Радиолокационное устройство предупреждения аварийных ситуаций при движении по трассе

Радиолокационное устройство предупреждения аварийных ситуаций при движении по трассе

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка: 35 страниц, 8 рисунков, 13 источников.

Была разработана система оповещения водителя об опасности при движении по трассе. Система не имеет погодных ограничений и может устанавливаться на любое транспортное средство вне зависимости от его габаритов и технического состояния. Кроме того, использованные в этой системе компоненты имеются в свободной продаже, а общая стоимость системы гораздо ниже Западных аналогов. Благодаря внедрению этой системы число аварий на трассе должно существенно уменьшится.

В последнее время в нашей стране наблюдается постоянный рост числа водителей и транспортных средств. Как следствие этого число автомобильных аварий, происходящих ежедневно, неумолимо растет. Это обусловлено многими факторами: несовершенством дорожного полотна, превышение скоростного режима и малым стажем большинства водителей. Как следствие последнего фактора - невозможность правильно выбрать дистанцию и оптимальную скорость движения. Кроме того, большинство граждан нашей страны не имеет такого высокого дохода, который позволил бы им приобретать машины высокой ценовой категории, оснащенные различными вспомогательными приборами, признанными служить начинающим водителям.

Целью этой курсовой работы является разработка прибора, который должен служить водителям и помогать им при выборе безопасной дистанции при движении по трассе. А в случае опасного сближения с впередиидущим автомобилем, препятствием или автомобилем, движущимся во встречном направлении, заблаговременно предупреждать об опасности с тем, чтобы водитель успел среагировать и исправить ситуацию. Этот прибор должен являться универсальным для всех транспортных средств, вне зависимости от их габаритов и технических характеристик. Кроме того он должен учитывать состояние дорожного покрытия и в зависимости от этого иметь различные предельные значения оповещения.

1 Обзор рынка систем безопасности

На сегодняшний день многие дорогие иномарки оснащаются различными системами пассивной и активной безопасности. И это не случайно. В развитых странах уровень дорожного покрытия очень высокий и позволяет водителям развевать на своих автомобилях высокие скорости. Например, в Германии на автобанах нет ограничений скоростного режима. Естественно, что аварии в подобных условиях приводят к трагическим последствиям. Поэтому миллиарды долларов и евро вкладываются в автомобильной промышленности в развитие систем безопасности и проведение различных дорогостоящих тестов, испытывающих эти системы. К таким системам безопасности относятся штатная установка практически во все модели автомобилей подушек безопасности, ремней безопасности с преднатяжением, активные подголовники, усиление несущих конструкций кузова. Но развиваются не только перечисленные выше меры пассивной безопасности. Изменения касаются также и начинки автомобиля. Так антиблокировочной тормозной системой уже никого не удивишь. Однако системы, которые относятся к разряду knowhow, устанавливаются далеко не на все модели. Даже если концерн обладает возможностью производства подобных устройств, они еще не столь популярны, чтобы сделать их такой же базовой опцией, как подушки безопасности. Однако, роль подобных устройств все больше возрастает, популярность растет, а значит в ближайшее время такие системы получат широкое распространение.

К подобным устройствам можно отнести прибор ParkTronic, помогающий водителю оценить дистанцию до препятствия при движении задним ходом в условиях ограниченной видимости из-за так называемых мертвых зон. Подобные приборы устанавливаются уже на многие машины. Но в мире наблюдаются тенденции по облегчению и уменьшению роли водителя и передачи ряда функций электронике. Так идея автомобиля, двигающегося без водителя по необходимому заранее заданному маршруту, постепенно воплощается в жизнь. Благодаря широкому распространению систем GPS (система глобального позиционирования) уже сейчас есть системы, способные управлять автомобилем, следя за дорожной ситуацией и двигаясь по сигналам со спутника. Однако, подобные системы требуют очень больших затрат и в данный момент носят скорее экспериментальный характер. Тем не менее, некоторые элементы этой системы получили распространение. Речь идет об устройствах, предупреждающих водителя о приближающемся препятствии. Рассмотрим такие системы мировых производителей.

Компания Audi [3] готова предложить покупателям лимузина А8 новую опцию - систему автоматического регулирования скорости движения и контроля дистанции до впереди идущего автомобиля. Система состоит из радарной установки, излучающей направленные коротковолновые импульсы и фиксирующей их эхо, отраженное от находящихся перед автомобилем препятствий. Датчик системы размещен за декоративной решеткой радиатора. В работе радара используется известный в физике эффект Доплера, согласно которому возвращающиеся импульсы изменяют свою частоту в зависимости от скорости движения сканируемого предмета. Это позволяет компьютеру системы не только определить расстояние до впереди идущего автомобиля, но и рассчитать относительную скорость, с которой автомобили сближаются или, напротив, увеличивают дистанцию между собой.

Система контроля дистанции Audi A8 эффективно работает в диапазоне скоростей 30-200 км/ч. Как только водитель включает систему, на информационном дисплее приборной панели появляются данные о выбранной скорости и дистанции, а также фактическое расстояние до идущего впереди автомобиля. Если Audi A8 чересчур приблизилась к нему, то система автоматически уменьшит подачу топлива в двигатель, снижая тем самым скорость, а при необходимости даже задействует тормозную систему. Если же дистанция между автомобилями, наоборот, слишком возросла, то система, увеличив подачу топлива, разгонит Audi A8 до нужной скорости. Все разгоны и торможения осуществляются с максимально возможной плавностью.

Концерн Toyota [4] разработал новую систему безопасности, которая будет опробована на нескольких (не уточняется, каких) моделях компании в будущем году. Система состоит из контролирующего и управляющего блоков. Алгоритм ее действия следующий: специальный радар контролирует дорогу впереди автомобиля и передает информацию “мозговому центру” системы, который оценивает степень вероятности возникновения аварийной ситуации на основе нескольких критериев: скорости, расстояния до впереди идущих автомобилей, состояния дорожного покрытия и так далее. При высокой вероятности аварии система подает команду вспомогательным устройствам, которые начинают подтормаживать автомобиль и выбирают слабину ремня безопасности.

Так же и компания Nissan Motor [3] разрабатывает новую систему безопасности, где сочетаются радар и камера, и которая предназначена для минимизации риска аварии. Недавно эта система была представлена журналистам на пресс-конференции в Токио.

Новая система определяет автомобиль впереди за 100 метров и сама тормозит до необходимой скорости. Также она увеличивает тормозное усилие при торможении и позволяет водителю не отвлекаться от дороги. Радар устанавливается на решетку радиатора и определяет автомобиль по светоотражателям, но он не предназначен для пешеходов и животных, а также не сможет определить автомобиль сбоку. Камера устанавливается около лобового стекла.

Кроме этого, Nissan представил новую систему круиз-контроля, похожую на ту, что ставится на автомобили Cadillac, - ее преимущество в том, что она позволяет автоматически сохранять безопасную дистанцию за передним автомобилем без вмешательства водителя. Это очень удобно в условиях города и пробок. Она появится на японских автомобилях представительского класса на внутреннем рынке в следующем году.

В 2005-м году в серийную комплектацию автомобилей будет внедряться так называемая «предупреждающая» электроника. Это поможет снизить количество дорожных происшествий, особенно на перекрестках, при встречном движении и при въезде на автостраду. Для этого «сенсорные» машины должны будут оснащаться датчиками радиолокатора и видеодатчиками.

По утверждению журнала «Automobilwoche», компания Bosch разрабатывает устройство, 24-герцовый радиолокаторный датчик, излучения которого как бы будут создавать вокруг машины виртуальный «пояс безопасности». Это устройство Short-Range-Radar (SRR) снабжено множеством специальных «сенсоров», которые непрерывно будут улавливать и анализировать все, что происходит вокруг машины на расстоянии от 20 см до 2 м.

Наряду с этим видеодатчики должны будут играть решающую роль. Множество вмонтированных в автомобиль видеокамер будут фиксировать не только находящиеся на далеком расстоянии дорожные знаки, но и также других участников движения. Обе системы - радар и видеокамера - будут работать в тесном переплетении и таким образом делать более точные замеры расстояния и классифицировать объекты. Пиктограмма на дисплее будет информировать водителя о скоростных ограничениях впереди или о наличии каких-либо препятствий на пути.

Согласно высказываниям Петера М.Кнолля, руководителя отдела, который занимается этими разработками в компании Bosch, внедрение видеотехники планируется начать в 2006-м году, сообщает autojournal.de.

И это еще доступные технологии. В мире делаются попытки отдельными автомобильными концернами разработать системы, использующие в своей основе спутниковую навигацию. Так же были предложения оборудовать на всем протяжении трасс устройствами, которые воспринимались бы идущим по трассе автомобилем, за счет чего происходила бы корректировка движения и выбора скоростного режима. Некоторые производители выдвигали предложения в качестве основного прибора системы использовать лазерный луч, который определил бы расстояние до впередиидущего препятствия и по разделительным полосам корректировал бы положение автомобиля на трассе.

Однако, следует заметить следующие особенности. Первое: все эти устройства устанавливаются или планируют устанавливаться на дорогих моделях. Второе: все они непосредственно обращаются к двигателю через системы подачи топлива или к тормозным системам, минуя водителя. Безусловно, это оправданно, удобно и эффективно, однако, следует заметить, что в России до сих пор выпускается большое количество автомобилей, не использующих электронную систему впрыска топлива, то есть карбюраторные двигатели. Таким образом, перечисленные выше системы для таких автомобилей не подходят. И третье: в свободной продаже подобных средств нет, а экспериментальные приборы подобного рода очень дороги.

2 Формулирование технических требований

Таким образом, для получения информации о находящимся впереди препятствии, необходимо применять устройство, способное определять скорость сближения и дистанцию до помехи. В качестве такого прибора можно использовать лазерные, ультразвуковые или радарные установки. Однако, лазерные приборы очень дороги и требовательны при эксплуатации, а точность и дальность их работы зависит от погодных условий. Так же практическая установка подобного устройства вызовет ряд проблем. Следует учесть, что на дороге постоянно есть какая-то грязь, которая будет забивать лазерный прибор, поэтому его установка возможна только в салоне, что тоже вызовет некоторые неудобства. Использование ультразвуковых приборов не возможно из-за небольшой дальность действия (в лучшем случае до 50 метров).

Таким образом, остановим наш выбор на радиолокационном приборе измерения скорости и дальности до помехи.

Также для анализа полученных от радара данных необходимо микропроцессорное устройство. Оно будет сравнивать значения с радара с критическими данными, и в случае их превышения подавать сигнал на звуковое устройство. Кроме того, в системе будут использованы элемент ввода, для выбора состояния дорожного покрытия и индикаторная панель для отображения дистанции до препятствия и подачи светового сигнала.

3 Составление структурной схемы

На основании рассмотренных выше требований можно составить структурную схему системы, блок-схему которой можно видеть на рисунке 1.

Рисунок 1

4 Выбор элементной базы

4.1 Выбор радара

Радары, применяемые в аналогичных импортных приборах в основе своей используют эффект Доплера. Рассмотрим теорию этого явления.

Эффект Доплера - это зависимость частоты от скорости источника или наблюдателя. После того, как было доказано, что эффекту Доплера подвержены все волновые процессы, в том числе и свет, стал вопрос: нельзя ли с его помощью определить абсолютную скорость относительно эфира. Теория относительности однозначно ответила, что нет, поскольку нельзя отличить, кто движется - источник или наблюдатель, так как результат в обеих случаях получается одинаковым. Напишем эти формулы:

Страницы: 1, 2, 3, 4