CN101434216A

CN101434216A - 一种具有灯光语言的汽车安全尾灯控制装置

Info

Publication number: CN101434216A
Application number: CNA2008102467291A
Authority: CN
Inventors: 高峰; 姚圣卓; 王江锋; 赵斌; 许庆; 易飞; 孙邵轩
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University; Beijing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2028-12-30
Also published as: CN101434216B

Abstract

本发明公开了一种具有灯光语言的汽车安全尾灯控制装置，由车速传感器、测距仪和控制器组成；所述控制器包括有单片机、灯光驱动电路、接口电路，单片机内存储有安全距离提示模块。单片机对接收的前车车速V_m与相对距离L_n进行安全距离提示模块处理后，得到高位刹车尾灯灯光语言的启动指令f输出给灯光驱动电路，灯光驱动电路根据继电器开启/关闭来控制高位刹车灯的不同状态。本发明控制装置能够根据前、后两车的实际车速和车距变化情况，智能计算和预报出不同行驶工况下的最佳安全车距。

Description

一种具有灯光语言的汽车安全尾灯控制装置

技术领域

本发明涉及一种适用于汽车尾灯显示的控制装置，更特别地说，是指一种针对车辆高位刹车灯的刹车用灯光语言变换的控制装置。

背景技术

在汽车技术领域，安全、环保和节能技术是目前汽车技术发展的三大主题，其中，安全技术因为直接与人身生命、财产损失息息相关，更是成为未来汽车技术发展方面重中之重的一项工作。

汽车安全警示功能中灯光和声音报警是预防车辆出现交通事故的主要贡献者，因为驾驶员对路况信息的捕获和摄取主要来源于眼睛，尤其是要保持与前方车辆的安全车距，因此，汽车灯光信号，特别是尾灯灯光信号的作用就显得尤为重要。我国是世界上汽车交通事故最严重的国家，多数事故的发生是由于汽车追尾造成的，追尾的发生则普遍因为后车驾驶员对与前车的安全行驶车距的判断失误造成的，或者是没有较好地理解前方车辆的行驶意图，制动不及时，以致产生追尾。

目前，汽车尾灯包括有刹车灯、转向灯、倒车灯、示宽灯、雾灯等，刹车灯在驾驶员踩踏制动踏板时闪亮。为了增强汽车尾灯灯光信号的醒目效果或警示效果，部分汽车增设了高位刹车灯，该高位刹车灯与刹车灯同步闪亮，且为红色灯光。车辆的高位刹车灯4有的设置在现有汽车的车体1的后车窗41的上方(参见图1所示)；有的设置在车体1的后车窗41的两侧(参见图1A所示)；有的设置在车体1的后车窗41的下方(参见图1B所示)。高位刹车灯4由于安装位置较高、灯光效果强，故此称为高位刹车灯，高位刹车灯的灯光示警效果要远好于传统汽车尾灯。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有灯光语言的汽车安全尾灯控制装置，该控制装置通过车速传感器测得本车的车速，通过测距仪测得后车与本车的相对距离，运用安全距离提示模块进行安全距离解析，并以灯光语言的形式显示给后车驾驶者观看，以警示后车驾驶者保持安全车距。

本发明是一种具有灯光语言的汽车安全尾灯控制装置，其由车速传感器(3)、测距仪(5)和控制器(2)组成；所述控制器(2)包括有单片机、灯光驱动电路、接口电路，单片机内存储有安全距离计算和提示模块；车速传感器(3)安装在汽车的车轮驱动轴上，用于采集汽车运行时的前车车速V_in，并将该前车车速V_in输出给单片机；测距仪(5)安装在汽车的尾部，且测距仪(5)的检测探头安装在通孔(11)处，测距仪(5)用于采集本车与后车之间的相对距离L_n，并将该相对距离L_n输出给接口电路；单片机对接收的本车车速V_in与相对距离L_n进行安全距离计算和提示模块处理后，得到高位刹车尾灯灯光语言的启动指令f输出给灯光驱动电路，灯光驱动电路根据继电器开启/关闭来控制高位刹车灯的不同状态。

本发明汽车安全尾灯控制装置的优点在于：(1)保留了原车尾灯的全部功能；(2)增加了车距和车速的测量功能；(3)灯光语言简单易懂、视觉冲击感强，警示效果好；(4)能够根据本车与后车之间的车距变化情况，智能计算和预报出不同行驶工况下的最佳安全车距。

附图说明

图1是本发明控制器在车辆上的布局示图。

图1A是高位刹车灯的一种布局示图。

图1B是高位刹车灯的另一种布局示图。

图2是本发明控制器的结构框图。

图2A是两车之间相对距离的简示图。

图3A是本发明控制器中微处理器的电路原理图。

图3B是本发明控制器中的接口电路原理图。

图3C是本发明控制器中的看门狗电路原理图。

图3D是本发明控制器中的高位刹车灯不同灯示驱动电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1、图1A、图1B所示，在现有汽车的任意一个车轮的车轮驱动轴上安装车速传感器3。将测距仪5和本发明设计的控制器2(用一个盒子固定装好)放置在现有汽车的后备箱中，但测距仪5的

在本发明中，车速传感器3是线速度传感器，单位时间内位移的增量就是速度。

在本发明中，测距仪5为激光测距仪，测距仪5发射出的激光经后车车体的反射后又被测距仪5接收，测距仪5同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半，就是本车和后车之间的相对距离L_n。

参见图2所示，本发明的一种具有灯光语言的汽车安全尾灯控制装置，该汽车安全尾灯控制装置由车速传感器3、测距仪5和控制器2组成；所述控制器2包括有单片机、灯光驱动电路和接口电路，单片机内存储有安全距离提示模块。

车速传感器3安装在汽车的车轮驱动轴上，用于采集汽车运行时的速度V_in(或称前车车速V_in、或称本车车速V_in)，并将该前车车速V_in输出给单片机。

测距仪5安装在汽车的后备箱中，且测距仪5的检测探头安装在通孔11(通孔是后开在现有汽车后部的)处，测距仪5用于采集本车与后车之间的相对距离L_n，并将该相对距离L_n经接口电路输出给单片机。

单片机对接收的前车车速V_in与相对距离L_n进行安全距离提示模块(采用C51语言编写，存储在单片机中)处理后，得到高位刹车尾灯灯光语言的启动指令f输出给灯光驱动电路，灯光驱动电路根据继电器开启/关闭来控制高位刹车灯的不同状态。

在本发明中，高位刹车灯显示颜色分为红、绿两色，高位刹车灯的灯光语言有“安全”、“警告”和“危险”三种模式：“安全”模式时，灯光显示为绿色，显示方式为慢速循环流动显示；“警告”模式时，灯光显示变为红色，显示方式为慢速循环流动显示；“危险”模式时，灯光显示保持红色，显示方式为快速循环流动显示和全亮显示交替进行。三种模式的灯光语言给予后车驾驶员一个动态的、从弱到强过渡变化的视觉冲击效果，刺激处于疲劳工作状态的驾驶员迅速清醒，以恢复正常工作状态。

参见图2A所示，安全车距的定义是，即使前车处于停止状态时，后车以初始车速V₂开始紧急制动的情况下，保证不发生追尾的距离，即安全车距L_max。

危险车距的定义是，前车以第一车速V₁保持匀速行驶时，后车以初始车速V₂开始紧急制动至第一车速V₁的情况下，保证不发生追尾的距离，即危险车距L_min。

警告车距的定义是，前车以第一车速V₁开始减速行驶至第二车速V₃时，后车以初始车速V₂开始紧急制动至第二车速V₃的情况下，保证不发生追尾的距离，即警告车距L_mid。

因为警告车距L_mid是从安全车距L_max到危险车距L_min的中间过渡阶段，所以称为警告车距L_mid。一般取后车紧急制动的平均减速度为a＝7m/s²。

单片机内的安全距离提示模块设定了后车驾驶员的反应时间t₁和踩制动踏板延迟时间t₂带来的附加距离L_del，一般取t₁和t₂之和为1.2s(t₁+t₂＝1.2s)，为保证两车不发生接触，同时还留出了两车处于最终状态时应保证的最小接触车距L₀，一般可取为1m。安全距离提示模块针对上述定义参数的计算分别为：

L_{\max} = L_{del} + \frac{{V_{2}}^{2}}{2 a} + L_{0} = 1.2 V_{2} + \frac{{V_{2}}^{2}}{14} + 1

L_{\min} = L_{del} + \frac{{V_{2}}^{2} - {V_{1}}^{2}}{2 a} - V_{1} \times \frac{V_{2} - V_{1}}{a} + L_{0} = 1.2 V_{2} + \frac{{V_{2}}^{2} - {V_{1}}^{2}}{14} - V_{1} \times \frac{V_{2} - V_{1}}{7} + 1

L_{mid} = L_{del} + \frac{{V_{2}}^{2} - {V_{3}}^{2}}{2 a} - \frac{{V_{1}}^{2} - {V_{3}}^{2}}{2 a_{1}} + 1 = 1.2 V_{2} + \frac{{V_{2}}^{2} - {V_{3}}^{2}}{14} - \frac{{V_{1}}^{2} - {V_{3}}^{2}}{2 a_{1}} + 1

其中，a₁为前车从第一车速V1开始减速行驶至第二车速V₃时的平均减速度，a₁的计算公式为：

a_{1} = (\frac{V_{1} - V_{3}}{V_{2} - V_{3}}) \times a

所以，

L_{mid} = 1.2 V_{2} + \frac{{V_{2}}^{2} - {V_{3}}^{2}}{14} - \frac{(V_{1} + V_{3}) \times (V_{2} - V_{3})}{14} + 1 .

在本发明中，控制器2的电路联接为：

单片机选取AT89C52芯片，看门狗选取X5045芯片，接口电路选取MAX232芯片，光驱动电路有三极管9012、继电器。继电器选取汽车级的继电器(SLDF)，工作电压12V～24V(DC)、吸合电压>70％、释放电压<10V、触点电流60A、线圈功率2.2W。

参见图3A所示，单片机U1的2端与车速传感器3的输出端连接，6端、7端、8端、9端、10端分别与看门狗U2的1端、2端、5端、6端、7端连接，21端和20端接晶振电路，43端通过电阻R12与A三极管Q1的基极连接，42端通过电阻R14与A三极管Q2的基极连接，41端通过电阻R16与B三极管Q3的基极连接，40端通过电阻R18与C三极管Q4的基极连接，39端通过电阻R3与E三极管Q5的基极连接，11端、13端分别与接口电路U5的12端、11端连接，44端接5V电源(由电源接口U3 LM7805芯片的3端输出供单片机、驱动电路所需电源)，22端接地。

参见图3B所示，接口电路U5的14端、13端与测距仪5连接，15端接地，6端通过电容C8后接地，4端与5端之间串联有电容C9，16端接地，2端通过电容C10后接地，1端与3端之间串联有电容C11。

参见图3C所示，看门狗电路U2的8端接5V电源，3端与7端之间串联有电阻R1，且3端接5V电源，4端接地。

参见图3D所示，灯光驱动电路的A三极管Q1的发射极连接在A继电器J1的1端，且A三极管Q1的发射极与发光二极管D7的N极连接，A三极管Q1的集电极接地；发光二极管D7的P极通过电阻R13接5V电源；A继电器J1的1端与2端之间并联有二极管D3，A继电器J1的3端连接在汽车蓄电池上，4端通过刹车灯接口JP2连接到高位刹车灯上；

参见图3D所示，灯光驱动电路的B三极管Q2的发射极连接在B继电器J2的1端，且B三极管Q2的发射极与发光二极管D8的N极连接，B三极管Q2的集电极接地；发光二极管D8的P极通过电阻R15接5V电源；B继电器J2的1端与2端之间并联有二极管D4，B继电器J2的3端连接在汽车蓄电池上，4端通过刹车灯接口JP2连接到高位刹车灯上；

参见图3D所示，灯光驱动电路的C三极管Q3的发射极连接在C继电器J3的1端，且C三极管Q3的发射极与发光二极管D9的N极连接，C三极管Q3的集电极接地；发光二极管D9的P极通过电阻R17接5V电源；C继电器J3的1端与2端之间并联有二极管D5，C继电器J3的3端连接在汽车蓄电池上，4端通过刹车灯接口JP2连接到高位刹车灯上；

参见图3D所示，灯光驱动电路的D三极管Q4的发射极连接在D继电器J4的1端，且D三极管Q4的发射极与发光二极管D10的N极连接，D三极管Q4的集电极接地；发光二极管D10的P极通过电阻R19接5V电源；D继电器J4的1端与2端之间并联有二极管D6，D继电器J4的3端连接在汽车蓄电池上，4端通过刹车灯接口JP2连接到高位刹车灯上；

参见图3D所示，灯光驱动电路的E三极管Q5的发射极连接在E继电器J5的1端，且E三极管Q5的发射极与发光二极管D12的N极连接，E三极管Q5的集电极接地；发光二极管D12的P极通过电阻R20接5V电源；E继电器J5的1端与2端之间并联有二极管D11，E继电器J5的3端连接在汽车蓄电池上，4端通过刹车灯接口JP2连接到高位刹车灯上。

Claims

1、一种具有灯光语言的汽车安全尾灯控制装置，其特征在于：由车速传感器(3)、测距仪(5)和控制器(2)组成；所述控制器(2)包括有单片机、灯光驱动电路、接口电路，单片机内存储有安全距离计算和提示模块；

车速传感器(3)安装在汽车的车轮驱动轴上，用于采集汽车运行时的前车车速V_m，并将该前车车速V_in输出给单片机；

测距仪(5)安装在汽车的尾部，且测距仪(5)的检测探头安装在通孔(11)处，测距仪(5)用于采集本车与后车之间的相对距离L_n，并将该相对距离L_n输出给接口电路；

单片机对接收的本车车速V_in与相对距离L_n进行安全距离计算和提示模块处理后，得到高位刹车尾灯灯光语言的启动指令f输出给灯光驱动电路，灯光驱动电路根据继电器开启/关闭来控制高位刹车灯的不同状态。

2、根据权利要求1所述的具有灯光语言的汽车安全尾灯控制装置，其特征在于：安全距离计算和提示模块采用C51语言编写。

3、根据权利要求1所述的具有灯光语言的汽车安全尾灯控制装置，其特征在于：安全距离计算和提示模块对安全车距L_max的解析为

L_{\max} = L_{del} + \frac{V_{2}^{2}}{2 a} + L_{0} = 1.2 V_{2} + \frac{V_{2}^{2}}{14} + 1 .

4、根据权利要求1所述的具有灯光语言的汽车安全尾灯控制装置，其特征在于：安全距离计算和提示模块对危险车距L_min的解析为

L_{\min} = L_{del} + \frac{V_{2}^{2} - V_{1}^{2}}{2 a} - V_{1} \times \frac{V_{2} - V_{1}}{a} + L_{0} = 1.2 V_{2} + \frac{V_{2}^{2} - V_{1}^{2}}{14} - V_{1} \times \frac{V_{2} - V_{1}}{7} + 1 .

5、根据权利要求1所述的具有灯光语言的汽车安全尾灯控制装置，其特征在于：安

全距离计算和提示模块对警告车距L_mid的解析为

L_{mid} = L_{del} + \frac{V_{2}^{2} - V_{3}^{2}}{2 a} - \frac{V_{1}^{2} - V_{3}^{2}}{2 a_{1}} + 1 = 1.2 V_{2} + \frac{V_{2}^{2} - V_{3}^{2}}{14} - \frac{V_{1}^{2} - V_{3}^{2}}{2 a_{1}} + 1,

其中

a_{1} = (\frac{V_{1} - V_{3}}{V_{2} - V_{3}}) \times a .

6、根据权利要求1所述的具有灯光语言的汽车安全尾灯控制装置，其特征在于：单片机选取AT89C52芯片，看门狗选取X5045芯片，接口电路选取MAX232芯片。