Патент на изобретение №2273875

(54) АВТОВОДИТЕЛЬ АВТОМОБИЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к средствам автоматического управления автомобилем по автодорогам, может использоваться при соответствующей осевой разметке полосы движения. Техническим результатом является выполнение непрерывного поддержания направления движения автомобиля по осевой разметке полосы движения, изменение движения вправо и влево и поддержание установленной скорости движения без участия водителя. Автоводитель содержит объектив, передающую телевизионную трубку, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, генератор линейно нарастающего напряжения, перемножитель, блок сдвига фазы на 90°, генератор синусоидальных колебаний, ключи, распределитель импульсов, блок обработки сигналов, три счетчика импульсов, дешифратор, блок сравнения кодов, элемент НЕ, преобразователь двоичного кода в десятичный и блок индикации. Осевая разметка полосы движения наносится не сплошной линией, а чередующимися через 1 метр кругами диаметром 20 см. 3 ил., 2 табл.

Изобретение относятся к средствам автоматического управления автомобилем по автодорогам и может использоваться при соответствующей осевой разметке полосы движения. Прототипом является устройство для определения координат световых объектов [1], содержащее объектив, передающую телевизионную трубку, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, делитель частоты, генератор линейно нарастающего напряжения, перемножитель и блок сдвига фазы на 90°, генератор синусоидальных колебаний, два ключа, распределитель импульсов, счетчик числа витков спиральной развертки, дешифратор и блок обработки сигналов, включающий усилитель видеоимпульсов, блок элементов И, два дешифратора и два шифратора. Устройство измеряет декартовы координаты световых объектов в поле зрения объектива. Недостаток прототипа: неприемлем для автовождения автомобиля. Цель изобретения – создание устройства автовождения автомобилем.

Техническим результатом заявляемого устройства является выполнение им автовождения автомобиля /по аналогии автопилота в самолете/, результат достигается формированием устройством управляющих сигналов для непрерывного поддержания направления движения автомобиля по осевой разметке полосы движения автомагистрали, изменение его движения вправо и влево и поддержание установленной скорости движения без участия водителя. Принцип вождения автоводителем показан на фиг.1. По центру полосы движения /например, крайней справа/ белой длительного сохранения краской и фосфорицирующей для темного времени суток наносится не сплошная линия, а чередующиеся через 1 метр круги диаметром 20 см /или квадраты со стороной 20 см/. Объектив устройства с полем зрения 40°, по 20° в каждую сторону от оси разметки, формирует изображение круга осевой разметки на фотокатоде передающей телевизионной трубки, сигналы с которого используются для определения координаты углового направления в поле зрения объектива. Соответственно им устройство формирует управляющие сигналы для коррекции положения продольной оси автомобиля относительно осевой линии разметки, либо формирует сигналы для поворота колес при повороте осевой разметки. Угловое разрешение отклонения 2° /можно принять и 1°/. Объектив с передающей телевизионной трубкой крепятся над передним стеклом водителя /фиг.1/ по центру автомобиля, оптические оси объектива и трубки наклонены к полотну дороги, угол между осью объектива и полотном дороги принят 15°, он определяют пересечение оси объектива с дорогой по ходу движения автомобиля на расстоянии 5,2 метра от объектива. Частота выдачи управляющих сигналов принята 100 Гц. Определение скорости автомобиля осуществляется счетом числа меток разметки за 1 секунду. В случае отсутствия семи меток развертки подряд устройство выдает сигнал “Останов” автомобиля, который выполняется автоматически соответствующим исполнительным механизмом. Для исключения световых помех работе устройства в фотокатоде устройства телевизионной трубки используется только сектор светочувствительной площади, фиг.2.

Сущность изобретения в том, что в автоводитель автомобиля, содержащим объектив, передающую телевизионную трубку, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, генератор линейно нарастающего напряжения, перемножитель, блок сдвига фазы на 90°, генератор синусоидальных колебаний, ключ и распределитель импульсов, блок обработки сигналов, включающий усилитель видеоимпульсов, блок элементов И, шифратор, дешифратор, введены последовательно соединенные ключ, первый счетчик импульсов и дешифратор, втором счетчик импульсов, блок сравнения кодов, преобразователь двоичного кода в десятичный, блок индикации, элемент НЕ и третий счетчик импульсов.

Структурная схема автоводителя показана на Фиг.3.

Заявляемое устройство /фиг.3/ включает объектив 1, передающую телевизионную трубку 2, последовательно соединенные генератор 3 тактовых импульсов, делитель 4 частоты, генератор 5 линейно нарастающего напряжения, перемножитель 6 и блок 7 сдвига фазы на 90°, генератор 8 синусоидальных колебаний, второй ключ 9, первый счетчик 10, дешифратор 11, первый ключ 12 и распределитель 13 импульсов, блок 14 обработки сигналов, включающий усилитель 15 видеоимпульсов, блок 16 элементов И, шифратор 17 и дешифратор 18, устройство содержит последовательно соединенные второй счетчик 19 импульсов и блок 20 сравнения, последовательно соединенные преобразователь 21 двоичного кода в десятичный и блок 22 индикации, последовательно соединенные элемент 23 НЕ и третий счетчик 24 импульсов.

Объектив 1 имеет поле зрения 40°. передающая телевизионная трубка 2 является малоинерционной трубкой с диаметром фотокатода 24 мм, например, изокон ЛИ801 [2 с.350], причем светочувствительный слой требуется только в секторе от 70° до 110°, на фиг.2 незаштрихованная часть круга. Генератор 8 синусоидальных колебаний совместно с генератором 5 линейно нарастающего напряжения, перемножителем 6 и блоком 7 сдвига фазы на 90° выполняет спиральную развертку электронного луча в телевизионной трубке 2 от центра против часовом стрелки. Генератор 3 тактовых импульсов обеспечивает устройство тактовыми сигналами частотой:

100 Гц × 32 × 180=576 кГц,

где 100 Гц – частота кадров спиральной развертки,

32 – число витков в спиральной развертке,

180 – разрешающая способность углового положения луча в витке спирали, равная 2°. Генератор 8 выдает синусоидальные колебания частотой 3,2 кГц. Генератор 5 формирует линейно нарастающее напряжение частотой 100 Гц. Перемножитель 6 выдает синусоидальные колебания с линейно растущей амплитудой, которые подаются непосредственно и через блок 7 на управляющие входы телевизионной трубки 2, которая принимает от объектива 1 изображение метки осевой разметки на фотокатоде и при сканировании ее электронным лучом выдает импульс в усилитель 15 видеоимпульсов. Блок 14 обработки сигналов преобразует временные интервалы каждого витка спирали в двоичный код углового отклонения метки от 70° до точки попадания луча на изображение метки. Разрешение отклонения в 2°. Усилитель 15 выполняет усиление видеоимпульса, формирует его по амплитуде и длительности. Блок 16 включает 20 элементов И. С поступлением на один из входов шифратора 17 сигнала с элемента И шифратор 17 выдает двоичный код углового отклонения оси объектива 1 вправо или влево от линии осевой разметки. Коды и соответствующие им отклонения от осевом линии представлены в таблице 1.

Шифратор 17 выдает коды с 00010 по 10100, которые поступают на первые входы дешифратора 18. На 2 и 3 входы дешифратора 18 поступают: сигнал признака отклонения вправо на вход 2, сигнал признака отклонения влево на вход 3. Управляющие сигналы с дешифратора 18 при поступлении на вход 1 кода и сигнала на вход 2 поступают на вход исполнительного электромеханического механизма, который возвращает движение автомобиля к осевой линии, поворачивая колеса влево на угол, соответствующий величине управляющего сигнала. При поступлении в дешифратор 18 кода и сигнала на вход 3 исполнительный механизм отрабатывает поворот колес вправо на угол, соответствующий величине управляющего сигнала, и возвращает движение автомобиля к осевой линии. Исполнительные электромеханические механизмы здесь не рассматриваются. На вход распределителя 13 импульсов импульсы 576 кГц с генератора 3 поступают только в период с 70° поворота луча в каждой стирали развертки по 110°, который обеспечивают ключ 9, счетчик 10 импульсов, дешифратор 11 и второй ключ. 12. Ключ 9 открывается с началом каждого витка стирали сигналом U_от 3,2 кГц с выхода 2 блока 4, закрывается сигналом U₃ с выхода блока 11. С началом витка спирали счетчик 10 производит счет импульсов 576 кГц. При счете 34-го импульса /100010/ дешифратор 11 сигналом с первого выхода открывает второй ключ 12, который пропускает импульсы 576 кГц в распределитель 13 импульсов, закрывается ключ 12 в каждом витке сигналом со второго выхода дешифратора 11 в момент прихода в него кода 55 импульса /110111/ со счетчика 10. Этот же сигнал закрывает и ключ 9. А при сканировании лучом трубки 2 изображения метки осевой разметки ключи 9 и 12 закрываются сигналом с усилителя 15 видеоимпульсов.

Требуемая скорость движения автомобиля устанавливается водителем поворотом переключателя U_ск в блоке 20 сравнения, при этом в регистре блока 20 устанавливается двоичный код устанавливаемой скорости движения, который в процессе движения каждые 0,01 секунды сравнивается с текущей скоростью автомобиля. Поддержание заданной скорости движения обеспечивают счетчик 19 импульсов и блок 20 сравнения. Счетчик 19 производит счет меток осевой разметки за период 0,01 с путем подсчета импульсов с усилителя 15. По окончании периода счета счетчик 19 обнуляется сигналом U_выд с 1-го выхода блока 4 и начинает счет снова. Число сосчитанных меток осевой разметки соответствует определенной скорости движения, что приведено в таблице 2.

Блок 20 сравнения /компаратор/ производит сравнение каждого текущего кода со счетчика 19 и установленного кода скорости для выявления их равенства или неравенства. В качестве блока 20 применяются две микросхемы 530 СП1 с временем срабатывания 18 нс [3, с.279, рис.2.190]. При неравенстве кода А со счетчика 19 и установленного кода В А>В выдает сигнал на выходе 1 /в микросхеме выход 5 [3 с.272]/, при неравенстве кодов А<В выдает сигнал с выхода 2 блока 20 /в микросхеме выход 7/. Управляющие сигналы с выходов 1 и 2 блока 20 вступают в исполнительный электромеханический механизм. Коды в параллельном виде со счетчика 19 поступают на вход преобразователя 21 двоичного кода в десятичный, с которого поступают в блок 22 индикации. В случае отсутствия меток осевой разметки автоводитель делает остановку автомобиля. Процесс остановки выполняют элемент 23 НЕ и счетчик 24 импульсов. При прекращении меток разметки элемент 23 НЕ выдает импульсы на вход счетчика 24. Счетчик 24 трехразрядный, при отсутствии подряд семи меток счетчик формирует код 100, со старшего разряда счетчика 24 сигнал “Останов” следует в соответствующее исполнительное устройство, которое останавливает автомобиль и при этом выдает световой и звуковой сигнал для самого водителя. Автомобиль перед сигналом “Останов” проезжает /1 м × 7/ семь метров дороги.

Работа автоводителя.

Для работы автоводителя необходимо наличие осевой разметки полосы движения. Для отдыха водитель включает автоводитель и устанавливает в блоке 20 требуемую скорость движения. Объектив 1 формирует изображение метки разметки полосы на фотокатоде передающей трубки 2. При сканировании лучом трубки 2 изображения метки в усилитель 15 поступает видеоимпульс, который с выхода его поступает параллельно на первые входы элементов И в блоке 16. С 1-го по 10 элементы И выдают признак /через диоды/ отклонения автомобиля от осевой разметки вправо, с 11 по 20 элементы И выдают признак отклонения автомобиля от осевом разметки влево. При поступлении сигнала с одного из элементов И на вход шифратора 17 он выдает соответствующий двоичный код /табл.1/ в дешифратор 18, который, дешифрируя код, выдает с выхода, соответствующего его величине отклонения, сигнал в исполнительный электромеханический механизм, который, отрабатывая управляющий сигнал, возвращает движение автомобиля на осевую линию полосы движения. Импульсы с выхода блока 15 поступают как счетные в счетчик 19. Двоичный код со счетчика 19 выдается сигналом U_выд в параллельном виде в блок 20 сравнения, который формирует сигнал отклонения скорости движения от установленной. Сигнал с блока 20 поступает в исполнительный механизм, который увеличивает скорость движения или снижает. Разрешение одного двоичного разряда по скорости при 60 км/час составляет 3,6 км/час или 6%. При окончании осевой разметки блоками 23, 24 формируется сигнал “Останов”. Сигнал “Останов” появляется при отсутствии меток осевой разметки, начиная с семи штук, за которое автомобиль проходит 7 метров. Заявляемое устройство может применяться для отдыха водителя, будет использоваться инвалидами, а также полезно в случае аварии, если автомобиль остается на ходу.

Источники информации

1. Патент №2029368, кл. G 06 K, бюл. №5, 1995, прототип.

2. Кацнельсон Б.В, Калугин A.M. Электровакуумные электронные и газоразрядные приборы. Справочник, М., 1985, с.350.

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

Формула изобретения

Автоводитель автомобиля, содержащий объектив, установленный на автомобиле и предназначенный для считывания меток осевой разметки и передачи их изображения на передающую телевизионную трубку, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, делитель частоты, генератор линейно нарастающего напряжения, перемножитель и блок сдвига фазы на 90°, а также генератор синусоидальных колебаний, перемножитель предназначен для выдачи синусоидальных колебаний с линейно растущей амплитудой непосредственно и через блок сдвига фазы на 90° на управляющие входы передающей телевизионной трубки, последовательно соединенные первый ключ и распределитель импульсов, блок обработки сигналов, включающий последовательно соединенные усилитель видеоимпульсов, вход которого подключен к выходу передающей телевизионной трубки, блок элементов И, шифратор и дешифратор, первые входы элементов И подключены параллельно к выходу усилителя видеоимпульсов, вторые входы элементов И подключены к соответствующим выходам распределителя импульсов, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные второй ключ, первый счетчик импульсов и дешифратор, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму управляющим входам первого ключа, первый управляющий вход второго ключа подключен к второму выходу делителя частоты, второй управляющий вход второго ключа подключен к второму выходу дешифратора, который через диод подключен к выходу усилителя видеосигналов в блоке обработки сигналов, сигнальные входы первого и второго ключей объединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов, введены последовательно соединенные второй счетчик импульсов и блок сравнения, имеющий переключатель установки скорости движения, последовательно соединенные преобразователь двоичного кода в десятичный, входы которого подключены к выходам второго счетчика импульсов, и блок индикации, и введены последовательно соединенные элемент НЕ и третий счетчик, вход второго счетчика импульсов и вход элемента НЕ объединены и подключены к выходу усилителя видеоимпульсов в блоке обработки сигналов, по окончании периода счета второй счетчик импульсов обнуляется сигналом с первого выхода делителя частоты, выходы блока обработки сигналов являются первыми выходами автоводителя, вторым и третьим выходами которого являются два выхода блока сравнения и выход третьего счетчика импульсов, в блоке обработки сигналов выходы элементов И с первого по десятый блока элементов И через диоды объединены и подключены к второму входу дешифратора, выходы элементов И с одиннадцатого по двадцатый через диоды объединены и подключены к третьему входу дешифратора, фотокатод передающей телевизионной трубки имеет светочувствительный слои в секторе 70-110°.

РИСУНКИ