Устройство для прогнозирования положения транспортного средства

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Э(5И.В 60 G 23 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ 1 ЕЛЬСТВУ

Е

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ- ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 2999689/27-11 (22 ) 31,10;80 (46.) 15.05 ° 83 ° Бюл. 9 18 (72 ) Е. В. Авдотин, В.К. Мишкинюк, Я. Н. Поляков, П.С. Сологуб, A.Ë. Кемурджиан и В.А, Веселов (53 ) 629.113,012(088.8 ) (56 ) 1.Авторское свидетельство СССР

rto заявке 9 2582721,кл.В 60 G 23/00, 1978. (54 )(57 ) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕД

СТВА, содержащее датчики крена и дифферента платформы транспортного средства, датчики вертикального хода ко„„SU„„ 1017522 А лес и смонтированные на рычагах, шар-. нирно связанных с платформой чувст,вительные элементы, связанные через вычислитель с блоком управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьзаения точности прогнозирования положения транспортного средства, оно снабжено датчиками угла отклонения чувствительных элементов. в вертикально-поперечной плоскости, датчиками угла отклонения .рычагов в поперечной и продольной плоскостях и приводами наведения рычагов в этих же плоскостях, причем упомянутые датчики через вычислитель связаны с . приводами наведения рычагов.

1017522

Изобретение относится к информационным устройствам об окружающих условиях эксплуатации транспортных средств и может быть использовано для обеспечения.безопасности автоматических транспортных средств, например, плане- 5 тоходов в процессе перемещения их по пересеченной поверхности.

Известно устройство для прогнозирования положения" транспортного средства, содержащее датчики крена и 10, дифферента платформы транспортного )средства, датчики вертикального хода колес и смонтированные на рычагах, шарнирно связанных с платформой, чувствительные элементы, связанные через вычислитель с блоком управления j1).

Недостаток этого устройства состоит в том, что при наличии бокового сноса и увода уменьшается точность прогнозирования положения транспортного средства, поскольку колеса и чувствительные элементы движутся по„ разным траекториям. Поэтому колеса транспортного средства не попадают в те же точки поверхности, в которых с помощью чувствительных элементов измеряЬтся высота рельефа. Следовательно, положение, в которое попадает транспортное средство. после того, как оно переместится на расстояние, рав- 30 ное величине выноса перед ним чувствительных элементов, может существенно отличиться от положения, которое прогнозируется с помощью устройства.

Таким образом, при наличии бокового сноса и увода предлагаемое усгройство не обеспечивает безопасность движейия транспортного средства, так как может пропустить аварийные ситуа ции.

Цель изобретения — повышение точности прогнозирования положения транспортного средства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для прогнозирования положения транспортного средства, содержащее .;датчики крена и дифферента платформы транспортного средства, шарнирно связанных с платформой, чувствительные элементы, связанные через вычислитель с блоком управления, снабжено датчиками угла отклонения чувствительных элементов в вертикально-поперечной плоскости, датчиками угла отклонения рычагов в поперечной и продольной плоскостях 55 и приводами наведения рычагов в этих же плоскостях, причем упомянутые датчики через вычислитель связаны с приводами наведения рычагов.

На фиг. 1 представлена блок".схема 60 устройства,для одного борта транспортного средства (пунктирными линиями изображены механические связи, сплошными - электрические ); на фиг. 2положение транспортного средства с установленным на нем устройством при движении по неровностям рельефа; на фиг. 3 — профилометр, установленный на левом переднем колесе транспорт-ного средства, общий вид; на фиг. 4 транспортное средство и профилометры, вид в плане; на фиг, 5 — траектория, движения транспортного средства.со сносом и уводом при отсутствии наведения профилометров в плоскости параллельной плоскости движения транспортного средства; на фиг. б — то же, при наличии наведения профилометров с целью повышения точности прогнозирования положения транспортного средства; на фиг. 7 — конструктивная схема профилометра.

Устройство для прогнозирования положения транспортного средства на местности состоит из двух профилометров, каждый из которых включает ры- . чаг 1, чувствительный элемент 2, датчик 3 угла, отклонения чувствительного элемента в BBDTHI%BJIbHo-продольной плоскости привод 4 наведения рычага в вертйкально-продольной плоскости и датчик 5 угла отклонения рычага в этой плоскости, Кроме того, устройство .включает датчики б угла отклонения чувствительных элементов в вертикально-поперечной плоскости, датчики 7 угла отклонения рычагов в плоскости движения транспортного средства поперечной плоскости, привод 8 наведения этих рычагов в той же плоскости движения транспортного средства, датчики 9 и 10 хода колес, датчики 11 крена, дифферент 12 и вычислитель 13, связанный с блоком управления 14 транспортным средством.

Профилометры служат для измерения высотообраэований рельефа, расположенных по трассе движения перед транспортным средством в направлении будущей колеи передних колес левого и правого бортов.

В свою очередь рычаг 1 нрофилометра служит для выноса чувствительного элемента 2 на заданное расстояние йеред транспортным средством.

Чувствительный элемент 2 служит для обнаружения бокового сноса или увода транспортного средства, а также для обнаружения рельефных образований по направлению движения колес правого или левого бортов,.а его датчик 3 — для измерения этого угла.

Привод 4 наведения рычага .в вер-тикально-продольной плоскости предназначен для отслеживания чувствительным элементом рельефных образований по направлению движения халес, а датчик 5 угла отклонения рычага в этой же плоскости - для измерения величины отклонения рычага от положения, которое он занимает, когда транспортное средство вместе с профилометром на"

1017522 ходится на горизонтальном участкеповерхности.

Датчик 6 угла отклонения чувствительного элемента в.вертикально-поперечной плоскости служит для измерения этого угла и выдачи сигнала в вычислитель 13, откуда выдается сигнал на привод наведения рычагов в плоскости движения транспортного средства.

Привод 8 наведения рычага в плос- 10 кости движения транспортйого средст- ва предназначен для установки рычагов в направлении вектора скорости транспортного средства.

Датчик 7 угла отклонения рычагов 15 в плосКости движения транспортного средства служит для измерения угла отклонения рычага от продольной оси транспортного средства и выдачи сигнала в вычислитель 13 °

Датчики 9 и 10 хода колес устанавливаются на подвеске колес транспортного средства и служат для измеРения текущего вертикального перемещения этих колес.

25 .

Датчик крена 11 предназначен для измерения текущего. значения углов поперечного наклона транспортного. средства и выдачи результатов измерения в вычислитель 13.

Датчик дифферента 12 предназначен для измерения текущего значения углов продольного наклона транспортного средства и выдачи результатов измере-. ния в вычислитель 13.

Вычислитель 13 предназначен для- 35 обработки информации, йоступающей от профилометров, датчиков кода колес, датчиков крена и дифферента в соответствии с заданной математической программой. 40

Сигналы с выхода вычислителя 13 поступают на вход блока управления 14, который предназначен для выработки команд управления транспортным .средством в зависимости от величины сиг- 45 налов, поступающих с вычислителя. где4=аЕсовч+

+Pecos(4.рп ч) ю=4еъ.H - )1 д yê ЦсОВЧЬОВФ+, 861»И СО»ЧС0594

,.ерми(е р.)-е„

if% if-Ь,.

",к

Безцрасность транспортного средства можйо обеспечить, если в каждый момент времени располагать величинами прогнозируемых углов наклона поверхности в вертикально-продольной плоскости (дифферент ), a следовательно, и транспортного средства под правым

9»р» и левыми»р боРтами, .а также прогнозируемым углом наклона поверх- 55 ности в вертикально-поперечной плоскости„(крен ).

Пусть профилометры вынесены перед транспортным средством на 6g расстояние Pð, равное половине базы транспортного средства. Тогда на фиг. 2 видно, что прогнозируеваай угол наклона поверхности в вертикально-продольной плоскости, например поду правым бортом, может быть определен из соотношения проекция на горизон-. тальную ocb расстояния между центром среднего колеса и точкой контакта чувствительного элемента с грунтом; — расстояние между центрами среднего и переднего колесау — ширина рычага профилометра; перепад высот рельефа в вертикально-продольной плоскости между точками контакта с грунтом среднего колеса и чувствитель-. ного элемента;

- угол наклона рычага правого про илометра, измеряемый с помощью датчика 5;

- угол наклона транспортного средства в . вертикально-продольной плоскости, измеряемый с помощью дат чика-дифферента 12; — расстояние между под-. весками среднего и переднего колес; — длина чувствительного элементарадиус колеса;. расстояние межу у центром i-ro колеса и точкой ярепления его к, корпусу (i a l 2 ); расстояние.от центра

i-ro колеса до точки крепления его к корпусу, измеренное в статическом положении; — ход i-ro колеса, из»меренный датчиком хода.

Таким образом, располагая значения-. ми, и Д 1. по уравнению (1) может быть спрогнозирован угол наклона поверхности под колесами правого и левого бортов. Для этого в уравнение (1) необходимо подставлять значения .и Д з, измеренные под колесами правого или левого бортов соответст-. венно.

Проводя аналогичные Рассуждения, можно найти прогнозируете углы наклона в вертикально-поперечной плоскости, В частности, прогньзнруемый угол наклона в вертикально-попереч1017522 ной плоскости под передними профилометрами вычисляется из соотношения

Чц =о сз - -, (z) д где 5 "" И рп + ч)+ 1 с05Ч о ф>+<>9-1 со М сои% -р уи(4» Ч)

Р— перепад высот рельефа в:вертикально-поперечной плоскости между точками контакта щупов правого и левого профилометров; колея транспортного средства (фиг. 4); — угол наклона транспортного средства в вертикальнопоперечной плоскости,измеряемый датчиком крена 11> с р - угол наклона рычага левого профилометра;, 20

8р — длина рычага профилометра.

Таким образом, по уравнениям (1 ) и (2 ) могут быть спрогнозированы углы наклона поверхности, а следователь-. но, и положение транспортного средст- 25 ва в вертикально-продольной и вертикально-поперечной плоскостях. При этом, если транспортное средство движется без бокового скоса и увода, то направления движения щупов профиломет- gp ров правого и левого бортов совпадают с направлением движения колес, соответствующих бортов, т,е. они движутся по одним и тем же траекториям (фиг. 4 ). Если в процессе движения возникнет боковой снос или увод,то и в этом случае траектории движения щупов профилометров и колес соответствующих бортов также должны совпадать..

В противом случае по уравнениям (1 ) и (2 ) не будет прогнозироваться поло- 40 жение транспортного средства, поскольку с помощью профилометров не измеряются перепады высот рельефа в тех точках поверхности, по..которым будет происходить движение колес (фиг. 5 ). 45

На фиг. 5 показано движение транспортного средства с боковым скосом .или,уводом. При этом профилометры сохраняют такое же положение, в каком находились.бы,если увода или око- 50 са не происходило .(т.е. рычаги профилометров остаются параллельными продольной оси транспортного средства.) Пунктирной линией на этой фигуре показано положение транспортного средства после того, как оно переместилось на величину выноса перед транспортным средством профилометров.

Отсюда видно, что передние колеса транспортного средства (пунктирные линии ) не попали в те же точки, расположенные на опорной поверхности, в которых контактировали с ней профилометры.

На фиг. б также показано движение транспортного средства с боковым скосом нли уводом. Однако профнлометры здесь не остаются параллельными

его продольной оси как на фиг. 5, а располагаются в направлении, параллельном вектору скорости V (сплошные линии ). Поэтому, после того как транспортное средство переместится на расстояние, равное величине выносдь профилометров (пунктирные линии ) его передние колеса окажутся в тех точках опорной поверхности, в которых

I ранее находились чувствительные элементы профилометров.

Таким образом, если при возникновении бокового сйоса или увода профилометры устанавливать параллельно вектору скорости транспортного средства, то в этом режиме движения также может производится прогнозирование положения транспортного средства по уравнениям (1 ) и (2 ), .

Работает устройство следующим образом.

При движении транспортного средства без бокового сноса или увода чувствительные элементы 2 в вертикальнопоперечной плоскости не отклоняются.

Поэтому с датчика б угла отклонения чувствительного элементв в вертикально-поперечной плоскости на привод 8 наведения рычага в плоскости движения транспортного средства сигнала рассогласования не поступает.

Рычаг 1 сохраняет в плоскости движения транспортного средства постоянное положение, параллельное продольной оси машины. Предположим, что в процессе движения чувствительный элемент 2 профилометра уткнулся в выступающее препятствие. Тогда, поскольку транспортное средство,1вижется, чувствительный элемент отклоняется.в вертикально-продольной плоскости на некоторый угол и с выхода датчика 3 отклонения этого элемента поступает сигнал рассогласования на привод 4 наведзния рычага в вертикально-продольной плоскости. Привод

4 продолжает поднимать рычаг 2 в вертикально-продольной плоскости до тех пор, пока угол чувствительного элемента с вертикалью составит 7 с точностью до 1-2о (рабочее положение ).

Такое положение чувствительного элемента говорит о том, что последний движется по вершине выступающего препятствия. Аналогичная картина наблюдается если перед чувствительньви элементом появится препятствие типа впадины. В этом случае привод 4 продолжает опускать рычаг 1 вниз до тех пор, пока чувствительный элемент коснется опорной поверхности и повернется на угол 7 . Величина угла

7 задана из конструктивных соображений.

Положение рычага в вертикальнопродольной плоскости измеряется с

1017522

10 помощью датчика 5, а положение колес и корпуса транспортного средства с помощью датчиков хода 9 и 10, крена

11 и дифферента 12, Сигналы с выходов датчиков 5, 9, 10, 11 и 12 поступают в вычислитель

13, в котором по уравнениям (1 ) и (2 ) производится прогнозирование положения транспортного средства. С выхода вычислителя сигналы поступают на вход блока управления 14, где, они сравниваются с допустимыми углами наклона соответственно поверхности и транспортного средства.

Если величины прогнозируемых углов наклона превышают допустимые . 15 для данного транспортного средства, значения, то в блоке управления вырабатывается команда объезда опасных участков местности.

Если в процессе движения транс- -20 портного средства возникнет боковой скос или увод (фиг. 5 ) то чувствительные элементы 2 отклонятся в вертикально-поперечной плоскости на:некоторый угол g . Поэтому с дат- 25 чика б угла отклонения чувствительного элемента в вертикально-поперечной плоскости через вычислитель 13 на привод 8 наведения рычагов в плоскости движения транспортного средства поступит сигнал рассогласования,который по величине равен углу д . Этот сигнал является командой на включение привода и поворот рычага, который поворачивается приводом 8 в сторону,,противоположную отклонению чувстви- 35 тельного элемента 2, т.е., Sin н З=-s1è w® где Ь вЂ” у-гол поворота рычага в плоскости движения транспортно- 40

ro средства (в.поперечной плоскости ).

Одновременно, с поворотом рычага

i в плоскости движения с помощью привода 8, происходит подъем его

45 вверх приводом.4 поведения .рычага в вертикальнбпродольной плоскости, Подъем рычага в вертикально-продольной плоскости и поворот в плоскости движения транспортного средст« ва происходит до тех пор, пока чувст- 50 вительный элемент займет вертикальное положение с точностью до 1-2 года.

После того, как чувствительный элемент займет вышеуказанное положение, привод 8 наведения в плоскости движения транспортного средства выключается и рычаг 1 устанавливается приводом 4 в рабочее положение. Если после установки рычага 1 в рабочее положение произойдет повторное отклонение чувствительного элемента, то снова произойдет включение привода

8 и т.д. пока рычаг займет положение параллельное вектору скорости транспортного средства (фиг. б ).

В этом случае также сигналы с выходов датчиков 5, 9, 10, 11 и 12 подаются на вход вычислителя, где происходит вычисление прогноэируемых углов транспортного средства по уравнениям (1 ) и (2:).

С выхода вычислителя сигналы поступают в блок управления, который предназначен для выработки команд движения транспортным средством в зависимости от величин сигналов, поступающих с вычислителя. Для повышения быстродействия и точности наведения скорость вращения рычагов обеспечивается электроприводом 8 пропорциональным углу отклонения чувствительного элемента 2 в верти- . кально-поперечной плоскости. Устойчивость работы привода- наведения рычага 1 в плоскости движения транспортного средства обеспечивается за счет обратной связи, которой охвачен привод 8. Сигналы обратной связи снимаются с датчиков б и 7 и подаются на вход вычислителя 13.

Предлагаемое устройство для прогнозирования положения транспортного средства н процессе его движения по пересеченной поверхности позволяет производить прогнозирование положения транспортного средства как при наличии увода или бокового сноса, так и без наличия последних. Это, в свою очередь, повыаает .безопасность движения транспортного средства и точность прогнозирования его положения в пространстве.

1017522,1017522

Составитель A. Никитин

Редактор T. Митейко Текред М. Гергель рректор A. Тяско

Заказ 3452/18 Тираж 675 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раутаская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", .r. Ужгород ул. Проектная, 4