CN101393686A - 全天候车辆行驶安全指示及控制系统装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种全天候车辆行驶安全指示及控制系统装置，包括：无线发射装置，安装于运行车辆的尾部，用于在特定情况下定向发射传播速度各不相同的及经编码的第一及第二无线信号；无线接收装置，安装于运行车辆的前方，用于定向接收所述的第一及第二无线信号，并根据接收到的信号还原编码信息，同时还根据所接收的第一及第二无线信号的相位时间差来计算出与前方车辆之间的距离及相对速度。本发明的系统不受天气情况及能见度差的影响，可全天候工作，既可接收交通信号灯及交通路牌信息，也可接收前方车辆的行驶状态信息，并在危险情况下对本车行驶实施自动的控制，同时还将有关危险信息向随后车辆传递，以防止有连环相撞事故的发生。

Description

全天候车辆行驶安全指示及控制系统装置

技术领域

本发明涉及一种车辆安全指示及控制系统，特别是一种全天候的车辆行驶安全指示及控制系统装置。

背景技术

传统的交通信息指示系统及装置主要是交通信号灯(简称红绿灯)及交通指示牌(简称路牌)，提供包括交通指示的信息、道路指示信息、目标地址信息，以及前方路况信息、天气提示信息，或其它交通管理信息等。

全世界第一个具有红、黄、绿三色灯的交通指示系于1918年的美国纽约市正式诞生，距离目前已经有足足90年的历史了。三色交通指示灯的出现，为城市交通带来了革命性的变化，其控制系统也从50年代的电气控制，发展到了当今的到电子及计算机智能控制，使城市交通逐步走向成熟。

然而包括这种红、黄、绿三色灯及常规交通路牌在内的现有的交通指示系统一直存在着一个不足之处没有得到解决，就是所有的指示都要依赖于视觉，这在天气状况不好(例如大雨或浓雾)的情况下，或对于有色盲色弱的驾车人士来说，其效果显然并不理想。另外在高速公路上，依赖视觉有时也会出现问题，特别是在大雾天气情况下，经常会出现汽车连环相撞的事故。就车祸而言，事实上已经成为人类的第一杀手。100多年来，全世界葬身于车轮之下已达4000万人，超过了第二次世界大战期间因战祸而死亡的人数。进入二十一世纪以来，全世界每年死于交通事故的人数约有60万，因此，人们称交通事故是当今马路上的战争。

交通事故的发生除与上述所说的与视觉依赖有关之外，驾驶人员的反应及操作也是一个重要的因素。高速公路上的车速非常快，在天气不好的情况下，当意外突然发生时，人的反应往往是来不及的，这是为什么经常有几十辆或更多辆车在高速公路上连环相撞的原因。要实现安全驾驶，除要保持适当的车速和车距之外，留意车辆之间的相对速度也非常重要，当发现与前方车辆的相对车速急剧变化时，就要作出及时的反应，同时还要将有关的信息即时传递给跟随的车辆，使所有的车辆能及时并作出一致的反应才能有效地避免悲剧的发生。据统计，危险境况时，如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间，则可分别减少追尾事故的30％，路面相关事故的50％，因此一个有效的车辆预警提示系统对车辆的安全行驶将非常重要。

要实现车辆相撞的预警必须要有有效的动态测距装置，目前现有技术中主要是激光及雷达(微波)，采用这些技术的装置可以在行驶的车辆中发射激光或微波信号，然后根据这些信号于前方车辆反射的回波进行测距(测量发射/接收信号的时差或频移)，当发现有危险情况时就进行危险提示或自动刹车以免与前方的车辆发生碰撞。这种系统的主要不足是技术比较复杂且容易出现干扰，因为道路行驶的情况非常复杂，当车辆较多、较密时，或在超车、拐弯时，或在路旁有特别标志或广告牌时，其反射的波形有时会难以预测，这种情况容易导致误报警或误操作情况的出现；同时由于这种系统无法检测现有的交通信号灯系统或与其它车辆进行信息沟通，因此也没有办法防止冲红灯或防止其它车辆对本车的碰撞；同时激光及雷达信号容易对环境造成电子污染，因为在同一个环境中如果有多辆车子安装了类似的系统，则相互之间的干扰有时会难以避免；最后这种技术的成本也相对较高，要在所有车辆中进行普及化的应用存在着相当大的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对上述现有产品技术的不足，提供的一种于行驶车辆中实现动态测距的新技术、一种全天候的电子无线交通信息指示系统，以及全天候的车辆安全行驶指示及控制装置，这种技术、系统及装置是无线的、动态的、实时的及全天候工作的，并且不依赖于人的视觉系统，甚至不依赖于人的反应而自动进行紧急状态处理以消除可能出现的危险情况，并且还能将有关危险信息及时传递给后方车辆，以防止高速公路上连环相撞事故的发生。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种于行驶车辆中实现动态距离检测及信息传递的方法，包括以下步骤：于第一车辆或前方物体上同步定向发射第一及第二无线信号，第一无线信号用于时间的同步，而第二无线信号用于距离的测量；于第二车辆定向接收所述的第一及第二无线信号，并在第二车辆上计算出与第一车辆之间，或与前方物体之间的相对距离。

本发明还提供一种全天候电子无线交通信息指示系统及装置，包括：无线发射装置，安装于交通信号灯或交通路牌上，用于定向发射传播速度各不相同的及经编码的第一及第二无线信号；无线接收装置，安装于行驶车辆之中，用于定向接收所述的第一及第二无线信号，并根据所接收的信号解读其中的编码信息，同时还根据所接收的第一及第二无线信号的相位时间差计算出与前方交通信号灯或交通路牌之间的距离，以及通过对所述距离的连续测量，计算出两者之间的相对速度。

本发明还提供一种全天候电子无线交通信息指示系统装置，包括：红外线发射装置，安装于交通信号灯或交通路牌上，用于定向发射经编码的红外线信号；红外线接收装置，安装于行驶车辆之中，用于定向接收所述的红外线信号，并解读其中的编码信息。

本发明还提供一种全天候电子无线交通信息指示系统装置，包括：超声波发射装置，安装于交通信号灯或交通路牌上，用于定向发射频率已知的及经编码的超声波信号；超声波接收装置，安装于行驶车辆之中，用于定向接收所述的超声波信号，并解读其中的编码信息，同时还根据多普勒效应计算出与前方交通信号灯或交通路牌之间的相对速度。

本发明还提供一种全天候车辆行驶安全指示及控制系统装置，包括：无线发射装置，安装于运行车辆的尾部，用于在特定情况下定向发射传播速度各不相同的及经编码的第一及第二无线信号；无线接收装置，安装于运行车辆的前方，用于定向接收所述的第一及第二无线信号，并根据接收到的信号解读其中的编码信息，同时还根据所接收的第一及第二无线信号的相位时间差来计算出与前方车辆之间的相对距离，以及通过对距离的连续测量，计算出与前方车辆之间的相对速度。

本发明还提供一种全天候车辆行驶安全指示及控制系统装置，包括：红外线发射装置，安装于运行车辆的尾部，用于在特定情况下定向发射经编码的红外线信号；红外线接收装置，安装于运行车辆前方，用于定向接收所述的红外线信号，并解读其中的编码信息。

本发明还提供一种全天候车辆行驶安全指示及控制系统装置，包括：超声波发射装置，安装于运行车辆的尾部，用于在特定情况下定向发射频率已知的及经编码的超声波信号；超声波接收装置，安装于运行车辆的前方，用于定向接收所述的超声波信号，并解读其中的编码信息，同时还根据多普勒效应计算出与前方车辆之间的相对速度。

本发明具有的有益效果在于：一、它是一个不依赖于天气状况及视觉的系统；二、它可以在全天候环境下工作；三、它可以显示交通灯号的信息及给出灯号转换的倒计时信息；四、它具有自动防止冲红灯的功能；五、它可以显示与前车的距离及相对速度；六、在危险情况下它可以对车辆的行驶状态进行自动控制；七、它可以将有关交通灯号信息及危险信息传递给后方车辆；八、它可以进行其它道路交通信息的显示/提示；九、它是一种无电子污染的环保信号系统；十、它具有廉价的成本及易于作普及化的应用。总而言之，本发明的实施可以有效提高道路交通的效能，并使驾车人士的安全更有保障。

附图说明

图1是本发明实施例的电子无线交通信号灯与路面车辆信号传输示意图；

图2是本发明实施例的行驶车辆之间的无线信号传输示意图；

图3是本发明实施例的车辆转线/超车时的无线信号传输示意；

图4是本发明实施例的无线数字编码信号波形示意图；

图5是本发明实施例的交通/车辆信息指示/提示示意图；

图6是本发明实施例的交通路牌信息显示/指示示意图；

图7是本发明实施例的关于距离的角度修正的示意图

图8是本发明实施例的行驶车辆之间的无线信号中继示意图；

图9是本发明实施例的交通信号灯与车辆之间的无线信号中继示意图；

图10是本发明实施例的总体结构框图；

图11是本发明实施例的于行驶车辆中实现动态距离检测及信息传递方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。请参照图1所示，这是本发明实施例的电子无线交通信号灯与路面车辆信号传输示意图。图中10为三色交通信号灯，包括有红、绿、蓝三色灯11，内部安装有无线发射装置12，在12中包括有两组发射器，其中一组发射第一无线编码信号(优选红外线)13，而另一组发射第二无线编码信号(优选超声波)15，13及15同时发射并被与交通灯相对的车辆16所接收，其中17为安装于车辆前部的无线接收装置，可接收上述的红外线信号13及超声波信号15，13及15中最少有一组信号包含有与交通灯号状态相关的数字编码信息，该信息被无线接收装置17接收及解码，还原出红、黄、绿三色交通灯信号并在车内的显示装置18中显示，显示装置18还包含有音频提示装置并安装于车辆的驾驶台或仪表盘上，以方便驾车人士查看，或对驾驶人士作出有关提示。

本发明能实现全天候动态交通信息的接收及指示的关键是采用具有全天候定向工作能力的无线信号进行信息的传输。红外线(特别是8～14微米波长的红外线)及超声波(特别是20千赫兹左右的超声波)在大气中的传输能力都非常强，几乎不受空气中的光线、浓雾、尘埃、雨水、风雪及电磁干扰的影响，两种信号都比人的视觉更能适应恶劣天气的情况，即使是夜间也完全不受影响，是实现全天候工作的关键。另外，能实现定向信号发射的无线信号还有微波和激光等，因此本发明并不排除使用上述信号进行信息的传递，但由于红外线及超声波是目前两种最为廉价及安全的信号，既不会对人体及视觉产生伤害，同时也不会造成空间中的电磁波污染，是一种绿色环保信号源，因此是本发明的首选(优选)信号源。

本发明采用两组无线信号同时发射的原因是为了车辆能根据这两组无线信号计算出车与交通灯之间的距离及速度，以便在需要时提醒驾驶人士的注意。本发明的两种无线信号于空气中的传播速度不同，红外线信号是以光速进行传播(每秒30万公里)，因此我们不需要考虑其传输的延迟，而超声波信号于空气中的传播速度为每秒340米(15摄氏度时)，这个速度相对红外线来说要慢很多，因此接收器17便是根据接收到的上述两种不同信号的时间差(因为信号会被编码及调制，因此我们也称这个时间差为相位时间差或相位差)来判别车辆与交通灯(实际上信号可以调制为车辆与停车线之间的距离)的距离，具体算法为：S＝V*ΔT，其中S为接收器与发射器之间的距离，V为超声波于空气中的传播速度，ΔT为红外线与超声波的相位时间差。

由于能够实时测量发射装置与接收装置之间的距离，因此本发明的系统也同时具有动态测量车速的能力，通过对固定发射标志(例如上述的信号灯)距离的连续测量便可计算出车辆的实时车速，这有助与对车辆的行驶状态作出提示或调整，为了实现这个功能，在图1所示的系统中还进一步包含有防冲红灯装置19，19实际上是一个车辆行驶控制装置，在有需要时可以根据车速及离红灯停车线的距离对驾驶员作出必要的提示，在有需要时还可自动实施制动，以便车辆可以在停车线前安全停下。

下面再请参照图2所示，这是本发明实施例的行驶车辆之间的无线信号传输示意图。图中20为前方行驶的车辆，24为后方跟进的车辆，当在某种特定情况下(例如紧急制动或亮危险信号灯时)，前方车辆20可通过安装于车辆尾部的无线发射装置21向后定向发射无线信号，其中22为红外线编码信号(第一无线信号)，23为超声波编码信号(第二无线信号)，22和23同时发射并具有相同的相位。后方车辆24于车辆前方部位安装有无线接收器25，可以同时接收上述的无线信号并可对信号进行解码，然后根据两者之间的相位时间差计算出前后车辆之间的距离及相对速度，并从解码信息中知道前方车辆的行驶状态信息，以便在车内通过26进行显示及提示。当有危险情况出现时，后方车辆还可以通过安装于车内的自动行驶控制装置28对车辆的行驶进行控制，例如停止燃油供应或进行紧急制动等，以避免或消除所出现的危险，因此28也可以称为自动防撞装置。

下面再请参照图3所示，这是本发明实施例的车辆转线/超车时的无线信号传输示意。图中30为前方左车道行驶中的车辆，35为后方右车道行驶中的车辆，当前方车辆30准备超车进入右车道时，可通过安装于尾部右侧的无线发射装置31向右后定向发射无线信号(与右转向灯同步)，其中32为红外线编码信号，33为超声波编码信号，32和33同时发射并具有相同的相位。安装于后方右车道车辆35左前部的无线接收装置36同时接收上述的无线信号并进行解码，然后根据两者之间的相位时间差计算出前后两车之间的距离及相对速度，并从解码信息中知道前方车辆的右转信息，并在车内通过38进行显示及提示。在实际情况中，可根据车辆的结构及信号发射/接收的角度、灵敏度及覆盖面决定发射及接收装置的位置和数量，使车辆后方及左后方、右后方都具有信号的发射能力，以便在刹车状态、危险状态、左转及右转状态时都能向正确的方向发出包含有所述状态信息的无线编码信号并具有适当的覆盖面，以及可接收来自前方及左前、右前方向上的无线信号。

下面再请参照图4所示，这是用于上述图1、图2及图3所示系统中的本发明的无线数字编码信号波形示意图。图中40为接收到的红外线编码信号波形，41为接收到的超声波编码信号波形。尽管这两个信号在发射端的波形和相位都是一样的，但由于发射接收之间有一定的距离，并且两种信号的的传输速度各不相同，因此信号于接收方所看到的波形便有一个时间差，我们也将这种时间差称为相位差或相位时间差。图中T1、T2便表现了这两个信号的相位时间差，T3也是这两个信号的相位时间差，只不过其量度的位置不同而已。对于信号可以采用不同的编码方式，最常用的是采用“0”和“1”的数字编码，并用信号脉冲的高低电平的时间长短来定义。在图中，一个脉冲与一个相对窄的间隔代表数字“0”，而一个脉冲与一个相对宽的间隔代表数字“1”，在实际系统中还可以有其它不同的编码及数字的定义方式。为了能识别两个波形(数据包)是否为同一个时段发射的数据，在上述波形中还包含了数据包的识别代码(ID)，在图4中前一个波的ID为0110，后一个波的ID为0111，系统只会将具有相同(或相关)ID的波形进行比较，这样会就不会有波形错位的情况出现了，即可以实现接收装置上的信号同步。

以下通过一些具体的数据为例并作出有关计算和分析，假设上述波形来自图2所示的系统，并且在T1前两车以100公里的时速作匀速行驶，同时假设所测的T1为88.2毫秒，T2为86.0毫秒，T1与T2间的时间间隔为0.1秒，则由此可根据上述S＝V*ΔT的公式计算出两车在T1及T2时的两车间距分别约30.00米及29.24米(假设气温为15摄氏度，超声波的传播速度为340米/每秒)，即在0.1秒间两车的距离改变了0.76米，这个时间和距离的变化对于一般的驾驶者来说是反应不过来的，但对于本发明的系统来说不但能轻易做到，同时还可以根据上述距离的变化计算出两车之间存在一个负7.6米/秒平方的平均加速度，并根据上述加速度判断出前车正在进行紧急制动(急刹车)，因为按100公里的时速及负7.6米的平均加速度，则前车会在2.58秒及向前行驶50.8米后停止，这时如果尾随的车辆没有同步进行紧急制动的话，则追尾碰撞事故就可能随时发生。

因此在图2中所述的行驶控制装置，在上述这种关键情况下便会起到重要的作用，因为电子装置会在很短的时间(例如0.1秒)内作出反应，一场交通意外可能就会因而得到避免。本发明的系统可以实现两车之间对距离、速度及加速度的连续检测，以增加系统的可靠性及避免因偶然因素或干扰带来的误差。在上述例子中，分析了对应的数据包之间(例如42、43间及45、46间)包含的距离信息，并据此进一步计算出两者之间的加速度。除此之外，还可以在一个数据包的任何一个脉冲位置进行检测，下面将结合图4对这一点作进一步的分析和说明。图中42为红外线信号的第一数据包，45为红外线信号的第二数据包，每个数据包都具有前导波形部分421/451，数字编码区部分422/452。同样地，图中也包括有两个超声波数据包43及46，每个数据包也都具有前导波形部分431/461，以及数字编码区部分432/462。T1及T2只是在前导波形中对同一个数据包(具有相同ID)中的两种不同无线信号的相位时间差进行比较，由于数据包间的时间间隔相对较长(例如0.1秒一个数据包)，因此本发明这里还提供了一种更快的采样方式，就是当接收器在有效识别了两个不同无线信号的同一个数据包(具有相同的数据包ID)后，便可以在这个数据包上的任何一个脉冲信号上进行测量和计算，这种状态被称为同步检测状态。例如T3便是在数字编码区的第一个脉冲的上升沿上进行测量，同样地也可以在随后的每一个脉冲的上升沿或下降沿上进行测量，这样每次采样的时间间隔便可大为缩短，这不但增加了系统的反应速度，同时还可以对多个测量数据进行分析，可以提高系统的可靠性及消除个别数据采样误差影响到系统测量的精确性。如果系统从前车数字编码无线信号中接收到紧急制动的信息，并且从实际检测中也确认了这种情况发生的话，则对本车实施紧急制动便是必要的了，是防止两车相撞的最有效的方法。为了使有关的判断更为准确可靠，前车除发送有关紧急制动的信息之外，还可以发送其速度及加速度信息，以使后方车辆的判别及反应可以做到万无一失。

至于本发明的交通/车辆信息的指示/提示示意图则见图5所示。图中有一个数字显示区，可以显示各种测量的数据，例如距离、速度、加速度、两车相距的时间(基于当前车速)等。上述的速度可以是本车与前车的相对速度，也可以是与固定限速标志(可安装于车道正上方或埋在车道下露出发射头)之间的速度，由于这个限速标志是固定的，因此车辆所测定的速度便是自身的车速；同时还由于该限速标志还具有速度限制信息的发射/传递功能，因此本发明的系统可以直接显示超速信息，并且在有必要时通过行驶控制装置实施减速操作，例如减少油量供给等，实现平稳减速至限速之内。在数字显示区外，则有红、黄、绿交通灯号的信息，以及路障、超速、危险等提示信息。至于危险提示信息，是系统将各种数据进行比较分析之后作出，这些信息包括前车发送过来的状态信息，以及本车当前的车速、两车相隔的距离及相对加速度等参数，如果发现相撞时间少于某一数值时则进行提示，如果危险情况进一步增加，在不采取行动便会造成无法挽回的后果时，系统便会启动行驶控制装置实施自动制动，以便将危险情况控制在可以掌握的尺度之内。对于车速比较慢或已经是停止了的情况(例如在交通路口等候红灯信号时)，或是前方车辆具有不小于本车的速度，并且具有正向加速度的情况，例如在图3所示的前方左边车辆正常超车时，则无需发出提示信号，以免打扰正常的驾驶。在本系统的提示装置中还包括有音频提示功能，当有危险情况出现，或信号灯状态变化时，或有新的信息进入时，都可以作出相应的提示，还可以根据不同的情况发出不同的提示音，以便驾驶者可以根据不同的提示音准备不同的动作，以增加路面交通行驶的效率及提高驾驶的安全性。

本发明的系统还进一步具有电子路牌显示/指示功能，这些功能见图6所示。图中可以看到有左、前、右三个行驶箭头，可以根据不同情况点亮不同的显示段，以表达当前的信号情况。在箭头区的前、后、左、右都各有一个显示区，可显示车辆当前的位置及不同方向的目的地信息及高速公路出口的信息等。路牌信息及交通灯信息来自道路上设立的路牌及交通灯，因此也可以说是一个无线电子路牌及无线电子交通灯装置。与常规路牌及交通灯相比，电子路牌及电子交通灯最大的优点在于其为一个全天候的信号系统，因此不管是何种天气，系统均能于车内正常接收并显示/提示相关的信息，使驾驶更为方便，也更为安全。同时它还能显示其它附加的信息，例如显示灯号转换的倒计时信息，使红灯到来前可以先行减速，而在绿灯到来前也可以先做起动准备，以提高道路交通的效率。此外还可以显示速度限制信息、路障信息、慢行信息、人行道信息、前方路况信息、天气信息，以及其它交通管理信息等。

要留意的是，根据本发明的系统计算出来的距离数据有时候还需要作必要的补偿/修正才能满足其精度要求。有关的补偿/修正主要有两个方面，一是温度对超声波传播速度的影响。根据实验所知，超声波在空气中的传播速度与温度之间有如下的对应关系，其中温度单位为℃，声速单位为米/秒：

 

温度	-30	-20	-10	0	10	15	20	30
									声速	313	319	325	331	337	340	343	349

另一个需要修正的是无线信号发射角的影响，有关情况请看图7所示的本发明实施例关于测距角度修正的示意图。图中70为电子信号灯/电子路牌的无线发射装置，71为安装于车辆前方的无线接收装置，根据上述有关实施例计算的相对距离为70与71之间的直线距离S。在实际使用中，驾驶员只会对车辆71与停车线72的距离D感兴趣，因此必须要利用三角形边长公式(勾股定理：S的平方等于H的平方加D的平方)来对接收装置所得的直线距离S进行修正。为了能够实现这个修正，接收器所接收到的无线数字编码信息中必须要包含有其高度H的信息。

在上述的实施例中还没有提到有关无线信号的中继发射(转发)问题，实际上这个问题也非常重要，例如在上面提到的危险情况下，可通过行驶控制装置对车辆实施紧急制动(急刹车)以消除可能出现的车辆碰撞事故。但在高速公路上急刹车本身也是非常危险的操作，因为随后的车辆也会面临同样的碰撞问题，如果处理不当还可能会出现连环相撞的事故。要解决这个问题，必须要使随后的车辆知道前方发生的事情并采取一致的制动措施，连环相撞的事故才可以有效避免，这便需要一个中继发射的功能。

图8是本发明实施例的行驶车辆之间的无线信号中继示意图。图中有80、81、82为三辆于路面行驶的车辆，81跟随于80行驶，及82跟随于81行驶。当前方车辆80紧急制动(或发出危险灯信号)时，会向后发出红外线编码信号801及超声波编码信号802，内含与制动或危险信号相关的无线数字信息，而随后的车辆81接收到这个信息后，会及时向后通过811(红外)及812(超声)转发有关的信息，令随后的车辆82也在同一时间接收到80发出的紧急制动信息。同样地，82也会再向后发出所述80的信息，令后面更多的车辆知道前方的情况，这样便可有效地避免高速公路上连环相撞事故的发生。在81转发80的信息时，可以对有关信息作一些处理，例如保留80的紧急制动或危险灯号信息，但对81信号的相位作一些修正，使后方82根据接收到的信号可得出其与81之间的距离而非与80之间的距离信息。

图9则是本发明实施例的交通信号灯与车辆之间的无线信号中继示意图。图中90是电子交通灯，其发出的无线编码信号(901-红外，902-超声)被安装于停车线91上的中继装置91(为了方便，两者具有相同的附图标记91)所接收并将信号转发给车辆92(通过911-红外，912-超声)，当92接收到有关交通灯号信息后再将信号转发给随后的车辆93(通过921-红外，922-超声)，并可一直传递到最后的车辆(也可以设定在数次中继后停止中继转发)。90及91的信号都包含有其安装高度的信息，使接收装置能对有关距离进行修正。实际上对于92来说，其关心的是与停车线91之间的距离，因此中继器91转发的信息应以91作为距离计算的起点。事实上90发出的无线信号也可能会被92直接接收，因此90必须要对其发射的无线信号进行预处理(主要是对超声波信号的相位进行调整)，使92根据信号得出的距离是相对于停车线91的距离而非信号灯90的距离。同样地，对于92转发给93的交通信号灯的距离信息也应该是离停车线91的距离而非离92的距离，即是令后方车辆知道距停车线(路口)还有多远。

中继装置91除了通过空气直接接收来自发射装置90的无线信号外，也可以通过专用的电缆线95或其它无线通道(以下简称为第三信号通道)进行连接。在这种情况下，中继装置91可采用金属结构并部分埋于停车线下，只需要露出发射头进行信号中继便可，这种做法的一个优点是可以避免行人于人行道横过马路时，或其它横向车辆行驶过路口时对90的信号产生遮挡，同时由于91正向面对车道上的车辆，其发射及接收效果是最理想的。这种埋藏于停车线下的发射装置还可以发射包含有特定行车道的行驶方向信息，以及前行目标地的信息及限速信息等。本发明实施例的中继装置具有信号还原的能力，即能根据第三通道的信号还原出与原信号相同的红外线信号及超声波信号，同时还要使两者之间的相位与原信号于中继点的信号相位相同或相关，或者根据单一红外线或超声波的编码信息还原出红外线及超声波的编码信息并进行中继发射。

图10是本发明实施例的总体结构框图，是对图1至图9所述的实施例的一个总结。图中100为本发明所述的电子交通灯或电子路牌装置，其主要包含有无线发射器装置101，101包含有红外线发射器及超声波发射器，以及相关的编码控制器和数据包ID单元。与101相连接的有交通灯信息、交通灯转灯倒计时信息、电子路牌信息及其它相关信息单元，以及还包含有其安装高度的信息及空气温度的信息等，使接收装置接收之后可以对得出来的距离参数进行温度补偿及角度修正。

101发射的红外线编码信号107及超声波编码信号108被安装于行驶车辆110上的无线接收装置112所接收。112中包含有与101相对应的红外线接收器及超声波接收器，以及相关的解码及数据包同步单元，可以检测所接收到的数据包ID并将具有相同或相关ID的红外线编码信号及超声波编码信号进行相位比较以计算出无线发射器与无线接收器之间的直线距离。无线接收装置112接收的信息可通过信息显示装置及音频提示装置进行显示及提示。为了能够对计算出来的数据进行有效的分析，车内的安全驾驶系统111中还包括有传感器输入装置，可以提供本车的车速、油门等数据，使系统在发现有危险情况出现(例如车速太快、车距太近、前车紧急制动等)时，可通过车辆行驶控制装置对车辆的油门及制动系统进行控制。为了能对所接收的数据进行补偿和修正，111中还包括有安装高度的信息及其它设定的信息，至于温度补偿的数据可以采用本车测量的温度值，也可以采用所接收信号中包含的温度信息。

行驶车辆110中还包含有一套无线发射装置116，116中包含有红外线发射器及超声波发射器，以及相关的编码控制器及数据包ID单元，可以发射红外线编码信号118及超声波编码信号119。与116相连的有车辆行驶状态信息单元115、其它相关信息单元117，以及上述的111系统装置。116根据111、115及117的信息决定是否发射118、119信号，以及决定发射信号包含的编码信息，这些信息可包含有本车的行驶状态，例如紧急制动，危险信号灯、转向灯信息，此外还可以包含车辆的速度及加速度等信息，以便令跟随其后的车辆可以根据接收到的信息进行提示及实施有关安全行驶的操作。除此之外，116还可以作为中继装置来使用，可以转发100发射并通过111接收的数字编码信息，转发的信号可以保持接收信号的编码及相位，也可以改变或添加自身车辆的信息及相位，这要似乎实际情况及需要而定。

最后请看图11是本发明实施例的于行驶车辆中实现动态距离检测及信息传递方法的流程图，其中：

步骤S1101为于第一车辆或前方物体上同步定向发射第一及第二无线数字编码信号，第一信号可用于时间同步，第二信号可用于距离测量；

步骤S1102为于第二车辆定向接收上述的第一及第二无线数字编码信号，本发明优选红外线为第一无线信号，超声波为第二无线信号；

步骤S1103为第二车辆对收到的信号进行处理，找出第一及第二无线信号中具有相同数据包ID的数据包，并检测两者之间的相位时间差；

步骤S1104为第二车辆根据上述检测的第一及第二无线信号的相位时间差计算出第二车辆与第一车辆之间，或与前方物体之间的距离；

步骤S1105为第二车辆根据接收信号时的空气温度及该温度对相关无线信号于空气中传播速度的影响进行补偿及数据修正；

步骤S1106为第二车辆对所接收的无线信号包含的编码信息进行解码，并可从中还原出原本的数字信息，从而实现有关信息的传递；

步骤S1107为第二车辆从还原的数字信息中获取发射装置安装高度的信息，并根据该高度信息对上述的距离参数进行修正；

步骤S1108为第二车辆连续检测并得到上述的经补偿及修正的距离参数，并通过对时间距离的变化计算出两者之间的相对速度及加速度；

步骤S1109为第二车辆根据情况需要转发所接收的第一、第二无线信号，并可对原信号进行处理，使其包含有第二车辆相关的信息。

在所有上述的实施例中，基本上是以红外线信号及超声波信号同时发射及接收作出有关描述的。在实际系统中，如果不需要作距离的测量，则只需要发射其中一种无线编码信号便可以了，因此单一的无线信号发射可以看作为系统的一个特例。例如可以采用红外线或超声波数字编码信号来定向传递交通信号灯及交通路牌信息，实现全天候的交通信息指示；也可以用它来向后方车辆传递车辆行驶的状态信息，例如紧急制动、危险、转向，以及速度及加速度等信息，使后方车辆可以得到有关的提示从而防止相撞及实现安全的驾驶。对于采用频率固定的超声波信号，接收到信号的车辆还可以根据其频率的变化利用多普勒效应计算出发射器与接收器之间的相对速度。不管采用一种或两种信号发射，本发明所描述的概念及原理都是适用的。

关于本发明的红外线及超声波的传输距离问题，这与发射器的信号发射角、信号发射功率等因素有关，同时还与信号频率/波长及信号编码的格式有关。一般来说，8～14微米波长的红外线载波信号在无中继情况下可实现超过1000米的信号传输，而在本发明的系统中采用200米的发射距离则已足够。对于超声波信号，其传输的距离通常比红外线信号要短一些，目前最常用的40KHZ频率的超声波测距仪的测距范围一般在15米左右，根据超声波信号吸收率与频率的平方成正比的衰减特性，频率为40kHz的超声波声吸收率大约为4dB/m，而频率为20kHz的超声波声吸收率则只有1dB/m，因此在20KHZ时超声波的测距范围可增加到60米左右。由于本发明采用了与测距仪的回波接收法不同的直接信号接收法，其测距范围要比测距仪远一倍以上，即在直线距离120米左右，这对于本发明的系统来说是足够的。事实上即使距离再短一些也是可行的，在实际应用中可采用发射能力较强的红外线信号进行交通信息的传递及危险情况的预警，而当距离进入超声波测距的范围之内时，超声波部分便开始工作，并在紧急情况下启动安全行驶控制装置，从而实现有效的防碰撞及安全的驾驶。

关于以上本文中提到的多普勒效应、超声波及红外线的特性及发射/接收等内容，均为相关领域中的公知技术，本文在此不作详述。同时以上本文所述的仅是本发明的部分优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种全天候车辆行驶安全指示及控制系统装置，其特征在于，包括：

无线发射装置，安装于运行车辆的尾部，用于在特定情况下定向发射传播速度各不相同的及经编码的第一及第二无线信号；

无线接收装置，安装于运行车辆的前方，用于定向接收所述的第一及第二无线信号，并根据接收到的信号解读其中的编码信息，同时还根据所接收的第一及第二无线信号的相位时间差来计算出与前方车辆之间的距离，以及通过对距离的连续测量，计算出与前方车辆之间的相对速度。

2、一种全天候车辆行驶安全指示及控制系统装置，其特征在于，包括：

超声波发射装置，安装于运行车辆的尾部，用于在特定情况下定向发射频率已知的及经编码的超声波信号；

超声波接收装置，安装于运行车辆的前方，用于定向接收所述的超声波信号，并解读其中的编码信息，同时还根据多普勒效应计算出与前方车辆之间的相对速度。

3、一种全天候车辆行驶安全指示及控制系统装置，其特征在于，包括：

红外线发射装置，安装于运行车辆的尾部，用于在特定情况下定向发射经编码的红外线信号；

红外线接收装置，安装于运行车辆前方，用于定向接收所述的红外线信号，并解读其中的编码信息。

4、如权利要求1，或2，或3所述的系统装置，其特征在于所述的接收装置进一步包括有信息显示装置及声音提示装置，用于对驾驶员进行相关信息的显示及提示。

5、如权利要求1，或2，或3所述的系统装置，其特征在于所述的接收装置进一步包括有车辆行驶控制装置，当系统根据接收到的信号发现有潜在危险情况出现时，可通过该行驶控制装置对车辆的行驶状态进行控制，以降低或消除所述的危险。

6、如权利要求1，或2，或3所述的系统装置，其特征在于所述的运行车辆进一步包括有信号中继单元，并且：

所述中继单元置通过车辆前方接收装置接收所述的红外线信号或超声波信号，并根据实际情况对所述的信号进行处理，使其即包含有前方交通指示信息，又包含有与当前车辆状态相关的信息，然后将经处理的信号通过发射装置向后定向发射；或

所述中继单元通过车辆前方接收装置同时接收第一及第二无线信号，并根据实际情况对所述的信号进行处理，使其即包含有前方交通指示信息，又包含有与当前车辆状态相关的编码信息，然后将经处理的信号通过发射装置向后定向发射；或

所述中继单元通过车辆前方接收装置接收第一或第二无线信号，并根据所接收的第一或第二无线信号还原出第一及第二无线信号，并根据实际情况对所述的信号进行处理，使其即包含有前方交通指示信息，又包含有与当前车辆状态相关的编码信息，然后将经处理的信号通过发射装置向后定向发射。

7、如权利要求1，或2，或3所述的系统装置，其特征在于所述的特定情况为与车辆行驶状态相关的情况，包括紧急制动状态、车辆危险状态、车辆转向或超车状态。

8、如权利要求1，或2，或3所述的系统装置，其特征在于所述的编码信息为车辆行驶灯号相关的信息，包括刹车灯信息、危险信号灯信息、左转灯信息，或右转灯信息。

9、如权利要求1所述的系统装置，其特征在于所述的第一信号为红外线信号，及第二信号为超声波信号，第一、第二无线信号包含有相同的或相关的编码信息并同步发射，以实现快速及连续的数据测量。

10、如权利要求9所述的系统装置，其特征在于所述的编码为数字编码，并且进一步包含有数据包ID信息，使接收装置可以实现数据接收的同步。

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