Автоматизированная система обучения управлению автомобилем

Полезная модель относится к области обучения управлению наземными транспортными средствами и отработки навыков водительского мастерства, а именно, к автоматизированным системам обучения водителей на базе реальных транспортных средств в условиях, приближенных к реальному дорожному движению, с использованием специализированных полигонов (автодромов). Система содержит автодром 1 с подвижными объектами 2, диспетчерский центр управления 3 с приемопередатчиком 4 включающий серверную ЭВМ 5, которая содержит информацию о конфигурации автодрома 1 и подвижных объектах 2, и устройство локального позиционирования 8. Каждый подвижный объект оснащен комплексом бортового оборудования, включающим приемопередатчик 6, реализующий беспроводную радиосвязь подвижного объекта 2 с диспетчерским центром управления 3, и бортовой компьютер 7. Устройство локального позиционирования 8 выполнено в виде базовых станций 9, установленных на подвижных объектах 2, и приемоответчиков 10, размещенных на автодроме1 . Каждая базовая станция 9 информационно связана с бортовым компьютером 7 и содержит, как минимум, два приемопередатчика 14.1 и 14.2, каждый из которых снабжен антенной 15.1 и 15.2, соответственно. Каждая базовая станция 9 содержит также контроллер 16, формирующий сигнал с уникальным идентификатором каждой антенны 15.1 и 15.2. Каждый приемоответчик 10 содержит приемник радиосигналов 11, передатчик радиосигналов 12 и контроллер 13, формирующий ответный сигнал с уникальным идентификатором каждого приемоответчика 10. Заявляемое устройство обеспечивает повышение эффективности обучения за счет повышения точности и скорости определения текущего местоположения подвижного объекта, а также его ориентации, направления и скорости перемещения. 1 н.з. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к области обучения управлению наземными транспортными средствами и отработки навыков водительского мастерства, а именно, к автоматизированным системам обучения водителей на базе реальных транспортных средств в условиях, приближенных к реальному дорожному движению, с использованием специализированных полигонов (автодромов).

Известна система безопасности, навигации и мониторинга транспортных средств, содержащая аппаратуру подвижного объекта, включающую в себя навигационный приемник с антенной, работающий по сигналам спутниковых радионавиционных систем и обеспечивающий, в том числе, геодезическую точность определения координат объектов, трансивер (приемопередатчик) с антенной, реализующий сотовую, транкинговую либо спутниковую радиосвязь с диспетчерским центром, выполненным с возможностями дифференциальной коррекции контролируемых объектов и отображения их местоположения и идентификационных параметров на электронной карте-схеме местности, бортовой компьютер, датчики контроля технических параметров подвижного объекта, модем, реализующий в зависимости от типа используемой радиосвязи протоколы обмена данными сотовой, транкинговой либо спутниковой сетей связи, абонентский приемник, входящий в состав пейджинговой сети связи общего пользования, транспондерная карточка, блок дистанционного считывания с антенной, выполненной с возможностью считывания идентификационного кода, зафиксированного в цифровой памяти транспондерной карточки и узел блокирования функциональных органов охраняемого объекта (см. патент на изобретение РФ 2175920, МПК7 B60R 25/00, G08B 25/10, дата подачи заявки 17.04.2001, опубликован 20.11.2001, «Система безопасности, навигации и мониторинга транспортных средств»).

Недостатком системы является то, что с ее помощью невозможно провести оптимальный курс подготовки водителей, так как система, хоть и применяется для слежения за перемещением транспортного средства, однако не обеспечивает высокой точности определения его местонахождения и допускает погрешность в пределах 1 метра, так же, как и не обеспечивает точность определения взаимоположения групп подвижных и стационарных объектов в пространстве, что влияет на качество подготовки водителей.

Кроме того, система не в состоянии предоставить водителям информацию о дорожной обстановке, так как не отражает состояние аппаратуры дорожной сигнализации на подвижных объектах (например, автомобилях) и на стационарных объектах (на знаках регулирования дорожным движением, например, светофорах).

Известна система контроля давления и система тестирования на получение водительского удостоверения с ее использованием. Устройство контроля давления включает оптическое волокно, передающее оптический сигнал, и внешнее покрытие, защищающее оптическое волокно, при этом оптическое волокно трансформируется, если на защитное покрытие оказывается внешнее воздействие. Свет от источника поступает на оптическое волокно устройства контроля давления. Устройство регистрации света принимает свет, передаваемый через оптическое волокно. Устройство оценки внешнего воздействия определяет, оказывается ли внешнее воздействие на внешнее покрытие устройства контроля давления, анализируя оптический сигнал, принятый устройством регистрации света - (см. патент Республики Кореи KR20030018089, МПК G08G 1/02, дата подачи заявки 27.10.2001, опубликовано 06.03.2003, «Система контроля давления и система тестирования на получение водительского удостоверения с ее использованием»).

Известна также сенсорная трансформируемая система и система тестирования на получение водительского удостоверения с ее использованием. Сенсорная трансформируемая система включает трубку, располагающуюся на земле по всей длине направления движения автомобиля, датчик давления, установленный на одном конце трубки при закрытом другом конце трубки для обнаружения изменения давления внутри трубки и выдачи электрического сигнала, и контрольного блока для получения электрического сигнала, поступающего с датчика давления, и определения отклонения автомобиля (см. патент Республики Кореи KR 2003 0044325, МПК G09B 9/04, дата подачи заявки 29.11.2001, опубликован 09.06.2003, «Сенсорная трансформируемая система и система тестирования на получение водительского удостоверения с ее использованием»).

Недостатком указанных систем тестирования являются ограниченные возможности определения геометрических координат подвижных объектов, а также низкая точность и скорость определения этих координат, обусловленные необходимостью использования протяженных датчиков давления, установленных в определенных контрольных зонах автодрома, в которых проводятся те или иные тестовые упражнения, что исключает возможность непрерывного контроля за координатами и движением подвижных объектов на всем протяжении маршрута вне зависимости от расположения контрольных зон автодрома, в которых установлены датчики давления, что в итоге снижает эффективность обучения.

Недостатком указанных систем тестирования является также невозможность мобильного изменения конфигурации автодрома.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является автоматизированная система обучения управлению автомобилем, содержащая автодром с подвижными объектами, диспетчерский центр управления, включающий средство абонентской связи (коммутатор абонентской связи) и серверную ЭВМ, содержащую информацию о конфигурации автодрома, подвижных объектах и объектах регулирования дорожного движения (дорожные знаки и светофоры) с исполнительными устройствами, выполненными с возможностью приема команд управления от серверной ЭВМ через канал сотовой связи, устройство локального позиционирования, состоящее из датчиков расстояния, расположенных на выступающих элементах подвижного объекта, и модуля вычисления, при этом каждый подвижный объект оснащен комплексом бортового оборудования, включающим комплект датчиков агрегатного состояния, бортовой компьютер (бортовой ЭВМ), информационно связанный с датчиками агрегатного состояния каждого подвижного объекта, приемник глобальной навигационной спутниковой системы GNSS, устройство принудительной остановки подвижного объекта, приемопередатчик, реализующий сотовую радиосвязь с диспетчерским центром управления и абонентский прибор переговорной связи, связанной по радиоканалу со средством абонентской связи диспетчерского центра управления (см. свидетельство на полезную модель РФ 83645, МПК8 G09B 19/16, дата подачи заявки 19.01.2009, опубликовано 10.06.2009, «Автоматизированная система обучения управлению автомобилем»).

Недостатками системы являются низкие точность и скорость определения геометрических координат подвижных объектов относительно автодрома, а также невозможность определения ориентации подвижных объектов относительно автодрома.

Причиной низких точности и скорости определения координат является необходимость использования ультразвуковых датчиков расстояния, которые обеспечивают получение точности до 10 мм только при измерении расстояний от подвижного объекта до ближайшего препятствия или другого подвижного объекта, что применимо только для избегания столкновений и не пригодно при определении координат, так как сигнал ультразвукового датчика расстояния, расположенного на выступающих элементах подвижного объекта, не несет информацию, до какого именно объекта измеряется расстояние, что отрицательно влияет на процесс обучения вождению.

Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении точности и скорости определения текущего местоположения подвижного объекта, а также его ориентации, направления и скорости перемещения, что повышает эффективность обучения управлению автомобилем.

Поставленный технический результат достигается тем, что в заявляемой автоматизированной системе обучения управлению автомобилем, содержащей автодром с подвижными объектами, диспетчерский центр управления с приемопередатчиком, включающий серверную ЭВМ, содержащую информацию о конфигурации автодрома и подвижных объектах, и устройство локального позиционирования, при этом каждый подвижный объект оснащен комплексом бортового оборудования, включающим бортовой компьютер и приемопередатчик, реализующий беспроводную радиосвязь подвижного объекта с диспетчерским центром управления, согласно полезной модели, устройство локального позиционирования выполнено в виде базовых станций, установленных на подвижных объектах, и приемоответчиков, размещенных на автодроме, при этом каждая базовая станция информационно связана с бортовым компьютером и содержит, как минимум, два приемопередатчика, каждый из которых снабжен антенной, и контроллер, формирующий сигнал с уникальным идентификатором каждой антенны, а каждый приемоответчик содержит приемник радиосигналов, передатчик радиосигналов и контроллер, формирующий ответный сигнал с уникальным идентификатором каждого приемоответчика.

В качестве радиосигналов, осуществляющих беспроводную связь базовых станций и приемоответчиков, используют частотно-ортогональные сигналы OFDM, подвергнутые одному из видов модуляции BPSK, OPSK, 16QAM или 64QAM.

Выполнение устройства локального позиционирования в виде базовых станций, установленных на подвижных объектах, и приемоответчиков, размещенных на автодроме, при том, что каждая базовая станция содержит, как минимум, два приемопередатчика, каждый из которых снабжен антенной, и контроллер, формирующий сигнал с уникальным идентификатором каждой антенны, а каждый приемоответчик содержит приемник радиосигналов, передатчик радиосигналов и контроллер, формирующий ответный сигнал с уникальным идентификатором каждого приемоответчика, позволяет осуществлять локальные измерения расстояний от базовой станции подвижного объекта до приемоответчиков, не требующие обращения к глобальной навигационной спутниковой системе, с последующим вычислением геометрических координат базовой станции подвижного объекта.

Благодаря информационной связи каждой базовой станции с бортовым компьютером, содержащей, как минимум, два приемопередатчика, каждый из которых снабжен антенной, и контроллер, формирующий сигнал с уникальным идентификатором каждой антенны, измеренные расстояния между базовыми станциями и приемоответчиками, каждый из которых снабжен контроллером, формирующим ответный сигнал с уникальным идентификатором каждого приемоответчика, передаются в бортовой компьютер, где происходит вычисление локальных координат базовых станций, установленных на подвижных объектах, относительно автодрома и, как следствие, определение с высокой точностью и скоростью текущего местоположения, ориентации, направления и скорости перемещения подвижного объекта, чем достигается постоянный контроль за ходом выполнения упражнения и маршрутом подвижного объекта в целом, что повышает эффективность обучения управлению автомобилем.

Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию патентоспособности «новизна».

Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждает пример конкретного выполнения заявляемой автоматической системы обучения управлению автомобилем.

На фигуре представлена структурная схема автоматизированной системы обучения управлению автомобилем с базовой станцией, содержащей два приемопередатчика, каждый из которых снабжен антенной.

Автоматизированная система обучения управлению автомобилем содержит автодром 1 с подвижными объектами 2, диспетчерский центр управления 3 с приемопередатчиком 4, включающий серверную ЭВМ 5, которая содержит информацию о конфигурации автодрома 1 и подвижных объектах 2.

Каждый подвижный объект 2 оснащен комплексом бортового оборудования, включающим приемопередатчик 6, реализующий совместно с приемопередатчиком 4 беспроводную радиосвязь подвижного объекта 2 с диспетчерским центром управления 3, и бортовой компьютер 7.

Бортовой компьютер 7, установленный в подвижном объекте 2 (например, автомобиле), является одновременно его вычислительным центром, центром сбора информации о состоянии подвижного объекта 2, центром обмена информацией с диспетчерским центром управления 3 и индикацией для курсанта/инструктора.

Автоматизированная система обучения управлению автомобилем содержит устройство локального позиционирования 8, выполненное в виде базовых станций 9, установленных на подвижных объектах 2, и приемоответчиков 10, размещенных на автодроме 1 и содержащих приемник радиосигналов 11, передатчик радиосигналов 12 и контроллер 13, формирующий ответный сигнал с уникальным идентификатором каждого приемоответчика.

Базовая станция 9 информационно связана с бортовым компьютером 7 и содержит, как минимум, два приемопередатчика 14.1 и 14.2, при этом каждый приемопередатчик 14.1 и 14.2 снабжен антенной 15.1 и 15.2 соответственно, через которую осуществляется обмен радиосигналами между базовой станцией 9 и приемоответчиками 10.

В качестве радиосигналов, осуществляющих беспроводную связь базовых станций 9 и приемоответчиков 10 используют, в частности, частотно-ортогональные сигналы OFDM, подвергнутые одному из видов модуляции BPSK, OPSK, 16QAM или 64QAM.

Кроме того, базовая станция 9 содержит контроллер 16, формирующий сигнал с уникальным идентификатором каждой антенны 15.1 и 15.2.

Приемоответчики 10 установлены на территории автодрома 1 с шагом до 300 метров.

Относительные координаты (x, у) каждого установленного приемоответчика 10 с его уникальным идентификатором измеряют и вводят в серверную ЭВМ 5.

На фигуре однотипные приемоответчики 10 обозначены номерами 10.1, 10,2, 10.3 и 10.4.

Автоматизированная система обучения управлению автомобилем функционирует следующим образом.

На автодром 1 вводят подвижные объекты 2 (учебные автомобили), а также устанавливают приемоответчики 10.

Инструктор на серверной ЭВМ 5 устанавливает задание для выполнения упражнения, которое определяет последовательность прохождения препятствий и элементов трассы, проложенных на автодроме 1.

Из диспетчерского центра управления 3 курсант получает задание на бортовой компьютер 7 подвижного объекта 2 через приемопередатчики 4 и 6.

Бортовой компьютер 7 осуществляет сбор информации о состоянии подвижного объекта 2 (учебного автомобиля), информацию с базовой станции 9 и приемоответчиков 10, после чего осуществляет обработку полученной информации.

Бортовой компьютер 7 по данным, полученным от приемоответчиков 10 и базовой станции 9, вычисляет координаты антенн 15.1 и 15.2 конкретного подвижного объекта 2.

Серверная ЭВМ 5 получает информацию о местоположении подвижного объекта 2 (учебного автомобиля) с бортового компьютера 7.

Информация о местоположении подвижного объекта 2 отображается на мониторе бортового компьютера 7, которая совмещается с информацией о местоположении других подвижных объектов 2, информацией об автодроме 1 (модели местности) и информацией о текущей дорожной обстановке.

Приемопередатчики 14.1 и 14.2. базовой станции 9, установленной на подвижном объекте 2 (учебном автомобиле), посредством антенн 15.1 и 15.2 излучают радиочастотные сигналы, содержащие уникальные идентификаторы антенн 15.1 и 15.2, формируемые контроллером 16.

В ответ на каждый радиочастотный сигнал базовой станции 9, полученный приемоответчиком 10 посредством приемника радиосигналов 11, контроллер 13 формирует ответный сигнал, в который дополнительно включен уникальный идентификатор приемоответчика 10, и излучает его посредством передатчика радиосигналов 12.

Сигналы приемоответчиков 10 принимаются приемопередатчиками 14.1 и 14.2 базовой станции 9 посредством антенн 15.1 и 15.2.

Мощность излучения базовой станции 9 минимальна и достаточна для восприятия его в радиусе до 300 м.

Каждая базовая станция 9 фиксирует время ответа на сигналы, содержащие помимо уникального идентификатора данного приемоответчика 10 также уникальные идентификаторы антенн 15.1 и 15.2 данной базовой станции 9, передает информацию о времени ответа на сигналы в бортовой компьютер 7, который вычисляет расстояние L от каждой из антенн 15.1 и 15.2 до данного приемоответчика 10.

Определяя расстояние до трех ближайших приемоответчиков 10, базовая станция 9 вычисляет координаты каждой из антенн 15.1 и 15.2 с точностью до 5 см.

На основе серии измерений базовая станция 9 вычисляет также скорость и ускорение подвижного объекта 2.

Затем данная информация поступает в бортовой компьютер 7, который по координатам антенн 15.1 и 15.2 вычисляет ориентацию, координаты подвижного объекта 2 и его направление движения в математической модели упражнения и на автодроме 1 в целом.

После окончания упражнения, выполненного подвижным объектом 2 (учебным автомобилем) под управлением курсанта, на мониторе серверной ЭВМ 5 и на мониторе бортового компьютера 7 появляется информация о качестве выполненного упражнения и итоговая оценка.

1. Автоматизированная система обучения управлению автомобилем, содержащая автодром с подвижными объектами, диспетчерский центр управления с приемопередатчиком, включающий серверную ЭВМ, содержащую информацию о конфигурации автодрома и подвижных объектах, и устройство локального позиционирования, при этом каждый подвижный объект оснащен комплексом бортового оборудования, включающим бортовой компьютер и приемопередатчик, реализующий беспроводную радиосвязь подвижного объекта с диспетчерским центром управления, отличающаяся тем, что устройство локального позиционирования выполнено в виде базовых станций, установленных на подвижных объектах, и приемоответчиков, размещенных на автодроме, при этом каждая базовая станция информационно связана с бортовым компьютером и содержит, как минимум, два приемопередатчика, каждый из которых снабжен антенной, и контроллер, формирующий сигнал с уникальным идентификатором каждой антенны, каждый приемоответчик содержит приемник радиосигналов, передатчик радиосигналов и контроллер, формирующий ответный сигнал с уникальным идентификатором каждого приемоответчика.

2. Автоматизированная система обучения управлению автомобилем по п.1, отличающаяся тем, что в качестве радиосигналов, осуществляющих беспроводную связь базовых станций и приемоответчиков, используют, в частности, частотно-ортогональные сигналы OFDM, подвергнутые одному из видов модуляции BPSK, OPSK, 16QAM или 64QAM.