CN101251600A - 一种汽车防撞示警装置及超声波装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车防撞示警装置及超声波装置，它设于汽车上用于防撞示警，它包括超声波模块、控制模块以及示警模块。超声波模块或装置，包括超声波传感器以及超声波信号接收与处理模块；该超声波传感器用于发射超声波信号以及接收发射回来的回波信号，并将该回波信号转化为回波电信号；该超声波信号接收与处理模块包括发射驱动电路、接收放大电路以及整形检波电路，该发射驱动电路用于控制超声波传感器使其发射出超声波信号，该接收放大电路用于放大超声波传感器回波电信号，该整形检波电路用于比较放大后的回波电信号与受控的门槛电压值，以得出后面车辆或障碍物的位置信息。超声波装置远距离探测能力强，探测距离成倍增加。

Description

一种汽车防撞示警装置及超声波装置

技术领域

本发明涉及一种用于汽车的电子设备以及超声波装置，尤其涉及一种用于汽车防撞的主动示警装置以及超声波装置。

背景技术

目前，超声波技术在汽车领域内已得到广泛的运用，例如，倒车雷达产品已广泛用于汽车上，不论在汽车整车厂还是汽车售后市场，倒车雷达的运用都在日益增多。倒车雷达的基本功能是：在正常的泊车或汽车起步过程中，雷达主机利用装于汽车前和/或后的超声波探头对前和/或后的障碍物进行探测，如果障碍物距离进入了系统设计的报警范围，那么雷达主机就控制车内报警器进行报警，车内报警器以声音或以声光形式提醒驾驶员注意汽车与前/后车辆或障碍物之间的距离，以免发生碰撞。虽然目前市场上的倒车雷达在不断增多，设计在不断多样化，但其功能还是局限在汽车起步或倒车时才起作用，并且需要汽车车速较低(一般不超过8Km/h)时才能够起到较好的辅助作用。

传统超声波产生及处理电路图如图7所示，这个电路不受控，在这个电路里，检波用的是Q10，Q11构成的积分电路，其中，只要回波信号放大后能推动Q10，都会被电路检出，因此传统的倒车雷达存在有远距离探测能力弱，探测距离小的不足。市场上的倒车雷达探测距离通常都比较小，在客车或货车上，因为车身的长度及宽度决定了其需要倒车雷达有更远的测量距离，目前较多的倒车雷达不能满足使用需求。远距离探测能力弱，探测距离小是倒车雷达，不能在大型车上运用的重要原因，不能在小型车上(如轿车)车速过快条件下运用的重要原因，因为车速过快，测量距离小，那么留给驾驶员的反应时间就短，这样不安全。

在国内外，也有利用超声波测距技术来设计汽车防追尾装置，在汽车行驶过程中，通过超声波探测，有效的判断车辆之间的距离，如果距离过近，则通过报警器来提醒驾驶员小心驾驶，防止追尾，这就是测距技术防追尾装置的基本功能原理。但这样构思的产品在市场上，目前却还没有发展起来，不论在国内还是国外，目前没有成熟的利用超声波技术设计广泛运用的防追尾装置。究其原因，主要是因为装置的远距离探测能力弱，探测距离小，过小的探测距离，当然不可能在车速较高的情形下使用，车速快，短距离才有效提醒，一旦出现紧急情况，驾驶员已经没有时间来反应及操作了，这样难以做到有效预防汽车发生追尾；其次是因为传统的防追尾装置设计功能过于单一，实用性欠佳。

采用超声波测距技术的倒车雷达及防追尾装置，因为系统远距离探测能力弱，探测距离小这一技术原因，导致其发展受到局限，是什么原因导致其系统的远距离探测能力弱，探测距离小呢？主要技术原因是：

一、较远的物体，经超声波探头发射并反射回来的超声波信号更加微弱，微弱的信号，就需要对其进行比通常放大倍数更大的放大处理，在信号放大处理的过程中十分容易引入干扰，包括系统硬件本身产生的干扰，干扰会致使系统难以辨别信号是远距离物体反射回来的有效信号还是无效的干扰信号，如果检测、识别不到有效信号，那么系统就做不到远距离探测物体，如果对信号辨识不清或处理不当，就会造成系统误判、误报，从而导致系统的稳定性、可靠性大大降低。因此如何对信号进行采集、放大及去干扰等处理是提高系统远距离探测能力至关重要的因素。目前传统的超声波信号检测及处理方法没有解决这一问题。

二、此外，在汽车上，因为超声波探头大都是安装在汽车的后保险杠或前保险杠上，超声波探头的安装高度一般在40厘米至70厘米之间，这样的安装高度，在我们有效的提高了系统的探测能力，加长了系统的探测距离的同时，因为探头有一定的探测角度这一原因，系统探测距离越远就越可能探测到地面或地面的矮小物体。这在实际使用中确实存在，即系统在探测到远距离物体的同时，也探测到了地面或探测到了地面较矮小的物体，形成误判、误报。这一问题也是阻碍超声波测距技术在的倒车雷达及防追尾装置上运用及发展的重要原因，目前传统的超声波信号检测及处理方法也没有有效的解决这一问题。

针对第二个技术问题，也有人在倒车雷达或防追尾装置上采用较小发射角度的超声波探头，如采用比通用40KHz更高频率，角度较小的超声波探头来探测物体，这样来避免系统对地面或地面矮小物体的误测、误报。但因超声波频率越高，远距离时信号衰减越快，这样处理，不论是对倒车雷达还是防追尾装置，使得系统远距离探测能力有所变弱；同时这样处理，对于倒车雷达，使得倒车雷达存在近距离探测范围内系统的盲区增大这一缺陷。因此采用较小发射角度的超声波探头，也不是最佳的解决方案。

发明内容

本发明提供一种全新的、多功能的汽车防撞示警装置以及超声波装置，其解决了背景技术所存在的汽车防撞示警装置作用小功能不强的不足，超声波装置所存在的远距离探测能力弱，探测距离小的不足。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种汽车防撞示警装置，它设于汽车上用于防撞示警，它包括超声波模块、控制模块以及示警模块。超声波模块用于通过超声波探测技术计算出周边车辆或障碍物的位置信息。控制模块用于接收超声波模块传送的位置信号，并计算出汽车与周边车辆或障碍物之间的间距，判断该间距是否超过报警间距，如果是则决定发出示警信号。示警模块用于接收、处理控制模块传送的示警信号，并通过防撞报警模块示警以提示周边车辆的驾驶者。该超声波模块包括超声波传感器以及超声波信号接收与处理模块。超声波传感器用于发射超声波信号以及接收发射回来的回波信号，并将该回波信号转化为回波电信号。超声波信号接收与处理模块包括发射驱动电路、接收放大电路以及整形检波电路。发射驱动电路用于控制超声波传感器使其发射出超声波信号。接收放大电路用于放大超声波传感器回波电信号。整形检波电路用于比较放大后的回波电信号与受控的门槛电压值，以得出周边车辆或障碍物的位置信息。

本技术方案的一较佳实施例中，该示警模块，用于接收、处理控制模块传送的示警信号，并通过防撞报警模块示警以提示周边车辆的驾驶者，通过车内报警模块示警以提示汽车驾驶者。

本技术方案的一较佳实施例中，该整形检波电路包括：比较电路，用于比较放大后的回波信号与受控的门槛电压值；以及关断导通电路，用于逐级调节比较电路的正端输入电压。

本技术方案的一较佳实施例中，该关断导通电路可选择：提高输入电压使门槛电压值提高，用于去除干扰信号；或，降低输入电压使门槛电压值降低，用于检出微弱回波。

本技术方案的一较佳实施例中，还包括：车速检测模块，用于检测外界汽车车速并形成车速信号；该控制模块接收车速检测模块传送的车速信号，并根据该车速信号大小自动调整控制模块中的报警间距或报警方式。

本技术方案的一较佳实施例中，该防撞报警模块的示警为发光方式，或声音方式，或声光方式。

本技术方案的一较佳实施例中，该防撞报警模块包括：开关装置，该开关装置的开关受控制信号控制；该开关装置控制汽车闪光灯或刹车灯开关。

本技术方案的一较佳实施例中，该防撞报警模块包括：开关装置，该开关装置的开关受控制信号控制；该超声波模块具有可发光的超声波探头，该开关装置控制超声波探头发光开关。

本发明解决该技术问题所采用的又一技术方案是：一种超声波装置，它包括超声波传感器以及超声波信号接收与处理模块。超声波传感器用于发射超声波信号以及接收发射回来的回波信号，并将该回波信号转化为回波电信号。超声波信号接收与处理模块包括发射驱动电路、接收放大电路以及整形检波电路。发射驱动电路用于控制超声波传感器使其发射出超声波信号。接收放大电路用于放大超声波传感器回波电信号。整形检波电路用于比较放大后的回波电信号与受控的门槛电压值，以得出被探测物的位置信息。

本技术方案的一较佳实施例中，该整形检波电路包括：比较电路，用于比较放大后的回波信号与受控的门槛电压值；以及关断导通电路，用于逐级调节比较电路的正端输入电压。

本技术方案的一较佳实施例中，该关断导通电路可选择：提高输入电压使门槛电压值提高，则可去除干扰信号；或，降低输入电压使门槛电压值降低，则可检出微弱回波。

本发明的一种汽车防撞示警装置具有如下有益效果：

其一，在汽车行驶过程中，通过超声波探测，判断周边车辆或障碍物与本车之间的距离，如果车辆距离过近，则本车上的防撞主动示警装置控制防撞报警器报警有效的提醒周边车辆驾驶员小心驾驶，通过车内报警器有效提醒本车驾驶员，防止撞车；

其二，整形检波电路包括比较电路以及关断导通电路，通过关断导通电路逐级调节比较电路的正端输入电压，选择提高输入电压以去除干扰信号或减低输入电压以检出微弱回波，则可有效的实现了增强超声波测距装置的远距离探测能力，使得超声波装置远距离探测能力强，探测距离成倍增加，同时也是因为这一核心电路及控制方法，使得系统在提高远距离探测能力的同时，有效了解决了系统对地面或地面矮小物体的误判、误报问题；

其三，该控制模块根据该车速信号大小自动调整控制模块中的报警间距和报警方式，可以根据不同的车速调整系统的报警距离或报警方式，这样的设计是十分合理及人性化的，车速过高时，为了安全，为了给驾驶员更多的反应、处理时间，装置设计成当两车距离较远时就开始报警，当车速比较低时，为了减少系统频繁的工作报警，装置把报警距离设计得相应短一些；

其四，防撞报警模块包括开关装置，该开关装置控制汽车闪光灯或刹车灯开关，本装置所采用的防撞报警器可以是利用原车的灯光，如刹车灯、危险警告灯。采用原车灯光作为防撞报警器，一是有效的降低了系统的成本，二是使装置的警示功能更为突出。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明装置一较佳实施例的系统方框图。

图2是本发明装置另一较佳实施例的系统方框图。

图3是本发明装置又一较佳实施例的系统方框图。

图4是本发明装置又一较佳实施例的系统方框图。

图5是本发明超声波产生及处理电路图。

图6是本发明超声波信号接收及处理核心电路。

图7是传统超声波产生及处理电路图。

具体实施方式

一种汽车防追尾示警装置，它设于汽车上用于防追尾示警和倒车示警，它包括超声波模块、控制模块、示警模块、车速检测模块以及检测模块。超声波模块包括超声波传感器以及超声波信号接收与处理模块。示警模块包括防追尾报警模块和车内报警模块。控制模块分别连接于超声波模块、示警模块、车速检测模块以及检测模块，检测模块连接防追尾报警器。

请查阅图1，上述的超声波传感器设为超声波探头100，超声波信号接收与处理模块设为雷达主机200，控制模块设为防追尾主机300，防追尾报警模块设为防追尾报警器400，车内报警模块设为车内报警器500。本实施例中可选用一个探头也可选择多个探头，并设置于车尾。根据需要可不设置车内报警器500，或，将车内报警器500与雷达主机200设计成一体(车内报警器的功能集成于雷达主机200内)，如图2所示。根据需要，该雷达主机200及防追尾主机300可设计成一体(超声波信号接收与处理模块200的功能集成于防追尾主机内)，如图3所示。根据需要，该雷达主机200、车内报警器500及防追尾主机300设计成一体，雷达主机200、车内报警器500的功能集成于防追尾主机300内，如图4所示。

超声波探头100有两种不同的设计方式，一类是模拟式探头，一类是数字式探头，模拟式探头的特征是探头内，即超声波探测模块内不带有数字处理技术电路，数字式探头的特征是探头内，即超声波探测模块内带有数字处理技术电路，此两种不同的形式决定了在雷达主机200内，即在超声波信号接收及处理模块中，有着不同的信号接收及处理电路。但是无论是以上的哪种情况，超声波探测模块及超声波信号接收及处理模块合起来总的电路及基本功能原理是一致的，在此我们把这两部分作为一个整体来阐述，我们把超声波探测模块及超声波信号接收及处理模块总电路图合称为超声波产生及处理电路。

请查阅图5、6以及7，超声波传感器用于发射超声波信号以及接收发射回来的回波信号，并将该回波信号转化为回波电信号。超声波信号接收与处理模块包括发射驱动电路、接收放大电路以及整形检波电路。发射驱动电路用于控制超声波传感器使其发射出超声波信号，该发射驱动电路以一个小变压器T为核心，给变压器的原边供给某驱动频率脉冲(如40K，48K等常用超声波频率)，变压器副边升压后加在超声波传感器上，转换成超声波信号发射出去。接收放大电路用于放大超声波传感器回波电信号，该接收放大电路一般分为两级到三级放大，可以由分立元件构成，或者是集成运放为核心来组成(例图5中，分别由U1A，U1B集成运放构成两极放大回路，再由Q31为核心构成的放大回路进行第三级放大)，超声波的回波信号经超声波传感器接收转换为微弱的毫伏级电信号，经过该多级放大后，才可以被检出。整形检波电路用于比较放大后的回波电信号与受控的门槛电压值，以得出后面车辆或障碍物的位置信息，它由电路由Q21，Q22，U31A，R23，R24，R25，R26，R27，R28，C21，R38，R39，C34组成，并可分成：比较电路，用于比较放大后的回波信号与受控的门槛电压值，它由比较器U31A为核心构成，将放大后的回波信号与受控的门槛电压值相比较，得出障碍物的信息；以及关断导通电路，用于通过控制Q21，Q22的关断导通，以逐级调节比较电路的正端输入电压。其中，该关断导通电路可选择：提高输入电压使门槛电压值提高，则可去除干扰信号，如滤除大雨在近距离所产生的回波，还有地面碎石在某些敏感距离产生的回波；或，降低输入电压使门槛电压值降低，则可提高灵敏度以检出微弱回波，如很远处反射回来的回波。使得超声波模块可有效的实现了增强超声波测距装置的远距离探测能力，使得探测距离成倍增加，同时也是因为这一核心电路及控制方法，使得系统在提高远距离探测能力的同时，有效了解决了系统对地面或地面矮小物体的误判、误报问题，解决了背景技术的超声波测距存在的技术困难及障碍，为采用超声波测距技术的汽车防追尾装置的发展、普及提供坚实的技术保障。此超声波探测技术的提升，不但可以运用于汽车行驶安全技术领域，而且可以运用于超声波探测其它工业领域，这有利的推进了超声波技术的发展。

车速检测模块用于检测外界汽车车速并形成车速信号，请查阅图1、2、3及4，将该车速信号传输给防追尾主机。

控制模块200用于接收超声波模块传送的位置信号，并计算出汽车与后面车辆或障碍物之间的间距，判断该间距是否超过报警间距，如果是则决定发出示警信号。该控制模块200接收车速检测模块传送的车速信号，并根据该车速信号大小自动调整控制模块中的报警间距和报警方式。

示警模块用于接收、处理控制模块传送的示警信号，并通过防追尾报警模块示警以提示后面车辆的驾驶者，通过车内报警模块示警以提示汽车驾驶者。该示警模块示警可为发光方式，或声音方式，或声光方式。该示警模块可独立另设新装的各类报警器，也可配合汽车的其它部件，如该防追尾报警模块包括：开关装置，该开关装置的开关受控制信号控制；该开关装置控制汽车闪光灯或刹车灯开关。根据需要，该车内报警器常设计成单一蜂鸣器的方式，采用此方式时，因为蜂鸣器占用体积小，控制简单，因此其经常与雷达主机200或防追尾主机设计成一体，而雷达主机200与防追尾主机都属于控制器件，因此也经常设计成一体。

检测模块连接防追尾报警器400，用于检测防追尾报警模块是否可正常，如果否则通过车内报警模块示警以提示汽车驾驶者。例如，当利用原车的刹车灯作为防追尾报警器，防追尾主机会对刹车灯工作电流等参数进行检测、判断，如果刹车光损坏，对有车内报警器的防追尾主动示警装置，装置可通过车内报警器告之驾驶员，以便刹车灯尽快修理好，保证汽车行驶安全。汽车刹车灯作为汽车最重要的行驶信号之一，如果损坏，在道路上行驶时是极其不安全的，极容易导致发生追尾，产生安全事故，本发明在设计中充分考虑了这一事实情况。

根据需要该本装置还带有对防追尾传感器、防追尾检测仪等其它防追尾检测装置输出信号的检测功能，目的在于当汽车上别的追尾信息被告之本装置时，本装置可以通过内部的检测电路来检测及判断此信息，如条件成立，装置就通过防追尾主机控制防追尾报警器发出报警信号。

本装置是一种可具倒车雷达功能的汽车防追尾主动示警装置，在汽车行进时起防追尾主动示警功能作用，在汽车倒车时起倒车雷达的功能作用，它具有传统防追尾仪器或装置的防追尾功能，同时可具有倒车雷达的功能，此两类功用设计成一体，不但简化了设计，最大的优点是两者共用超声波探测模块及超声波信号检测及处理模块，在某种程度上可以说共用了超声波探头100及雷达主机200，这样的设计无疑在有效的增加了装置功用的同时，降低了系统的成本。因此本装置的性价比非常高，具有很好的推广价值。装置起防追尾功能作用时，装置通过防追尾报警器告之车外驾驶员汽车行驶状态，通过车内报警器告之车内驾驶员汽车行驶状态，当然，装置可以不采用车内报警器，此时，汽车行驶的状态信息或者是装置通过防追尾报警器告之车内驾驶员，或者是不告之车内驾驶员，仅告之车外驾驶员。装置起倒车雷达的作用时，装置通过车内报警器告之车内驾驶员汽车的倒车状态。当然，装置也可设计成不具有倒车雷达的功能，而是仅具有防追尾主动示警功能作用，这样，装置在汽车倒车时，不起倒车雷达的功能作用。

本装置可以利用原车刹车灯作为防追尾报警器，并且能够有效的对刹车灯进行实时的监测，通过监测及报警，从而实时的让驾驶员知道车辆刹车灯光是否正常。刹车灯信号是防止汽车发生追尾最重要的汽车灯光信号之一，汽车刹车灯不工作，在道路上行驶，极可能导致汽车追尾，产生安全事故，存在极大的安全隐患。在汽车上，目前还没设计有用于监测刹车灯是否损坏及损坏报警的装置，而本装置则设计有这一功能，本装置以这一独特功能，也可以称得上是一种汽车防追尾主动示警装置。

本装置带有对防追尾传感器、防追尾检测仪等其它防追尾检测装置输出信号的检测功能，将该信号传输于防追尾主机，如图1、2、3及4。本防追尾主动示警装置功能原理主要是基于超声波测距技术，但目前不同原理、不同设计的防追尾传感器、防追尾仪器或防追尾装置都是存在的，为了提高本装置的扩展性，因此本装置设计有对防追尾传感器、防追尾检测仪等其它防追尾检测装置输出信号的检测功能，通过检测的信号，综合判断后，如条件成立，本装置就通过防追尾主机控制防追尾报警器发出防追尾报警信号。其它防追尾传感器可以是加速度传感器，也可是其它专制的防追尾传感器。其它防追尾检测装置输出的信号既可以是原始的模拟信号，也可以是经过处理的数字信号，数字信号通讯既可以是总线传输方式，也可以是其它传输方式。本装置的这一特征，其它众多的防追尾装置或仪器是不具有的。

本实施例中，将超声波探头100设于车尾用于检测后面车辆与本车之间的间距，并根据间距决定是否发出报警信号，因此为防追尾示警装置。当然了，如将超声波探头100设置于车前用于检测前面车辆于本车之间的间距，并根据间距决定是否发出报警信号，则可为防前撞示警装置；如将超声波探头100设置于车侧用于检测侧边车辆于本车之间的间距，并根据间距决定是否发出报警信号，则可为防侧撞示警装置。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种汽车防撞示警装置，它设于汽车上用于防撞示警，其特征是：它包括：

超声波模块，用于通过超声波探测技术计算出周边车辆或障碍物的位置信息，其中该超声波模块包括超声波传感器以及超声波信号接收与处理模块；该超声波传感器用于发射超声波信号以及接收发射回来的回波信号，并将该回波信号转化为回波电信号；该超声波信号接收与处理模块包括发射驱动电路、接收放大电路以及整形检波电路，该发射驱动电路用于控制超声波传感器使其发射出超声波信号，该接收放大电路用于放大超声波传感器回波电信号，该整形检波电路用于比较放大后的回波电信号与受控的门槛电压值，以得出周边车辆或障碍物的位置信息；

控制模块，用于接收超声波模块传送的位置信号，并计算出汽车与周边车辆或障碍物之间的间距，判断该间距是否超过报警间距，如果是则决定发出示警信号；以及

示警模块，用于接收、处理控制模块传送的示警信号，并通过防撞报警模块示警以提示周边车辆的驾驶者。

2.根据权利要求1所示的一种汽车防撞示警装置，其特征是：

该示警模块，用于接收、处理控制模块传送的示警信号，并通过防撞报警模块示警以提示周边车辆的驾驶者，通过车内报警模块示警以提示汽车驾驶者。

3.根据权利要求1或2所示的一种汽车防撞示警装置，其特征是：该整形检波电路包括：

比较电路，用于比较放大后的回波信号与受控的门槛电压值；以及

关断导通电路，用于逐级调节比较电路的正端输入电压。

4.根据权利要求3所示的一种汽车防撞示警装置，其特征是：该关断导通电路可选择：提高输入电压使门槛电压值提高，用于去除干扰信号；或，降低输入电压使门槛电压值降低，用于检出微弱回波。

5.根据权利要求1所示的一种汽车防撞示警装置，其特征是：

还包括：车速检测模块，用于检测外界汽车车速并形成车速信号；

该控制模块接收车速检测模块传送的车速信号，并根据该车速信号大小自动调整控制模块中的报警间距或报警方式。

6.根据权利要求1所示的一种汽车防撞示警装置，其特征是：该防撞报警模块的示警为发光方式，或声音方式，或声光方式。

7.根据权利要求1所示的一种汽车防撞示警装置，其特征是：该防撞报警模块包括：开关装置，该开关装置的开关受控制信号控制；该开关装置控制汽车闪光灯或刹车灯开关。

8.根据权利要求1所示的一种汽车防撞示警装置，其特征是：该防撞报警模块包括：开关装置，该开关装置的开关受控制信号控制；该超声波模块具有可发光的超声波探头，该开关装置控制超声波探头发光开关。

9.一种超声波装置，其特征是：该超声波模块包括：

超声波传感器，用于发射超声波信号以及接收发射回来的回波信号，并将该回波信号转化为回波电信号；以及

超声波信号接收与处理模块，它包括：

发射驱动电路，用于控制超声波传感器使其发射出超声波信号；

接收放大电路，用于放大超声波传感器回波电信号；以及

整形检波电路，用于比较放大后的回波电信号与受控的门槛电压值，以得出被探测物的位置信息。

10.根据权利要求9所示的一种超声波装置，其特征是：该整形检波电路包括：

比较电路，用于比较放大后的回波信号与受控的门槛电压值；以及

关断导通电路，用于逐级调节比较电路的正端输入电压。

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