллера 11. Транзистор открываетс  и на выход коммутатора пропускаетс  сигнал оптимального замедлени  с первого входа коммутатора 13.

На фиг.4 и 5 иллюстрируетс  возможность и пути выбора оптимального режима автоматического торможени  автомобил  (оптимального замедлени ) при различных услови х движени . Оценочными параметрами , характеризующими уровень безопасности движени ,  вл ютс  оценки W и А/23 степени т жести возможных столкновений со впереди движущимс  и со сззд.1 следующим автомобил ми соответственно. 5 Смысл оценок Wi2 и W23 состоит в определении потер нной при столкновени х кинетической энергии автомобилей, приход щейс  на единицу их массы, что и характеризует степень т жести столкно10 венмй. При выборе этих оценок прин то во- внимание, как и дл  известного устройства, следующее, Считаем, что т жесть столкновени  пропорциональна энергии удара, тогда степень т жести оцениваетс  величи- 15 ной потер нной кинетической энергии при столкновении. Столкновение автомобилей можно отнести к типу абсолютно неупругих ударов, т.е. таких, при которых вс  потер нна  кинетическа  энерги  расходуетс , нз0 пример, на деформацию кузовов. Дл  такого типа удара потер нна  кинетическа  энерги  пропорциональна квадрату относительной скорости между автомобил ми в момент столкновени . Поэтому конкретно

5 степень т жести оцениваетс  величиной квадрзта относительной скорости к ту столкновени .

Оценки Wi2 и W23 определ ютс  при расчете по исходным координатам относи0 тельного положени  (рассто ни  Si2 до впереди идущего и $23 до сзади следующего автомобилей), абсолютным скорост м автомобилей (LH - впереди движущегос , U 2 - управл емого устройством, из - сзади сле5 дующего) и по характеристикам процесса торможени  в опасной ситуации, вызванной экстренным торможением впереди идущего автомобил  и последующей реакцией всех сзади следующих. Коэффициент сцеплени 

0 колес с дорогой принимаем посто нным дл  всех колес и всех автомобилей и равным у 0.7. При начальных значени х 512 0,1м; 823 22м; Ui - 22,8 м/с; U2 12,2 м/с; Us i7,2 м/с увеличение

5 интенсивности торможени  автомобил , управл емого устройством (j2 - установившеес  замедление этого автомобил , фиг.4), приводит к уменьшению степени т жести WIT столкновени  со впереди движущимс 

0 автомобкгзм (график 32) вплоть до предотвращени  его при J2 ,4 м/с . Однако, при дальнейшем увеличении замедлени  (более 4,2 м/с ) будут возникать соударени  со сзади следующим автомобилем (крива 

5 33 - оценка Л/23 степени т жести). Таким образом, существует зона оптимальных

замедлений (2.4 J2o

4 2} м/с дл 

которой также справедливо выражение IAW - I Wi2 - W2J Kmm , (7)

а в данное cn iae -- С,

Прм иных начальных услови х движени  (дл  фиг.5 Si2 13 м 2Г 22 м; Ui 22.8 м/с; U -22,8 м/с; Уз- 27,8 м/с) варьированием замедлени  предотвратить столкновени  с обои/ автомобил ми невозможно . Задание величин i от 0,5 до 5,5м/с обуславливает уменьшение оценки Wi2 (график 35) и увеличение Л/23 (график 36), при этом прежде происходит соударение с впереди идущим автомобилем . При ,5 м/с первичным становитс  соударение со сзади следующим автомобилем . За счет перераспределение энергии, масс в соудар ющихс  группах автомобилей при J2 5,5 м/с7 на оценочных характеристиках имеютс  скачки. Разность Д W оценок (график 37) уде one гвг.р ет. условию (7) при J2 3,5 м/с и J2 5,8 м/с2, однако оптимальным принимаем значение 3,5 м/с так как оно удовлетвор ет еще одному, дополнительному условию: SW Wi2 + (8)

Характер изменени  оптимрльного замедлени  автомобил  в процессе движени  иллюстрируетс  графиками на фиг.6. Зависимость J2nom f(t) (график 3В), где t - текущее врем , получена по соотношению (1) при следующих частных услови х: Ui Uib - sin (0,35 t)(график 39);

IJ2 22 м/с - consi(график 40);

из и3н + 0,5 t(график 4 i);

Si - Son(график 42);

(U Ы-(график 43)где UiH 22 м/с U,-,u - 16 м/с; 5 м

При эадг-нгом очр ироозн   независимь х пеое ЗгН /ч 23, Ui, Li2 и Уз требуемое ОГПИЬРГ.ЬНСС замедление нэхо дитс  в пределах (|;,9-Й,4) г,/-2. Это означает , что n(JM возн кчиве ич экстренных ситуаций осущес rpr.fi . тор(чоч:ение с максимальной 11 ч и с (лью требуетс  не в каждом случае, Кчиполое сильное вли ние на J2onm. .уд, пс .еншо (}, оказывает величчьз собственно скорости автомобил .

Применение предлагаемого устройства обеспечивает зл счет осуществлени  в экстренных .п ;с юрможений с интенсивностью , в общем случае меньшей максимально возможной nj услови м сцеплени  колес с дорогой, снижение ве- ро тносш Олгиыровки колег автомобил  заноса, потери устойчивости и управл емости , уменьшение изгосй шин и нагруженно- сти механических узлов, уменьшение расхода знерпта па прмвеценпе. в действие механизма зэ о пенил, увеличение его срока служоы и надежности, Все это повышает безопасность движени  и снижает т жесть и народно-хоз йственные потери тех столкновений, которые невозможно предотвратить.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  поддержани  безопасной дистанции между автомобил ми в потоке , содержащее передний и задний локационные датчики, датчик собственной скорости автомобил , блоки определени  скорости движущихс  впереди и сзади автомобилей, блок расчета безопасной

   дистанции до впереди движущегос  автомобил , блок сравнени  безопасной и действительной дистанций, исполнительные механизмы разгонэи замедлени  автомобил , сигнализатор опасности дл 

   сзади следующего автомобил , контроллер экстренного режима и блок расчета параметра оптимизации, имеющий четыре входа , первый из которых соединен с выходом сигнала дистанции до сзади следующего авгомобил  заднего локационного датчика, второй - с выходом блока определени  скорости впереди движущегос  автомобил , третий - с выходом датчика собственной скорости автомобил , четвертый - с выходом блока определени  скорости сзади следующего автомобил ,причем состоит блок расчета параметра оптимизации из сумматора , делител  напр жени , четырех блоков умножени  и квадратора, при этом

   первые входы первого и второго блоков умножени  соединены с четвертым входом блока расчета, первый вход третьего блока умножени  и вход квадратора - с третьим входом блока расчета, второй вход третьего

   и первый вход четвертого блоков умножени  - с вторым входом блока расчета, вторые входы второго и четвертого блоков умножени  - с первым входом блока расчета , з из дес ти входов сумматора первый

   подключен к выходу делител  напр жени , входы с второго по п тый - соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам блока расчета, шестой вход сумматора - к выходу квадратора, входы с седьмо0 го по дес тый - соответственно к выходам четвертого, третьего, второго и первого блоков умножени , а выход сумматора  вл етс  выходом блока расчета параметра оптимизации , отличающеес  тем, что, с целью

   5 повышени  безопасности движени  автомобил  в потоке путем задани  оптимальной интенсивности торможени  в экстоенной ситуации, оно снабжено подключенным к входу исполнительного механизма замедлени  коммутатором с

   управл ющим и силовым входами, св занными соотвенно с выходом контроллера и выходом блока расчета параметра оптимизации, а второй вход

   Замедление

   первого блока умножени  блока расчета параметра оптимизации подсоединен к третьему входу блска расчета.

   К блокам 9иЮ

   2 опт От блока 12

   Фиё.З

   Фиг. vL

   &W,

   f2

   С

   1 P

   §|

   it

   «|,

   Јx-#

   Г

   $ -58

   О

   Замедление

   faonm, /сг.

   2,

   M

   S

   /7

   7

   e

   tx

   2

   0

   5

   §7

   51

   2l

   JZ,M/CZ

   Фиг. 5