CZ17880U1 - Zařízení pro automatické řízení pozemních dopravních prostředků - Google Patents

Description

Zařízení pro automatické řízení pozemních dopravních prostředků

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro automatické řízení pozemních dopravních prostředků na komunikacích vybudovaných pro provoz těchto vozidel. V případě použití automatického řízení se stává obsluha (řidič) jen dozorným orgánem a zadavatelem přepravního programu. To znamená stanoví přepravu z místa A (místo odjezdu - startu) do místa B (místo příjezdu - cíle). Automatický provoz dopravního prostředku je řešen tak, že obsluha má možnost zasáhnout v kterémkoliv okamžiku do činnosti automatiky řízení a přepojit automatický provoz na ruční provoz a tím korigovat přepravní zvolený program a nebo upravit mimořádné změny vzniklé na trase ne10 předvídanou situací.

Dosavadní stav techniky

V současné době dle dostupných informací není známo, že by uvedený způsob automatického provozu pozemních dopravních prostředků byl někde používán nebo patentován. Dnešní řízení pozemních dopravních prostředků bylo téměř sto let vylepšováno drobnými technickými úpra15 vámi, ale základní princip řízení zůstal po tuto dlouhou dobu zakonzervován na současném technickém stupni. Návyky řízení zakořenily tak hluboce, že světoví výrobci automobilů již neberou v úvahu, že současná doba vyžaduje určité změny ve způsobu řízení dopravních prostředků. Ovládání mobility pozemních dopravních prostředků uvázlo na stadiu čtyřkončetinového ovládání vozidla tj. používání nožních pedálů pro spojku, brzdu, plyn (akcelerační pedál), rejd je řízen volantem. Homí končetiny řidiče jsou převážně použity pro směrovou stabilizaci, přičemž, levá ruka řidiče mimo manipulaci s volantem ovládá ještě směrovou signalizaci a obsluhu světel. Pravá ruka mimo volantu ovládá provozní spínací prvky jako stěrače, ostřikovače, ohřívače průhledových skel, tempomat, výstražnou signalizaci a další různé prvky pro pohodu v přepravním prostoru. Při ovládání provozních prvků a manipulaci s řízením jsou vždy obě homí končetiny současně v činnosti. Volant odděluje tedy ovládací skupinu pro pravou a levou stranu ovládanou horními končetinami, kde záměna není prakticky možná. Dolní končetiny jsou převážně používány pro ovládání tří podlažních pedálů. Lidský mozek pak řídí pět základních úkonů mobility vozidla, hlavně pak vazeb mezi těmito úkony. V převážných případech pak ještě přibudou nejméně dva další úkony, což jest manuální řazení rychlostí a používání mění brzdy při pojíždění do kopce a zastavení vozidla. Automobily dražších kategorií jsou vybaveny automatickou převodovkou a hydraulickou spojkou. Zvláštní řízení obsahují auta pro tělesně postižené.

Ze spisů PV 2006-373 nebo UV 16895 je znám integrální ovladač sestávající z ručního ovladače, který má dva stupně volnosti, přičemž je přes táhlo spojen s tělesem rozdělovače, ve kterém jsou uspořádány ovládací prvky pro ovládání rejdu, brzd a akcelerace a pohybové změny ovládání ovladače jsou v proporcionálním vztahu k funkcím pro všechny napojené řízené okruhy vozidla. Je však známo, že většina havárií je způsobena lidským faktorem a proto je třeba co nejvíce činností zautomatizovat a učinit nezávislých na obsluze.

Cílem technického řešení je přestavit integrální ovladač výše uvedeného typu, který by umožnil jeho automatické ovládání v co největší míře.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro automatické řízení dopravních prostředků podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že ovladač je opatřen servomotory pro pohon rejdu, akcelerace a brzdy, které jsou napojeny na ústřední řídicí jednotku, přičemž ovladač je vybaven přepínačem z automatického na ruční ovládání. Toto zařízení umožňuje automatické řízení pozemních dopravních prostředků bez zásahu obsluhy, které je schopno nahradit veškeré úkony prováděné při manuálním provozu řidičem.

- 1 CZ 17880 Ul

Ve výhodném provedení obsahuje ovladač centrální vratnou pružinu pro stabilizaci stavu mobility dopravního prostředku, to jest přímá jízda, volnoběžné otáčky pohonné jednotky při ručním řízení nebo přerušení signálu z řídicí jednotky. Zařízení je tedy navrženo tak, aby umožňovalo provoz automatického řízení i provoz manuální s možností vzájemného přepnutí v kterémkoliv okamžiku jízdního režimu.

Hlavní podstatou předkládaného řešení je, že je navržen zcela nový způsob ovládání provozních prvků pro mobilitu dopravního prostředku. Současný způsob čtyřkončetinového ovládání je pro automatizaci řízení pozemních dopravních prostředků nevhodný a neb velmi obtížně použitelný. S ohledem na současný rozvoj automobilizmu ve všech zemích světa a zhuštěný provoz v zemích s vyspělým průmyslem, jsou neustále kladeny vyšší požadavky na řidiče, přičemž technika řízení zůstává ve svém principu téměř sto let nezměněna. Většina havárií pozemních dopravních prostředků vzniká selháním lidského faktoru přičemž přehlédnutí, opomenutí, špatný odhad situace a zkratové jednání v kritických jízdních momentech je možné považovat za hlavní příčiny dopravních nehod.

Automatické řízení si vyžádá mimo nového způsobu řízení mobility také větší zapojení přístrojové techniky posilující lidský faktor v této oblasti, což by zabránilo značnému množství havárií.

Integrovaný ovladač pro pozemní dopravní prostředky je předmětem PV 2006-373 či UV 16895.

V daném případě je nová integrovaná řídicí jednotka doplněna dvojčinným servomotorem, který umožňuje plně automatické řízení mobility pozemního dopravního prostředku. Řídicí signály pro ovládání dvojčinného servomotoru jsou napojeny na ústřední řídicí jednotku, která upravuje vstupní signály ze všech napojených čidel, senzorů a orientačního systému na výsledný řídicí signál pro akční člen, což jest dvojčinný servomotor.

V režimu automatického provozu vykazuje servomotor složený pohyb ve dvou stupních volnosti. Otočný pohyb hřídele ovládá vychylování rejdu v napojení na integrovaný ovladač. Suvný pohyb hřídele pak řídí pohyb vozidla vpřed, vzad, zrychlení, brzdění, stabilizaci rychlosti (při chodu vzad nutno přepnout na zpětný chod).

Potřebná čidla pro plně automatický provoz je možné rozdělit do tří základních skupin:

A) čidla rejdová (zajišťují směrovou stabilitu na zvolené trase),

B) čidla akcelerace, rychlosti, polohové vzdálenosti,

C) signály orientačního zařízení.

Pro zlepšení kvality a bezpečnosti jízdy je možné doplnit automatický provoz ještě o další kontrolní prvky, které je možno aplikovat na systém automatizace. Jako na příklad čidlo pro rychlost v zatáčkách (úhlovou rychlost - omega), čidlo pro zrychlování a brzdění a podobně. Výsledné signály pokud se týká stupňů volnosti jsou pouze dva, které řeší složenými pohyby celkovou mobilitu dopravního prostředku.

Integrovaný ovladač vykazuje naprosto stejný pohyb jako servomotor. Neutrální bod servomotoru i ovladače je totožný. Otočná část řeší výchylky 0 až 45 stupňů vpravo nebo vlevo. Posuvem vpřed řešíme rozjezd a nastavení požadované rychlosti od nuly do maximální rychlosti km/hod. Opačný směr pod nulovou rychlostní hodnotou vykazuje brzdění. Přepnutí z automatického na ruční provoz nebo opačně se děje vypnutím nebo zapnutím signálu z řídicí jednotky, tím jsou tato všechna spojení bez vůle. Při uvolnění řídicí rukojeti, nebo přerušení řídicího signálu vrátí se systém řízení do neutrální polohy pomocí centrální pružiny. V neutrální poloze přechází pohonná jednotka na volnoběžné otáčky, rejd zaujímá přímočarou jízdu a pohonná náprava je ve volnoběžném stavu.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je přiblíženo pomocí výkresů, na kterých je na obr. 1 představen integrovaný ovladač podle technického řešení obsahující ovladač dle stavu techniky z UV 16895 a jeho napojení na hlavní systémy vozidla s návazností na dvojčinné servomotory, které jsou řízeny při

-2CZ 17880 Ul automatickém provozu výstupními signály z řídicí jednotky, na obr. 2 je znázorněno rozmístění komponentů pro automatické řízení a provoz pozemního dopravního prostředku.

Příklad provedení technického řešení

Z obr. 1 je zřejmé, že celková sestava automatického řízení je složena z několika komponentů na kterých bude blíže popsána funkce. Integrovaný ovladač I sestává ze dvou základních částí a to ručního ovladače 2 s táhlem 3 a rozdělovače 4. Ruční ovladač 2 umožňuje suvný a otočný pohyb. Uvedené pohyby jsou omezené minimálními a maximálními polohami ovládaných systémů. Rozdělovač 4 převádí pohyb ručního ovladače 2, resp. táhla 3 na úměrné množství ovládacího média napojené na systémy rejdu D, brzd B a akcelerace A, přičemž ovládání média M může být ío různé - hydraulické, pneumatické, elektricko elektronické, popřípadě se může jednat o kombinaci systémů.

Ve spodní části obrázku je dále schematicky znázorněno napojení integrovaného ovladače I na systémy nutné pro mobilitu pozemních dopravních prostředků, což je systém rejdu D, brzd B a akcelerace A. Z rozdělovače 4 jsou vyvedeny výstup ovládacího média M rejdu Vd, výstup ovládacího média M brzd Vb a výstup ovládacího média M akcelerace Va. Do rozdělovače 4 je zaústěn přívod ovládacího média M.

Je zřejmé, že ruční ovladač 2 se může pohybovat ve čtyřech směrech a to do boku podle šipek dp, což je rejd vpravo, a dl, což je rejd vlevo. Dále jsou to možnosti lineárního pohybu v ose táhla 3 a to dopředu ve směru šipky a směrem k rozdělovači 4, což je přidáni plynu, tedy akcele20 race a nebo ve směru šipky b, což jest aktivace brzdy.

Ve spodní části obrázku je vidět způsob napojení výstupů Vd, Vb a Va z rozdělovače 4 na systémy nutné pro mobilitu pozemních dopravních prostředků, což je systém rejdu D, systém brzd B a systém akcelerace A. Je vidět, že výstup ovládacího média M rejdu Vd vstupuje do servopohonu řízení 5, výstup ovládacího média M brzd Vb do servopohonu brzd 6 a výstup ovládacího média M akcelerace Va do servopohonu akcelerační jednotky 7, kterou tvoří motor 8 s hydraulickou spojkou 9 a automatickou převodovou skříní JO.

Přívod ovládacího média M na vstupu je jištěn náhradním zdrojem, který není znázorněn. Pružina J_3 ukotvená ve vhodné konzole J4 zajišťuje v klidovém stavu neutrální polohu ve výkyvném neutrálním bodě 11 pro vychýlení dp a dl a v suvném neutrálním bodě 12 pro vychýlení směrem a a b.

Až potud se týká popis integrovaného ovladače I pro ruční řízení mobility vozidla. Pro automatické řízení je sestava doplněna prvky ovládacími, řídicími a prvky kontrolními, které zajišťují korekci odchylek od zvolené trasy. Funkce a úkol veškerých čidel, senzorů a signálů není účelem tohoto popisu. Veškeré potřebné hodnoty čidel, informační a korekční signály, jsou napojené na svorkovnici 16 ústřední řídicí jednotky 15, která pomocí programů zpracovává výstupní řídicí signály pro svorkovnici J7 na kterou jsou napojeny dvojčinné servomotoiy 18, 19, 20, 21, (což mohou být například elektromagnety s proporcionální funkcí).

Na obr. 2 je znázorněno rozmístění hlavních částí automatického řídicího systému v prostoru karoserie automobilu.

Karoserie automobilu je vybavena mimo řízení a ovládání hlavně skupinami čidel, senzorů a různých přijímačů signálů, které zajišťují maximální zdroj informací a údajů pro ústřední řídicí jednotku 15, jejíž úkolem jest přivést automobil bezpečně v optimálním čase z místa startu do cíle, pri respektování všech dopravních předpisů a nařízení, které budou aktualizovány v programu ústřední řídicí jednotky J5. Sestavení provozního programu řídicí jednotky 15 a stanovení počtu a druhu snímačů není obsahem tohoto řešení. Na obr. 2 je jen znázorněno vhodné rozmístění skupin snímačů, které navazují na vhodná místa ve vazbě na základní elektroinstalaci automobilu a vhodnou polohu pro získávání maximálních informací z okolí automaticky řízeného vozidla. Pravý a levý reflektor je zvětšen a doplněn o snímací zařízení 22 a 23. Zadní skupinové

-3CZ 17880 Ul svítilny jsou doplněny o snímací zařízení 24 a 25. Na střešní části vozu je pak snímač 27 pro signalizaci výškového sledování a pro příjem signálu GPS nebo systému Galileo. Umístění řídicí jednotky 15. je v blízkosti napájecího zdroje. Ovladač 2 mobility s rozdělovačem 4, dvojčinnými servomotory 18 až 21 tvoří prakticky jeden montážní celek, který je napojen na servopohon říze5 ni 5, brzd 6 a akcelerační jednotky 7. Čidla, senzory a další snímače jsou umístěny tak, aby byly získávány maximální informace z celkového prostoru kolem automaticky řízeného vozidla. Funkce nej důležitějších snímačů jsou zdvojeny. Ovladač I je vybaven přepínačem z automatického na ruční ovládání.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU ίο 1. Zařízení pro automatické řízení pozemních dopravních prostředků, které sestává z ručního ovladače, který má dva stupně volnosti, přičemž je přes táhlo spojen s tělesem rozdělovače, ve kterém jsou uspořádány ovládací prvky pro ovládání rejdu, brzd a akcelerace a pohybové změny ovládání ovladače jsou v proporcionálním vztahu k funkcím pro všechny napojené řízené okruhy vozidla, vyznačující se tím, že ovladač (1) je opatřen servomotory (18, 19, 20, 21)

   15 pro pohon rejdu (D), akcelerace (A) a brzdy (B), které jsou napojeny na svorkovnici (17) ústřední řídicí jednotky (15), přičemž ovladač (1) je vybaven přepínačem z automatického na ruční ovládání.
2. 2. Zařízení pro automatické řízení pozemních dopravních prostředků podle nároku 1, vyznačující se tím, že ovladač (1) obsahuje centrální vratnou pružinu (13) pro stabilizaci

   20 stavu mobility dopravního prostředku, to jest přímá jízda, volnoběžné otáčky pohonné jednotky při ručním řízení nebo přerušení signálu z řídicí jednotky (15).