CN2901460Y - 汽车限速及安全间距控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽车限速及安全间距控制系统，包括一个或多个无线限速数据信号发射装置、一个无线车道信号发射装置、一个车速及间距检测与控制装置、一个限速控制执行机构。车速及间距检测与控制装置从无线限速数据信号发射装置接收限速数据和从前方处于同一车道的无线车道信号发射装置接收车道信息，根据接收的限速数据、车道信息和检测的行驶速度判断以否超速或两车间距是否安全，如超速或车距不甚安全则声光告警，提示司机降低行驶速度，告警后若司机在设定的时间内未采取降速措施，该系统启动限速控制执行机构降低行驶速度。本实用新型可以从有效控制车辆行驶速度，维护司乘人员的安全和保持道路的畅通。

Description

汽车限速及安全间距控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种自动控制系统，特别是涉及一种汽车限速及安全间距控制系统。

技术背景

根据国内外交通规则，汽车在各种区域内行驶都有速度限制，以控制汽车的行使速度，防止和减少交通事故的发生。目前，国内外较多采用雷达测速装置对违章超速行驶车辆实施测速，并结合现场测速、堵截和处罚等措施，控制和处罚违章驾驶人员，维护道路的畅通和交通安全，但这些措施仅解决了对超速驾驶汽车的事后处罚和司乘人员的教育问题，无法从根本上解决汽车行驶速度的实时检测和有效控制。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有雷达测速装置只能测量和记录违章超速行驶，不能有效控制车辆行驶速度的不足，提供一种汽车限速及安全间距控制系统，该系统不仅可以实时测量车辆行驶速度，还可实时测量处于同一车道上前后两车的间距，并在车速超过限制速度或者两车距离短于安全车距的情况下，发出声光告警信号，提示汽车驾驶人员降低车辆行驶速度，在发出告警信号后若司机在设定的时间内仍没有采取降速措施，该系统自动启动限速控制执行机构降低行驶速度。

本实用新型的发明目的是由下述技术方案实现的：

一种汽车限速及安全间距控制的系统，它包括一个或多个无线限速数据信号发射装置、一个无线车道信号发射装置、一个车速及间距检测与控制装置、一个限速控制执行机构和一个控制面板，无线限速数据信号发射装置通过无线方式与车速及间距检测与控制装置连接，车速及间距检测与控制装置通过有线线路与限速控制执行机构和控制面板连接，无线车道信号发射装置通过有线线路与控制面板连接和通过无线方式与无线限速及车道信号接收装置连接。

无线限速数据信号发射装置置于公路旁，用于向过往车辆发送路段限速数据。

无线车道信号发射装置置于汽车尾部，用于向处于同一车道的来车发送车道信号。

车速及间距检测与控制装置安装在汽车驾驶员座椅下方或其他便于安装的地方，用于从无线限速数据信号发射装置接收限速数据、从无线车道信号发射装置接收车道信号、实时检测车速、判断是否超速行驶、判断在当前行驶车速下车间距是否安全以及在超速或车距不甚安全的情况下启动限速控制执行机构执行车速或车距控制。

限速控制执行机构安装在汽车节气门旁边，用于在车速及间距检测与控制装置的控制下降低行车速度。

控制面板安装在汽车仪表盘上方位置或者其他方便操作的位置，用于在车速及间距检测与控制装置的驱动下发出声光报警信号，提示驾驶人员手动降低车速和手动切换车道。

所述的无线限速数据信号发射装置包括限速信号发射天线、车速设定键、限速脉冲数据处理单片机、限速晶体振荡器、限速数据调制器、限速高频放大器，车速设定键设定路段最高限速，车速设定键的输出连接到限速脉冲数据处理单片机的一个输入端，限速脉冲数据处理单片机的输出和限速晶体振荡器的输出分别连接限速数据调制器的两个输入端，限速数据调制器的输出连接限速高频放大器的输入端，限速高频放大器的输出连接限速信号发射天线。

所述的无线车道信号发射装置包括车道信号发射天线、车载磁感应器、车道识别电路、手动切换开关、车道识别单片机、车道信号切换开关、晶体振荡器1～晶体振荡器4、高频脉冲调制器、车道信号高频放大器，车道识别单片机通过总线连接车道识别电路和手动切换开关，车载磁感应器连接车道识别电路，车道识别单片机的输出经车道信号切换开关分别与晶体振荡器1～晶体振荡器4连接，晶体振荡器1～晶体振荡器4的输出分别送入高频脉冲调制器，高频脉冲调制器的输出连接车道信号高频放大器的输入，车道信号高频放大器的输出连接车道信号发射天线。

所述的车速及间距检测与控制装置包括限速信号接收天线、车道信号接收天线、车速传感器、限速信号处理器、车道信号处理器、限速信号处理单片机、车道信号处理单片机、限速及车距控制单片机、步进电机驱动器、语音告警电路和灯光告警电路，限速信号接收天线从无线限速数据信号发射装置接收限速数据信号，其输出连接限速信号处理器，限速信号处理器的输出连接限速信号处理单片机，车道信号接收天线从无线车道信号发射装置接收车道信号，其输出连接车道信号处理器，车道信号处理器的输出连接车道信号处理单片机，限速信号处理单片机、车道信号处理单片机和车速传感器的输出分别连接限速及车距控制单片机，限速及车距控制单片机的三个输出端分别与限速控制执行机构、语音告警电路和灯光告警电路连接，语音告警电路和灯光告警电路与控制面板连接。

所述的限速控制执行机构包括步进电机驱动器、步进电机、凸轮、节气门调节机构，步进电机驱动器的输入外接车速及间距检测与控制装置，步进电机驱动器的输出连接步进电机，凸轮固定在步进电机机轴上，步进电机带动凸轮转动，进而带动节气门调节机构调节汽车节气门开度。

所述的控制面板包括报警喇叭、工作指示灯、超速指示灯、危险间距指示灯、间距切换开关、电源开关和四个车道切换按钮13～车道切换按钮16，报警喇叭、工作指示灯、超速指示灯、危险间距指示灯由车速及间距检测与控制装置控制，间距切换开关与车速及间距检测与控制装置连接，四个车道切换按钮13～车道切换按钮16通过有线线路与无线车道信号发射装置连接。

为了使处于车道的来车能够接收车道信号，无线车道信号发射装置安装在汽车的尾部，通过定向天线向后面本车道的同向行驶车辆发射本车行驶车道信息，供后面车辆进行安全间距检测及控制用。采用定向天线的目的是防止无线电信号的前向干扰。

无线车道信号发射装置可以通过两种方式设置行驶车道。第一种方式适用于铺设车道磁性识别材料的路段，无线车道信号发射装置通过磁传感器读取车道磁条信号，经识别处理后设置行驶车道。第二种方式适用于没有铺设车道磁性识别材料的路段，在此情况下，无线车道信号发射装置通过手动方式设置行驶车道。

为了正确接收无线限速数据信号发射装置发射的限速数据信号和无线车道信号发射装置发射的前车车道信号，车速及间距检测与控制装置安装在汽车驾驶室内，车速及间距检测与控制装置从前方处于同一车道的无线车道信号发射装置接收车道信号。不同车道上行驶的车辆即使相距很近，只要没有偏离行驶车道一般不会有太大的危险，关键是要保证同车道上的车辆的安全间距。

当前两车的实际距离的计算方法是：同步脉冲信号前沿减去车道信号脉冲前沿，得到一能反映两车距离的时间差，将上述时间差乘以无线电信号传播速度，得乘积得出两车的当前间距。

两车的安全车距与车辆行驶速度有关，根据实验数据，大致可以认为，如果车辆以120km/h速度行驶，在驾驶人员可以完全正常反应和正常操作的情况下，则至少应保持间距120m才能保证起码的安全，其他车速单片机分别以100km/h对100m、80km/h对80m、50km/h对50m的标准判断车距是否安全。

本实用新型所述的汽车限速及安全间距控制系统的工作过程为：

汽车点火后，驾驶人员打开本系统控制面板上的电源开关，系统进入工作状态。如果汽车行驶在铺设了车道磁性识别材料的路段(如一车道中间铺设一根磁条、二车道铺设两根、三车道铺设三根、四车道铺设四根)，这种情况可以采用自动识别车道的方式进行车道发射信息的自动切换，不需要驾驶人员进行操作，安装在车头下方的磁感应器会将车道的磁信息转换成电信号，车道识别电路根据磁条信息的个数自动检测出汽车行驶在哪一个车道上，车道识别单片机控制车道开关切换电路控制相应的晶体振荡器工作，发射相对应的车道信息。如果汽车行驶在没有铺设车道磁性识别材料的路段上，采用手动方式进行车道信息切换，驾驶员按下系统控制面板上的车道切换开关告知车道识别单片机当前正处于哪个车道，车道识别单片机控制车道开关切换电路控制相应的晶体振荡器工作，将载波信号频率切换到相应的车道频率上(全路段每车道的发射信号频率都有一个不同的固定频率)，不同的载波频率脉冲信号就代表了本车正行驶在不同的车道上，如第一车道频率固定为f1、第二车道频率固定为f2、第三车道频率固定为f3、第四车道固定为f4。所有车辆的发射器在一个统一的时钟控制下产生司步脉冲信号，将车道信息周期性间隔发射出去。

同一车道上的所有车辆在使用其无线车道信号发射装置向后车发送车道信号的同时，还使用车速及间距检测与控制装置不断地从位于公路旁的无线限速数据信号发射装置接收限速数据信号，以及从安装在前车上的无线车道信号发射装置接收车道信号。车速及间距检测与控制装置将接收下来的限速信号和车道信号经内部限速信号处理单片机和车道信号处理单片机处理后，输入到限速及车距控制单片机，限速及车距控制单片机一方面不断地通过速度传感器检测汽车自身的行车速度，另一方面不断地比较行车速度和限制速度的大小，计算在当前行车速度条件下的安全车距，判断是否超速行驶或在当前行驶车速下间距是否安全，当判断为超速行驶或两车距离低于安全间距时执行车速检测与控制和执行车距检测和控制，进行语音和灯光报警，在超过一定的时间延迟后，如果驾驶人员没有进行减速操作，限速及车距控制单片机启动限速控制执行机构，自动降低行车速度。

在某些车道切换频繁或无车道划分的路段，车辆驾驶人员可以通过系统控制面板上的间距开关切换关闭行车间距检测控制功能，仅进行限速控制。

从上面的叙述可以看出，本实用新型提供一种汽车限速及安全间距控制系统，可以实时测量车辆行驶速度和处于同一车道上前后两车的间距，并在车速超过限制速度或者两车距离短于安全车距的情况下，发出声光告警信号，提示汽车驾驶人员降低车辆行驶速度，在发出告警信号后若司机在设定的时间内仍没有采取降速措施，该系统自动启动限速控制执行机构降低行驶速度。

附图说明

图1汽车限速及安全间距控制系统组成框图；

图2无线限速数据信号发射装置的电路框图；

图3无线车道信号发射装置的电路框图；

图4车速及间距检测与控制装置电路框图；

图5控制面板结构示意图；

图6限速控制执行机构的结构示意图；

图7车速检测与控制流程图；

图8行车间距检测与控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案：

如图1，一种汽车限速及安全间距控制的系统，它包括一个无线限速数据信号发射装置、一个无线车道信号发射装置、一个车速及间距检测与控制装置、一个限速控制执行机构和一个控制面板，无线限速数据信号发射装置通过无线方式与车速及间距检测与控制装置连接，车速及间距检测与控制装置通过有线线路与限速控制执行机构和控制面板连接，无线车道信号发射装置通过有线线路与控制面板连接和通过无线方式与无线限速及车道信号接收装置连接。

无线限速数据信号发射装置用于向过往车辆发送路段限速数据。

无线车道信号发射装置用于向处于同一车道的来车发送车道信号。

车速及间距检测与控制装置用于从无线限速数据信号发射装置接收限速数据、从无线车道信号发射装置接收车道信号、实时检测车速、判断是否超速行驶、判断在当前行驶车速下车间距是否安全以及在超速或车距不甚安全的情况下启动限速控制执行机构执行车速或车距控制。

限速控制执行机构用于在车速及间距检测与控制装置的控制下降低行车速度。

控制面板用于在车速及间距检测与控制装置的驱动下发出声光报警信号，提示驾驶人员手动降低车速和手动切换车道。

如图2，所述的无线限速数据信号发射装置安装在公路旁。无线限速数据信号发射装置包括限速信号发射天线、车速设定键、限速脉冲数据处理单片机、限速晶体振荡器、限速数据调制器、限速高频放大器，车速设定键设定路段最高限速，车速设定键的输出连接到限速脉冲数据处理单片机的一个输入端，限速脉冲数据处理单片机的输出和限速晶体振荡器的输出分别连接限速数据调制器的两个输入端，限速数据调制器的输出连接限速高频放大器的输入端，限速高频放大器的输出连接限速信号发射天线。

如图3，所述的无线车道信号发射装置安装在汽车的尾部，通过定向天线向后面本车道的同向行驶车辆发射本车行驶车道信息。无线车道信号发射装置包括车道信号发射天线、车载磁感应器、车道识别电路、手动切换开关、车道识别单片机、车道信号切换开关、四个晶体振荡器1～晶体振荡器4、高频脉冲调制器、车道信号高频放大器，车道识别单片机通过总线连接车道识别电路和手动切换开关，车载磁感应器连接车道识别电路，车道识别单片机的输出经车道信号切换开关分别与四个晶体振荡器1～晶体振荡器4连接，四个晶体振荡器1～晶体振荡器4的输出分别送入高频脉冲调制器，高频脉冲调制器的输出连接车道信号高频放大器的输入，车道信号高频放大器的输出连接车道信号发射天线。无线车道信号发射装置通过手动方式设置行驶车道。

如图4，所述车速及间距检测与控制装置安装在驾驶员座椅下方。车速及间距检测与控制装置包括限速信号接收天线、车道信号接收天线、车速传感器、限速信号处理器、车道信号处理器、限速信号处理单片机、车道信号处理单片机、限速及车距控制单片机、步进电机驱动器、语音告警电路和灯光告警电路，限速信号接收天线从无线限速数据信号发射装置接收限速数据信号，其输出连接限速信号处理器，限速信号处理器的输出连接限速信号处理单片机，车道信号接收天线从无线车道信号发射装置接收车道信号，其输出连接车道信号处理器，车道信号处理器的输出连接车道信号处理单片机，限速信号处理单片机、车道信号处理单片机和车速传感器的输出分别连接限速及车距控制单片机，限速及车距控制单片机的三个输出端分别与限速控制执行机构、语音告警电路和灯光告警电路连接，步进电机驱动器与限速控制执行机构连接，语音告警电路和灯光告警电路与控制面板连接。

如图5，所述的控制面板安装在汽车的汽车仪表盘上方。控制面板包括报警喇叭7、工作指示灯8、超速指示灯9、危险间距指示灯10、间距切换开关11、电源开关12和四个车道切换按钮13～车道切换按钮16，报警喇叭7、工作指示灯8、超速指示灯9、危险间距指示灯10由车速及间距检测与控制装置控制，间距切换开关11与车速及间距检测与控制装置连接，四个车道切换按钮13～车道切换按钮16通过有线线路与无线车道信号发射装置连接。

如图6，所述的限速控制执行机构安装在汽车节气门旁边。限速控制执行机构包括步进电机驱动器17、步进电机5、凸轮18、节气门调节机构6，步进电机驱动器17的输入外接车速及间距检测与控制装置，步进电机驱动器17的输出连接步进电机5，凸轮18固定在步进电机5机轴上，步进电机5带动凸轮18转动，进而带动节气门调节机构6调节汽车节气门开度。

车速及间距检测与控制装置从前方处于同一车道的无线车道信号发射装置接收车道信号。

车速及间距的检测与控制由位于所述的车速及间距检测与控制装置内部的限速及车距控制单片机中的计算机程序控制，它包括一个用于检测与控制车速的车速检测与控制计算机程序和一个用于检测与控制车距的车距检测与控制计算机程序，车速检测与控制程序的工作流程图参见图7，车距检测与控制程序的工作流程图参见图8。

Claims (1)

1.一种汽车限速及安全间距控制系统，其特征在于：它包括一个或多个无线限速数据信号发射装置、一个无线车道信号发射装置、一个车速及间距检测与控制装置、一个限速控制执行机构和一个控制面板，无线限速数据信号发射装置通过无线方式与车速及间距检测与控制装置连接，车速及间距检测与控制装置通过有线线路与限速控制执行机构和控制面板连接，无线车道信号发射装置通过有线线路与控制面板连接和通过无线方式与无线限速及车道信号接收装置连接；

所述的无线限速数据信号发射装置包括限速信号发射天线、车速设定键、限速脉冲数据处理单片机、限速晶体振荡器、限速数据调制器、限速高频放大器，车速设定键设定路段最高限速，车速设定键的输出连接到限速脉冲数据处理单片机的一个输入端，限速脉冲数据处理单片机的输出和限速晶体振荡器的输出分别连接限速数据调制器的两个输入端，限速数据调制器的输出连接限速高频放大器的输入端，限速高频放大器的输出连接限速信号发射天线；

所述的无线车道信号发射装置包括车道信号发射天线、车载磁感应器、车道识别电路、手动切换开关、车道识别单片机、车道信号切换开关、晶体振荡器(1)～晶体振荡器(4)、高频脉冲调制器、车道信号高频放大器，车道识别单片机通过总线连接车道识别电路和手动切换开关，车载磁感应器连接车道识别电路，车道识别单片机的输出经车道信号切换开关分别与晶体振荡器(1)～晶体振荡器(4)连接，晶体振荡器(1)～晶体振荡器(4)的输出分别送入高频脉冲调制器，高频脉冲调制器的输出连接车道信号高频放大器的输入，车道信号高频放大器的输出连接车道信号发射天线；

所述的车速及间距检测与控制装置包括限速信号接收天线、车道信号接收天线、车速传感器、限速信号处理器、车道信号处理器、限速信号处理单片机、车道信号处理单片机、限速及车距控制单片机、步进电机驱动器、语音告警电路和灯光告警电路，限速信号接收天线从无线限速数据信号发射装置接收限速数据信号，其输出连接限速信号处理器，限速信号处理器的输出连接限速信号处理单片机，车道信号接收天线从无线车道信号发射装置接收车道信号，其输出连接车道信号处理器，车道信号处理器的输出连接车道信号处理单片机，限速信号处理单片机、车道信号处理单片机和车速传感器的输出分别连接限速及车距控制单片机，限速及车距控制单片机的三个输出端分别与限速控制执行机构、语音告警电路和灯光告警电路连接，语音告警电路和灯光告警电路与控制面板连接；

所述的限速控制执行机构包括步进电机驱动器(17)、步进电机(5)、凸轮(18)、节气门调节机构(6)，步进电机驱动器(17)的输入外接车速及间距检测与控制装置，步进电机驱动器(17)的输出连接步进电机(5)，凸轮(18)固定在步进电机(5)机轴上，凸轮(18)与节气门调节机构(6)联动调节汽车节气门开度；

所述的控制面板包括报警喇叭(7)、工作指示灯(8)、超速指示灯(9)、危险间距指示灯(10)、间距切换开关(11)、电源开关(12)和四个车道切换按钮(13)～车道切换按钮(16)，报警喇叭(7)、工作指示灯(8)、超速指示灯(9)、危险间距指示灯(10)由车速及间距检测与控制装置控制，间距切换开关(11)与车速与间距检测与控制装置连接，四个车道切换按钮(13)～车道切换按钮(16)通过有线线路与无线车道信号发射装置连接。

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