система регистрации и восстановления параметров движения транспортного средства

Формула изобретения

1. Система регистрации и восстановления параметров движения транспортного средства, содержащая установленные на транспортном средстве измерители путевой скорости и продольной составляющей ускорения, подключенные к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя, а также регистр памяти и решающее устройство, отличающаяся тем, что в нее введены измеритель угловых скоростей и измеритель поперечных составляющих ускорения, выходы которых подключены к соответствующим входам аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен ко входу регистра памяти и ко входу решающего устройства, а также блок индикации критических параметров, блок формирования команд и последовательно соединенные блок преобразования формата данных, энергонезависимая память, блок считывания данных и блок беспроводной передачи данных, вход блока преобразования формата данных подключен к выходу регистра памяти, первый выход решающего устройства подключен к входу блока индикации критических параметров, а второй выход через блок формирования команд - к управляющему входу регистра памяти, при этом аналого-цифровой преобразователь выполнен с возможностью ввода в него данных об угловых скоростях и поперечных составляющих ускорения транспортного средства, регистр памяти - с возможностью активации процесса считывания из него информации в энергонезависимую память, а блок считывания данных - с возможностью ввода данных в носимый компьютер через стандартный интерфейс.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что измеритель угловых скоростей выполнен в виде трех установленных ортогонально друг другу гироскопических датчиков.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что энергонезависимая память выполнена в виде флэш-памяти.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок беспроводной передачи данных выполнен в виде Bluetooth-узла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам обеспечения безопасности дорожного движения и предназначено для контроля параметров движения транспортного средства (ТС), предупреждения возникновения аварийных ситуаций на дороге и обеспечения условий для объективного расследования обстоятельств дорожно-транспортного происшествия (ДТП).

В современных условиях высокого уровня автомобилизации общества одним из важных направлений обеспечения безопасности дорожного движения является контроль за соблюдением водителями ТС скоростного режима, своевременное предупреждение аварийной ситуации и создание необходимых условий для объективного расследования ДТП.

В этих условиях очень важно найти те способы и технические средства, которые, с одной стороны, стимулировали, а с другой - заставляли бы водителей соблюдать правила дорожного движения.

Одним из таких средств, применяемых в обязательном порядке на крупнотоннажных грузовых ТС и в многоместных автобусах, является регистратор маршрутных данных или тахограф. Это автоматическое бортовое устройство, устанавливаемое взамен спидометра или совместно с ним и предназначенное для непрерывной индикации и регистрации скорости движения, пробега и периодов труда и отдыха водителя ТС.

Опыт применения тахографов убедительно доказывает, что его наличие на ТС способствует развитию у водителей навыков безопасного управления. Аварийность снижается в среднем на 25-30%, уменьшается число конфликтов между водителями и сотрудниками государственной инспекции во время анализа причин ДТП.

При расследовании ДТП анализ записи тахографа позволяет с посекундной точностью восстановить ход событий и уменьшить вероятность неправильных выводов.

Госстандартом России к обязательной установке на грузовые автомобили массой свыше 15 т и на автобусы с числом мест больше 20 определены официально признанные (Европейским соглашением о работе экипажей ТС) тахографы Kienzle 1318 (Германия). Информация об этих приборах представлена на Web-сервере журнала "За рулем".

Принцип работы тахографов Kienzle 1318 основан на обработке электрических сигналов, поступающих с импульсного датчика пути/скорости, устанавливаемого на коробке передач. Указанные параметры движения ТС автоматически регистрируются с помощью самописца на персональном диаграммном диске. Диаграммный диск, используемый в качестве носителя информации, изготовлен из специальной бумаги, на которую последовательно нанесены: слой черной краски, слой прозрачного пластика и слой оксида цинка. Поверх этих слоев типографским способом нанесены шкалы и знаки. Запись производится иглой, которая удаляет слой оксида цинка, обнажая слой черной подложки.

При необходимости контролировать обороты двигателя, расход топлива, режимы работы специализированного оборудования на ТС устанавливаются соответствующие датчики, а в тахографе - дополнительные самописцы.

Недостатком указанных тахографов является использование устаревшей технологии регистрации данных с помощью самописца.

Более технически совершенными и удобными в пользовании являются цифровые регистраторы маршрутных данных.

Так, в патенте US 4188618, G 08 G 17/00, 12.02.1980 описан цифровой тахограф для записи параметров ТС, содержащий установленный на борту ТС измеритель динамических параметров ТС, который содержит измеритель скорости ТС и выполнен с возможностью непрерывной записи цифровых данных, соответствующих другим измеренным параметрам ТС (скорости вращения вала двигателя, расходу горючего и др.), цифровой дисплей, выполненный с возможностью оперативного выборочного отображения мгновенных значений измеренных параметров ТС, блок хранения данных, выполненный с возможностью установки на борту ТС для непрерывного приема и записи сигналов, соответствующих измеряемым параметрам ТС, установленный вне ТС компьютерный терминал, а также канал связи, выполненный с возможностью оперативной передачи из установленного на борту ТС блока хранения данных в компьютерный терминал выбранных фрагментов записей параметров ТС, при этом компьютерный терминал выполнен с возможностью выборочного считывания данных с борта ТС.

Указанное техническое решение реализовано, в частности, в цифровом регистраторе BR-6800/6802 фирмы Baoruh Electronic Co, Ltd. (Тайвань). Он включает в себя 32-битный микроконтроллер, флэш-память на 128 кбайт и память на жестком диске на 8 Мбайт с возможностью расширения до 128 Мбайт, имеет 16 входов для записи цифровых сигналов, 8 входов для записи аналоговых сигналов и 7 цифровых выходов. Считываемая из флэш-памяти информация может быть передана по каналам связи в центр обработки для последующего анализа (www.baoruh.com.tw).

Регистратор BR-6800/6802 является универсальным прибором, который может быть установлен на различных типах ТС в качестве дополнительного электронного оборудования. С одной стороны, такая универсальность является достоинством данного прибора, а, с другой стороны, его недостатком, поскольку обуславливает его высокую стоимость. Кроме того, регистратор BR-6800/6802 недостаточно эффективен при ДТП, поскольку на аварийном участке (от начала ДТП до полной остановки ТС) требуются более полный набор записываемых параметров движения и более высокая разрешающая способность записей.

Известны регистраторы маршрутных данных, позволяющие регистрировать параметры движения ТС при ДТП с более высокой частотой и, соответственно, с более высокой разрешающей способностью, чем в штатном режиме. Это позволяет более полно и точно восстановить картину ДТП.

К этому классу систем регистрации и восстановления параметров движения ТС относится, в частности, система по патенту US 4987541, G 06 F 13/00, 22.01.1991, которая содержит последовательно соединенные входной интерфейс, микрокомпьютер и блок памяти, входной интерфейс содержит последовательно соединенные первый формирователь сигналов и частотомер, а также импульсный генератор, подключенный к второму входу частотомера, и второй формирователь сигналов, входы которого подключены к бортовым источникам непрерывных сигналов, микрокомпьютер включает в себя последовательно соединенные регистр сдвига и модулятор кодовой последовательности, а также блок сжатия данных/контроллер памяти, адресный контроллер и задающий генератор, первый выход которого подключен к входу блока сжатия данных/контроллера памяти, а второй выход - к второму входу модулятора кодовой последовательности, блок памяти содержит блок хранения данных, записываемой в штатной ситуации, блок хранения данных, записываемых в аварийной ситуации, и вспомогательный блок памяти, адресные входы блока хранения данных, получаемых в штатной ситуации, связаны с соответствующими выходами блока сжатия данных/контроллера памяти, выход которого с помощью шины связан с входом блока хранения данных, записываемых в штатной ситуации, адресные и информационные входы блока хранения данных, записываемых в аварийной ситуации, связаны с соответствующими выходами адресного контроллера и со вторым выходом регистра сдвига, адресные и информационный входы вспомогательного блока памяти связаны с соответствующими выходами модулятора кодовой последовательности, а вход первого формирователя сигналов выполнен с возможностью приема импульсных сигналов от бортовых датчиков ТС.

Одна из подобных систем, а именно "Система регистрации маршрутных данных ТС" по патенту GB 2055469, G 07 С 5/08, 15.07.1980, наиболее близкая по совокупности существенных признаков к заявленному техническому решению, выбрана в качестве прототипа.

Указанная система содержит установленные на ТС аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выполненный с возможностью преобразования в цифровую форму аналоговых сигналов, поступающих от измерителя скорости и акселерометра, задающий генератор, обеспечивающий ввод с заданной тактовой частотой измеренных значений скорости и ускорения в АЦП, регистр сдвига, содержащий набор ячеек памяти, достаточный для записи параметров движения ТС в течение времени протекания ДТП и выполненный в виде съемного блока, обеспечивающего пересылку записанных в него данных во внешний микропроцессор, а также блокирующее устройство, выполненное с возможностью прерывания потока цифровых данных, поступающих из АЦП в регистр сдвига, при достижении скоростью движения ТС нулевого значения, и внутренний микропроцессор, связанный с регистром сдвига и выполненный с возможностью управления через блок задержки блокирующим устройством.

Недостатком системы-прототипа является отсутствие в ней возможности для восстановления траектории движения ТС на участке ДТП, а также возможностей оперативного дистанционного съема записанных данных для последующего отображения и оповещения водителя ТС о достижении каким-либо из контролируемых параметров критического значения. К недостаткам системы-прототипа следует отнести также прерывание процесса записи параметров ТС в регистр памяти при достижении каким-либо из измеряемых параметров установленного значения, например при уменьшении скорости движения ТС до нуля. Наличие такой блокировки не позволяет зарегистрировать полную картину ДТП в достаточно часто встречающихся случаях наезда на ТС нескольких автомашин.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков системы-прототипа, а именно повышение информативности записей параметров движения ТС при ДТП, а также повышение оперативности и удобства использования указанных записей для восстановления и анализа полной картины ДТП.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в известную систему регистрации и восстановления параметров движения ТС, содержащую установленные на ТС измерители путевой скорости и продольной составляющей ускорения, подключенные к соответствующим входам АЦП, а также регистр памяти и решающее устройство, введены измеритель угловых скоростей и измеритель поперечных составляющих ускорения, выходы которых подключены к соответствующим входам АЦП, выход которого подключен ко входу регистра памяти и к входу решающего устройства, а также блок индикации критических параметров, блок формирования команд и последовательно соединенные блок преобразования формата данных, энергонезависимая память, блок считывания данных и блок беспроводной передачи данных, вход блока преобразования формата данных подключен к выходу регистра памяти, первый выход решающего устройства подключен к входу блока индикации критических параметров, а второй выход через блок формирования команд - к управляющему входу регистра памяти, при этом АЦП выполнен с возможностью ввода в него данных об угловых скоростях и поперечных составляющих ускорения ТС, регистр памяти - с возможностью активации процесса считывания из него информации в энергонезависимую память, а блок считывания данных - с возможностью ввода данных в носимый компьютер через стандартный интерфейс.

Решению поставленной задачи способствуют следующие частные существенные признаки.

Измеритель угловых скоростей выполнен в виде трех установленных ортогонально друг другу гироскопических датчиков.

Энергонезависимая память выполнена в виде флэш-памяти.

Блок беспроводной передачи данных выполнен в виде Bluetooth-узла.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемой системы. На указанной схеме использованы следующие обозначения: 1 - измеритель путевой скорости; 2 - измеритель продольной составляющей ускорения; 3 - измеритель поперечных составляющих ускорения; 4 - измеритель угловых скоростей; 5 - АЦП; 6 - регистр памяти; 7 - решающее устройство; 8 - блок индикации критических параметров; 9 - блок формирования команд; 10 - блок преобразования формата данных; 11 - энергонезависимая память; 12 - блок считывания данных; 13 - блок беспроводной передачи данных.

Система содержит набор измерителей параметров движения ТС. Общими с прототипом являются измеритель 1 путевой скорости, роль которого могут выполнять спидометр, одометр или тахометр, либо совокупность указанных устройств, и измеритель 2 продольной составляющей ускорения - акселерометр. Как правило, указанные измерители входят в состав штатного или дополнительного электротехнического оборудования ТС. Вновь введенными являются измеритель 3 поперечных составляющих ускорения и измеритель 4 угловых скоростей. Выходы указанных измерителей подключены к соответствующим входам АЦП 5.

Поперечные составляющие ускорения измеряются с помощью двух акселерометров, жестко связанных с корпусом ТС и установленных ортогонально друг другу.

Принципы действия автомобильных акселерометров хорошо известны и не требуют дополнительных пояснений.

Измеритель 4 угловых скоростей включает в себя три ортогонально ориентированных гироскопических датчика типа ADXRS 300 (см. информацию фирмы Analog Devices, Inc. на сайте www.analog.com). Указанный датчик сравнительно недавно появился на рынке автомобильной электроники и поэтому требует дополнительных пояснений.

Датчик ADXRS 300 действует по принципу гироскопического резонатора. Он содержит две многослойные кремниевые чувствительные пластины, каждая из которых находится в вибрирующей рамке, вводимой в состояние резонанса с помощью электростатического поля. Скорость резонансного движения пластин достаточна для появления кориолисовой сипы при попытке поворота пластин вокруг оси, перпендикулярной их поверхностям. На двух внешних границах каждой рамки перпендикулярно направлению вибрационных колебаний пластин расположены неподвижные штифты, между которыми находятся подвижные штифты. Штифты расположены друг относительно друга таким образом, что образуют конденсорную тензочувствительную структуру, реагирующую на кориолисово ускорение. Формируемый в такой конденсорной структуре сигнал пропускается через несколько усиливающих и демодулирующих каскадов электронной схемы. Конструкция датчика позволяет компенсировать воздействие внешних сил и вибрации. Кроме того, встроенная в датчик электроника предохраняет выходной сигнал от воздействия внешних шумов.

Для измерения угловой скорости изменения ориентации вектора скорости ТС в плоскости движения достаточно одного датчика ADXRS 300, жестко связанного с корпусом, например с днищем ТС. Для измерения всех трех составляющих угловой скорости необходимы, соответственно, три датчика, установленных во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Конструктивно датчик ADXRS 300 выполнен в виде микрочипа размерами 7х7х3 мм и по своим параметрам приспособлен для работы в бортовых условиях (высоких перегрузок, широкого диапазона рабочих температур).

Выход АЦП 5 связан с входом регистра 6 памяти и входом решающего устройства 7, представляющего собой микропроцессор с памятью.

Первый выход решающего устройства 7 соединен со входом блока 8 индикации критических параметров, а второй выход - со входом блока 9 формирования команд. Блок 8 индикации критических параметров может быть выполнен, например, на жидкокристаллическом индикаторе, широко используемом в автомобильной электронике. Для индикации критических параметров может применяться также звуковая сигнализация, в том числе с использованием голосовых команд, либо характерных мелодий.

Выход блока 9 формирования команд подключен к управляющему входу регистра 6 памяти, выход которого через блок 10 преобразования формата данных соединен с входом энергонезависимой памяти 11, представляющей собой, к примеру, флэш-память. Емкость регистра 6 памяти выбирается, исходя из длины регистрируемого участка траектории ТС и разрешающей способности, необходимых для установления достаточно объективной картины ДТП. Емкость энергонезависимой памяти 11 определяется, в основном, стоимостными ограничениями (в настоящее время стоимость одного Мбайт флэш-памяти составляет примерно 0,5 долларов США). Блок 10 преобразования формата данных предназначен для более экономного использования емкости энергонезависимой памяти 11 при последовательной записи в нее отрезков траектории ТС, поскольку эта информация не уничтожается и предназначена для длительного хранения.

Выход энергонезависимой памяти 11 подключен к входу блока 12 считывания данных, один из выходов которого может быть подключен к стандартному входу носимого компьютера (Notebook, PALM и т.п.), например, к интерфейсу RS-232, а другой выход - к входу блока 13 беспроводной передачи данных, в качестве которого может использоваться коммерчески доступный Bluetooth-узел. Подробную информацию о Bluetooth-технологиях можно найти, например, на сайте www. bluetooth.com. Указанная технология практически реализована в ряде автомобильных устройств (REEF HF-1000, OSA-21), серийно выпускаемых предприятием-заявителем (см. , например, статью "Противоугонные новинки с технологией Bluetooth" в журнале "12 Вольт", 1(44), 2003, с. 26-27).

Рассматриваемая система регистрации и восстановления параметров движения ТС работает следующим образом.

В общем случае в процессе движения ТС измеряются семь параметров движения, по которым в дальнейшем восстанавливается трехмерная картина траектории перемещения центра масс и изменения ориентации корпуса ТС относительно указанной траектории. Это:

- путевая скорость, определяемая измерителем 1 путевой скорости, в качестве которого могут быть использованы спидометр, одометр и/или тахометр, входящие в состав штатного электротехнического оборудования ТС, либо дополнительный акселерометр с интегратором, входящие в состав большинства противоугонных систем;

- продольная составляющая ускорения, определяемая с помощью измерителя 2 продольной составляющей ускорения, роль которого выполняет акселерометр;

- две поперечные составляющие ускорения, определяемые с помощью измерителя 3 поперечных составляющих ускорения, представляющего собой пару акселерометров, таких же, как в измерителе 2 продольной составляющей ускорения, установленных в ортогональных плоскостях, перпендикулярных плоскости движения ТС;

- три взаимно ортогональные составляющие угловой скорости, определяемые с помощью измерителя 4 угловых скоростей на основе описанного выше гироскопического датчика типа ADXRS 300.

В зависимости от требуемой точности восстановления картины ДТП и размерности решаемой задачи (трехмерная или плоская) количество измеряемых параметров может быть различным. Например, в простейшем случае может быть использован один измеритель путевой скорости 1 и один гироскопический датчик в измерителе 4 угловых скоростей, позволяющий определить только скорость изменения угла рыскания (курсового угла).

Аналоговые сигналы, получаемые с помощью вышеуказанных измерителей, подаются с циклической частотой, зависящей от заданной разрешающей способности, на входы АЦП 5, в котором они преобразуются в соответствующие кодовые сообщения. С выхода АЦП 5 эти кодовые сообщения поступают на вход регистра 6 памяти, количество ячеек памяти которого определяется заданной продолжительностью восстанавливаемого участка траектории, на котором произошло ДТП, и требуемой разрешающей способностью. После заполнения всех ячеек памяти регистра 6 каждое новое кодовое сообщение вытесняет хранящееся в регистре 6 памяти самое раннее сообщение. Этот процесс протекает циклически.

Одновременно поток кодовых сообщений с выхода АЦП 5 поступает в решающее устройство 7. В памяти решающего устройства 7 хранятся предельно допустимые значения измеряемых параметров. При достижении или превышении каким-либо из измеряемых параметров своего предельного значения на первом выходе решающего устройства 7 формируется команда, поступающая на вход блока 8 индикации критических параметров.

Функциональное назначение блока 8 индикации критических параметров - оповещение (звуковое и/или визуальное) водителя ТС о достижении (превышении) каким-либо измеряемым параметром своего предельного значения. В ряде случаев это может предотвратить ДТП. Блок 8 может быть выполнен, например, в виде жидкокристаллического индикатора, на котором высвечивается пиктограмма, соответствующая определенному измеряемому параметру, сопровождаемая зуммером или голосовым сообщением.

Например, при превышении измеренным значением путевой скорости максимально допустимого значения соответствующая команда поступает в блок 8 индикации критических параметров для оповещения водителя о превышении скорости.

Со второго выхода решающего устройства 7 команды поступают на вход блока 9 формирования команд. Блок 9 формирования команд выбирает команды, которые свидетельствуют о завершении ДТП, и подает их на управляющий вход регистра 6 памяти для активации режима считывания данных из регистра 6 памяти в энергонезависимую память 11.

Так, если измеренное значение путевой скорости становится равным нулю, что свидетельствует о завершении ДТП (либо его первой фазы), соответствующая команда поступает на управляющий вход регистра 6 памяти. В соответствии с указанной командой содержимое регистра 6 считывается через блок 10 преобразования формата данных в энергонезависимую память 11, например во флэш-память. После этого регистр 6 готов к приему новой информации. В отличие от прототипа, в котором после достижения путевой скоростью нулевого значения процесс записи информации в регистр 6 памяти прекращается, в рассматриваемой системе этого не происходит.

Соответственно, в случае повторного наезда на остановившееся ТС другого автомобиля траектория последующего движения ТС будет зафиксирована так же, как и на первичной фазе ДТП. Это является существенным преимуществом рассматриваемой системы по сравнению с прототипом.

Другим преимуществом заявленной системы является возможность оперативного съема данных из энергонезависимой памяти 11 с помощью блока 12 считывания данных для последующего оперативного анализа. При наличии у пользователя ТС (или у присутствующего на месте ДТП сотрудника государственной инспекции) носимого компьютера, эти данные через стандартный интерфейс RS-232 могут быть "скачены" из блока 12 считывания данных в указанный компьютер. В рассматриваемой системе предусмотрен также дистанционный съем указанных данных с помощью блока 13 беспроводной передачи данных.

В качестве блока 12 дистанционного считывания данных может быть использован, например, Bluetooth-узел, представляющей собой микрочип для передачи данных в стандарте Bluetooth. Аналогичный микрочип устанавливается, к примеру, в переносном компьютере (PALM, Notebook и т.п.) пользователя ТС (не показан) и служит для приема указанной информации и ввода ее в компьютер.

Построение аппаратуры и конкретных алгоритмов, используемых для анализа траекторией информации, зарегистрированной во время ДТП, выходит за рамки настоящего изобретения и в данной заявке этот вопрос не рассматривается.

Таким образом, в результате применения предлагаемой системы водитель ТС, попавшего в ДТП, имеет объективную информацию о траектории движения и ориентации ТС относительно указанной траектории, которая может помочь ему разобраться в истинных причинах аварии и защитить свои права при рассмотрении ДТП в государственной инспекции по безопасности дорожного движения и в суде. Одновременно рассматриваемая система выступает как средство оповещения водителя о выходе измеряемых параметров за пределы допустимых значений, что во многих случаях позволяет предотвратить наступление ДТП.

Следует отметить, что реализация предлагаемой системы стала возможной лишь в последние годы, когда на коммерческом рынке появились сравнительно недорогие и высокоэффективные приборы, пригодные для работы на борту ТС: гироскопический датчик ADXRS 300, энергонезависимая флэш-память, Bluetooth-узел.

Это позволило отойти от традиционной схемы построения автомобильного тахографа с непрерывной записью маршрутных данных, расширить спектр измеряемых параметров движения ТС на участках ДТП и реализовать дистанционный съем записанной на борту ТС информации, не выходя при этом за границы приемлемой стоимости бортовой аппаратуры.

В настоящее время на предприятии-заявителе создан опытный образец заявленной системы, который успешно прошел заводские испытания.