Zariadenie a spôsob detekcie kolies

Číslo patentu: E 15641

Dátum: 21.06.2011

Autor: Nagy Olivér

Je ešte 1 strana.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Predložený vynález sa týka spôsobu detekcie kolies vozidla, ktoré sa pohybuje po jazdnej dráhe v jednom smere jazdy, a ktorého kolesá vyčnievajú z karosérie vozidla smerom nadol a vo výške karosérie vozidla sú bočne aspoň čiastočne odkryté.0002 Detegovanie kolies vozidiel je zaujímavé pri mnohých aplikáciách. Z identifikovania kolies môže byť takto bezpečne zistené prejdenie určitej dopravnej plochy, napríklad na účely stráženia hraníc alebo pre spustenie určitých akcií, ako iniciovanie alarmu, zapnutie osvetlenia, otvorenie závory, fotografovanie na účely monitorovania atď. Aj moderné systémy poplatkov v doprave sa pri vymerani poplatkov riadia často počtom náprav vozidiel, takže detegovanie kolies (náprav) môže byt tiež dôležitým podkladom pre systémy cestného mýta alebo parkovacích poplatkov.0003 Z dokumentu DE 10 2008 037 233 A 1 je známy spôsob, ako detegovať kolesá pohybujúceho sa vozidla na základe ich horizontálnej zložky tangenciálnej rýchlosti, odlišnej od zvyšných častí vozidla, ktorá zapríčiňuje príslušný posun frekvencie meracieho zväzku žiarenia radaru vplyvom Dopplerovho efektu. Na tento účel sa použlva radarový merač rýchlosti, ktorý Ialokom zväzku žiarenia radaru ožaruje spodnú časť prechádzajúcich vozidiel a zo zachytenej zmesi prijimaných frekvencii stanovuje jediný meraný signál rýchlosti, ktorý v miestach kolies ukazuje signálne maximá. Automatická detekcia takýchto maxim v priebehu signálov vyžaduje signálne analytické vyhladávanie hraničných hodnôt aje zodpovedajúca tomu nákladná. Okrem toho môžu napr. medzery medzi ťažným vozidlom a jeho prlvesom simulovat signálne minimá, a tým medzi nimi ležiace falošné maximá, ktoré vedú k chybnej detekcii kolies.0004 Cielom vynálezu je vytvoriť spôsoby a zariadenia na detekciu kolies, ktoré sú jednoduchšie realizovatelné ako známe riešenia.0005 V prvom aspekte vynálezu sa tento ciel dosahuje spôsobom, ktorý sa vyznačuje týmito krokmivysielanie zohniskovaného elektromagnetického meracieho zväzku žiarenia so známym časovým priebehom jeho frekvencie zo strany jazdnej dráhy na oblasť vopred určenej výšky nad jazdnou dráhou a šikmo k smeru jazdy, pričom je meracl zväzok žiarenia zohniskovaný tak, že jeho uhol otvorenia je 1 °a|ebo má jeho oblas ť dopadu na vozidle maximálny priemer 5 cm, výhodne 2 cm, príjem meracieho zväzku žiarenia odrazeného od prechádzajúceho vozidla a zaznamenanie časového priebehu jeho frekvencie relativne k známemu priebehu adetegovanie pravouhlého impulzu, ktorý sa objaví v priebehu časového úseku prechodu karosérie vozidla v zaznamenávanom priebehu, ako kolesa.0006 vynález spočíva na poznatku, že horizontálna zložka tangenciálnej rýchlosti otáčajúceho sa kolesa zostáva na určitej vopred určenej výške počas celého prechodu kolesa - tzn. keď je koleso na tejto výške rezané - konštantné a - pokial nie je koleso zasiahnuté práve vo výške svojej osi líši sa od rýchlosti karosérie, takže postačuje jednoduchá detekcia pravouhlého impulzu. aby bolo možné spoľahlivo detegovať otáčajúce sa koleso. K tomu sa použlva zohniskovaný meraci zväzok žiarenia, aby sa na karosérii vozidla prípadne otáčajúcom sa kolese generovalo čo možno najmenšie miesto dopadu pripadne miesto merania. Čo najmenšie miesto dopadu prípadne miesto merania umožňujú zanedbanie iných vplyvov merania, ktoré sa vyskytujú napríklad pri meraní podielu bočnej projekcie vektora pohybu vozidla Príliš veľké miesto dopadu prípadne miesto merania by odlišnými uhlami projekcie viedlo k rozšíreniu frekvenčného pásma v prijímanom signáli. Toto ohniskovanie môže byt dosiahnuté napríklad pomocou laserového zväzku žiarenia ako meracieho zväzku žiarenia alebo rádiolokátorovými zväzkami žiarenia s extrémne vysokou frekvenciou, výhodne v rozsahu nad 70 GHz, napr. takými, aké sa používajú ako radarové senzory pre velké vzdialenosti v odbore vozidiel pre asistentov na varovanie pred kollziou alebo opustenim jazdného pruhu Takéto rádiolokátorové zväzky žiarenia s vysokou frekvenciou môžu byť príslušnými smerovými anténami, zoskupeniami antén alebo radarovými šošovkami silne zohniskované, takže ich dopadová oblasť na karosérii pripadne kolese má priemer niekoľkých málo centimetrov.0007 Pod pojmom zohniskovaný meraci zväzok žiarenia sa v predloženom opise analogicky rozumie meraci zväzok žiarenia, ktorý má rozšírenie zväzku žiarenia (uhol otvorenia) niekolko málo stupňov, výhodne 1 °(zodpovedá 0,00024 sr), takže sa vzdialenosťou medzi lidarovým pripadne radarovým zariadením a snimaným vozidlom dosahuje na vozidle dopadová oblast s maximálnym priemerom v centimetrovom rozsahu, výhodne 5 cm, výhodnejšie 2 cm.0008 Detekcia pravouhlého impulzu v zaznamenávanom priebehu frekvencii prijímaného signálu sa dá dosiahnuť osobitne jednoduchým spôsobom tým, že sa detegujú dva striedavé preskokyfrekvencie nasledujúce za sebou, medzi ktorými je jedna v podstate konštantná frekvencia.0009 V druhom aspekte poskytuje vynález zariadenie na detekciu kolies vozidla, ktoré ide po jazdnej dráhe v jednom smere jazdy, a ktorého kolesá vyčnievajú z karosérie vozidla nadol a sú vo výške karosérie vozidla bočne aspoň čiastočne odkryté, a ktoré sa vyznačujeDopplerovým Iidarovým alebo radarovým zariadením, ktoré vysiela na ciel zohniskovaný elektromagnetický merací zväzok žiarenia so známym časovým priebehom jeho frekvencie azaznamenáva časový priebeh frekvencie meracieho zväzku žiarenia odrazeného od cieľa relatívne k známemu priebehu, pričom je merací zväzok žiarenia zo strany jazdnej dráhy orientovaný na oblasť vopred určenej výšky nad jazdnou dráhou a šikmo k smeru jazdy a je zohniskovaný tak, že jeho uhol otvorenia je 1 ° alebo jeho oblast dopadu na vozidle má maximálny priemer 5 cm, výhodne 2 cm a podriadeným vyhodnocovacím zariadením, ktoré deteguje pravouhlý impulz, ktorý sa objavi v zaznamenávanom priebehu počas časového úseku prechodu karosérie vozidla, ako koleso.0010 Vzhľadom na výhody zariadenia podľa vynálezu sa odkazuje na vyššie uvedené vysvetlenia k spôsobu podľa vynálezu.0011 Ďalšie znaky a výhody spôsobu a zariadenia podľa vynálezu vyplývajú z nasledovného opisu výhodného príkladu uskutočnenia s odkazom na sprievodné výkresy. v ktorých obrázky znázorňujúObr. 1 jedno zo zariadeni podľa vynálezu v schematickom perspektivnom pohľadeObr. 2 ako príklad viacero snímacích priebehov zohniskovaného meracieho zväzku žiarenia na prechádzajúcom vozidleObr. 3 časové diagramy zistených priebehov prijimaných frekvencii prípadne priebehov rýchlostí k snímacím priebehom z obr. 2 aObr. 4. rýchlostné pomery na otáčajúcom sa kolese v detaile.0012 Na obr. 1 sa pohybuje vozidlo 1 po jazdnej dráhe 2 v smere jazdy 3. Vozidlo 1 má kolesá 4,ktoré vyčnievajú z karosérie 5 vozidla 1 smerom nadol, a pritom sú - aspoň čiastočne - na bokoch karosérie vo vybraniach vozidla odkryté, tzn. sú viditeľné z boku.0013 Dopplerovo lidarové alebo radarové zariadenie 6 vysiela zohniskovaný lidarový alebo radarový merací zväzok žiarenia 7 šikmo k smeru jazdy 3 zo strany jazdnej dráhy 2 tesne nad povrch jazdnej dráhy tak, aby merací zväzok žiarenia 7 zasiahol prechádzajúce vozidlo 1 približne v oblasti jeho kolies 4.0014 Dopplerovo lidarové prípadne radarové zariadenie 6 vyhodnocuje, ako je v odbore známe,prijimanú frekvenciu meracieho zväzku žiarenia 7 odrazeného od vozidla 1 pripadne jeho kolies 4,pričom môže byt z posunu frekvencii medzi vyslaným a odrazeným meracim zväzkom žiarenia 7 podmieneného Dopplerovým efektom zistená zložka v rýchlosti v vozidla 1 prípadne tangenciálnej rýchlosti v. (obr. 2) kolesa 4, Iežiaca (premietnutá) do smeru meracieho zväzku žiarenia 7 v mieste dopadu 7 meracieho zväzku žiarenia 7. Z tejto informácie môžu byt ďalej detegované kolesá 4 vozidla 1, ako bude ešte podrobnejšie vysvetlené neskôr. Na tento účel je k zariadeniu 6 sériovo zapojené aj vyhodnocovacie zariadenie 8, ktoré vykonáva príslušné vyhodnocovania prijímanej frekvencie meracieho zväzku žiarenia 7. Lidarové/radarové zariadenie 6 a vyhodnocovacie zariadenie 8 tvoria takto spolu jedno zariadenie 9 na detekciu kolies 4 vozidla 1.0015 Dopplerovo lidarové/radarové zariadenie 6 môže byt vlastne akéhokoľvek druhu známeho v odbore, či už s kontinuálnym, modulovaným alebo pulzným meracim zväzkom žiarenia 7. Pri kontinuálnom meracom zväzku žiarenia 7 môže byt Dopplerov frekvenčný posun medzi vlastnými frekvenciami (nosnými frekvenciami) vysielaného a odrazeného meracieho zväzku žiarenia 7 zistený napr. meraním interferencie. Pri pulznom alebo modulačnom meracom zväzku žiarenia môže byt meraný Dopplerov posun medzi početnosťami impulzov prípadne modulačnými frekvenciami vysielaného a odrazeného meracieho zväzku žiarenia 7. Všetky takéto vlastné,nosné, impulzné alebo modulačné frekvencie sú zahrnuté pod tu používaný pojem príjimaná frekvencia meracieho zväzku žiarenia 7, tzn. pojem prijimaná frekvencia zahrnuje akúkoľvek frekvenciu meracieho zväzku žiarenia 7 ovplyvniteľnú Dopplerovým efektom.0016 V zásade je aj povaha meracieho zväzku žiarenia 7 sama o sebe ľubovoľná, pokiaľ ide oelektromagnetickú vlnu, či je to viditeľné svetlo alebo infračervené svetlo ako pri lidarovom zariadeni alebo rádiovlny (rádiové vlny), najmä mikrovlny pri radarovom zariadeni.0017 Merací zväzok žiarenia 7 je silne zohniskovaný, takže jeho miesto dopadu 7 na karosérii 5 prípadne kolese 4 má veľmi malý priemer v rozsahu niekoľkých centimetrov, výhodne 2 cm.Podľa vzdialenosti zariadenia 6 od jazdnej dráhy 2 musia byt pre ohniskovanie meracieho zväzku žiarenia 7 stanovené určité požiadavky V ideálnom prípade je merací zväzok žiarenia 7 zväzok takmer rovnobežných svetelných pripadne radarových lúčov, aké môžu byť výhodne dosiahnuté pomocou Iasera. Ale aj pri radarovom meracom zväzku žiarenia sa dá dosiahnut príslušné ohniskovanie tým, že sa použijú radarové vlny veľmi vysokej frekvencie. výhodne 70 GHz, ktoré majú približne vlastnosti svetla a dajú sa zväzkovat ako svetlo, napr. radarovými šošovkami. Aj použitie smerových antén, napr. zoskupenia antén a patchantén s čo najparalelnejšou vyžarovacou charakteristikou s malým priemerom generuje príslušný radarový merací zväzok žiarenia. Na tento účel sú obzvlášť vhodné radarové zariadenia z automobilovej oblasti, aké sú namontované napr. vo vozidlách ako výstražné zariadenia proti kolízii a na dodržanie odstupu. Takéto zohniskované meracie zväzky žiarenia 7 majú ohniskovanie prípadne rozsah divergencie alebo rozloženia (uhol otvorenia) menej ako 1 °(zodpovedá priestorovému u hlu menšiemu ako cca. 0,00024 sr).0018 Obr. 2 znázorňuje snímacie priebehy takto zohniskovaného meracieho zväzku žiarenia 7,ktorý dopadá na vozidlo 1 prípadne jeho kolesá 4 počas mlňania (prechodu) vozidla 1 okolo zariadenia 9 v podstate bodovo. Na účely ilustrácie je ako príklad znázornených šesť rôznych snímacich priebehov H 1 až H 6 je samozrejme, že zohniskovaným meraclm zväzkom žiarenia 7 sa objaví pri prejazde vozidla vždy len jeden snímaci priebeh H 1 - H 6.0019 Obr. 3 znázorňuje prijímanú frekvenciu f odrazeného meracieho zväzku žiarenia 7 v čase,nepretržite zachytávanú snímacími priebehmi H 1 - H 6 lidarovým/radarovým zariadením 6. Dopplerov posun Af prijimanej frekvencie f voči vysielacej frekvencii je úmerný zložke rýchlosti vp aktuálne snímaných častí vozidla 1 prípadne kolesa 4. Priebehy prijlmaných frekvencií E 1 - E 6 znázornených na obr. 3, sú preto rovnoznačné s priebehmi rýchlostí.0020 Z priebehu prijímaných frekvencií E 1 z obr. 3 je zrejmé, že pri snlmacom priebehu H 1,ktorý zasiahne karosériu 5 vozidla 1 mimo kolies 4, je počas doby trvania Tp prechodu karosérie meraný do značnej miery konštantný posun prijímaných frekvencií Af meracieho zväzku žiarenia 7, a tým zložky rýchlosti vp, ktorá sa v priebehu prijímaných frekvencií prejaví ako pravouhlý impulz R.0021 Pre snímaci priebeh H 2, ktorý sa kolies 4 dotýka na ich najvrchnejšom mieste, kde sa ich tangenciálna rýchlosť v. pripočíta k rýchlosti vozidla v, ukazuje priebeh prijímaných frekvencií E 2 pre každé koleso 4 vrchol (peak) 10 z 2 vp pozdĺž celého pravouhlého impulzu karosérie R.0022 Ak merací zväzok žiarenia 7 pretina kolesá 4 vo výške medzi nápravou a hornou stranou kolesa, ako pri snímacich priebehoch na H 3 a H 4, potom sa pri prechode kolesa 4 zodpovedajúce projekcii vp jeho tangenciálnej rýchlosti v. k smeru meracieho zväzku žiarenia meria Dopplerov posun skokovite sa znova meniaci voči impulzu karosérie R, a tým prijlmaná frekvencia prípadne rýchlosť, ako je názorne vysvetlené pravouhlými impulzmi 11 priebehov E 3 a E 4. Každý impulz 11 zahrnuje vždy stúpajúcu bočnú stranu 12 a následne klesajúcu bočnú stranu 13, tzn. dva za sebou nasledujúce striedavé frekvenčné skoky.0023 Z detekcie pravouhlého impulzu 11, ktorý sa objaví v priebehu časového úseku Tp prechodu karosérie vozidla 5, tzn. počas impulzu karosérie R, môže byt takto vždy rozoznané prípadne detegované objavenie sa kolesa 4. Impulzy kolesa 11 sa superponujú s impulzmi karosérie R a koleso ukazujú len v takom prípade, ked sa objavia počas dĺžky trvania Tp impulzov karosérie R. Ako obzvlášť jednoduché kritérium detekcie pre pravouhlý impulz kolesa 11 môžu byť detegované dve čelá prípadne preskoky impulzov 12, 13 nasledujúce za sebou v striedavom smere, medzi ktorými je jedna v podstate konštantné frekvencia.0024 Priebeh prijímaných frekvencií E 5 znázorňuje osobitný prípad, ked merací zväzok žiarenia 7 zasiahne kolesá 4 presne vo výške ich osi, kde nie je žiadna tangenciálna rýchlosť kolesa,premietnuteľná do smeru meracieho zväzku žiarenia 7, takžekolesá 4 nie sú detegovaterné. Tejto situácii je potrebné zabrániť.0025 Priebeh prijímaných frekvencii E 6 sníma kolesá 4 vo výške medzi ich spodnou stranou a ich osou a podobá sa priebehu E 4, iba s opačnými zmenami 11 - 13. Aj tejto situácii je potrebné zabrániť zodpovedajúcou voľbou snímacej výšky, pretože tu už nie je v každom prípade zaistené,že bude snímaná aj karoséria 5, tzn. objaví sa impulz karosérie R.0026 Obr. 4 analyticky znázorňuje velkost presadenia 11 pri prechode kolesa 4 v závislosti od výšky h príslušného snímacieho priebehu H 1 až H 6 voči náprave A, napríklad na snlmacom priebehu H 4. Ak je R polomer kolesa 4 a r ľubovoľný polomer vo vnútri kolesa 4, potom je tangenciálna rýchlosť v, (r) na polomere r úmerná tomuto polomeru r, a síce podľa0027 Horizontálna zložka v, (r) tangenciálnej rýchlosti v. (r), ležiace v smere jazdy 3 pod uhlom oi je analogická sínusovej projekciiv(r)v,sina (2) 0028 Zo vzorce sin a -łĺ ( 3) rvyplýva horizontálne zložka v,(r) tangenciálnej rýchlosti, a tým0029 Horizontálna zložka v,(r) tangenciálnej rýchlosti je tým priamo úmerná príslušnej uvažovanej výške h snímacieho priebehu a - kým sa sníma koleso 4 - pozdĺž tejto výšky h konštantná.0030 Šírka impulzu 11 zodpovedá šírke rezu kolesa 4 vo výške h príslušného snímacieho priebehu a výška impulzu 11 je priamo úmerná výške h.0031 Až doteraz sa vychádzalo z toho, že vysielacia frekvencia radarového/Iidarového zariadenia 6 prípadne meracieho zväzku žiarenia 7 je konštantné, tzn. ich časový priebeh je konštantný priebeh. Je však tiež možné, že zariadenie 6 vysiela merací zväzok žiarenia 7 s časovo nekonštantným priebehom vysielacej frekvencie, napríklad v prípade postupov Frequency-Hopping,pri ktorých sa frekvencia stále - podľa vopred stanoveného prípadne známeho vzoru - mení. Zaznamenávané priebehy prijímaných frekvencií E 1 - E 6 sú zaznamenávané relatívne k známemu časovému priebehu vysielacej frekvencie meracieho zväzku žiarenia 7 - či je konštantný alebo striedavý - tzn. sú podľa neho porovnávané pripadne normované tak, že efekt môže byť kompenzovaný známymi vysielacími frekvenciami.0032 Analogicky, vynález nie je obmedzený na opísané formy uskutočnenia, ale zahrnuje všetky varianty a modifikácie, ktoré spadajú do rámca pripojených nárokov.

MPK / Značky

MPK: G01S 17/88, G01S 13/91, G01S 13/58, G08G 1/04, G01S 7/41, G08G 1/01

Značky: spôsob, zariadenie, detekcie, kolies

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/9-e15641-zariadenie-a-sposob-detekcie-kolies.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Zariadenie a spôsob detekcie kolies</a>

Podobne patenty