устройство управления автомобилем

Формула изобретения

Устройство для управления направлением движения автомобиля, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, ключ, сигнальный вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а управляющий вход подключен к выходу делителя частоты, зрительную трубу, блок обработки сигналов, соответствующий управляющий вход которого подключен к выходу зрительной трубы, а первый и второй выходы являются соответствующими выходами устройства управления направлением движения автомобиля, ИК-излучатель, закрепляемый на передней стороне капота автомобиля излучающей стороной к водителю, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) текущего значения скорости, информационный вход которого подключен к соответствующему выходу спидометра, управляющий вход подключен в выходу делителя частоты, блок сравнения, имеющий первый управляющий вход, а также первый и второй выходы, являющиеся соответствующими выходами устройства управления направлением движения автомобиля, последовательно соединенные преобразователь двоичного кода в десятичный и блок индикации, информационные входы блока сравнения и преобразователя двоичного кода в десятичный поразрядно объединены, и счетчик импульсов, счетный вход которого подключен к выходу делителя частоты, а выход счетчика импульсов подключен к второму управляющему входу блока сравнения, зрительная труба содержит последовательно расположенные объектив и полупрозрачное зеркало, расположенное под углом 45° к оптической оси объектива, включает полевую линзу с перекрестием на ней, расположенную в фокальной плоскости объектива и оптическая ось которой перпендикулярна оптической оси объектива, последовательно расположенные прямоугольную призму, оборачивающую систему и окуляр, оптические оси оборачивающей системы и окуляра перпендикулярны оптической оси полевой линзы и параллельны оптической оси объектива, отличающееся тем, что управляющий вход счетчика импульсов подключен к выходу зрительной трубы, информационные входы блока сравнения и преобразователя двоичного кода в десятичный подключены к выходам соответствующих разрядов в АЦП текущего значения скорости, в устройство управления направлением движения автомобиля введен блок регистрации, в зрительную трубу введены матрица прибора с зарядовой инжекцией соответствующего оптического разрешения, фоточувствительная сторона которой расположена после полупрозрачного зеркала в фокальной плоскости объектива и на которой расположен ИК-светофильтр, и импульсной усилитель, выход которого является выходом зрительной трубы, входом которой является управляющий вход матрицы прибора с зарядовой инжекцией, подключенный к выходу ключа, блок обработки сигналов выполнен в составе постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), последовательно соединенных первого ключа и вычитающего счетчика импульсов, последовательно соединенных элемента задержки, вход которого подключен к выходу делителя частоты, второго ключа и счетчика импульсов, сигнальные входы первого и второго ключей объединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов, первый управляющий вход первого ключа и управляющий вход ПЗУ объединены и подключены к выходу делителя частоты, входы первого-шестого разрядов которого подключены соответственно к выходам первого-шестого разрядов ПЗУ, вторые управляющие входы первого и второго ключей и управляющие входы вычитающего счетчика импульсов и счетчика импульсов объединены и подключены к выходу импульсного усилителя зрительной трубы, первый-шестой выходы вычитающего счетчика импульсов и первый-шестой выходы счетчика импульсов являются первым и вторым выходами блока обработки сигналов, блок регистрации включает первый, второй и третий преобразователи параллельного кода в последовательный, первый, второй и третий ключи, накопитель цифровой информации и блок датчиков, входы первого и второго преобразователей параллельного кода в последовательный подключены соответственно к первому-шестому выходам вычитающего счетчика импульсов и к первому-шестому выходам счетчика импульсов блока обработки сигналов, входы третьего преобразователя параллельного кода в последовательный подключены к выходам АЦП текущего значения скорости, сигнальные входы первого-третьего ключей подключены к выходам соответственно первого-третьего преобразователей параллельного кода в последовательный, управляющие входы которых и управляющие входы первого-третьего ключей объединены и подключены к управляющему выходу блока датчиков, который содержит n каналов датчиков, которые идентичны и каждый включает последовательно соединенные датчик контакта, усилитель и АЦП сигнала датчика, выходы усилителей всех каналов через диоды объединены, объединенный выход их является управляющим выходом блока датчиков, информационными выходами блока датчиков являются выходы АЦП сигнала датчика каждого канала, соответствующие входы накопителя цифровой информации подключены к 1 n информационным выходам блока датчиков, а также к выходам первого-третьего ключей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для визуального управления направлением движения автомобиля.

Прототипом является «Устройство управления автомобилем» [1], содержащее генератор тактовых импульсов, делитель частоты, генератор линейно нарастающего напряжения, перемножитель, блок сдвига фазы на 90°, генератор синусоидальных колебаний, два ключа, счетчик импульсов, дешифратор и распределитель импульсов и блок обработки сигналов, зрительную трубу, располагаемую на голове водителя, и ИК-излучатель, расположенный на передней стороне капота автомобиля, излучающей стороной к водителю. Зрительная труба включает объектив, за ним полупрозрачное зеркало и передающую телевизионную трубку, полевую линзу с перекрестием, прямоугольную призму, оборачивающую систему и окуляр. Устройство включает блок обработки сигналов, АЦП, блок сравнения, преобразователь двоичного кода в десятичный и блок индикации и второй счетчик импульсов.

Недостатками прототипа являются: сложность получения управляющих сигналов с использованием передающей телевизионной трубки, недостаточная разрешающая способность управляющих сигналов /2°/, ведущая к жесткому /резкому/ изменению направления движения автомобиля, отсутствие регистрации параметров движения автомобиля при дорожной аварии.

Цель изобретения - упрощение процесса получения управляющих сигналов, повышение разрешающей способности при их формировании и регистрация параметров движения автомобиля в момент дорожной аварии. Техническими результатами являются уменьшение числа электронных элементов при формировании управляющих сигналов, повышение точности управляющего сигнала за счет увеличения разрешающей способности в 6 раз / /, регистрация параметров движения на момент аварии.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство управления автомобилем, содержащее генератор тактовых импульсов, делитель частоты, зрительную трубу, блок обработки сигналов, АЦП, блок управления, преобразователь двоичного кода в десятичный, блок индикации и счетчик импульсов, вводится блок регистрации, в состав зрительной трубы вводится матрица ПЗИ /прибор с зарядовой инжекцией/ и импульсный усилитель, и блок обработки сигналов выполняется в составе постоянного запоминающего устройства, ключа, вычитающего счетчика импульсов, элемента задержки, второго ключа и счетчика импульсов.

Структурная схема устройства показана на фиг.1, принцип считывания сигнала с матрицы ПЗИ - на фиг.2, сканирование поля матрицы - на фиг.3.

Устройство управления автомобилем включает /фиг.1/ последовательно соединенные генератор 1 тактовых импульсов, делитель 2 частоты, ключ 3 и зрительную трубу 4, содержащую последовательно расположенные объектив 5, полупрозрачное зеркало 6, расположенное под углом 45° к оси объектива 5, матрицу ПЗИ 7 - прибор с зарядовой инжекцией по технологии Foveon X3 из трехслойного КМОП-счетчика [2, с.552, 3, с.832-833] с оптическим разрешением 126×126, фоточувствительная сторона которой расположена после полупрозрачного зеркала 6 в фокальной плоскости объектива 5, ИК-светофильтр для исключения световых помех 8, расположенный на фоточувствительной стороне матрицы ПЗИ 7, последовательно расположенные полевую линзу 9 с перекрестием на ней, расположенную в фокальной плоскости объектива 5 и оптическая ось которой перпендикулярна оптической оси объектива, прямоугольную призму 10, оборачивающую систему 11 и окуляр 12, оптические оси оборачивающей системы 11 и окуляра 12 перпендикулярны оптической оси полевой линзы 9 и параллельны оптической оси объектива 5, и включает импульсный усилитель 13. Устройство управления включает ИК-излучатель 14, закрепляемый на передней стороне капота двигателя автомобиля излучающей стороной в сторону водителя, визирная линия соединяет центр ИК-излучателя 14 и оптический центр глаза водителя и параллельна продольной оси автомобиля, содержит блок 15 обработки сигналов, включающий последовательно соединенные первый ключ 16 и вычитающий счетчик 17 импульсов, последовательно соединенные элемент 18 задержки, второй ключ 19 и счетчик 20 импульсов и включает постоянное запоминающее устройство 21 /ПЗУ/, первый-шестой выходы которого подключены к входам соответственно первого-шестого разрядов вычитающего счетчика 17 импульсов. Устройство управления содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь 22 /АЦП/ и блок 23 сравнения, последовательно соединенные преобразователь 24 двоичного кода в десятичный и блок 25 индикации, и счетчик 26 импульсов, также включает блок 27 регистрации, содержащий первый 28, второй 29 и третий 30 преобразователи параллельного кода в последовательный, первый 31, второй 32 и третий 33 ключи, накопитель 34 цифровой информации и блок 35 датчиков, содержащий идентичный каналы датчиков, каждый из которых включает последовательно соединенные датчик 36 контакта, усилитель 37 и АЦП 38. Каналов датчиков может быть от четырех и более, в зависимости от варианта исполнения. Объектив 5 имеет поле зрения 40°:20° влево и 20° вправо от оси визирования. Генератор 1 обеспечивает устройство тактовыми импульсами частотой: f_т = 100 Гц × 126 = 12,6 кГц,

где 100 Гц - частота считывания матрицы ПЗИ, частота кадров,

126 - число отсчетов в строке /63+63/, 63 отсчета от левого края матрицы /фиг.3/ до вертикальной линии перекрестия и 63 отсчета от вертикальной линии перекрестия до правого края матрицы. Считывание матрицы ПЗИ 7 /фиг.2/ идет параллельно и синхронно по всем строкам матрицы, для чего входы всех строк матрицы объединены, считывающие импульсы 12,6 кГц с ключа 3 поступают параллельно на все строки матрицы, выходы строк также объединены и подключены к входы импульсного усилителя 13, сканирование матрицы идет по горизонтали /фиг.3/. Генератор 1 выдает в блок 2 импульсы 12,6 кГц. С выхода делителя 2 частоты импульс частотой 100 Гц /126:1/ и длительностью 10 мс открывает на время своей длительности ключ 3, который пропускает импульсы 12,6 кГц с выхода генератора 1 для считывания сигнала изображения ИК-излучателя 14 /фиг.3/. Синхронно с открытием ключа 3 импульс 100 Гц выдает из ПЗУ 21 содержащийся в нем код 111111 в параллельном виде в вычитающий счетчик 17 и открывает ключ 16, который пропускает импульсы 12,5 кГц на счетный вход U _сч вычитающего счетчика 17. Вычитающий счетчик 17 вычитает поступающие импульсы из полученного с ПЗУ 21 кода. После вычета из кода 111111 поступающих в вычитающий счетчик 17 импульсов в нем остается горизонтальная координата ИК-излучателя, представляющая поправку за внецентренность, т.е. управляющий сигнал в двоичном коде. При положении изображения ИК-излучателя на левой половине матрицы сигнал от изображения ИК-излучателя идет на выход матрицы ПЗИ 7 в блок 13. Усиленный импульс поступает на второй управляющий вход ключа 16, закрывает его, выдает из вычитающего счетчика 17 код, оставшийся после вычитания, и обнуляет вычитающий счетчик 17. Координаты центра перекрестия матрицы ПЗИ 7 [63; 63] /фиг.3/, в двоичном коде [111111; 111111]. Объектив 5 формирует точечное изображение ИК-излучателя на матрице ПЗИ 7. Угловое разрешение /значение младшего разряда кода/ составляет: 20° - половина поля зрения объектива 5, 60' - число минут в угловом градусе, 63 - наибольшая горизонтальная координата. Частота выдачи управляющих сигналов с блока 15 100 Гц. При положении изображения ИК-излучателя на вертикальной линии перекрестия с вычитающего счетчика 17 и счетчика 20 импульсов коды из нулей, управляющих сигналов с блока 15 нет. При изображении ИК-излучателя на левой половине матрицы ПЗИ 7 поправка за внецентренность выдается с вычитающего счетчика 17, исполнительный механизм выполняет поворот передних колес направо. При изображении ИК-излучателя на правой стороне матрицы ПЗИ 7 поправка за внецентренность выдается со счетчика 20 импульсов. В этом случае импульс 100 Гц поступает на вход элемента 18 задержки, задерживающий импульс на 5 мс, на время сканирования левой половины матрицы. После задержки импульс открывает ключ 19, пропускающий импульсы 12,6 кГц на счетный вход счетчика 20. При считывании сигнала с правой стороны матрицы импульс с блока 13 закрывает ключ 19, выдает код из счетчика 20 и обнуляет его. Исполнительный механизм в этом случае выполняет поворот передних колес налево. При следующих считываниях сигнала изображения ИК-излучателя процессы повторяются с частотой 100 Гц. Управляющие сигналы с выхода 1 блока 15 отрабатываются исполнительным механизмом поворотом передних колес направо, с выхода 2 блока 15 отрабатываются поворотом передних колес налево. Исполнительный механизм здесь не рассматривается. Требуемая скорость движения автомобиля устанавливается водителем поворотом переключателя U_CK в блоке 23 сравнения, в регистре которого эта скорость переводится в двоичный код. Код скорости в процессе движения каждые 0,01 с сравнивается с текущей скоростью автомобиля. Поддержание заданной скорости выполняется блоком 23 сравнения. Текущая скорость в виде величины напряжения поступает с соответствующего выхода спидометра на вход АЦП 22, формирующего двоичный код текущей скорости в своем выходном регистре, с которого код выдается на вход блока 23 сравнения. Блок 23 сравнения /компаратор/ производит сравнение каждого текущего кода с АЦП 22 и заданного водителем для выявления их равенства или неравенства. В качестве блока сравнения применяются две микросхемы 530011 [4, с.279]. При неравенстве кода A с АЦП 22 и заданного кода B при случает A>B блок 23 выдает сигнал с выхода 1 /в микросхеме выход 5 [4, с.272]/, при случает A<B блок 23 выдает сигнал с выхода 2 /в микросхеме выход 7/. Управляющие сигналы с выходов 1 и 2 блока 23 поступают в исполнительный электромеханический механизм. Код с АЦП 22 в параллельном виде поступает в преобразователь 30 параллельного кода в последовательный и в преобразователь 24 двоичного кода в десятичный, с которого поступает в блок 25 индикации. Счетчик 26 импульсов пятиразрядный и предназначен для остановки автомобиля при выходе изображения ИК-излучателя 14 с поля матрицы 7. Счетчик 26 ведет счет импульсов 100 Гц с выхода блока 2 и обнуляется каждым сигналом с блока 13. При наличии изображения ИК-излучателя на поле матрицы 7 с блока 13 поступает импульс, каждый из которых обнуляет счетчик 26. При выходе изображения ИК-излучателя с поля матрицы 78 на время 0,16 секунды и более счетчик 26 не обнуляется, и при счете 16-го импульса появляется сигнал U_o на выходе старшего разряда 10000 /16×0,01 c/, который обнуляет регистр в блоке 23 сравнения. Теперь в блоке сравнения 23 код текущей скорости сравнивается с нулевой, т.е. исполнительный механизм останавливает автомобиль. Блок 27 предназначен для регистрации параметров движения автомобиля в момент аварии и сохранения их для анализа дорожного происшествия. В настоящее время анализ происшествия и выявления вины каждой из сторон идет по показаниям участников аварии и свидетелей, если они есть. Для объективного и истинного выявления причин аварии необходимо знать точно параметры движения каждого из участников аварии. Блок 27 выполняет регистрацию параметров движения в момент контакта корпуса автомобиля с препятствием и регистрирует скорость движения, направление его движения /вправо, влево, прямо/, место наибольшего удара и силу его.

Работа блока 27 регистрации.

В момент столкновения каждый датчик 36 /фиг.1/ выдает электрический сигнал, величина которого пропорциональна силе удара, сигналы с датчиков 36 _1-n усиливаются усилителями 37, имеющими одинаковые коэффициенты усиления, и поступают в АЦП 38_1-n. Через диоды выходы блоков 37 объединены, объединенный выход подключен параллельно к управляющим входам U_выд преобразователей 28, 29, 30 и к управляющим входам U_от ключей 31, 32, 33. АЦП 38 преобразуют сигналы датчиков в коды, которые поступают на входы 1 n накопителя 34 цифровой информации. Блоки 28, 29, 30 преобразуют поступающие параллельные коды в последовательные, которые при открытых ключах 31, 32, 33 выдаются на первый-третий входы блока 34 в момент удара. Сам блок 34 является модулем флэш-памяти и извлекается соответствующим должностным лицом.

Работа устройства.

Перед началом движения водитель закрепляет на лбу зрительную трубу 4, располагая окуляр против правого или левого глаза. Вес и размеры зрительной трубы с применением ПЗИ будут незначительны. Устанавливает в блоке 23 малую скорость движения, при которой водитель подстраивает параллельность оси автомобиля и линии визирования «ИК-излучатель - ось глаза». Настройка выполняется перемещением выходного окуляра 12 около глаза так, чтобы при попадании ИК-излучателя точно в перекрестие зрительной трубы 4 автомобиль шел прямо. Затем водитель задает требуемую скорость движения в блоке 23. В процессе движения водитель не меняет положение окуляра у глаза. Для выполнения поворота водитель плавно поворачивает голову направо, перекрестие в полевой линзе 9 смещается вправо, а ИК-излучатель остается слева. В момент сканирования изображения ИК-излучателя на левой половине матрицы ПЗИ сигнал с блока 13 закрывает ключ 16 и с выхода вычитающего счетчика 17 выдается код на первый выход блока 15, далее в исполнительный механизм, который выполняет поворот передних колес направо. Для поворота налево водитель поворачивает голову налево, перекрестие поля зрения смещается влево, изображение ИК-излучателя на правой половине матрицы ПЗИ 7, сигнал с блока 13 закрывает ключ 19 и выдает код со счетчика 20 на второй выход блока 15, исполнительный механизм поворачивает передние колеса налево. Блок 25 высвечивает крупно скорость движения для водителя. Счетчик 26 пока изображение ИК-излучателя 14 на матрице ПЗИ 7 обнуляется. В случае ухода изображения ИК-излучателя с поля матрицы 7 счетчик 26 не обнуляется, формируется код 10000, сигнал U_о с выхода счетчика 26 обнуляет регистр в блоке 23 сравнения. В блоке 23 сравнивается текущая скорость с нулевой, исполнительный механизм останавливает автомобиль. Если водитель пьян, устройство управления будет беспрерывно останавливать автомобиль. При столкновении автомобиля с препятствием или другим автомобилем сигналы с датчиков /или одного/ открывают ключи 31, 32, 33 и выдают коды направления движения с блоков 28 или 29, код скорости движения с блока 30 и коды силы удара с датчиков 36 на соответствующие входы блока 34 /модуля флэш-памяти/. В заявляемом устройстве облегчен процесс получения управляющих сигналов, увеличена в 6 раз разрешающая способность, дающая увеличение чувствительности реагирования исполнительного механизма на действие водителя, осуществлено регистрирование параметров движения автомобиля в критических ситуациях и затруднено водителю в нетрезвом состоянии привести автомобиль в движение.

Источники информации

1. Патент № 2340927 C1, кл. G05D 1/02, бюл. № 34 от 10.12.08 г., прототип.

2. Мураховский И.В. Устройство компьютера. М., 2003, с.552.

3. Колесников О.В., Шишигин И.В. Аппаратные средства Р С. 5-е изд., СПб, 2004, с.832-833.

4. Цифровые интегральные микросхемы. Справочник. Минск, 1991, с.268, 272, 279, рис.2.190.