CN2356900Y - 机动车自动防碰撞装置 - Google Patents

Abstract

一种机动车自动防碰撞装置,它由带多项控制的电源电路、数字式微波发射和接收电路、车速信号变换电路、低速自动关闭电路、恒距跟踪电路、电磁线圈和报警器组成。本装置电路设计简易可行,针对性强,抗干扰性好,检测距离远,适应不同车速的要求。本装置制动是采用脉冲式,一方面保证了车辆的平稳刹车,更重要的是可以随时判别“障碍物是否始终存在”的作用,障碍物消失,制动信号随之消失。

Description

机动车自动防碰撞装置

本实用新型涉及一种机动车自动防碰撞安全防护装置。尤其是涉及利用数字式微波控制的机动车自动防碰撞安全防护装置。

目前，在全国事至全世界范围内，由于机动车造成的交通事故是惊人的。据不完全统计，全世界仅交通事故，每年造成的人员死亡人数就达几十万，而直接经济损失就达数千亿美元之多！在诸多交通事故中，一个重要因素就是机动车在行驶中，前方突然出现障碍物，不能及时刹车而发生相碰撞。随着电子技术的发展与应用，利用电子反应代替人的反应已势在必行。如：人的反应按0.5秒计，速度为70公里/小时，反应时间内，车辆已经驶出9.7米！

目前，已有一些关于电子控制机动车自动防碰撞装置的专利出现，由于存在这样或那样的问题，致使其无法应用。其主要问题是：一，作用距离问题，超声波或激光半导体发射器的作用距离不超过一、二十米，不能满足汽车高速行驶时的探测距离要求；二.干扰问题，汽车本身就是一个强干扰源，利用红外发射装置，没有有效的抗干扰措施，是不能达到预期的目的；三.设计太繁琐、复杂，安装很麻烦，价格太高，导致机动车成本增加太多，不能针对主要交通问题进行设计，功能又有许多不实用，因此影响其使用价值。

本实用新型的目的在于提供一种利用微波发射进行探测的，结构简单实用，抗干扰性强，有足够的探测距离和性能安全可靠的机动车自动防碰撞装置。

本实用新型的目的是这样实现的：该装置由带多项控制的电源电路(1)、数字式微波发射和接收电路(2-10)、车速信号变换电路(13)、低速自动关闭电路(11)、恒距跟踪电路(12)、油门及脚刹制动装置和报警器组成。

本实用新型所述的电源控制电路(1)由机动车启动开关、转向开关、手动开关和变压器隔离输出电路或继电器隔离输出电路组成；所述机动车启动开关、转向开关和手动开关分别串接在电源与隔离输出电路之间，隔离输出电路用铜箔屏蔽。

所述的数字式发射和接收电路(2-10)中的超高频脉冲发生器2的输出频率，经分频合成，产生微波信号，由定向天线分若干路发射出去，由微波接收电路(7)、(8)接收到回波信号后，经检波、放大、整形后与车速变换电路(13)产生的延时脉冲一同送入逻辑电路M₉，作时间比较、判别后，送到双稳态触发器组成的存储电路(9)存储，经电路(10)驱动后，做为制动控制信号送到制动控制装置，控制制动，同时，送入报警器控制报警。

本实用新型所述的车速变换电路(13)由555时基电路组成，其传感器可以是由皮带轮带动的电位器，将机械信号变为电阻数值或由运算放大器将车速表的电压信号经整形、放大后，送入时基电路，产生一个随车速变化的延时脉冲，并由B端输出，延时时间根据不同车速取不同的时间值，所述时基电路的清零端A与整机的清零信号QL相连接，与发射接收电路同步清零。

本实用新型所述的低速控制电路(11)由双稳态触发器和继电器组成，其双稳态触发器的输入端分别与车速变换电路(13)的B信号端和数字式发射、接收电路(2-10)中的32ns宽，2μs周期的脉冲输出端C相连接，所述继电器串接在发射电路中，在车速低于一定数值时，自动切断发射电路。

本实用新型所述的恒距跟踪电路(12)由一个开关控制键K₃、单稳态触发器IC₆、IC₇和逻辑判别电路M₁₈-M₂₁组成，所述单稳态触发器被C信号触发时，便产生一个单脉冲，单稳态触发器IC₆产生表示跟踪的最近距离脉冲，单稳态触发器IC₇产生表示跟踪的最远距离脉冲；两个延时脉冲经逻辑判别电路后，如果回波信号在安全距离内，车辆正常继续行驶；如大于或小于安全距离，则由逻辑判别电路产生脉冲，经驱动电路使电磁线圈X₃或X₄吸合，其中一个固定在油门脚踏板上，另一个固定在制动脚踏板上，使车速提高或减小车速，以保持恒距离跟踪。

本实用新型与传统的汽车防碰撞装置相比具有如下效果：

1.电路设计简易可行，针对性强。除具有自动判断和控制制动的功能外，还设置了恒距跟踪和低速自动关闭电路。

2.抗干扰性强。本装置采取了变压器隔离和薄铜箔屏蔽的防干扰的措施，有效地避免了外界及本车的电磁干扰。

3.检测距离远，适应不同车速的要求。本装置采用微波定时、定向的发射一组窄脉冲，其作用距离可达几百米。

4.车辆制动采用脉冲式，一方面保证了车辆的平稳刹车，更重要的是起到随时判别“障碍物是否始终存在”的作用，障碍物消失，制动信号随之消失。

图面说明：

图1是本实用新型所提供的机动车自动防碰撞装置的组成框图。

图2是本实用新型所提供的机动车自动防碰撞装置的电源控制电路图。

图3是本实用新型所提供的机动车自动防碰撞装置的发射、接收电路图。

图4是本实用新型所提供的机动车自动防碰撞装置的低速自动控制关闭电路图。

图5是本实用新型所提供的机动车防碰撞装置的恒距跟踪控制电路图。

图6是本实用新型所提供的机动车防碰撞装置的车速表信号变换电路图。

图7是本实用新型所提供的机动车防碰撞装置的车辆电磁制动及油门控制示意图。

图8是本实用新型所提供的机动车防碰撞装置中部分波形关系图。

图9是本实用新型所提供的机动车防碰撞装置的三个超声波发射器的安装位置示意图。

图10是本实用新型所提供的机动车防碰撞装置的车后警示装置示意图。

下面就附图叙述本装置的实施方案：本装置发射定时、定向的一组微波窄脉冲，其作用距离可达几百米，解决了发射距离不足的问题。首先由一个石英振荡器产生高频率的振荡脉冲，周期约8毫微秒，之后经分频器产生频率低数百倍的方波，该方波再与高频脉冲经与非门组成一个高频率的窄脉冲组，放大后，经多普勒感应装置定向发射，当感应器的接收装置接收到回波信号，检波放大后，送判别电路，该判别电路与车速表的电压信号输出端相连，取出反映车速的电压信号，并控制一个延时电路，其延时时间随车速变化而变化，并与发射信号同步工作；判别电路判别回波信号是否在延迟时间内，以确认障碍物是否在需要紧急制动的距离内；需要制动时，控制信号经存储、驱动电路后，驱动电磁线圈，由两个电磁线圈相互吸合，带动刹车的脚踏板，达到紧急自动刹车的目的。图1中的1是电路的电源部分，ZK是车辆上的电源总开关，K₁是自动防碰撞系统的开关，D₁是开关中的指示灯，关闭时指示灯闪光，提醒司机该系统在关闭状态。D₂、D₃是转向灯，K₂是转向开关，即当转向开关拨向转向方时，继电器J₁吸合，J₁的常闭触点断开，系统的电源关闭，停止工作。系统正常工作时，由车辆的电源(一般+12V)，经由IC₁、R₁、C₁、G₁等组成的多谐振荡器产生振荡，经变压器B₁隔离输出之后，整流滤波后供给全系统电源Vc(+12V)

如遇紧急情况需要转向，司机来不及打转向灯时，自动防撞系统应该工作，以防不测事故的发生。

图1中的2、3、4、5、6、11组成系统的发射部分，2.由石英振荡器等组成振荡源，发出频率为125MHZ的脉冲，M₁为整形用的非门，该脉冲经由IC₂、IC₃组成的分频器(3)，再经与非门M₂、反相器M₃(框图中4)形成脉宽为32ns，周期为约2μs的脉冲，再经M₄、M₅两门后，形成脉宽为8ns的四个脉冲组，经G₂、G₃，(图1中5)，驱动后，送往发射器，由定向三线(不少于三个，见图9)发射。天线采用小型抛物面。

图1中(11)是由IC₅等组成的车辆低速自动关闭电路，具体电路见图4。当车速较低时(暂定约16Km/H可调)，此时可能有堵车等现象，且低速行车时，司机不至于反应不过来，因此，此时勿需自动防碰撞，亦即车辆可与前面物体(如缓慢前行的车辆)保持比较近的距离。电路由车速控制信号线路发出的延时脉冲(见图6)，在小于由IC₁₁产生的延时脉冲时，便经M₁₅、M₁₁、M₁₂门电路产生一个脉冲，并由IC₅存储，并经G₇放大，使继电器J₂吸合，发射器的发射信号中断，系统停止搜索。当车速大于上述数值时，经M₁₃、M₁₄、M₁₈、M₁₇形成一个负脉冲，清除存储，系统继续工作，可变电容C₆可调节所需范围。

图1中(7)、(8)、(9)、(10)是系统的接收部分，发射信号一旦遇到障碍物，便产生回波信号，经由多普勒传感器等组成的接收装置接收(三路经或门输出)，检波后，经8放大，M₈整形后送至由M₉，IC₄，(图1中9)组成的判别存储线路，如回波号的时间(代表车辆与障碍物的距离)，在由车速控制信号线路(见图6)发出的延迟信号内，说明障碍物在危险区域内，回波信号由IC₄存储，并经G₅驱动使报警器报警，经G₆驱动使电磁线圈X₁、X₂工作，(X₁、X₂绕向相反)，两线圈吸合，从而带动脚踏板，达到紧急刹车的目的(见图7)。

车速控制信号(见图1中13)由IC₁₀等组成，车速表信号一般有机械式或电压式两种，如机械式则由皮带轮带动一支电位器，变成电阻数值，加到由IC₁₀等组成的延时器上。如果是电压式，由点火线圈取出信号经整形(IC₁₂)放大后，也加到IC₁₀上。IC₁₀产生一个依车速而变化的单脉冲，其单脉冲的延迟时间设计在当车速为200KM/H时，延迟时间约1200ns，即车辆与障碍物间的距离约为180M，依此，在车速约30KM/H时，延迟时间约60ns，即车辆与障碍物间的距离约10M，亦即在上述有效距离内出现障碍物，车辆即自动报警、刹车。

车辆制动采用脉冲式，一方面保证了车辆的平稳，更重要的是起到了判别“障碍物是否始终存在”的作用，因为IC₄组成的存储器由全机清零信号QL统一清零，QL信号每发射一次脉冲，产生一次，即如果障碍物一直存在，则车辆一直间断地制动，直到车辆停止。如果障碍物一闪而过(如掠过的飞鸟，快速跑过的兽类，快速横向通过的车辆等，或障碍物偏进危险区内一部分，车辆稍偏即过等)，车辆即仅在障碍物存在的时间内间断地制动，障碍物消失，制动信号随之消失，车辆继续行驶。

图1中(12)为车辆恒距跟踪线路(见图5)，希望车辆恒距离跟踪时，按下按键K₃，此时，跟踪线路的电源接通，IC₆与IC₇单稳态触发器在C信号的触发下，每发射一次脉冲，便产生一个单脉冲，IC₆产生的单脉冲(由R₇、C₇决定其延迟时间)，表示跟踪的最近距离，(比如为30M时，延时约200ns)。IC₇产生的单脉冲表示跟踪的最远距离，(比如为60M，延时应为约400ns，时间可调)，两个延迟脉冲经门M₂₀、M₂₁、M₁₈、M₁₉判别，如果回波信号在200-400ns范围内，车辆正常继续行驶。如大于400ns，即与前面车辆的距离已大于60M，此时由M₂₀、M₂₁产生一个脉冲经IC₉存储，G₉、G₈驱动后，带动电磁线圈X₃、X₄使两线圈吸合。因其中一个线圈固定在油门的脚踏板上(见图7)，故使油门加大，车速加快，如小于200ns时，说明车辆与前方车辆距离已小于30M，此时由M₈、M₉产生一个脉冲，经IC₃存储，并经或门M₁₁输出，由G₅ G₆驱动电磁线圈X₁、X₂吸合，产生脉冲式制动，待与前方车辆距离大于30M后，信号消失，车辆正常行驶，从而达到了恒距离跟踪的目的。

在恒距跟踪时，系统的正常防碰撞线路仍正常工作，对突然出现的障碍物或前方车辆突然停车，车辆仍自动紧急制动。

系统由全机清零信号QL统一清零，保证全系统同步工作。

图8画出了部分信号的波形图，使更明显地了解其控制原理。如车辆须要增加倒车防撞功能时，在车的后方同样安装一套发射，接收天线即可，同时在“低速关闭电路”的电源或其他位置安装一个开关，使在倒车时不起作用即可。

线路中IC₁、IC₁₀、IC₁₁为555时基电路，IC₂、IC₃为CMOS＝-+进制同步计数器(可用C₁₅₀、C₁₈₀、C₂₁₀或CD40192、MC14522)，IC₄、IC₅、IC₈、IC₉为CMOS双JK触发器(可用C₀₁₄、C₀₄₄、C₀₇₄)，IC₆、IC₇为CMOS单稳态触发器，(可用J₂₁₀或CD₄₀₉₈、MC₁₄₅₂₈等)，M₁-M₆、M₈-M₁₀、M_12-21为CMOS与非门电路，M₇、M₁₁为CMOS或门，(可用六反相器，C₀₃₃、CD₄₀₉₆、MC₁₄₀₆₉三与非门，C₀₀₅、C₀₃₅、C₀₆₅，八与非门，C₀₄₁或CD₄₀₆₈、MC₁₄₀₆₈₂输入器或门，CD₄₀₇₁、MC₁₄₀₇₁、C₀₀₈、C₀₃₃、C₀₈₈)

图7是车辆电磁控制示意图，(14)为X_1-4电磁线圈，X_1.2安装在制动脚踏板处，X_3.4安装在油门脚踏板处，两线圈端面应粘贴橡胶垫圈，(15)是安装支架，(16)是制动脚踏板，(17)为油门脚踏板。

图10是车后警示牌示意图，在车辆未能全部安装自动防碰撞装置时，适当提醒车后的追尾车，车辆可能随时因前面障碍物自动刹车是有价值的，一旦各种车辆均具备了自动防碰撞的性能后，车辆后部(自动防倒车碰撞除外)，侧面便均勿需安装任何自动防碰撞的装置了。

Claims (6)

1.一种机动车自动防碰撞装置，其特征在于：该装置由多项控制的电源电路(1)、数字式微波发射和接收电路(2-10)、车速信号变换电路(13)、低速自动关闭电路(11)、恒距跟踪电路(12)、油门及脚刹制动装置和报警器组成。

2.如权利要求1所述的一种机动车自动防碰撞装置，其特征在于：电源控制电路(1)由机动车启动开关、转向开关、手动开关和变压器隔离输出电路或继电器隔离输出电路组成；所述机动车启动开关、转向开关和手动开关分别串接在电源与隔离输出电路之间；隔离输出电路用铜箔屏蔽。

3.如权利要求1所述的一种机动车自动防碰撞装置，其特征在于：所述的数字式发射和接收电路(2-10)中的超高频脉冲发生器2的输出频率，经分频合成，产生微波信号，由定向天线分若干路发射出去，由微波接收电路(7)、(8)接收到回波信号后，经检波、放大、整形后与车速变换电路(13)产生的延时脉冲一同送入逻辑电路M₉，作时间比较、判别后，送到双稳态触发器组成的存储电路(9)存储，经电路(10)驱动后，做为制动控制信号送到制动控制装置，控制制动，同时，送入报警器控制报警。

4.如权利要求1所述的一种机动车自动防碰撞装置，其特征在于：所述的车速变换电路(13)由555时基电路组成，其传感器可以是由皮带轮带动的电位器，将机械信号变为电阻数值或由运算放大器将车速表的电压信号经整形、放大后，送入时基电路，产生一个随车速变化的延时脉冲，并由B端输出，延时时间根据不同车速取不同的时间值，所述时基电路的清零端A与整机的清零信号QL相连接，与发射接收电路同步清零。

5.如权利要求1所述的一种机动车自动防碰撞装置，其特征在于：所述的低速控制电路(11)由双稳态触发器和继电器组成，其双稳态触发器的输入端分别与车速变换电路(13)的B信号端和数字式发射、接收电路(2-10)中的32ns宽，2μS周期的脉冲输出端C相连接，所述继电器串接在发射电路中，在车速低于一定数值时，自动切断发射电路。

6.如权利要求1所述的一种机动车自动防碰撞装置，其特征在于：所述的恒距跟踪电路(12)由一个开关控制键K₃、单稳态触发器IC₆、IC₇和逻辑判别电路M₁₈-M₂₁组成，所述单稳态触发器被C信号触发时，便产生一个单脉冲，单稳态触发器IC₆产生表示跟踪的最近距离脉冲，单稳态触发器IC₇产生表示跟踪的最远距离脉冲；两个延时脉冲经逻辑判别电路后，如果回波信号在安全距离内，车辆正常继续行驶；如大于或小于安全距离，则由逻辑判别电路产生脉冲，经驱动电路使电磁线圈X₃或X₄吸合，其中一个固定在油门脚踏板上，另一个固定在制动脚踏板上，使车速提高或减小车速，以保持恒距离跟踪。

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